[논문]DC-Offset 제거 기능을 향상시킨 거리계전 알고리즘

노재근; 강상희; 남순열; 박종근

DC-Offset 제거 기능을 향상시킨 거리계전 알고리즘
A Distance Relaying Algorithm Using an Improved Technique for Removing DC-offset 원문보기

노재근 (명지대학교 전기공학과) , 강상희 (명지대학교 전기공학과) , 남순열 (서울대학교 전기공학부) , 박종근 (서울대학교 전기공학부)

This paper presents a distance relaying algorithm based on the Discrete Fourier Transform(DFT) for elimination of DC-Offset. When the DFT is applied to current signal. the real and imaginary parts of fundamental component consist of fundamental component itself and DC-Offset. The DC-Offset is calculated by four consecutive values of the imaginary components, so that the fundamental component can be accurately estimated. Performance evaluation is presented for A-phase ground faults on 154kV 80km overhead transmission line. The proposed algorithm is inspected by software simulation and hardware simulation.

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문제 정의

본 논문에서는 DFT(Discrete Fourier Transform) 을 이용하여 기본파 페이저성분을 구할 경우, 0도 고장시 전류성분에서 주로 발생하는 DC-Offset 성분을 대수적인 방법을 이용하여 정확히 제거할 수 있는 방법을 제시하였다.

제안 방법

제거가 어렵다. 그러므로 본 알고리즘은 DC-Offset의 영향이 더 큰 허수부를 이용하여 DC- Offset을 구하며 이는 Sin필터형태로 고조파 제거 효과도 병행하여 볼 수 있다. 종래의 DC-Offset 제거를 위한 Mimic필터나 시정수틀 사용하는 FIR필터와는 달리 대수식에서 DC-Offset 성분을 구하여 이를 정확하게 보상한다.
특징을 지니고 있다. 본 논문에서는 대표적인 거리 계전 알고리즘으로 널리 사용되는 DFT (Descrete Fourier Transformation)〔1〕를 이용한다, DFT률 거친 후의 실수부와 허수부도 하나의 신호이며 이 신호를 DC-Offset 성분과 기본파 성분만으로 가정하여 기본파 성분을 소거하고 DC-Offset성분을 구하여 보상한다.
본 논문에서는 제시된 알고리즘을 DSP Starter Kit 를 이용하여 하드웨어 모의를 하였다. DSK는 TI사의 TMS320C32〔3〕를 주 프로세서로 하며 12비트 8채널의 ADC(Analog to Digital Converter)# 장착한 32 비트 부동소숫점 연산의 DSP보드이다.
X 수치를 비교적 정확히 나타낸다. 선로의 0도 고장시 입력신호에서 DC 성분의 정확한 값을 구하므로 종전의 시정수를 사용하는 DC 필터보다 우수하게 DC-Offset 성분을 추출하여 제거 가능하며 S/W 및 H/W Simulation을 통하여 이를 검증하였다.
종래의 DC-Offset 제거를 위한 Mimic필터나 시정수틀 사용하는 FIR필터와는 달리 대수식에서 DC-Offset 성분을 구하여 이를 정확하게 보상한다. 알고리즘외 검증을 위하여 EMTP (Electro magnetic Transients Program)# 사용하여 1 회선 송전선로에서 1선지락고장과 선간단락고장을 모의하였으며 이때 고장 위상각 0°모의 및 다양한 고장점 거리를 통해 DOOffse 과 고조파의 영향을 최대한 고려했다. 또한 DSP를 이용한 하드웨어 모의로 기본파 성분에서 DOOffse이 제거됨을 검증하였다.
이러한 송전선로 모델을 한주기 36샘플링하여 각각의 다른 고장거리에서 사고를 모의하였을 때 기존의 DFT 알고리즘과 본 새로운 알고리즘을 적용하여 비교하였다.
Development Tool로서 Code composer 3X4X와 XDS-*510을 이용하여 디버깅 및 데이터를 취득하였다. 하드웨어용 고장모의는 A상 지락고장 및 AB 상 단락고장을 모의하였고 한주기 12샘플링하여 결과값을 R-X 평면에서 나타내었다.

대상 데이터

EMTP 데이터를 아날로그 파형으로 입력시키기 위해 PCL727 DAC(Digital to Analog Converter)보드를 사용했고 이 신호는 아날로그 저역통과필터를 통해 DSP 보드에 입력된다. Development Tool로서 Code composer 3X4X와 XDS-*510을 이용하여 디버깅 및 데이터를 취득하였다. 하드웨어용 고장모의는 A상 지락고장 및 AB 상 단락고장을 모의하였고 한주기 12샘플링하여 결과값을 R-X 평면에서 나타내었다.
DSK는 TI사의 TMS320C32〔3〕를 주 프로세서로 하며 12비트 8채널의 ADC(Analog to Digital Converter)# 장착한 32 비트 부동소숫점 연산의 DSP보드이다. EMTP 데이터를 아날로그 파형으로 입력시키기 위해 PCL727 DAC(Digital to Analog Converter)보드를 사용했고 이 신호는 아날로그 저역통과필터를 통해 DSP 보드에 입력된다. Development Tool로서 Code composer 3X4X와 XDS-*510을 이용하여 디버깅 및 데이터를 취득하였다.

성능/효과

그림 6과 7은 10%지점 사고시 R.X를 R-X 평면에 나타냈으며 같은 사고시 제시된 새로운 알고리즘을 사용한 결과가 더 빨리 고장치에 수렴함을 확인할 수 있다.
알고리즘외 검증을 위하여 EMTP (Electro magnetic Transients Program)# 사용하여 1 회선 송전선로에서 1선지락고장과 선간단락고장을 모의하였으며 이때 고장 위상각 0°모의 및 다양한 고장점 거리를 통해 DOOffse 과 고조파의 영향을 최대한 고려했다. 또한 DSP를 이용한 하드웨어 모의로 기본파 성분에서 DOOffse이 제거됨을 검증하였다.
X를 기존 DFT 알고리즘과 새로운 알고리즘에서 비교한 그림이다. 전류신호에서 0°고장시에 지수 함수 적으로 감쇄하는 DC-Offset의 영향으로 기존 알고리즘에서는 R, X궤적이 진동하나, 새로운 알고리즘에서는 R, X 궤적이 진동없이 수렴하는 것을 볼 수 있다.
제시된 알고리즘은 한주기 12 샘플링으로 DSP를 이용한 실시간 모의를 통해 고장 후 R.X 수치를 비교적 정확히 나타낸다. 선로의 0도 고장시 입력신호에서 DC 성분의 정확한 값을 구하므로 종전의 시정수를 사용하는 DC 필터보다 우수하게 DC-Offset 성분을 추출하여 제거 가능하며 S/W 및 H/W Simulation을 통하여 이를 검증하였다.

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