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표제지

국문초록

목차

제1장 서론 12

1.1 연구 배경 12

1.2 연구 목적 12

제2장 본론 14

2.1. IEC 61850 프로토콜을 이용한 IED 14

2.1.1. IEC 61850 프로토콜의 목적 14

2.1.2. IEC 61850 프로토콜을 적용한 IED 모델 14

2.1.3. IEC 61850 GSE 통신 표준 17

2.2. 선로보호용 IED 내의 방향성 과전류 요소를 이용한 모선 보호 계전시스템 18

2.2.1. 방향성 과전류 계전 알고리즘 18

2.2.1.1. 방향성 판별 19

2.2.1.2. 지락 및 단락 방향성 과전류 계전 알고리즘 21

2.2.1.3. 3상 단락 고장 발생시 전압 위상각 검출 23

2.2.1.4. CT 포화 대책 25

2.2.2. 선로의 방향성 정보를 이용한 모선 보호 계전 시스템 32

2.3. 사례 연구 33

2.3.1. 모델 계통 및 고장 모의 33

2.3.2. 알고리즘 검증 34

2.3.2.1. 모선 외부 고장 모의 및 알고리즘 검증 34

2.3.2.2. 모선 내부 고장 모의 및 알고리즘 검증 45

2.3.3. 하드웨어 테스트 57

2.3.3.1. 하드웨어 시스템 구성 57

2.3.3.2. 하드웨어 테스트 결과 61

제3장 결론 63

참고문헌 64

Abstract 65

감사의 글 66

표목차

표 1. 고장에 판별시 입력 전압 전류 21

표 2. A상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 38

표 3. B상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 38

표 4. C상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 38

표 5. AB상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 41

표 6. BC상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 41

표 7. CA상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 42

표 8. 3상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 45

표 9. 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 49

표 10. 모선 내부 B상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 49

표 11. 모선 내부 C상 지락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 49

표 12. 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 53

표 13. 모선 내부 Be상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 53

표 14. 모선 내부 CA상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 53

표 15. 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 결과 57

표 16. 모선 내부 고장 발생시 각 고장에 따른 동작 시간 62

그림목차

그림 1. IEC 61850 프로토콜을 적용한 IED 모델 15

그림 2. IED의 논리적인 구성 15

그림 3. IED 내부 구성도 16

그림 4. 정보교환을 위한 서비스 모델 17

그림 5. 정보의 기능에 따른 통신 프로토콜 17

그림 6. 802.1Q/802.1p 18

그림 7. 이더넷 프레임 18

그림 8. A상 역방향 지락 고장시 전압 및 전류 파형 19

그림 9. 역방향 고장 발생시 전압 전류의 위상각차 20

그림 10. 정방향 A상 지락 고장시 전압과 전류의 파형 20

그림 11. 정방향 고장 발생시 전압 전류의 위상각차 21

그림 12. 지락 고장 발생시 방향성 판별을 위한 벡터도 및 판단 영역 22

그림 13. 단락 고장 발생시 방향성 판별을 위한 벡터도 및 판단 영역 22

그림 14. 방향성 과전류 계전요소의 알고리즘 순서도 23

그림 15. 선로 및 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 전압 파형 24

그림 16. 선로 및 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 전압 전류의 위상각차 24

그림 17. 보상된 전압 위상각을 이용한 전압 전류의 위상각차 24

그림 18. 전압 위상각 검출이 추가된 알고리즘 순서도 25

그림 19. 변류기 포화로 인한 전류 파형 26

그림 20. 선로 1선 지락 고장시 변류기 1차측과 2차측 전류를 이용한 위상각차 26

그림 21. 잔류 자속에 따른 위상각 오차 27

그림 22. 변류기 포화에 따른 방향성 오판 28

그림 23. A상 지락 고장시 각 고장 저항에 따른 전압 파형 29

그림 24. 고장 저항에 따른 전압 벡터도 29

그림 25. 변류기 잔류자속-80%일 경우 고장 저항에 따른 전압 전류 위상각차 30

그림 26. AB상 단락 고장 발생시 변류기 잔류 자속에 따른 A상 전압 전류의 위상각차 31

그림 27. AB상 단락 고장발생시 각상 전류의 위상각 동작 영역 31

그림 28. 기존의 모선 보호 계전방식과 IEC 61850기반 모선 보호 계전 시스템 32

그림 29. 외부 선로 고장시 각 계전기의 방향성 32

그림 30. 모선 내부 고장시 각 계전기의 방향성 33

그림 31. 외부 선로 고장 및 모선 내부 고장 판단 방법 33

그림 32. 모의 계통도 34

그림 33. F1 A상 지락 고장 발생시 R1 계전기의 외부 선로 고장 판별 35

그림 34. F1 A상 지락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 35

그림 35. F2 A상 지락 고장 발생시 R2 계전기의 외부 선로 고장 판별 36

그림 36. F2 A상 지락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 36

그림 37. F3 A상 지락 고장 발생시 R3 계전기의 외부 선로 고장 판별 37

그림 38. F3 A상 지락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 37

그림 39. F1 AB상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 외부 선로 고장 판별 39

그림 40. F1 AB상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 39

그림 41. F2 AB상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 외부 선로 고장 판별 40

그림 42. F2 AB상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 40

그림 43. F3 AB상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 선로 외부 고장 판별 40

그림 44. F3 AB상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 41

그림 45. F1 3상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 외부 선로 고장 판별 42

그림 46. F1 3상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 43

그림 47. F2 3상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 외부 선로 고장 판별 43

그림 48. F2 3상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 44

그림 49. F3 3상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 외부 선로 고장 판별 44

그림 50. F3 3상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 45

그림 51. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R1 계전기의 모선 내부 고장 판별 46

그림 52. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 46

그림 53. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R2 계전기의 모선 내부 고장 판별 47

그림 54. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 47

그림 55. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R3 계전기의 모선 내부 고장 판별 48

그림 56. F4 모선 내부 A상 지락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 48

그림 57. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 모선 내부 고장 판별 50

그림 58. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 50

그림 59. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 내부 모선 고장 판별 51

그림 60. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 51

그림 61. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 모선 내부 고장 판별 52

그림 62. F4 모선 내부 AB상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 52

그림 63. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 모선 내부 고장 판별 54

그림 64. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R1 계전기의 동작 시퀀스 54

그림 65. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 모선 내부 고장 판별 55

그림 66. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R2 계전기의 동작 시퀀스 55

그림 67. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 모선 내부 고장 판별 56

그림 68. F4 모선 내부 3상 단락 고장 발생시 R3 계전기의 동작 시퀀스 56

그림 69. RSCAD를 이용한 계통모의 57

그림 70. RTDS를 이용한 정상상태, 외부 및 내부고장 모의(A상 전류) 58

그림 71. IEC 61850 프로토콜 기반의 하드헤어 구성 59

그림 72. 알고리즘 검증을 위한 실시간 모의 시스템 59

그림 73. Ethereal을 이용한 통신 데이터 취득 60

그림 74. 통신 속도 측정을 위한 하드헤어 구성도 60

그림 75. 외부 선로 고장 발생시 GOOSE 메시지 송신 결과 61

그림 76. 내부 선로 고장 발생시 GOOSE 메시지 송신 결과 61

그림 77. 계전기 동작 속도 측정 62

초록보기

IEC 61850은 세계적인 변전소 자동화용 통신 표준으로 채택되어 지고 있다. 변전소 자동화를 위하여 IEC 61850 프로토콜을 적용할 경우 전력 설비들 간의 신뢰성 있는 보호 협조를 이룰 수 있다. 또한 변전소내 통신을 통하여 새로운 보호 시스템을 구현 할 수 있다.

전력계통에서 모선사고는 발생빈도가 매우 적지만 일단 사고가 발생하면 그 영향이 미치는 범위가 대단히 크고 전력 공급에 막대한 지장을 주므로 고장제거의 지연이나 오동작이 없어야 한다. 현재 모선 보호 방식으로는 비율차동 계전방식이 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 모선 보호에서 특정 변류기에 고장 전류가 집중되고 그 변류기만이 포화되면 차동회로에 오차 전류가 발생하여 오동작할 우려가 있다.

본 논문에서는 변전소내 통신을 이용한 모선보호 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 알고리즘은 모선 보호용 계전기가 모선의 전압 및 전류를 직접 입력받는 방식이 아닌, 각 송전선로에 선로 보호용으로 사용되는 방향성 과전류 계전요소의 방향성을 모선 보호 계전기가 수집하여 내부 고장 및 외부 고장을 판별하는 방법이다.

또한 본 논문에서는 현재 변전소내 통신 프로토콜로 대두 되고있는 IEC 61850 프로토콜을 이용하여 각 계전기들의 통신방식으로 적용 하였다. 각 선로의 방향성 과전류 계전요소들은 IEC 6185O 프로토콜의 GOOSE 메시지를 사용하여 모선 보호용 IED로 각 선로의 방향 정보를 송신하게 되고, 모선 보호용 IED는 이를 수집하여 모선의 고장 여부를 판단하게 된다. 위 의 알고리즘은 IEC 61850 기반의 demo 시스템을 이용하여 검증하였다.

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