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문제 정의
- 동특성 시험을 위해서는 RTDS와 같은 디지털 시뮬 레이터를 사용하는 것이 대부분 요구되고 있다. 본 논문 에서는 디지털 보호계전기 중 거리계전기의 Reach Test 에 있어서 성능 검증에 사용할 계통 모델의 선정, 구현, 검증에 대해서 기술하고 있다.
- 본 논문에서는 송전선로용 보호계전기의 성능 검증에 있어서 Bergeron 모델을 사용하여 PI 모델을 대체하는 방안에 대해서 기술하였다. Travelling wave를 고려하고 있는 Bergeron 모델을 사용하여 PI 모델을 대체하는 방 안에 대한 타당성 검증을 위해서는, 정상시와 고장 발생 시 대칭좌표법을 이용한 고장계산을 통해서 나온 값과 RTDS RunTime상에서의 값을 비교하는 방법을 사용하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 송전선로용 보호계전기의 성능 검증에 있어서 Bergeron 모델을 사용하여 PI 모델을 대체하는 방안에 대해서 기술하였다. Travelling wave를 고려하고 있는 Bergeron 모델을 사용하여 PI 모델을 대체하는 방 안에 대한 타당성 검증을 위해서는, 정상시와 고장 발생 시 대칭좌표법을 이용한 고장계산을 통해서 나온 값과 RTDS RunTime상에서의 값을 비교하는 방법을 사용하였다. 그리고 제시한 방안의 유효성을 확인하기 위해서 디지털 보호계전기를 사용하여 성능 시험을 수행하였다.
- ② 이 선로정수 값을 PI 모델을 사용한 2모선 계통에 적용하여 컴파일 및 RimTme을 수행한다.
- ④ PI 모델을 사용한 2모선 계통과 Bergeron 모델을 사용한 2모선 계통을 정상상태에서의 파형(파형 특성, 전압 . 전류 값)과 고장 상태에서의 파형의 비교를 통해 비교 작업을 수행한다.
- 고장계산을 통해서 작성된 PI 모델을 사용한 계통의 유효성을 확인한 후, PI 모델을 사용한 계통과 Bergeron 모델을 사용한 계통의 비교를 통해서 Bergeron 모델의 유효성을 확인하였다. 두 모델 모두 양단 전원을 가지는 2모선 계통으로 구성되었다.
- Travelling wave를 고려하고 있는 Bergeron 모델을 사용하여 PI 모델을 대체하는 방 안에 대한 타당성 검증을 위해서는, 정상시와 고장 발생 시 대칭좌표법을 이용한 고장계산을 통해서 나온 값과 RTDS RunTime상에서의 값을 비교하는 방법을 사용하였다. 그리고 제시한 방안의 유효성을 확인하기 위해서 디지털 보호계전기를 사용하여 성능 시험을 수행하였다. 다양한 케이스에 대해 성능 시험을 수행해 본 결과, Bergeron 모델을 사용한 경우와 PI 모델을 사용한 경우의 각각의 파형의 특성에 미약한 차이가 있었다.
- 두 모델 모두 양단 전원을 가지는 2모선 계통으로 구성되었다. 다양한 고장 모의를 통해서 두 계통 모델의 정상 상태시 전압 및 전류 값, 고장 발 생시 전압 및 전류 값을 비교하였으며, 비교 결과 각 값 들의 크기 및 고장 발생시의 과도현상의 유사성을 확인하였다. 정상상태 및 고장발생시의 전압 및 전류 값의 크기는 오차가 거의 없었으며, 과도현상의 파형 특성은 다소 차이가 있었다.
- 양단 전원 2모선 계통의 경우에서 PI 모델을 사용한 계통과 Bergeron 모델을 사或■한 계통의 비교를 수행한 후, Bergeron 모델을 사용하여 4모선 계통으로 확장하였다. 다양한 고장 케이스에 대한 용이한 시험과 디지털 보호계전기를 사용한 직접적인 시험을 위해서, 계통 모델은 시퀀스를 사용한 모델과 PSCAD 의 Control Component# 사용한 모텔에 대해서 각각 작성하였다. 그림 2는 Control Component# 사용한 양단 전원 4모선 계통 모델의 일부이다.
- 전류 앰프를 사용하였으며, 시험 대상 보호계전기는 Mitsubishi사의 MDT-F모델을 사용하 였다. 보호계전기의 동작의 확인을 위해서는 별도의 고장기록장치를 사용하지 않고, 보호계전기 전면 판넬의 LED와 보호계전기 Trip출력 신호를 사용하였다. Trip출 력 신호의 경우, RTDS의 디지털 입력으로 사용되어 계통 모델내의 해당 차단기를 동작시키는데 사용되었으며, 동작은 RunTime상에서 확인할 수 있다.
- 양단 전원 2모선 계통의 경우에서 PI 모델을 사용한 계통과 Bergeron 모델을 사或■한 계통의 비교를 수행한 후, Bergeron 모델을 사용하여 4모선 계통으로 확장하였다. 다양한 고장 케이스에 대한 용이한 시험과 디지털 보호계전기를 사용한 직접적인 시험을 위해서, 계통 모델은 시퀀스를 사용한 모델과 PSCAD 의 Control Component# 사용한 모텔에 대해서 각각 작성하였다.
- 고장상태에 대한 비교는 1선 지락고장에 대해서 이루어졌다. 양단 전원의 전력 위상각 차는 10°로 설정하였으며, 10%지점 고장(고장 저항 : 0.01 Q)과 80%지점 고장(고장 저항 : 10Q에 대해서 각각 비교를 하였다. 표 2.
- 원하는 계통이 PSCAD/RTDS로 정확하게 구현되었는지를 확인하기 위한 첫 번째 단계로, 정상상태에서 계전기 설치 점에서의 전압과 부하 전류를 계산하였다. 양 단 전원을 가지는 병행 2회선 2모선 계통에서 사고 발생 시, 대칭분 둥가회로는 그림 2.
- 그러나 대칭좌표법을 사용한 고장계산 이 거의 불가능하다는 점 때문에 Reach Test를 위해 구 성된 계통 모델의 검증에 문제가 발생한다. 이를 해결하 기 위해서 PI 모델을 사용한 2모선 계통, Bergeron 모델 을 사용한 2모선 계통, 그리고 Bergeron 모델을 사용한 4모선 계통을 각각 모델링 하였으며, 다음과 같은 과정 을 통해서 검증을 수행하였다.
- ③ PI 모델을 사용한 2모선 계통의 경우 대칭좌표법을 이용한 고장계산이 가능하므로, RunTime 상에서의 파형 값과 고장계산을 통한 전압 . 전류 값을 비교하여 오차를 확인한다. 이 때 오차가 허용범위(5%) 내에 있으면 PI 모델을 사용한 2모선 계통의 모델 링에 오류가 없음을 확인한다.
대상 데이터
- 시뮬레이션 툴로서는 앞에서 잠시 언급한 것과 같이 S/W로는 PSCAD/RTOS, H/W로는 4개의 3PC RTDS 랙과 전압. 전류 앰프를 사용하였으며, 시험 대상 보호계전기는 Mitsubishi사의 MDT-F모델을 사용하 였다. 보호계전기의 동작의 확인을 위해서는 별도의 고장기록장치를 사용하지 않고, 보호계전기 전면 판넬의 LED와 보호계전기 Trip출력 신호를 사용하였다.
데이터처리
- Trip출 력 신호의 경우, RTDS의 디지털 입력으로 사용되어 계통 모델내의 해당 차단기를 동작시키는데 사용되었으며, 동작은 RunTime상에서 확인할 수 있다. 보호계전기의 정정을 위해서는 MathCAD 프로그램을 사용하여 정정에 필요한 값들을 계산하였으며, 계산된 값들은 MDT-F에 직접 입력하였다.
- 제시된 양단 전원 4모선 계통의 유효성을 확인하기 위해서, 디지털 보호계전기를 사용하여 Reach Test를 수행 하였다. 시뮬레이션 툴로서는 앞에서 잠시 언급한 것과 같이 S/W로는 PSCAD/RTOS, H/W로는 4개의 3PC RTDS 랙과 전압.
이론/모형
- 대칭좌표법을 통한 고장 계산에는 MathCAD를 사용하 였으며, 본 논문에서는 이에 대한 자세한 언급은 생략한다. 정상 상태에서의 대한 비교 결과는 표 1과 같다.
- 상기에서 제시된 문제점을 해결하기 위해서 양단전원 4모선 계통을 Bergeron 모델을 사용하여 구성하였다. Bergeron 모델은 Norton 등가회로를 사용해서 송전선로 를 임피던스 성분과 전류 소스로 구성된 두 개의 계퉁으 로 분할한 모델이기 때문에 RTDS에서 랙 분할을 통한 적용이 가능하다.
성능/효과
- 그리고 제시한 방안의 유효성을 확인하기 위해서 디지털 보호계전기를 사용하여 성능 시험을 수행하였다. 다양한 케이스에 대해 성능 시험을 수행해 본 결과, Bergeron 모델을 사용한 경우와 PI 모델을 사용한 경우의 각각의 파형의 특성에 미약한 차이가 있었다. 이 차이에 대한 이론적인 규명을 포함하여, 본 논문에서 실험적인 방법으로 접근한 방식에 대한 이론적인 설명을 위한 연구는 현재 진행 중이며, 차기 학회에서 발표할 예정이다.
- 전류 값을 비교하여 오차를 확인한다. 이 때 오차가 허용범위(5%) 내에 있으면 PI 모델을 사용한 2모선 계통의 모델 링에 오류가 없음을 확인한다.
- 다양한 고장 모의를 통해서 두 계통 모델의 정상 상태시 전압 및 전류 값, 고장 발 생시 전압 및 전류 값을 비교하였으며, 비교 결과 각 값 들의 크기 및 고장 발생시의 과도현상의 유사성을 확인하였다. 정상상태 및 고장발생시의 전압 및 전류 값의 크기는 오차가 거의 없었으며, 과도현상의 파형 특성은 다소 차이가 있었다. 이 차이에 대해서는 실험적인 방법으로는 입증할 수가 없으므로, 향후 이론적인 고찰을 통해서 입증하기로 하고 현 단계에서는 고려하지 않았다.
후속연구
- 다양한 케이스에 대해 성능 시험을 수행해 본 결과, Bergeron 모델을 사용한 경우와 PI 모델을 사용한 경우의 각각의 파형의 특성에 미약한 차이가 있었다. 이 차이에 대한 이론적인 규명을 포함하여, 본 논문에서 실험적인 방법으로 접근한 방식에 대한 이론적인 설명을 위한 연구는 현재 진행 중이며, 차기 학회에서 발표할 예정이다.
- 정상상태 및 고장발생시의 전압 및 전류 값의 크기는 오차가 거의 없었으며, 과도현상의 파형 특성은 다소 차이가 있었다. 이 차이에 대해서는 실험적인 방법으로는 입증할 수가 없으므로, 향후 이론적인 고찰을 통해서 입증하기로 하고 현 단계에서는 고려하지 않았다. 각 계통 모델의 구성과 파형은 생략한다.
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