[논문]DC-offset 영향을 최소화한 변압기보호 디지털 비율차동 계전알고리즘 구현

권영진; 강상희; 이승재; 정성교

문제 정의

본 논문에서는 디지털형 변압기 보호 비율차동 계전기를 구현하였다. 기존의 아날로그형 비율차동 계전기를디지털형으로 구현할시 고려하여야 하는 실제적인 요소들을 고려하여 변압기 결선 및 CT 결선에 따른 위상 및크기 보상과 비율차동 계전기의 성능에 주요한 영향을미치는 동작 특성 곡선의 정정 방법 및 CT mismatch 의 영향을 최소화하는 방법을 구현함으로써 실 계통에적용 가능한 알고리즘을 구현하였다.

가설 설정

직류옵셋을 제거하기 위하여 사용한 필터는 임의의 샘플 데이터 수로 구성되는 윈도우 내의 직류 옵셋 성분을상수로 가정한 것으로’ 일정 윈도우 내의 입력 파형을식(4)로 표현된다. 윈도우가 옮겨 감예 따라 옵셋의 크기 c는 변하게 된다.

제안 방법

구현하였다. 기존의 아날로그형 비율차동 계전기를디지털형으로 구현할시 고려하여야 하는 실제적인 요소들을 고려하여 변압기 결선 및 CT 결선에 따른 위상 및크기 보상과 비율차동 계전기의 성능에 주요한 영향을미치는 동작 특성 곡선의 정정 방법 및 CT mismatch 의 영향을 최소화하는 방법을 구현함으로써 실 계통에적용 가능한 알고리즘을 구현하였다. 변압기 사고시 발생하는 직류옵셋 성분을 FIR 필터를 사용하여 영향을최소화 함으로서 계전 알고리즘 성능향상을 확인할수 있었다.
디지털형 계전기에서는 이 비율차동 특성을 얻기 위하여샘플링한 전류 데이터로 백터량과 스칼라량을 연산하여결정한다. 동작특성 곡선 정정시 과거에는 O.L.T.C (On Load Tap Changer)에 의한 오차, CT 오차와포화, CT mismatch 및 정정에 대한 허용 오차 등을종합적으로 고려하여 그림2의 Slopel과 같이 단일 기울기로 정정하였다. 그러나 이렇게 할 경우 계전기 동작속도 및 민감도가.
본 논문에서는 FIR 필터로 변압기사고시 발생하는 직류옵셋을 제거하여 알고리즘의 판단 시간을 단축하였다. 또한 변압기 결선 및 CT 결선에 따른 위상 및 크기 보상과 비율차동 계전기위 성능에 주요한 영향을 미치는 동작 특성 곡선의 정청 방법및 CT mism驻ch의 영향을 최소화하는 방법을 구현하였다. 匕
하였다. 변압기는 3상 뱅크로 구성하였으며 변압기내부사고인 권선지락과 단락 및 외부사고, 여자돌입의경우를 사고시 전압 위상각, 사고 권선 비율등을 달리하여 모의하였다.
본 논문에서는 전통적인 비율차동 계전방식을 디지털형으로 구현하였으며 비율차동 요소와 고조파 억제 요소를 사용하였다。〕, 전력계통의 사고 발생시 직류 옵셋이 신호에 포함되게 되면 과도시에 정확한 페이서추출이 어렵게 되어 사고판단 시간이 지연된다, 〔2〕직류옵셋 성분은 전류신호에 존재함으로 전류신호에만의존하여 계전알고리즘을 수행하는 비율차동 계전방식은 직류옵셋이 사고 신호에 존재하게 되면 사고 판단시간이 지연된다. 본 논문에서는 FIR 필터로 변압기사고시 발생하는 직류옵셋을 제거하여 알고리즘의 판단 시간을 단축하였다. 또한 변압기 결선 및 CT 결선에 따른 위상 및 크기 보상과 비율차동 계전기위 성능에 주요한 영향을 미치는 동작 특성 곡선의 정청 방법및 CT mism驻ch의 영향을 최소화하는 방법을 구현하였다.
쓰인다. 본 논문에서는 전통적인 비율차동 계전방식을 디지털형으로 구현하였으며 비율차동 요소와 고조파 억제 요소를 사용하였다。〕, 전력계통의 사고 발생시 직류 옵셋이 신호에 포함되게 되면 과도시에 정확한 페이서추출이 어렵게 되어 사고판단 시간이 지연된다, 〔2〕직류옵셋 성분은 전류신호에 존재함으로 전류신호에만의존하여 계전알고리즘을 수행하는 비율차동 계전방식은 직류옵셋이 사고 신호에 존재하게 되면 사고 판단시간이 지연된다. 본 논문에서는 FIR 필터로 변압기사고시 발생하는 직류옵셋을 제거하여 알고리즘의 판단 시간을 단축하였다.
적용 모델계통은 아래 그림4와 같으며 EMTP를 이용하여 표1의 각 경우에 해당하는 변압기와 CT 결선을모의 하였다. 변압기는 3상 뱅크로 구성하였으며 변압기내부사고인 권선지락과 단락 및 외부사고, 여자돌입의경우를 사고시 전압 위상각, 사고 권선 비율등을 달리하여 모의하였다.

대상 데이터

2절에서 설명한방법에 따라 자동으로 CT mismatch 보상계수 및 계전기 동작 특성 곡선을 설정한다. 주기당 32 샘플링을 하였으며 중첩방지를 위한 Butterworth 2차 저역통과필터를 사용하였다. 사고판단은 Fault Counter# 두어연속 카운팅 횟수가 설정값을 넘었을 때 고장 판단을 하도록 했다.

이론/모형

여자놀입시는 2고조파억제 요소, 과여자시에는 5고조파 억제 요소를 사용한다. 본 논문에서는 페이서 추출 방법으로 한주기 이산푸리에 변환을 사용한다. 이경우 한주기 데이터 원도우를 사용함에 따라 정상상태에서 사고발생후 과도 상태로데이터 윈도우가 걸치게 되면 실제 신호에는 고조파가없음에도 불구하고 페이서 추출시 고조파 성분이 추출됨으로 억제 요소로 작용하여 계전기 판단시간이 지연된다.

성능/효과

사용하였다。〕, 전력계통의 사고 발생시 직류 옵셋이 신호에 포함되게 되면 과도시에 정확한 페이서추출이 어렵게 되어 사고판단 시간이 지연된다, 〔2〕직류옵셋 성분은 전류신호에 존재함으로 전류신호에만의존하여 계전알고리즘을 수행하는 비율차동 계전방식은 직류옵셋이 사고 신호에 존재하게 되면 사고 판단시간이 지연된다. 본 논문에서는 FIR 필터로 변압기사고시 발생하는 직류옵셋을 제거하여 알고리즘의 판단 시간을 단축하였다.
변압기 및 사고 모의는 EMTP (Electromagnetic Transients Program)를 사용하였으며 변압기 보호계전 방식 구현시 고려해야 할 내부사고 및 외부사고와 여자돌입, 과여자상태에서 알고리즘을 우행한 결과모든 경우에 있어서 신속하고 정확한 판단이 가능함을검증할 수 있었다.
기존의 아날로그형 비율차동 계전기를디지털형으로 구현할시 고려하여야 하는 실제적인 요소들을 고려하여 변압기 결선 및 CT 결선에 따른 위상 및크기 보상과 비율차동 계전기의 성능에 주요한 영향을미치는 동작 특성 곡선의 정정 방법 및 CT mismatch 의 영향을 최소화하는 방법을 구현함으로써 실 계통에적용 가능한 알고리즘을 구현하였다. 변압기 사고시 발생하는 직류옵셋 성분을 FIR 필터를 사용하여 영향을최소화 함으로서 계전 알고리즘 성능향상을 확인할수 있었다.
사용한다. 정상상태에서는 亳과 &의 백터합은 거의 0에 가까운 값이므로 동작특성 곡선상의 최소동작전류 설정값과 기울기를 낮게 정정하여 계전기의 감도를 높여 사고판단 속도를 향상 시킬수 있다.

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