사고전류의 경사각 특성을 고려한 LVDC 배전계통용 지능형 사고구간 분리장치의 구현에 관한 연구

김경화; 김지명; 김윤호; 이민행; 한병길; 노대석

doi:10.5762/KAIS.2023.24.11.900

주제분류

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저널정보

한국산학기술학회
한국산학기술학회 논문지 학술저널
한국산학기술학회논문지 제24권 제11호
2023.11 900 - 908 (9page)
DOI : 10.5762/KAIS.2023.24.11.900

저자정보

김경화 (한국기술교육대학교)
김지명 (한국기술교육대학교)
김윤호 (한국기술교육대학교)
이민행 (한국기술교육대학교)
한병길 (한국기술교육대학교)

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DC 배전계통에서 사고가 발생하는 경우, 메인 컨버터의 급속한 탈락으로 인하여 정전구간이 확대될 가능성이 있다. 즉, 기존의 사고전류의 크기만으로는 DC 배전계통의 보호협조에 한계점이 있으므로, 사고전류의 변화분인 경사각을 고려하여 신속하게 사고구간을 분리하는 방안이 필요한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 선로 정수에 따른 사고전류의 경사각 특성을 바탕으로 신속하고 정확하게 사고를 판별할 수 있는 지능형 사고구간 분리장치의 운용방안을 제시한다. 즉, IFID는 선로 정수를 고려하여 전류의 경사각을 산정하고, 이 값이 정정치를 초과하는 경우 사고로 판별하고 신속하게 사고전류를 제한시켜 IFID의 동작시간을 단축시킨다. 또한, 상기에서 제시한 IFID의 운용방안을 바탕으로 H/W 장치부와 S/W장치부로 구성된 4kW, DC 350V급 IFID를 구현한다. 여기서, H/W 장치부는 메인 및 전류제한 스위치, 전류제한 저항, 전압센서, 전류센서, SMPS 등으로 이루어지고, S/W 장치부는 사고전류의 경사각을 실시간으로 측정하고 반도체 소자를 제어하는 CCS와 제어 및 통신을 위한 제어보드로 구성된다. 이를 바탕으로 운용방안에 따른 IFID의 동작특성을 분석한 결과, 사고전류의 경사각 특성을 고려한 IFID가 사고전류의 크기만을 고려한 IFID보다 신속하고 정확하게 사고를 판별하고 사고전류를 제한시킬 수 있음을 알 수 있다.

When a fault occurs in a DC distribution system, the outage area may be extended due to rapid shutdown of the main converter. Because the magnitude of fault current has a limit to protect coordination in a DC distribution system, an operation method is required to rapidly isolate a fault section by considering slope characteristics of the fault current. Therefore, this paper proposes an operation method for an intelligent fault isolation device (IFID), which can detect and estimate a fault in a rapid and accurate way by considering slope characteristics of the fault current with distribution line constants. The proposed operation method for an IFID calculates the slope of the fault current with distribution line constants and reduces its operation time by comparing the calculated slope value to a setting value to detect and evaluate the fault condition. Moreover, we implemented a DC 350-V, 4-kW-scale IFID consisting of H/W and S/W sections based on the proposed operation method. The H/W section is composed of main and current limit switches, a current limit resistor, voltage and current sensors, and an SMPS. The S/W section consists of a control board and CCS to calculate the slope characteristics of the fault current and control a semiconductor device. From the test results based on the proposed operation method, it was confirmed that the IFID considering slope characteristics of the fault current can detect and evaluate the fault condition and limit the fault current faster than an existing method that considers the fault current only.

#Intelligent Fault Isolation Device #Slope Characteristics #LVDC Distribution System #Protection Coordination #Implementation