KR101012464B1 - 디지털 변전소 머징유닛 시험 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

머징 유닛 테스트 장치에 의한 머징 유닛의 시험 방법 및 그 장치로서, 머징 유닛의 컨트롤 블록의 설정요청에 대한 머징 유닛의 양성응답을 확인하고 샘플값의 전송 능력을 시험하는 양성 시험 단계 컨트롤 블록의 설정 시 잘못된 파라메터를 사용하여 머징 유닛의 음성응답을 확인하는 음성 시험 단계 및 머징 유닛이 샘플값을 디지털 네트워크를 통해 전송함에 있어 신뢰성 및 성능을 검증하는 기능 시험 단계를 포함하는 머징 유닛의 시험 방법이 개시된다.

머징유닛, CT, PT, IED, IEC 61850.

Description

디지털 변전소 머징유닛 시험 방법 및 그 장치{Testing method and its apparatus of digital substation Merging Unit}

본 발명은 디지털 변전 머징유닛(Merging Unit) 시험 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

네트워크를 통한 정보의 전달이 이루어지는 디지털 변전소의 통신규격이 IEC 61850으로 단일화되면서 디지털 변전소의 네트워크 구성은 IED(Intelligent Electronic Device)와 상위운영시스템(Human Machine Interface)간의 스테이션(Station) 버스와, IED와 프로세스 설비간의 프로세스(Process) 버스로 구성되었다. 이 중 스테이션 버스는 기존 보호계전기의 기능을 동일하게 수행하는 IED가 중심이 되기 때문에 보호계전기에 적용하였던 기능시험이 적용가능하며 통신서비스 시험에 있어서도 국제적으로 시험방법 및 절차가 제정되어 있다. 하지만 CT(Current Transformer)/PT(Potential Transformer)의 전류와 전압값을 디지털 값으로 변환하여 IED에 전송하는 프로세스 버스의 주요설비인 머징유닛의 경우에는 IEC 61850 통신서비스에 대한 적합성 시험 및 샘플링된 값과 관련된 머징유닛의 기능에 대한 국내외에 시험방법이 없으며 이를 위한 시험장비도 존재하지 않고 있다.

본 발명의 목적은, 국내외에 존재하지 않는 IEC 61850 기반 디지털 변전소 머징유닛의 통신서비스 및 기능에 대한 시험방법을 제시하고 이를 디지털 네트워크상에서 수행할 수 있는 시험장치를 개발함으로써 실용화의 가능성을 보이고자 한다.

본 발명의 머징 유닛 테스트 장치에 의한 상기 머징 유닛의 시험 방법이 제공되고, 본 머징 유닛의 시험 방법은 상기 머징 유닛의 컨트롤 블록의 설정요청에 대한 상기 머징 유닛의 양성응답을 확인하고 샘플값의 전송 능력을 시험하는 양성 시험 단계 상기 컨트롤 블록의 설정 시 잘못된 파라메터를 사용하여 상기 머징 유닛의 음성응답을 확인하는 음성 시험 단계 및 상기 머징 유닛이 상기 샘플값을 디지털 네트워크를 통해 전송함에 있어 신뢰성 및 성능을 검증하는 기능 시험 단계를 포함한다.

상기 양성 시험 단계는 상기 시험 장치에서 주입된 아날로그 전압/전류 값이 샘플값으로 변화되고 상기 샘플값의 크기와 시간이 다르게 되어 멀티캐스트 또는 유니캐스트로 전송되는지 확인하는 단계 상기 머징 유닛에 구성된 데이터 객체 리스트에 대한 요청 및 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 설정값에 대한 요청에 상기 머징 유닛의 양성 응답과 반환값의 정확성을 확인하는 단계 상기 머징 유닛이 샘플값 발생시 상기 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 상기 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 옵션필드인 리프레쉬 타임, 동기 샘플, 및 샘플율의 조합에 따라 상기 샘플값이 전송되는지 확인하여 상기 머징유닛의 상기 옵션필드의 설정에 따른 샘플값의 전송기능을 검증하는 단계 및 상기 머징 유닛을 강제적으로 재 시작하도록 구성하여 상기 샘플값의 구성 리비전이 변화지 않음을 확인하여 머징유닛이 국제규격에 따라 SV(Sampled Value)의 컨트롤 블록의 수정 시 이외에는구성 리비전을 증가하지 않도록 하는 규정을 따르는지 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 음성 시험 단계는 상기 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 상기 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 구성요소인 SvEna가 True 값일 때 상기 컨트롤 블록들의 속성변경에 대한 요청 시 상기 머징 유닛이 보내는 음성 응답을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기능 시험 단계는 상기 머징 유닛의 처리 지연 시간을 측정하는 단계 상기 샘플값의 한 주기 당 샘플링 및 간격을 측정하는 단계 및 상기 머징 유닛의 샘플값과 입력값이 일치하는 지를 확인하는 단계를 포함하고, 상기 처리 지연 시간은 상기 머징 유닛으로부터 전송된 전압, 전류의 샘플값 데이터를 수신한 상기 시험 장치의 수신 시간에서 상기 머징 유닛에 입력된 아날로그 전압, 전류의 인가 시간을 뺀 값일 수 있다.

본 발명에 의한 디지털 변전 머징유닛 시험장치 및 방법은 IEC 61850 기반의 프로세스 버스에 적용되는 머징유닛의 통신서비스에 대한 적합성시험과 기능에 대하여 국내외 최초로 다루고 있다. 디지털 변전소의 완성을 위해서는 머징유닛을 통 한 프로세스의 전압/전류 값의 디지털 전송이 이루어져야 하며 본 발명을 통해 이에 대한 효과적인 검증과 시험을 수행할 수 있는 초석을 다지게 되었고 국제적으로도 관련분야의 기술 및 규격에서도 선도할 수 있는 위치에 오를 것으로 기대한다. 국내의 머징유닛 개발과 프로세스 버스와 연결된 IED 개발 시 본 발명이 제시하는 기술을 통하여 제품의 성능검증 뿐 아니라 국내기술향상에도 큰 도움이 될 것으로 예상한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

머징유닛은 변전소 전력설비로부터 취득한 아날로그 데이터(전압, 전류)를 이진(Binary)데이터로 변환하고 IEC 61850 변전자동화 국제규격에 적합한 통신포맷으로 패킷을 구성하여 디지털 통신으로 변전자동화시스템의 보호 및 제어 IED들에게 정보를 제공하는 장치이다. 머징유닛은 IEC 61850에서 말하는 샘플된 값(SV: Sampled Value)을 생성하는 장치로서, 일반적인 머징 유닛의 구성을 도시한 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 머징유닛은 다음과 같이 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, PT, CT 등, 기존 보호계전기들로부터의 전압, 전류 신호들을, 머징유닛(1)에서 각각의 트랜스듀서(TD)를 거쳐, 샘플앤홀더(S/H), 아날로그-디지털 변환기(A/D) 및 버퍼(B/F)를 거쳐 디지털화된다. 전술한 보호계전기들로부터의 아날로그 신호들은 A/D변환하는 과정이 동일하게 수행되어야 한다. 특별히 데이터 통신을 해야 하므로 각 샘플들이 언제 샘플된 데이터인지 표시되어야 하므로 시각동기를 맞추어 각 데이터 마다 시각표시를 해주어야 하는 점이 다르며 도 1에서 'Sync. Command' 신호가 바로 시각동기 명령신호를 나타내는 것이다. 장치의 주요성능으로는 다수의 채널의 동시 샘플링 성능, 시각동기화 성능, A/D 변환성능 및 고속통신 성능 등이 요구된다.

머징유닛(1)이 국제규격의 디지털 형식으로 샘플된 값(SV)을 보내는 방식은 다수의 IED들(Intelligent Electronic Device)에 보내게 되는 MSV(Multicast Sampled Value)와 하나의 머징유닛 전용 IED에 보내게 되는 USV(Unicast Sampled Value)가 있다.

두 가지 전송방식에 대해 머징유닛(1)은, 도 1에 도시되지 않았으나, 내부에 구비된 컨트롤 블럭인 MSVCB(Multicast Sampled Value Control Block)와 USVCB(Unicast Sampled Value Control Block)를 이용하게 된다.

아래에 표 1은 MSVCB의 구성을 설명하는 표이며 표 2는 USVCB의 구성을 설명하는 표이다. 표 1과 표 2와 나타낸 바와 같이 SV를 설정하게 되며 컨트롤 블록 내의 구성요소인 SvEna를 트루(True) 값으로 하게 되면 머징유닛은 SV를 네트워크에 전송하게 된다.

표 1

표 2

본 발명에서 제시하는 머징유닛의 시험방법은 크게

(i) 머징유닛(1)의 통신서비스에 대한 적합성 시험; 및

(ii) 머징유닛(1)이 샘플된 값(SV)을 디지털 네트워크를 통해 전송함에 있어 신뢰성과 성능을 검증하는 기능시험으로 구성된다.

도 2는 본 발명의 머징유닛의 시험에 대한 순서도를 보여준다.

단계 S1에서 시험시작되면 단계 S2가 다음과 같이 진행된다.

머징유닛(MU로도 표시함)의 통신서비스에 대한 적합성시험은 SV의 전송을 위한 컨트롤 블럭의 설정요청에 대한 머징유닛의 양성응답을 확인하고 SV의 기본적인 전송능력을 시험하는 양성시험과 컨트롤 블럭의 설정시 잘못된 파라메터를 사용하여 머징유닛의 음성응답을 확인하는 음성시험으로 세분화된다. 머징유닛의 통신서비스 양성시험은 다음과 같다.

첫째로 나중에 도 3을 참조하여 상술하는 시험장치(2)의 프로세스 시뮬레이터(21)로부터 주입된 아날로그 전압/전류값이 SV로 변환되어 매 샘플값의 크기와 시간이 다르게 되어 멀티캐스트 또는 유니캐스트로 전송되는지 확인한다.

둘째로 머징유닛에 구성된 데이터객체(Logical Node) 리스트에 대한 요청과 MSVCB와 USVCB의 설정값에 대한 요청에 머징유닛의 양성응답과 반환값의 정확성을 확인한다.

셋째로 머징유닛의 SV시 MSVCB와 USVCB의 옵션필드(Option field)인 리프레쉬타임(refresh-time), 동기샘플(sample-synchronised), 샘플률(sample-rate)의 3가지 항목의 조합에 따라 SV가 전송되는지 확인하여 머징유닛의 옵션필드 설정에 따른 SV 전송기능을 검증한다.

넷째로 머징유닛을 강제적으로 재시작하도록 구성하여 SV의 구성 수 정(Configuration revision)이 변하지 않음을 확인하여 머징유닛이 국제규격에 따라 SV의 컨트럴 블럭 수정 이외에는 구성수정을 증가하지 않도록 하는 규정에 따르는지를 확인한다.

다음에 단계 S3이 진행된다.

머징유닛의 통신서비스 음성시험은 SV가 현재 전송됨을 의미하는 MSVCB와 USVCB의 SvEna가 트루일 때 표 1과 표 2의 컨트럴 블럭의 속성변경에 대한 요청시 머징유닛이 보내는 음성응답을 확인한다. 이는 국제규격이 머징유닛은 SV 전송시 컨트럴블럭의 속성변경을 금지하는 조항을 시험하는 것이다.

다음에 단계 S4 이하의 단계들이 진행된다.

머징유닛의 기능 중 다른 장치와 연관해서 기능을 확인해야하는 시험은 CT, PT와 통합하여 오차가 허용범위 이내인지 여부를 확인하는 것이다. 즉 크기와 위상을 알고 있는 기지의 아날로그 전압 또는 전류신호를 머징유닛에 입력하고 그것의 출력이 통신 네트워크를 통하여 다른 장치(예로서 보호 IED 등)로 전달되어 저장되었을 때 그 저장된 신호를 읽어내어 다시 아날로그 데이터로 변환한 후 입력하였던 아날로그 신호와 비교하여 오차를 확인하는 시험이 필요하다. 이러한 시험에서 확인해야 하는 사항은 다음과 같다.

① 머징유닛의 처리 지연시간

머징유닛에서 처리되는 전 과정에 소요되는 시간지연을 측정 확인하기 위하여 머징유닛으로부터 전송된 전압, 전류 SV 데이터를 수신한 시험장치의 수신시간(Tr)으로부터 머징유닛에 입력된 아날로그 전압, 전류의 인가 시간(Ts)을 빼어 산출한다.

머징유닛의 처리지연시간(매 샘플 값의 시간차): Tr - Ts

여기서 Tr : 시험장치(가상 IED)에 수신된 시간

Ts : MU에 전압 및 전류가 인가된 시간

② SV 1주기당 샘플링 수 및 간격측정

시험장치를 통해 머징유닛이 전송하는 수 주기의 SV를 저장하여 샘플링 수와 샘플 간격을 측정하고 이를 통해 머징유닛이 적용하고자 하는 보호 또는 계측분야의 샘플링 수와 간격에 만족하는지를 확인한다.

③ 머징유닛의 SV와 입력값 일치확인

머징유닛으로부터 수신한 SV를 이용하여 D/A변환하여 전압/전류 파형을 재생하고 이를 머징유닛에 인가된 전압/전류파형과 시간동기를 맞추어 비교한다. 이를 통해 머징유닛이 전송하는 SV의 정확성을 검증하고 실제파형과의 위상차를 분석한다. 위상을 맞추고 각 시점에서 오차를 산출하였을 때 최대오차가 변성기(CT, PT) 오차를 포함하여 용도에 따라 허용하는 값 이하 여야 한다.

도 3은 본 발명의 디지털 변전소 머징유닛 시험장치(2)이다.

프로세스 시뮬레이터(21)는 머징유닛(1)에 주입할 전압/전류를 발생시키는 장치이다.

네트워크 시뮬레이터(22)는 CT와 PT에 대한 머징유닛이 가지고 있는 국제규격의 데이터모델인 TCTR과 TVTR의 데이터값을 분석하는 장치이다.

가상 IED(23)는 머징유닛으로부터 SV를 수신하여 저장하는 컴퓨터 프로그램이다.

머징유닛 시험시뮬레이터(MU Testing Simulator)(24)는 프로세스 시뮬레이터의 전압전류 인가 값과 가상 IED(23)에 저장된 머징유닛(1)의 SV를 비교하여 본 발명에서 제시하는 머징유닛 시험방법에 따라 머징유닛(1)을 시험하게 된다.

도 1은 일반적인 머징 유닛의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변전소 머징 유닛을 시험하는 방법을 도시한 순서도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 변전소 머징 유닛 시험장치의 구성도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1; 머징유닛

21; 프로세스 시뮬레이터

22; 네트워크 시뮬레이터

23; 가상 IED

24; 머징유닛 시험 시뮬레이터

Claims (5)

1. 머징 유닛의 시험 방법으로서,

   상기 머징유닛은 소정의 아날로그 전압/전류값이 수신하여 샘플값을 생성하는 것으로, 상기 머징 유닛의 컨트롤 블록의 설정요청에 대한 상기 머징 유닛의 양성응답을 확인하고 상기 샘플값의 전송 능력을 시험하는 양성 시험 단계;

   상기 컨트롤 블록의 설정 시 잘못된 파라메터를 사용하여 상기 머징 유닛의 음성응답을 확인하는 음성 시험 단계; 및

   상기 머징 유닛이 상기 샘플값을 디지털 네트워크를 통해 전송함에 있어 신뢰성 및 성능을 검증하는 기능 시험 단계를 포함하는, 머징 유닛 시험 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 양성 시험 단계는 상기 소정의 아날로그 전압/전류 값이 샘플값으로 변화되고 상기 샘플값의 크기와 시간이 다르게 되어 멀티캐스트 또는 유니캐스트로 전송되는지 확인하는 단계;

   상기 머징 유닛에 구성된 데이터 객체 리스트에 대한 요청 및 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 설정값에 대한 요청에 상기 머징 유닛의 양성 응답과 반환값의 정확성을 확인하는 단계;

   상기 머징 유닛이 샘플값 발생시 상기 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 상기 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 옵션필드인 리프레쉬 타임, 동기 샘플, 및 샘 플율의 조합에 따라 상기 샘플값이 전송되는지 확인하여 상기 머징유닛의 상기 옵션필드의 설정에 따른 샘플값의 전송기능을 검증하는 단계; 및

   상기 머징 유닛을 강제적으로 재 시작하도록 구성하여 상기 샘플값의 구성 수정(Configuration Revision)이 변화하지 않음을 확인하여 상기 머징유닛이 국제규격에 따라 상기 샘플값의 컨트롤 블록의 수정 시 이외에는 구성 수정을 증가하지 않도록 하는 규정을 따르는지 확인하는 단계를 포함하는, 머징 유닛 시험 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 음성 시험 단계는 상기 멀티캐스트 샘플값 컨트롤 블록 및 상기 유니캐스트 샘플값 컨트롤 블록의 SvEna가 트루(True)일 때 상기 컨트롤 블록들의 속성변경에 대한 요청 시 상기 머징 유닛이 보내는 음성 응답을 확인하는 단계를 포함하는, 머징 유닛 시험 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기능 시험 단계는 상기 머징 유닛의 처리 지연 시간을 측정하는 단계;

   상기 샘플값의 한 주기 당 샘플링 및 간격을 측정하는 단계; 및

   상기 머징 유닛의 샘플값과 입력값이 일치하는 지를 확인하는 단계를 포함하고,

   상기 처리 지연 시간은 상기 머징 유닛으로부터 전송된 전압, 전류의 샘플값 데이터를 수신한 상기 시험 장치의 수신 시간에서 상기 머징 유닛에 입력된 아날로 그 전압, 전류의 인가 시간을 뺀 값인, 머징 유닛 시험 방법.
5. 변전소 전력설비의 CT 및 PT로부터 취해진 아날로그 전압 전류 데이터를 수신하여 샘플값을 생성하는 기능이 구비된 머징 유닛에 대한 시험 장치에 있어서,

   상기 머징 유닛에 상기 아날로그 데이터에 대응하여 전류 및 전류를 발생하는 프로세스 시뮬레이터;

   상기 머징유닛으로부터 샘플값을 수신하여 저장하는 가상 IED;

   상기 프로세스 시뮬레이터의 전압 및 전류 인가 값과 상기 가상 IED에 저장된 상기 머징유닛의 상기 샘플값을 비교하여, 청구항 1 내지 4 중 한 항에 따른 머징유닛 시험방법에 따라 머징유닛을 시험하게 구성된 머징유닛 시험시뮬레이터를 포함하는, 머징유닛 시험장치.

Images