배전자동화 시스템을 위한 계통평가 및 운전기법에 관한 연구 = System evaluation and operation methodology for distribution automation system

국문 초록 (Abstract)

배전자동화 시스템의 도입으로 실시간 계통감시 및 원격 부하절체가 가능해지면서 배전계통 운영환경이 급격히 변화하고 있으나 이를 충분히 활용할 수 있는 체계적인 운전기법은 마련되어 있지 않다. 본 논문에서는 배전자동화 시스템을 기반으로 한 배전계통 운영체계와 운전지원 응용소프트웨어에 대하여 기술하였다. 아울러 배전계통 운영에서 가장 중요한 요소인 보호(protection)와 복구(restoration) 문제에 대하여 직접적이고 정량적인 평가기법 및 최적화 방안을 제시하였다.
본 논문에서 제안하는 배전계통 운영체계에서는 계통상태를 정상상태, 정전상태, 위반상태 및 최적상태로 분류한다. 배전선로에 고장이 발생하면 공급전력이 차단되고 계통은 정상상태에서 정전상태로 천이된다. 이러한 상황은 경보처리 및 고장진단 기능에 의해 인지되고 정전복구 기능에 의해 정상상태로 회복된다. 위반상태는 과부하, 과전압, 저전압을 의미하며 상태추정에 의해 비정상 상태가 검출되고 부하절체 및 무효전력 제어기능에 의해 위반사항이 해소된다. 최적상태는 정상상태 내에서 이상적인 운전상태로서 선로손실, 전력품질, 복구능력 및 보호능력의 관점에서 평가되고 최적화된다. 이러한 운영체계를 구성하는 대부분의 기법들은 개별적으로는 이미 개발되어 있거나 송전계통 운영 등 유사분야에서 다양한 연구가 진행되어 있다. 그러나 배전계통 운영에서 가장 중요한 보호능력과 복구능력에 대해서는 연구가 미미하여 본 논문에서 새로이 개념을 정의하고 평가기법 및 최적화 방안을 연구하였다.
복구능력은 방사상으로 운전되는 배전선로에 고장이 발생했을 때 정전부하에 전력공급을 재개할 수 있는 우회 전력공급 경로의 확보능력을 나타낸다. 이를 정량적으로 평가하기 위한 방법으로서 복구도 지수를 제안 하였고 이 지수를 양의 값으로 유지하는 것이 선로상의 어느 구간에서 고장이 발생하더라도 부하 측의 건전한 정전구간이 100% 복구될 수 있음을 나타내는 필요충분조건임을 증명하였다. 이어서 복구도 지수 계산결과 복구능력이 부족한 구간이 발생했을 때 이를 해소하기 위한 부하를 절체 계획의 수립방안을 제시하였다.
보호능력은 보호기기의 설치위치와 정정치가 적절하여 고장발생시 최소의 정전구간으로 신속히 차단될 수 있는가를 나타내는 것으로서 보호도 지수라는 개념을 도입하여 정량화 하였다. 최소동작전류 등 정정치나 설치위치와 같이 보호기기와 관련하여 보호성능에 영향을 미치며 변경 가능한 모든 값을 파라미터라 정의하고 각 보호기기의 파라미터가 전력회사에서 추천하는 보호기기 정정 및 설치에 관한 규정에 얼마나 잘 부합하는지를 계산하여 보호능력의 척도로 삼는다. 각 규칙에 대하여 참여하는 보호기기의 개수와 파라미터의 개수로 기준으로 규칙을 분류하고 미분 가능한 특성을 가지는 시그모이드 함수를 이용하여 적합도의 계산방법을 제시하였다. 또한 보호도 지수를 목적함수로 하고 구배법(gradient method)을 이용하여 정정치를 최적화 하는 방안을 제시함으로서 보호기기의 설치위치 선정이나 자동정정에 활용할 수 있도록 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents evaluation and operation methodology for distribution automation system in normal and emergency state. In addition, conceptual frame work of new concept of 'protectability' and 'Restorability' is proposed.
To secure service continuity is one of the most important missions in the power distribution system operation. In this paper, an easy and fast way to secure the complete restoration for any fault on the feeder is proposed. It is based on the restoration conditions for the feeder to have 100% restoration capability for any fault on the feeder. An evaluation methodology of the restoration capability is developed based on the developed restoration conditions. Applications of the developed concept to the system operation in the normal and emergency status, that would enhance the supply reliability of the system are described.
The various Protective devices are applied in the distribution system. The operating parameters of those devices ought to be carefully selected to best satisfy the required protection functions according to the setting rules. This paper suggests a novel evaluation scheme of protective effectiveness in distribution system. The adequacy of every parameter in a protective device is evaluated for the setting or correction rule. The proposed method is applied to a typical distribution network to show its effectiveness.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅲ
• 국문요약 = ⅰ
• 그림차례 = ⅵ
• 표차례 = ⅷ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구동향 = 2
• 1.3 논문의 내용 및 구성 = 3
• 제2장 DAS기반의 배전계통 운전기법 = 6
• 2.1 배전자동화 시스템의 구성 = 6
• 2.2 배전계통 상태정의 = 12
• 2.2.1 상태분류 = 12
• 2.2.2 상태천이 = 15
• 2.2.3 데이타 = 15
• 2.3 배전계통 운영기법 = 17
• 2.3.1 위반상태 평가 및 제어 = 17
• 2.3.2 정전상태 평가 및 제어 = 19
• 2.3.3 최적상태 평가 및 제어 = 22
• 2.4 배전자동화용 운전지원 소프트웨어 = 24
• 2.4.1 오류 데이타 검출 (Bad Data Detection) = 24
• 2.4.2 상태추정 (State Estimation) = 26
• 2.4.3 정보처리 (Alarm Processing) = 27
• 2.4.4 고장진단 (Fault Diagnosis) = 27
• 2.4.5 정전복구(Service Restoration) = 29
• 2.4.6 전력품질 감시(Power Quality Monitoring) = 29
• 제3장 배전계통 복구능력 평가기법 = 32
• 3.1 복구도(Restorability) 개요 = 32
• 3.2 복구능력 평가모델 = 33
• 3.2.1 복구도 지수(Restoration Index) = 34
• 3.2.2 복구가능 조건 = 37
• 3.2.3 복구도 지수 계산 = 39
• 3.2.4 복구도 지수 체크 포인트 = 41
• 3.3 복구능력 개선방안 = 41
• 3.3.1 후보 탐색 단계 = 42
• 3.3.2 후보평가 단계 = 44
• 3.3.3 퍼지로직을 이용한 종합평가 = 47
• 3.4 사례연구 = 51
• 3.4.1 복구능력 평가 = 51
• 3.4.2 복구능력 개선방안 후보탐색 = 53
• 3.4.3 복구능력 개선방안 퍼지평가 = 55
• 3.5 실계통 적용사례 = 55
• 제4장 배전계통 보호능력 = 58
• 4.1 개요 = 58
• 4.2 보호도 평가모델 = 59
• 4.2.1 파리미터 = 59
• 4.2.2 적합도 함수 = 60
• 4.2.3 평가규칙 = 66
• 4.2.4 계층적 평가모델 = 68
• 4.3 보호능력 최적화 = 74
• 4.3.1 개요 = 74
• 4.3.2 구배법(Gradient Method) = 74
• 4.3.3 최적화 알고리즘 = 76
• 4.3.4 지역 최소해 문제 = 78
• 4.4 사례연구 = 81
• 4.4.1 보호기기 정정치 비교 = 81
• 4.4.2 보호기기 설치위치 선정 = 83
• 4.4.3 보호기기 정정치 최적화 = 85
• 4.5 실 계통 적용연구 = 88
• 4.5.1 대도시 배전계통 = 89
• 4.5.2 농어촌 배전계통 = 91
• 제5장 결론 = 93
• 참고문헌 = 96
• Abstract = 102
• 감사의 글 = 103