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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20157(2022) 이 기사 인용

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전력 변압기는 전력 시스템의 중요한 장비이며 시스템 신뢰성을 보장하기 위해 응답성이 뛰어나고 정확한 보호 시스템이 필요합니다. 본 논문에서는 이산 웨이블릿 변환과 역전파 신경망을 기반으로 한 전력 변압기의 결함 위치 알고리즘을 제시합니다. 이 시스템은 태국의 송전 및 배전 시스템의 일부를 모델로 했습니다. ATP/EMTP 소프트웨어는 제안된 알고리즘을 검증하기 위해 결함 신호를 시뮬레이션하는 데 사용되며 다양한 조건에서 성능을 평가합니다. 또한, 은닉층과 출력층의 다양한 활성화 함수를 비교하여 알고리즘에 적합한 함수를 선택합니다. 테스트 결과는 제안된 알고리즘이 다양한 조건에서 0.1% 미만의 평균 오차로 변압기 권선의 결함을 정확하게 찾을 수 있음을 보여줍니다. 이 결과는 제안된 알고리즘을 전력 변압기의 실제 보호 시스템에 구현하는 타당성을 보여줍니다.

전력 시스템의 필수 장비인 전력 변압기는 서로 다른 전압에서 네트워크의 여러 섹션 간에 전력을 전송할 수 있게 해줍니다. 지난 10년 동안 도시화와 경제 성장으로 인한 전력 소비 증가로 인해 전력 시스템과 상호 연결된 전력망은 급속히 확장되고 복잡해졌습니다. 이러한 변화에서 중요한 역할을 하는 전력 변압기는 결함에 취약하고 네트워크 신뢰성을 저하시킵니다. 따라서 장애를 정확하게 식별하고 이를 시스템으로부터 격리하기 위한 보호 시스템을 구축하는 것이 중요합니다. 결함 진단 중 결함 위치를 찾는 것은 운영 및 유지 관리 담당자가 전력 변압기의 결함에 올바르게 대응하는 데 도움이 될 수도 있습니다. 권선 결함은 전력 변압기에서 흔히 발생합니다. 이는 변압기 내부에서 발생하며 권선 절연의 저하로 인해 발생합니다1,2. 결함을 신속하고 정확하게 해결할 수 없으면 변압기가 복구할 수 없을 정도로 손상될 수 있습니다. 전력 변압기는 일반적으로 과전류 계전기, 압력 ​​계전기 및 차동 계전기를 조합하여 보호됩니다3. 태국 전력생산국(EGAT)은 현재 용존 가스 분석4, 주파수 응답 분석(FRA)5, 권선 임피던스 측정6 등 전력 변압기의 결함을 진단하는 기존 방법을 사용하고 있습니다. 장점과 단점이 모두 있는 이러한 방법을 개선하여 시스템 효율성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.

결함 분석은 전력 시스템의 결함을 성공적으로 감지, 식별 및 찾기 위해 다양한 기술을 사용하여 연구되었습니다. 1차 측 중성 전류를 사용하여 오류 상태를 나타내는 상호 오류 감지 시스템이 전력 변압기에 구현되었습니다7. 무부하 유효 전력 손실 및 무효 전력을 적용하여 전력 변압기의 인터턴 오류를 감지할 수 있습니다8. 전류 고조파를 결정 요인으로 사용하여 전력 변압기가 오류 상태인지 여부를 정확하게 감지할 수 있습니다9,10. 사물 인터넷을 기반으로 한 보호 시스템은 획득된 신호를 모니터링하고 분석할 수 있습니다11. 변압기의 경우 권선-지락 사고는 장비의 손상으로 이어질 수 있는 비정상적인 상태이므로 이를 정확하게 진단하기 위해 많은 연구가 그 특징을 분석해 왔습니다12,13. 그러나 이러한 시스템에는 추가 구성 요소가 필요하거나 특정 응용 프로그램에 적합하지 않기 때문에 구현이 제한됩니다. 따라서 더 폭넓은 적용 가능성을 갖춘 향상된 알고리즘을 얻기 위해 수학적 도구가 사용되었습니다.

웨이블릿 변환은 다양한 목적으로 신호를 분석하는 데 사용할 수 있는 수학적 도구입니다. 전력 시스템 애플리케이션에서는 신호 분석을 위한 푸리에 변환의 단점을 극복할 수 있습니다. 분석에 사용되는 마더 웨이블릿은 알고리즘 성능에도 영향을 미치며, 결함 분석을 위한 최적의 마더 웨이블릿을 선택하기 위해 전력 시스템 응용 분야의 다양한 마더 웨이블릿의 성능을 비교했습니다. 이전 연구에서는 Daubechies 웨이블릿이 일시적인 오류 조건 분석에 적합하다는 것을 보여주었습니다. 전력 변압기 차동 보호를 위한 웨이블릿 기반 알고리즘은 다양한 유형의 오류를 올바르게 감지했습니다16. 권선 변형을 식별하기 위해 FRA 신호를 처리하여 연속 웨이블릿 변환도 구현되었습니다. 고주파 성분만을 필요로 하는 또 다른 웨이블릿 기반 감지 알고리즘은 비슷한 정확도로 지락을 감지했습니다18. 이전 연구에서도 제시된 계수 값의 특성은 이 특성이 결함 진단 응용에 사용될 수 있음을 보여줍니다. 이러한 응용 프로그램은 일시적인 오류 신호를 분석하기 위한 수학적 도구로서 웨이블릿의 적합성에 대한 통찰력을 제공했습니다. 그러나 정확도가 향상되는 것이 바람직합니다.