초록 ▼

최종목표
대형 발전기 내부사고 보호를 위한 다기능 IED 시제품 기술 개발을 위하여, 첫째, 국내 발전소의 발전기보호반의 정보를 수집하여 분석하였고, IEEE Tutorial Course(Generator Protection), IEEE Standards(Large Generator Protection & Ground Protection) 등을 통하여 제반 보호요소에 대한 기본 원리를 파악하였음, 둘째, Target IED로서 GE사 GEK-100605, DGP, G60 모델을 선정하여 벤치마킹을 수행하였음, 셋째, 발전기의

최종목표
대형 발전기 내부사고 보호를 위한 다기능 IED 시제품 기술 개발을 위하여, 첫째, 국내 발전소의 발전기보호반의 정보를 수집하여 분석하였고, IEEE Tutorial Course(Generator Protection), IEEE Standards(Large Generator Protection & Ground Protection) 등을 통하여 제반 보호요소에 대한 기본 원리를 파악하였음, 둘째, Target IED로서 GE사 GEK-100605, DGP, G60 모델을 선정하여 벤치마킹을 수행하였음, 셋째, 발전기의 내부사고를 위한 사고모델링과 발전기 모의시스템 설계하였음, 넷째, 제반보호알고리즘을 개발하여 C언어로 구현하였음, 다섯째, PSCAD/EMTDC 등을 통해 수집한 모의 사고데이터를 이용한 Off-line 시뮬레이션을 통하여 제반 보호 알고리즘의 성능을 시험하였음, 여섯째, DSP 6713기반의 시제품 Target IED 제작, 개발한 후, 개발된 보호 알고리즘을 Firmware로 구현하였음, 일곱번째, PSCAD/EMTDC의 COMTRADE 파일과 오미크론(256plus) RTP Simulator를 이용하여 Real Time Hardware Test를 수행하여 제반 알고리즘의 성능을 평가함으로서 대용량 발전기보호용 제반 알고리즘을 구현하였고, 최종적으로 다기능 IED 시제품을 개발하였음.
개발내용 및 결과
- IEEE Tutorial Course와 IEEE Standards를 통하여 제반 보호요소에 대한 기본 원리 파악 및 정리
- GE사의 DGP(DEK, G60) Target에 대한 벤치마킹 수행
- DGP를 위한 모든 보호요소 알고리즘 파악 및 구현
- 발전기의 내부사고를 위한 사고모델링과 발전기 모의시스템 설계
· 발전기시스템의 상세모델링과 모의시스템 설계
· 층간단락사고 모델링과 시뮬레이션
· 지락사고 모델링과 시뮬레이션
· 상간단락사고 모델링과 시뮬레이션
· PSCAD/EMTDC를 이용한 발전기시스템의 사고모델링과 모의 시스템 설계
· 비율차동계전기, 역전력계전기, 역상계전기, 계자상실 모델링과 시뮬레이션 등
개발내용 및 결과
- 시제품 Target IED 개발과 개발된 알고리즘 구현
· Generator Stator Differential (87G)
· Current Unbalance (Generator Unbalance) (46)
· Loss of Excitation (40)
· Anti-Motoring (Sensitive Directional Power) (32)
· Time Overcurrent With Voltage Restraint (51V)
· Overexcitation (Volts Per Hertz) (24)
· Voltage Transformer Fuse Fail (VTFF) 등
- 개발된 알고리즘의 오프라인 시험과 오미크론(또는 RTP) Simulator에 의한 IED 시제품 하드웨어의 실시간 성능 검증
기술개발 배경
- 전력계통의 근원인 발전소의 대용량 발전기는 매우 중요함.
- 여러 가지 요인으로 발전소가 불시정지하게 되면 주파수가 저하될 뿐만 아니라 전력계통이 전반적으로 불안정하게 되고, 또 탈락된 발전량을 보충하기 위해서 발전단가가 비싼 발전기가 추가 기동되거나 증발로 인하여 전력거래 비용이 증가하게 됨.
- 발전기의 고장으로 인한 정전은 경제적인 손실 뿐 만아니라 사회적으로 큰 무리를 일으키게 됨.
- 발전기 내부고장은 송변전설비 고장에 비해 사고빈도는 적으나 발전기 용량에 따라 계통에 미치는 영향은 차이가 날 수 있지만, 계통에 주는 충격은 매우 큼.
- 어떤 원인으로 보호계전기가 오 • 부동작을 하게 되면 고장설비의 손상뿐만 아니라 최악의 경우 건전계통으로 파급되어 전 계통의 붕괴를 초래할 수 있음.
- 사고발생시 사고를 최소화하고 전력계통을 보호하기 위해 정확성과 높은 신뢰성이 디지털형 발전기 보호제어시스템이 요구됨.
- 한국형 표준 원전을 탄생시킨 국내에서 조차 발전소의 핵심인 보호제어시스템은 Turnkey 방식으로 전량 도입, 운영되고 있는 실정임.
- 국내에 건설된 보호계전시스템은, 현재까지 일정한 기술기준이 없이 각 발전소별 건설계약자의 설계에 따라 결정되어 외산으로 답습 도입되어 왔음.
- 설치된 계전설비 손상 시 신속하고 능동적인 자체 대응력이 부족하였고 계전설비에 대한 최적운용이 어려웠음.
- 발전기에 대한 상세 모델링과 고장 시뮬레이션 등의 원천기술을 확보함으로서 사고 대처 능력을 향상시키고 제반 계전알고리즘에 대한 심도 있는 이해를 통하여 계전설비의 최적운영기술을 확보해야 함.
- 향후 제반 계전설비의 교체시 주도적인 역할을 하고 더 나아가 차세대 발전기용 디지털 보호계전시스템 시제품을 개발하여 국산화함으로서 수입대체 효과와 외화낭비요인을 제거해야 함.
- 국산 발전기 시스템 등을 활용한 원전 등의 형태로 해외 시장을 개척하여 외화 획득에 긴요하고 국가의 위상 개선이 요구됨.
핵심개발 기술의 의의
본 시스템은, 대용량 발전소의 발전기 보호제어시스템을 위한 제반보호알고리즘을 개발하고 시제품 IED를 제작하여 그 성능을 검증함으로서 종래의 Turnkey 방식으로 도입된 Black-Box형 발전기보호반의 국산화를 위한 기술 개발임.
- 국내 도입된 외산 발전기 보호제어시스템의 내부 보호알고리즘 파악하였고 그 내용을 정리하였음.
- 현장의 발전운영팀, 정비 및 기술전문팀으로부터 수집한 관련 자료를 검토하였고 분석하였음.
- 현장 관련 직원의 교육 훈련 향상과 계전설비의 원활한 운전 도모할 수 있음.
- 운용중인 계전설비의 보호동작과 설정 등을 제공하였음.
- 현장의 경험과 의견이 반영된 국산 보호계전기의 개발을 통해 성능을 개선할 수 있음.
- 계전설비에 대한 신속한 유지 보수와 최적운용이 가능하며 안정성을 확보할 수 있음.
- PSCAD/EMTDC에 의한 실계통 정수가 반영된 발전기 및 발전기시스템의 사고 모델링과 다양한 시뮬레이션을 통해 발전기 시스템의 동작 및 운용을 파악할 수 있음
- 대용량 발전기의 모든 보호알고리즘 파악하고 개선된 보호알고리즘을 개발, 구현하였음.
- 대용량 발전기 모델링과 보호제어시스템 관련된 원천 및 핵심 기술을 확보함으로서 보다 빠른 기간이내에 국산화 및 실용화가 가능하며 향후 성능이 개선된 발전기용 다기능 IED 시제품 구현 및 개발할 수 있을 것임.
- 오미크론 RTP 시뮬레이터에 의한 시제품 IED의 성능을 검증하였음.
- 발전기 보호제어시스템을 통해 전력계통 안정도 분야에 기여할 수 있고 발전소 IT를 기반으로 한 스마트그리드 분야에 파급이 예상되며, 관련 차세대 전력기기 산업의 신규 시장 창출이 기대됨.
적용 분야
발전기 시스템의 전기 설계 및 모델링, 발전기 시스템 계측 및 모니터링, 발전기 보호 알고리즘 및 제어, Digital 연계 및 신호처리, IED의 시뮬레이션 및 하드웨어 개발, 다기능 적응형 디지털 보호 계전기 개발 및 성능 시험, 대용량/중용량/소용량 집중 및 분산전원계통의 계측 장치 등

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목 차 ... 21
• I 해당 연도 추진 현황 ... 23
• II 기술개발결과 ... 26
• 제 1 장 개선된 보호알고리즘의 개발 및 구현 ... 30
• 제 1 절 디지털 필터 ... 30
• 1. 이득 보상 DFT 필터 ... 30
• 2. DC-offset 제거 필터 ... 32
• 제 2 절 비율 차동 계전기(87G) ... 40
• 제 3 절 전압 억제 과전류 계전기(51V) ... 43
• 제 4 절 지락 보호 계전기(64S, 64TN, 27TN) ... 47
• 제 5 절 지락 과전류 계전기(51GN) ... 54
• 제 6 절 과여자 계전기(24) ... 55
• 제 7 절 과전압 계전기(59) ... 58
• 제 8 절 저전압 계전기(27) ... 59
• 제 9 절 역상 불평형 계전기(46) ... 61
• 제 10 절 여자 상실 계전기(40) ... 67
• 제 11 절 역전력 계전기(32) ... 78
• 제 12 절 Voltage Transformer Fuse Fail(VTFF) ... 81
• 제 13 절 후비 보호 ... 83
• 제 14 절 동기 탈조 계전기(56) ... 85
• 제 15 절 Inadvertent Energizing ... 91
• 참고문헌 ... 94
• 제 2 장 발전기 시스템 모델링과 모의 시스템 설계 ... 100
• 제 1 절 발전기 내부사고 수식적 모델링 및 분석 ... 100
• 제 2 절 발전기 사고 모의 시스템 설계 및 분석 ... 121
• 참고문헌 ... 167
• 제 3 장 Proto type IED Implementation & User Interface Design ... 168
• 제 1 절 시제품 IED 설계 및 제작 ... 168
• 제 2 절 User Interface Design ... 178
• 제 4 장 개발된 보호기법의 성능 검증을 위한 시뮬레이션과 테스트 ... 182
• 제 1 절 Off-line 시뮬레이션 ... 182
• 제 2 절 Real-time 테스트 ... 223
• 제 5 장 결론 및 년도 별 종합실적 ... 244
• 제 1 절 결론 ... 244
• 제 2 절 년도별 연구성과 ... 245
• IV 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 247
• V 자체보완관리진단표 ... 248
• 끝페이지 ... 249