LVDC 배전계통의 보호협조기기 운용 알고리즘에 관한 연구 :A Study on Operation Algorithm of Protection Coordination Devices in LVDC Distribution System

강민관

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강민관 (한국기술교육대학교, 한국기술교육대학교 일반대학원)

지도교수: 노대석

발행연도: 2021

저작권: 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (7)

2021

LVDC 배전계통의 보호협조기기 운용 알고리즘에 관한 연구

강민관 전기전자통신공학과 2021.01 학위논문

LVDC 배전계통에 있어서 사고구간분리 보호협조 알고리즘에 관한 연구

강민관 , 이후동 , 태동현 외 1명 한국산학기술학회 논문지 2021.01 학술저널

2020

사고전류의 경사각 특성을 이용한 LVDC 배전계통의 사고구간분리 보호협조 운용방안

강민관 , 이후동 , 한병길 외 2명 대한전기학회 학술대회 논문집 2020.10 학술대회자료

2019

경사각 특성을 고려한 LVDC용 선택보호계전기 운용 알고리즘에 관한 연구

강민관 , 이후동 , 김기영 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

PSCAD/EMTDC를 이용한 경전철용 LVDC 배전계통의 단락저항에 따른 보호기기 운용 특성

강민관 , 이후동 , 최성식 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2019.07 학술대회자료

경전철용 LVDC 배전계통의 보호기기 운용 방안에 관한 연구

강민관 , 최성식 , 이후동 외 2명 한국산학기술학회 논문지 2019.04 학술저널

2018

LVDC를 위한 선택보호계전기 보호협조 운용방안에 관한 연구

강민관 , 최성식 , 이후동 외 3명 대한전기학회 학술대회 논문집 2018.11 학술대회자료

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DC 배전은 계통운용의 유연성과 효율을 향상시키기 위한 기술이며, 현재 부분적으로 상용화되고 있지만, DC기기의 개발뿐만 아니라 시스템 레벨에서의 운용 및 보호협조 기술도 요구된다. 특히, 국내의 AC 배전계통에 LVDC를 적용하기 위해서는 기존의 LVDC 배전계통을 도입한 경전철용 급전시스템에 대한 분석이 필요한 실정이다. 현재, 경전철용 급전시스템에서는 장거리 지점에서 사고가 발생하는 경우, 사고전류의 크기가 크게 감소되고, 부하전류와 비슷하거나 더 작은 경우가 발생할 수 있어, 이에 대한 적절한 보호협조 운용 방안이 필요한 실정이다. 한편, 수용가 및 EV 등의 공급을 위한 일반적인 LVDC 배전계통에서는 DC전원의 공급을위한 컨버터나 DC차단기의 보호동작이 기존의 AC배전망의 보호기기 보다 훨씬 빠르기 때문에, 보호기기간의 보호협조 운용을 어렵게 하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 논문에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 경전철용급전시스템에서 사고지점 및 단 지락저항별 사고특성을 바탕으로 장거리 사고와 단 지락저항 사고에 대해서도 적절히 판별할 수 있는 보호기기 운용알고리즘을 제안한다. 또한, LVDC 배전계통에서 메인컨버터와 보호기 기간의 협조동작을 신속하고 정확하게 수행하기 위하여, 선로사고 시 정전구간의 범위를 최소화하기 위한 방안으로, 사고전류의 경사각 특성을 이용한 LVDC 배전계통의 사고구간분리 보호협조 운용방안을 제안한다.
즉, LVDC 배전계통에서의 사고전류가 선로정수에 의해 사고지점에 따라 비례적으로 변하는 경사각의 특성을 이용하여, 사고지점 및 단 지락저항별 사고를 적절하게 판별하는 방법과 메인 컨버터가 탈락되기 전에 사고 구간만을 선택적으로 분리하여, LVDC 배전계통을 정상적으로 운용할 수있다. 한편, 본 논문에서는 제안한 보호협조기기 알고리즘의 유효성을 검증하기 위하여, 배전계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 배전용 변전소, 메인 컨버터 그리고 LVDC 배전선로로 구성된 1.5kV 급 전체 LVDC 배전계통 모델링을 제시한다.
제안한 보호기기 운용방안과 LVDC 배전계통의 모델링을 바탕으로, 사고지점 및 단 지락저항별로 사고특성을 분석한 결과, 단 지락저항이 높거나 장거리 선로인 경우에도, 보호기기가 사고전류와 부하전류를 적절히 판별할 수 있음을 알 수 있었다. 한편, 사고지점에 따른 경사각 특성 및 보호협조 운용알고리즘을 분석한 결과, 메인 컨버터가 탈락하기 전에 사고구간만을 신속히 분리하고 건전구간의 수용가에 미치는 영향을 최소화할 수 있음을 확인 하였다.

The DC distribution is a technology to improve the flexibility and efficiency of system operation and it is partially commercialized, not only the development of DC devices but also the operation and protection coordination technology at the system level are being required. In particular, it is necessary to analyze an existing power supply system for light railroads in order to introduce the LVDC system in domestic AC distribution system. However, when the fault occurs at a long distance in the light rail system, proper operation method of protection coordination is required due to magnitude of the fault current which is similar or smaller than load current.
And also, the existing protection-coordination method using a reverse time characteristics of T-C curve is not effective on the LVDC distribution system because a protective operation time of converters and DC circuit-breakers is much faster than the AC protection devices.
Therefore, in order to overcome these problems, this paper proposes an operation algorithm of protection devices to classify faults with long-distance and resistance based on fault characteristics according to
fault locations and resistance in the LVDC distribution system. Besides, this paper deals with a concept of slope characteristics of fault-current, which may depend on fault location in LVDC distribution system, and also proposes an algorithm of fault-section-isolation with the fault current slope to minimize the region of blackout and perform coordination between converters and protection devices in rapid and accurate manner.
In other words, LVDC distribution system can be operated in stable manner by isolating the fault section selectively before the shutdown of main converter using slope characteristics which changes proportionally by line impedance and fault location. Furthermore, the modeling of 1.5kV LVDC distribution system, which is composed of distribution substation, LVDC converter, and distribution lines is carried out to verify the effectiveness of the proposed algorithm using PSCAD/EMTDC. From the simulation results of fault characteristics based on the proposed method and LVDC distribution modeling, it is found that protection devices can be classified the fault and load current in case of high resistance or long-distance. In addition, from the simulation result of the slope characteristics and protection-coordination algorithm, it is confirmed that the proposed algorithm is useful and practical tools to minimize the fault section in LVDC distribution system.

#Fault current #LVDC system #Protection coordination #SCR rectifier #Slope characteristics

제1장 서 론 1
제1절 연구의 배경 및 필요성 1
제2절 본 논문의 구성 4
제2장 경전철용 LVDC 배전계통의 보호협조기기 운용특성 6
제1절 LVDC 배전계통의 보호기기의 종류 및 특성 6
제2절 배전계통의 보호기기 운용특성 18
제3장 LVDC 배전계통의 선택보호기기 운용 알고리즘 31
제1절 선택보호계전기의 동작특성 분석 31
제2절 선택보호계전기의 보호협조 운용방안 33
제3절 선택보호계전기의 운용 알고리즘 36
제4장 LVDC 배전계통의 경사각특성을 이용한 사고구간분리 운용 알고리즘 39
제1절 사고전류 경사각의 정의 39
제2절 사고전류의 경사각 특성을 이용한 보호협조 운용방안 42
제3절 사고구간분리 보호협조 알고리즘 48
제5장 PSCAD/EMTDC에 의한 LVDC 배전계통 모델링 50
제1절 배전용 변전소 모델링 50
제2절 메인컨버터 모델링 51
제3절 LVDC 배전선로 모델링 52
제4절 전체계통 모델링 53
제6장 시뮬레이션 결과 및 분석 54
제1절 시뮬레이션 조건 54
제2절 LVDC 배전계통의 사고특성 분석 59
제3절 LVDC 배전계통의 선택보호계전기 운용특성 분석 72
제4절 LVDC 배전계통의 사고구간분리 운용특성 분석 77
제7장 결 론 83
참 고 문 헌 85
ABSTRACT 99

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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