KR100712957B1 - 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전자동화장치에서 중앙제어시스템과 데이터를 송수신하는 모뎀의 전송상태가 불안정한 경우, 모뎀을 리셋시켜 정상상태로 복구시키도록 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자동화된 배전 시스템에 있어서 배전자동화장치의 상태를 원격지에 전해주는 모뎀에 이상상황이 발생한 경우, 직접 작업자가 현장에 나가지 않고 자동으로 모뎀을 초기상태로 만들어 줄 수 있는 효과가 있다.
배전자동화, FRTU, 모뎀, 부하 개폐기, 리셋장치, RS232C

Description

자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치{DISTRIBUTION AUTOMATION SYSTEM WITH AUTO-RESET DEVICE}
도 1은 자동화된 배전선로의 연결상태를 나타낸 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 배전자동화장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배전자동화장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 4는 모뎀스위치의 동작을 나타낸 블럭도.
**도면의 주요부분에 대한 부호설명**
10 : 변전소 12 : 전주 14 : 배전선로
16 : 제어선로 20 : 부하 개폐기 30 : 배전자동화장치
31 : FRTU 32 : 모뎀 33 : 자동리셋장치
331 : CPU 332 : 메모리 333 : 전원부
334 : 모뎀스위치 335 : RS232C 포트 336 : 감시부
3361 : TX 감시모듈 3362 : DNP 감시모듈 40 : 중앙제어시스템
본 발명은 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전자동화장치에서 중앙제어시스템과 데이터를 송수신하는 모뎀의 전송상태가 불안정한 경우, 모뎀을 리셋시켜 정상상태로 복구시키도록 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치에 관한 것이다.
도 1은 자동화된 배전선로의 연결상태를 나타낸 구성도이며, 도 2는 종래기술에 따른 배전자동화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 1과 도 2를 참조하여 설명하면, 변전소(10)로부터 수용가로 이어지는 배전선로(14)에는 하나 이상의 전주(12), 배전자동화장치(30) 및 부하 개폐기(LBS ; Load Break Switch, 20)가 설치될 수 있다. 각각의 배전자동화장치(30)는 제어선로(16)를 통해 중앙제어시스템(40)과 연결될 수 있다.
수용가는 배전선로(14)를 통해 변전소(10)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 중앙제어시스템(40)과 배전자동화장치(30)는 유무선 통신망을 통해 연결된다. 중앙제어시스템(40)은 배전선로나 송전선로 등 발전 및 배전 시스템 전체를 관할하는 운영업체의 시스템으로서, 한국 전력의 종합 상황실 등이 한 예가 될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 배전자동화장치(30)에는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit, 31)와 모뎀(32)이 포함될 수 있다.
FRTU(31)는 부하단의 전압과 전류를 검출하여 고장 전류 연산에 의한 고장점(FI ; Fault Indicator)을 실시간으로 판단하여 상위 시스템으로 전송한 후, 배전 자동화 알고리즘에 의한 수행 명령이 제어장치에 전달되면 자체 통신 및 고장 판단 알고리즘으로 고장 구간을 분리/복귀하는 역할을 수행한다.
FRTU(31)는 배전선로(14)에 흐르는 전류, 전압 및 전력을 계측하고, 배전선로(14)에 부하 전류 발생 및 사고시 그 상태를 감지하여 중앙제어시스템(40)에 전송하고, 중앙제어시스템(40)으로부터 제어명령을 수신하여 사고지점의 선로를 개방한다. FRTU(31)의 제어신호에 따라 부하 개폐기(20)는 배전선로(14)에 전원을 공급하거나 차단하는 방법으로 사고를 수습한다.
모뎀(32)은 유무선 통신망을 통해 중앙제어시스템(40)과 연결되며, 배전자동화장치(30)의 상태에 관한 정보를 중앙제어시스템(40)에 전송한다. 또한 중앙제어시스템(40)으로부터 FRTU(31) 또는 부하 개폐기(20)에 대한 제어신호가 수신되면, 이를 적절한 프로토콜로 변환하여 FRTU(31) 또는 부하 개폐기(20)에 전송한다.
모뎀(32)과 중앙제어시스템(40) 사이에 사용되는 유무선 통신망은 공중전화망(PSTN ; Public Switched Telephone Network), 이동통신망, 광통신망, 주파수공용통신망(TRS ; Trunked Radio System) 등을 포함한다. 또한 FRTU(31)와 모뎀(32)은 RS232C 통신 인터페이스를 사용하여 데이터 전송을 할 수 있는데, RS232C 인터페이스는 컴퓨터들과 관련 장치들 간에 비교적 느린 속도의 직렬 데이터 통신을 하기 위하여 사용된다.
한편, 이와 같이 구성된 배전용 자동화 시스템에서 FRTU(31) 또는 모뎀(32)의 데이터 송수신 상태에 이상이 발생한 경우, 중앙제어시스템(40)은 데이터 송수신 에러 상태를 감지한 후, 관리자나 현장 작업자를 이상지점에 파견하여 기기를 수리하는 방법을 사용하고 있어서 시간과 인력의 낭비가 불가피해진다.
특히 모뎀(32)이 홀딩(holding)된 경우와 같이 모뎀(32)에 정상적으로 전원이 공급되지만 데이터 전송이 차단되고 있는 때에는 관리자가 현장에 출동하여 단순히 모뎀(32)의 전원을 껐다 켜는 것만으로도 모뎀(32)이 정상상태로 리셋(reset) 된다.
그러나 종래기술에 따른 배전자동화장치(30)에서는 이러한 단순한 고장상태가 발생한 경우, 모뎀(32)을 원격지에서 자동으로 리셋시켜줄 수 있는 구성이 없어서 직접 관리자가 출동하여야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배전자동화장치에 포함된 FRTU와 모뎀 사이의 데이터 송수신 상태를 감시하여 이상상황이 발생한 경우, 자동으로 모뎀을 리셋시켜 정상상태를 회복할 수 있도록 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 모뎀에서 전송하는 DNP 전송신호의 상태를 파악하여 모뎀의 정상동작 여부를 판단할 수 있도록 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 통신망을 이용하여 중앙제어시스템과 연결되며, 배전선로에 설치된 부하 개폐기의 동작을 제어하는 배전자동화장치로서, 상기 중앙제어시스템으로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 부하 개폐기를 제어하여 상기 배전선로를 개방하거나 폐쇄하는 FRTU와; 유무선 통신망을 통해 상기 중앙제어시스템과 연결되며, 상기 배전자동화장치의 상태에 관한 정보를 전송하고, 상기 부하 개폐기에 대한 제어신호를 수신하는 모뎀과; 상기 모뎀에 전원은 정상적으로 공급되지만 내부 또는 외부 장치로 데이터의 송수신이 정상적으로 이루어지지 않는 경우, 상기 모뎀을 자동으로 리셋시키는 자동리셋장치;를 포함한다.
상기 자동리셋장치는 CPU와; 상기 FRTU 및 상기 모뎀을 연결하는 RS232C 선로의 데이터 전송상태를 감시하는 감시부와; 상기 CPU의 제어신호에 따라 상기 모뎀에 공급되는 전원을 소정의 시간동안 차단시켰다가 다시 복구하여 상기 모뎀을 리셋시키는 모뎀스위치;를 포함한다.
상기 감시부는 상기 모뎀이 상기 FRTU로 전송하는 모뎀측 TX 라인을 감시하여 DNP 전송신호를 검출하는 DNP 감시모듈;을 포함한다.
상기 CPU는 상기 감시부에서 DNP 전송신호를 감시한 결과, 상기 모뎀으로부터 상기 FRTU로 전송된 DNP 시작 바이트가 검출된 후, 일정한 시간이 경과할 때까지 추가적인 DNP 시작 바이트가 검출되지 않는 경우, 상기 모뎀 스위치를 제어하여 상기 모뎀을 리셋시키는 것을 특징으로 한다.
상기 유무선 통신망은 공중전화망(PSTN ; Public Switched Telephone Network), 이동통신망, 광통신망, 주파수공용통신망(TRS ; Trunked Radio System) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배전자동화장치를 설명한다. 아래에서 동일한 구성요소에 대하여는 위에서 언급한 동일한 도면부호를 명기한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배전자동화장치의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 4는 모뎀스위치의 동작을 나타낸 블럭도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 배전자동화장치(30)에는 통상적인 FRTU(31)와 모뎀(32) 이외에 자동리셋장치(33)가 포함되며, 자동리셋장치(33)는 FRTU(31)와 모뎀(32) 사이의 RS232C 선로 중간에 삽입된다.
자동리셋장치(33)는 FRTU(31)와 모뎀(32) 사이에 연결된 RS232C 선로를 통과시켜 FRTU(31)와 모뎀(32) 사이에 주고받는 데이터를 감시하며, 데이터 송수신 상태에 따라 적절한 조치를 취하게 된다.
자동리셋장치(33)에는 CPU(331), 메모리(332), 전원부(333)가 포함되며, 이러한 구성들은 구성요소에 대한 통상적인 제어와 전원공급 역할을 한다.
전원부(333)는 자동리셋장치(33)뿐만 아니라 모뎀(32)에 대한 전원공급을 함께 담당하는데, 전원부(333)로부터 공급되는 전원은 모뎀스위치(334)를 통과하여 모뎀(32)에 연결된다.
모뎀스위치(334)는 CPU(331)의 제어에 의하여 모뎀(32)에 전원을 공급하거나 차단한다.
RS232C 포트(335)는 FRTU(31)와 모뎀(32)을 연결하는 RS232C 선로와 연결되어 데이터 송수신 상황을 파악한다. RS232C 포트(335)에는 추가적인 장치와의 연 결을 위하여 예비포트가 구비될 수도 있다.
RS232C 포트(335)에는 별도의 릴레이(도면 미도시)가 포함되어 일정한 시간 주기마다 또는 특정한 상황이 생겼을 때에만 데이터 송수신 상황을 파악하도록 할 수도 있을 것이다.
감시부(336)는 모뎀(32)으로부터 FRTU(31)로 전송되는 모뎀측 TX 선로를 감시하여 DNP(Distributed Network Protocol) 전송신호를 검출한다.
DNP는 유틸리티 산업을 위해 설계된 표준 통신 프로토콜이다. 이것은 FRTU(31), IED(Intelligent Electronic Device)와 마스터 스테이션 사이의 상호 운영성을 확립하기 위하여 개발된 개방형 프로토콜이다.
DNP 3.0 프로토콜은 전력회사, 오일, 가스, 수자원 등의 분야에서 사용되는 중앙 집중형 원격감시장치인 SCADA(supervisory control and data acquisition; 집중 원격감시제어)시스템에서 FRTU(31)와 중앙제어시스템(40) 사이의 호환성 보장을 위하여 개발된 표준화된 통신 프로토콜이다. 특히, 이 프로토콜은 특성상 안정성이 뛰어나고, 저급의 통신환경에서도 우수한 성능을 나타내고 있어서 기존의 방식에 비해 SCADA환경에 잘 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 모뎀(32)의 통신 방식에 DNP 3.0 프로토콜을 적용하는 경우, FRTU(31)와 중앙제어시스템(40)의 통신에 있어, 중앙제어시스템(40)은 DNP 3.0 프로토콜 규약상의 마스터(Master) 기능을 수행하고, FRTU(31)는 슬레이브(Slave) 기능을 수행할 수 있다. 즉, 중앙제어시스템(40)은 DNP 3.0 프로토콜이 적용된 통신을 수행하여 FRTU(31)의 배전선로(14) 개폐 동작을 제어할 수 있다.
모뎀(32)은 중앙제어시스템(40)으로부터 전송된 DNP 제어신호를 FRTU(31)에 전달하여 부하 개폐기(20)의 동작을 제어한다.
감시부(336)에는 TX 감시모듈(3361)과 DNP 감시모듈(3362)이 포함되며, TX 감시모듈(3361)은 모뎀측 TX 선로와 연결되어 전송신호를 감지한다.
DNP 감시모듈(3362)은 모뎀(32)으로부터 전송되는 전송신호에 DNP 전송신호가 포함되어 있는지를 감지하며, 모뎀(32)으로부터 DNP 시작 바이트(05 64H)가 검출된 이후부터 일정한 시간내에 새로운 DNP 전송신호가 검출되는지를 파악한다.
만약 DNP 시작 바이트가 검출된 후, 일정한 시간이 지난 후에도 새로운 전송신호가 검출되지 않는다면 모뎀(32)의 전송기능에 이상이 생긴 홀딩 상태가 발생한 것으로 볼 수 있다.
통상적인 경우에는 모뎀(32)의 데이터 전송기능이 정지되어 중앙제어시스템(40)이 배전자동화장치(30)로부터 아무런 데이터를 받지 못하게 되므로, 고장 상황이 발생했음을 감지하여 관리자나 현장 작업자가 출동하게 된다.
그러나 본 발명에서는 DNP 감시모듈(3362)이 모뎀(32)의 이상상황을 발생했을 경우, CPU(331)에 의하여 모뎀(32)을 리셋(reset)시킨다. 즉, CPU(331)는 모뎀(32)과 전원부(333) 사이에 설치된 모뎀스위치(334)를 제어하여 모뎀(32)에 공급되는 전원을 소정의 시간 동안 차단한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모뎀스위치(334)는 단락상태(a) 접점과 개방상태(b) 접점을 가지며, CPU(331)로부터 리셋명령이 입력되면, 모뎀스위치(334)는 전극 을 정해진 시간 동안 개방상태(b) 접점으로 이동시켜 모뎀(32)의 전원을 끊어준다. 모뎀스위치(334)는 소정의 시간이 경과한 후에 전극을 다시 단락상태(a) 접점으로 이동시켜 모뎀(32)에 대한 전원공급을 재개한다. 모뎀(32)은 전원이 차단되었다가 다시 공급되면서 초기상태로 되돌아가 정상적인 데이터 송수신 동작을 할 수 있게 된다.
DNP 3.0 전송방식에서는 폴링(Polling) 방식을 지원하므로, 모뎀(32)으로부터 FRTU(31)로 폴링신호가 전송되면, 이에 대한 응답으로 FRTU(31)가 필요한 데이터를 모뎀(32)을 통해 중앙제어시스템(40)으로 전송한다. 응답신호를 접수한 중앙제어시스템(40)은 배전자동화장치(30)의 정상적인 동작상태를 파악할 수 있게 된다.
만약 모뎀(32)으로부터 폴링신호는 정상적으로 검출되는데, FRTU(31)로부터 이에 대한 응답이 없는 경우에는 모뎀(32)이 아닌 FRTU(31)의 이상상황으로 볼 수 있다. FRTU(31)의 반응이 없음을 감지한 CPU(331)는 반응이 없음을 나타내는 unsolicited 신호를 발생시켜 중앙제어시스템(40)으로 전송한다.
unsolicited 신호를 접수한 중앙제어시스템(40)은 관리자나 현장 작업자를 파견하여 배전자동화장치의 오류를 수정하게 된다.
이와 같은 방식으로 이루어지는 모뎀 자동 리셋과정을 정확하게 제어하기 위하여 장치의 설치상황과 작동상태에 맞게 시스템을 최적화할 필요가 있다.
자동리셋장치(33)의 환경설정은 노트북을 이용하여 콘솔을 통해 이루어진다.
자동리셋장치(33)의 환경설정 요소로는 리셋시간, 리셋횟수, 응답대기시간, FRTU(31) 주소, 통신속도 등이 있다.
리셋시간이란 처음 DNP 시작 바이트를 검출한 후, 다음 DNP 전송신호를 검출할 때까지 걸리는 시간을 의미한다. 예를 들어 리셋시간이 1초라면 처음 DNP 시작 바이트가 검출된 후, 1초의 시간이 흐르는 동안 후속 신호가 검출되지 않았을 때, 모뎀(32)의 이상상태로 간주하여 모뎀(32)을 리셋시키는 명령을 내리게 된다.
리셋시간은 장치의 사용 통신망에 따라 달라질 수 있으며, 통상적 유선망은 15초 내지 60분 정도, 무선망의 경우는 1~2시간 정도가 적당하지만 현장의 운용자가 사용 통신 환경에 따라 적절하게 설정할 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 DNP 전송신호가 소정의 시간동안 검출되지 않는 경우에 자동으로 모뎀(32)을 리셋시킨다.
또한 모뎀(32)의 이상상태가 반복적으로 발생할 수 있으므로, 연속적인 리셋 횟수를 설정할 필요가 있으며, 빈번한 리셋 동작으로 인하여 제어효율이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 하루에 실시할 수 있는 리셋 횟수를 미리 정해놓을 필요가 있따.
일반적으로는 연속해서 리셋할 수 있는 횟수보다 하루에 실시할 수 있는 리셋횟수가 훨씬 더 클 것이다.
이외에도 FRTU(31)로부터 응답이 없어서 unsolicited 신호를 발생하게 될 응답대기시간을 설정할 수 있으며, FRTU(31)의 IP 어드레스, 모뎀(32)의 통신속도 등을 조절할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위에도 권리가 미친다.
집중 원격감시 제어시스템 또는 감시 제어데이터 수집시스템이라고도 하는 SCADA 시스템에서도 본 발명에서와 같은 자동리셋장치가 사용될 수 있다.
SCADA 시스템은 통신 경로상의 아날로그 또는 디지털 신호를 사용하여 원격장치의 상태정보 데이터를 RTU로 수집, 수신·기록·표시함으로써 중앙제어시스템이 원격장치를 감시, 제어하는 시스템을 말한다. SCADA 시스템은 발전·송배전시설, 석유화학 플랜트, 제철공정, 공장자동화시설 등 여러 종류의 원격지 시설 장치를 중앙집중식으로 감시 제어하는 시스템이다. SCADA 시스템의 주요 기능으로는 ①원격장치의 경보 상태에 따라 미리 규정된 동작을 하는 감시시스템의 기능인 경 보 기능, ②원격외부 장치를 선택적으로 수동, 자동 또는 수·자동 복합으로 동작하는 감시 제어 기능, ③원격장치의 상태 정보를 수신, 표시, 기록하는 감시 시스템의 지시·표시 기능, ④디지털 펄스 정보를 수신, 합산하여 표시·기록하는 기능 등이 있다.
이와 같이 SCADA 시스템에서도 원격장치의 상태정보 데이터를 중앙제어시스템으로 전송하기 위한 통신모듈 또는 모뎀이 사용되는데, 이러한 통신장비들이 비정상적인 상태에 있을 때, 이를 초기화하여 정상 동작 상태로 만들어주기 위하여 자동 리셋 방법을 사용할 수 있으며, 본 발명에서와 같은 자동리셋장치가 사용될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 자동화된 배전 시스템에 있어서 배전자동화장치의 상태를 원격지에 전해주는 모뎀에 이상상황이 발생한 경우, 직접 작업자가 현장에 나가지 않고 자동으로 모뎀을 초기상태로 만들어 줄 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 사용자는 다양한 형태의 환경설정을 통해 가장 최적화된 작동상태를 설정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 통신망을 이용하여 중앙제어시스템과 연결되며, 배전선로에 설치된 부하 개폐기의 동작을 제어하는 배전자동화장치에 있어서,
    상기 중앙제어시스템으로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 부하 개폐기를 제어하여 상기 배전선로를 개방하거나 폐쇄하는 FRTU와;
    유무선 통신망을 통해 상기 중앙제어시스템과 연결되며, 상기 배전자동화장치의 상태에 관한 정보를 전송하고, 상기 부하 개폐기에 대한 제어신호를 수신하는 모뎀과;
    상기 모뎀에 전원은 정상적으로 공급되지만 내부 또는 외부 장치로 데이터의 송수신이 정상적으로 이루어지지 않는 경우, 상기 모뎀을 자동으로 리셋시키는 자동리셋장치;를 포함하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동리셋장치는
    CPU와;
    상기 FRTU 및 상기 모뎀을 연결하는 RS232C 선로의 데이터 전송상태를 감시하는 감시부와;
    상기 CPU의 제어신호에 따라 상기 모뎀에 공급되는 전원을 소정의 시간동안 차단시켰다가 다시 복구하여 상기 모뎀을 리셋시키는 모뎀스위치;를 포함하는 자동 리셋장치가 구비된 배전자동화장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감시부는
    상기 모뎀이 상기 FRTU로 전송하는 모뎀측 TX 라인을 감시하여 DNP 전송신호를 검출하는 DNP 감시모듈;을 포함하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CPU는
    상기 감시부에서 DNP 전송신호를 감시한 결과, 상기 모뎀으로부터 상기 FRTU로 전송된 DNP 시작 바이트가 검출된 후, 일정한 시간이 경과할 때까지 추가적인 DNP 시작 바이트가 검출되지 않는 경우, 상기 모뎀 스위치를 제어하여 상기 모뎀을 리셋시키는 것을 특징으로 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유무선 통신망은
    공중전화망(PSTN ; Public Switched Telephone Network), 이동통신망, 광통신망, 주파수공용통신망(TRS ; Trunked Radio System) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동리셋장치가 구비된 배전자동화장치.
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