KR101397381B1 - 메타모델링 통합방법 - Google Patents

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양효식
윤석열
김대규
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Abstract

본 발명은 메타 모델링 통합방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 스마트그리드에서 IEC 61850의 UML 모델과 61970의 UML 모델에 대한 상호 운영성을 보장하기 위한 메타 모델링 통합방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, IEC 61850 데이터소스를 이용하는 모든 IEC 61970 스마트그리드 어플리케이션 개발자는 단일 UML IEC 61850/61970 통합모델을 참조하여 데이터를 사용하기 때문에 어플리케이션 간 상호연동성 확보가 쉬워지고, IEC 표준이 지속적으로 수정되어도 이를 동적으로 반영한 단일 UML모델을 참조하기 때문에 국제표준의 변화에도 능동적으로 대응하게 되는 효과가 있다.

Description

메타모델링 통합방법{Method for integrating meta-modeling}
본 발명은 메타모델링 통합방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 스마트그리드에서 IEC 61850 기반 시스템과 IEC 61970 기반 어플리케이션 간의 원활한 데이터 교환 및 상호운용성을 보장하기 위하여, UML 메타모델 레벨에서 두 표준을 통합하기 위한 방법을 제공함에 있다.
종래, 한국공개특허 제2007-0038993호, "변전소 자동화를 위한 IEC 61850 데이터 변환방법"외에 다수 출원되어 공개 및 등록되어 있는 상태이다.
그 구성을 살펴보면, 변전소 자동화를 위한 IEC 61850 데이터 변환방법에 관한 것으로서, 특히 데이터 변환기가 IEC 61850서버에 접속하여 IED 정보를 리드하고, IEC 61850 서버에 등록된 IED 계층구조 및 IED 리스트를 파악하는 제1 과정과, 제1 과정에서 파악된 정보를 토대로 시스템 제어에 필요한 목록을 그룹화하면서 해당 아이템을 선별 한 후 IEC 61850 서버에 등록하는 제2 과정과, IED, Group, Item정보를 바탕으로 시스템 제어에 필요한 태그(Tag)를 생성하는 제3 과정과, 생성된 태그를 DB에 저장한 후 다운로드를 통해 상위 시스템에 통보하는 제4 과정으로 구성하므로서, 세계적으로 국제적인 표준으로 자리잡고 있는 IEC61850 서버로부터 취득한 데이터를 SCADA System에서 사용할 수 있도록 한 변전소 자동화를 위한 IEC 61850 데이터 변환방법에 관한 것이다.
현재 변전소, 발전소, 배전시스템 및 분산전원 시스템 등에서는 IEC 61850을, 상위 시스템인 SCADA, EMS, Asset management 등에서는 IEC 61970을 포함한 CIM(Common Information Model)을 기반으로 운용되고 있다. 각각 IEC 61850과 IEC 61970을 사용하는 변전소 시스템과 상위 CIM 기반 시스템이 서로에게 필요한 정보를 교환하기 위해서는 두 표준간의 상호운영성이 보장되어야 한다. 현재는 이를 해결하기 위한 일차적인 방법으로써 주로 단순한 데이터 간의 1:1 매핑(mapping)에 의존하고 있다.
이러한 형식의 1:1 데이터 매핑을 통한 IEC 61850과 IEC 61970 간 데이터 교환 방법은 매핑할 데이터 포인트의 수가 많아짐에 따라 많은 시간과 노력이 요구된다. 또한 모델링 방식이 달라짐에 따라 상호운용성을 보장할 수 없을 뿐만 아니라, 표준의 확장 및 수정으로 인한 데이터의 추가 및 삭제에 대하여 매핑 구현내용을 변경해야하는 문제점이 있다.
이에 따라 데이터 매핑을 구현하는 맵퍼(어플리케이션 개발자)의 실수가 어플리케이션의 결과에 치명적 문제를 초래하게 된다. 또한 어플리케이션의 확장성이 결여되며, 어플리케이션 간 연동성 확보가 어렵고, 개발기간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 스마트그리드 내에서의 원활한 데이터 교환 및 상호운용성을 보장하기 위한 IEC 61850과 IEC 61970의 두 표준을 메타모델 단위에서 통합하는 UML 기반 메타 모델링 통합방법을 제공함에 있다.
본 발명은, (a) 외부로부터 데이터를 입력받아 IEC 61850과 IEC 61970 기반으로 정의하는 단계; (b) 상기 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 레벨수준 별로 설정하는 단계; (c) 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 데이터 흐름 시나리오를 식별하고, 각 시나리오에서 객체를 식별하는 단계; (d) 식별된 객체의 의미정보를 비교분석하는 단계; 및 (e) 의미적으로 동등한 객체를 병합하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 제 (a) 단계는, (a-1) IEC 61850과 IEC 61970 입력데이터를 수신하는 단계; (a-2) 상기 IEC 61850 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61850 객체설정단계; 및 (a-3) 상기 IEC 61970 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61970 객체설정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 제 (b) 단계는, (b-1) 상기 입력 설정된 IEC 61850과 IEC 61970의 객체를 객체 모델로 설정변환하는 단계; (b-2) 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 객체 모델을 의미적 추상화하여 설정변환하는 단계; 및 (b-3) 상기 제 (b-2) 단계의 추상 구문을 지정하는 메타모델을 설정변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 제 (b) 단계는, (b-4) 메타 클래스(meta class)에서 입력데이터와 논리 노드 클래스를 설명하는 시맨틱 요소를 설정하는 동안, 변전소 구조 및 객체를 설정하여 IEC 61850의 메타 모델을 확장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 더욱 바람직하게, 메타 클래스는 변전소의 구조 및 지능형 전자 디바이스(IED)의 구조를 연결 설정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게 제 (e) 단계는, 식별된 IEC 61850과 IEC 61970 객체의 의미정보를 비교분석한 결과에 따라 의미가 동일한 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 통합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, IEC 61850 데이터소스를 이용하는 모든 IEC 61970 스마트그리드 어플리케이션 개발자는 두 표준간 데이터 교환을 위해 1:1 데이터 매핑을 구현하던 이전과 달리, 발명하는 단일 UML IEC 61850/61970 통합모델을 참조하여 데이터를 사용함으로써 어플리케이션 간 상호연동성 확보가 용이하다. 또한 IEC 표준의 지속적인 수정에도 이를 동적으로 반영한 단일 UML 모델을 참조하기 때문에 국제표준의 변화에도 능동적으로 대응하게 되는 효과가 있다.
이에 따라 IEC 61850 시스템(필드장치, 변류기, 변압기, 신재생 에너지, 저장장치, 상태감시 등) 및 IEC 61970 어플리케이션(EMS, SCADA, Asset, Planning, 상태감시 등 스마트그리드 어플리케이션)은 두 표준의 통합모델을 기반으로 정의되는 정보베이스(GWIB: Grid Wise Information Base)을 참조함으로써 상호운용성을 보장받는다. 이는 거의 모든 스마트그리드 어플리케이션에 적용 가능하다는 효과가 있다.
그리고 어떠한 새로운 데이터 표준이라도 쉽게 적용 가능하여 상호운용성을 확보할 수 있으며 UML 기반으로 자동화된 데이터 교환이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 객체 정의 설정단계를 나타낸 상세흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레별수준 별 설정단계를 나타낸 상세흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 인프라 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 전력 변압기를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 IEC 61850 인프라 구조를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 IEC 61970 인프라 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 통합모델을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 과전류 및 과전압 보호를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 매칭 퀄리티를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 매칭 타임스탬프를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법의 통합모델 인프라구조도.
본 발명은 스마트그리드에서 IEC 61850과 IEC 61970 간의 원활한 데이터 교환 및 상호운용성을 보장하기 위한 UML 기반 메타 모델링 통합방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 통합방법은, (a) 외부로부터 데이터를 입력받아 IEC 61850과 IEC 61970을 정의하는 단계; (b) 상기 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 레벨수준 별로 설정하는 단계; (c) 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 데이터 흐름 시나리오를 식별하고, 각 시나리오에서 객체를 식별하는 단계; (d) 식별된 객체의 의미정보를 비교분석하는 단계; 및 (e) 의미적으로 동등한 객체를 병합하는 단계;를 포함한다.
바람직하게 상기 제 (a) 단계는, (a-1) IEC 61850과 IEC 61970 입력데이터를 수신하는 단계; (a-2) 상기 IEC 61850 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61850 객체설정단계; 및 (a-3) 상기 IEC 61970 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61970 객체설정단계; 를 포함한다.
또한, 상기 제 (b) 단계는, (b-1) 상기 입력 설정된 IEC 61850과 IEC 61970의 객체를 객체 모델로 설정변환하는 단계; (b-2) 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 객체 모델을 의미적 추상화하여 클래스 모델로 설정변환하는 단계; 및 (b-3) 상기 제 (b-2) 단계의 추상 구문을 지정하는 메타 클래스 모델을 설정변환하는 단계;를 포함한다.
또한 상기 제 (b) 단계는, (b-4) 메타 클래스(meta class) 모델에서 입력데이터와 논리 노드를 설명하는 시맨틱 요소를 설정하는 동안, 변전소의 구조 및 객체를 설정하여 IEC 61850의 메타 모델을 확장하는 단계;를 더 포함한다.
또한 더욱 바람직하게, 메타 클래스는 변전소의 구조 및 지능형 전자 디바이스(IED)간의 연결 구조를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 (d) 단계는, 특정 시나리오에서 식별된 IEC 61850과 IEC 61970 객체들의 정확한 의미정보를 비교하여, 의미가 동일한 객체를 분석하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 (e) 단계는, 상기 (d) 단계에서 분석한 결과에 따라 의미가 동일한 IEC 61850과 IEC 61970 객체들을 통합하는 것을 특징으로 한다. IEC 61850의 객체 중에서 IEC 61970에 동일한 의미의 객체가 존재하지 않는 경우에는 IEC 61970에 해당 객체를 추가할 수 있다.
메타모델 통합하기 위한 본 발명은 입력부(110), 객체정의부(120), 인프라 구조설정부(130), 식별부(140), 비교분석부(150), 통합부(160)를 포함한다.
입력부(110)는 외부로부터 데이터를 입력받아 편집하기 위한 구성이다.
객체정의부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 데이터를 수신하여 IEC 61850과 IEC 61970을 정의할 수 있는 구성이다.
이러한 객체정의부(120)는 입력부를 통해 IEC 61850과 IEC 61970 입력데이터를 수신하는 수신모듈(121)과, 수신한 입력데이터에 따라 IEC 61850 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61850 객체설정모듈(122), 그리고 IEC 61970 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61970 객체설정모듈(123)을 포함한다.
인프라 구조설정부(130)는 객체정의부(120)를 통해 입력된 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 레벨수준 별로 설정하도록 하는 구성이다. 이러한 인프라 구조설정부(130)는 M0 레벨모듈(131), M1 레벨모듈(132), M2 레벨모듈(133)을 포함한다.
M0 레벨모듈(131)은 객체정의부를 통해 입력 설정된 IEC 61850과 IEC 61970의 객체를 객체 모델로 설정변환 할 수 있는 구성이다.
M1 레벨모듈(132)은 M0 레벨모듈의 IEC 61850과 IEC 61970의 객체 모델을 의미적 추상화하여 클래스 모델로 설정변환 할 수 있는 구성이다.
그리고 M2 레벨모듈(133)은 M1 레벨모듈의 클래스 모델의 추상 구문을 지정하는 메타 클래스 모델을 설정변환 할 수 있는 구성이다.
인프라 구조설정부(130)는 메타 클래스(meta class) 모델에서 입력데이터와 논리 노드를 설명하는 시맨틱 요소를 설정하는 동안, 변전소의 구조 및 객체를 설정하여 IEC 61850의 메타 모델을 확장하는 확장모듈(134)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 메타 클래스(meta class)는 변전소의 구조 및 지능형 전자 디바이스(IED)간의 연결 구조를 설정하기 위한 것이다.
식별부(140)는 IEC 61850과 IEC 61970의 데이터 흐름 시나리오를 분석하고, 각 시나리오에 따른 객체들을 식별할 수 있는 구성이다. 여기서, 데이터는 IEC 61850에서 IEC 61970으로 전달되는 상향식(bottom-up)과, IEC 61970에서 IEC 61850으로 전달되는 하향식(top-down)의 두 방향으로 흐른다. 상향식은 변전소와 같은 하위 시스템에서 수집된 데이터가 전력망 전반의 감독ㅇ관리를 위하여 SCADA와 같은 상위 시스템으로 전송되는 경우를 의미한다. 이는 하위 시스템을 제어하기 위해 상위 시스템으로부터 제어정보가 내려오는 하향식보다 그 규모가 크기 때문에 통합은 상향식으로 구동해야 한다.
비교분석부(150)은 특정 시나리오에서 식별된 IEC 61850과 IEC 61970 객체들의 정확한 의미정보를 비교하여, 의미가 동일한 객체를 분석하는 구성이다.
통합부(160)는 의미적으로 동등한 객체를 병합하는 구성이다. 통합부는 상기 비교분석부에서 분석한 결과에 따라 의미가 동일한 IEC 61850과 IEC 61970 객체들을 통합한다. IEC 61850의 객체 중에서 IEC 61970에 동일한 의미의 객체가 존재하지 않는 경우에는 IEC 61970에 해당 객체를 추가할 수 있다.
한편, IEC 61850 기반으로 구축된 하위 시스템(변전소, 발전소, 배전시스템 및 분산전원 시스템)과 IEC 61850을 포함한 CIM(Common Information Model)을 기반으로 구축된 상위 시스템(SCADA, EMS, Asset management) 간에는 스마트 그리드 내에서 함께 연동되기 위한 상호운용성 보장이 필수적이다.
이러한 요구사항을 만족시키기 위하여 개발한 본 특허의 메타 모델링변환 시스템은 통합모델을 기반으로 그리드 전 어플리케이션을 커버하는 정보베이스(GWIB: Grid Wise Information Base)를 구축함으로써 두 표준(IEC 61850, IEC 61970)간 상호운용성을 보장하는 기반을 마련함에 특징이 있다.
-IEC 61850과 IEC 61970 메타모델링-
변전소와 같은 하위시스템의 운용을 담당하는 IEC 61850과 SCADA와 같은 상위시스템의 운용을 담당하는 IEC 61970은 서로 다른 범위의 시스템과 관련되어 있지만, 스마트그리드라는 큰 틀 안에서 공통의 개념을 공유하고 있다. 그러므로 이 두 표준을 통합하기 위해서는 이러한 공통의 개념들을 식별하고 검토하는 것이 우선적으로 고려되어야만 한다.
IEC 61850과 IEC 61970의 두 표준은 통합 모델링 언어(UML)에서 설명하는 모델 관점에서 정의가 가능하다. 그러므로 두 표준의 모델들을 통합한 하나의 통합모델을 정의하는 것이 가능하다.
두 표준의 통합 모델을 개발하기 위해서는 모델변환, 매핑 생성, 적합성 평가를 위한 다양한 툴(tool)들이 필요하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 UML 통합모델 시스템의 인프라 구조를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 세 계층의 인프라를 사용한 IEC 61850 및 IEC 61970 의 통합모델 정의를 위한 메타 모델링 접근 방식을 제시한다. 이때, 인프라는 메타모델 레벨(M2), 모델 레벨(M1) 및 오브젝트 레벨(M0)의 3개의 레벨로 구성된다.
메타모델 레벨(M2)은 메타클래스 모델을 정의하며, 모델 레벨(M1)은 메타클래스 모델의 인스턴스인 클래스 모델을 요소로 갖는다. 모델 레벨(M1)은 클래스 모델을 정의하며, 오브젝트 레벨(M0)은 클래스 모델의 인스턴스인 객체 모델을 요소로 갖는다. 역으로 객체 모델의 메타 모델은 클래스 모델이며, 클래스 모델의 메타 모델은 메타 클래스 모델이다.
도 5에서 하향식(top-down)은 인스턴스 관계를 나타내고, 상향식(bottom-up)은 메타 관계를 나타낸다.
현재 버전의 표준 내용으로 볼 때, IEC 61850과 IEC 61970의 모델들은 메타모델 레벨(M2)이 아닌 모델 레벨(M1)에서만 설계 가능하다. 그러므로 개발하는 두 표준의 통합 또한 모델 레벨(M1)에서 수행된다. 또한, 두 표준은 모두 UML에 의해 정의 가능하지만, IEC 61850은 IEC 61970에 비해 상대적으로 미완성임을 고려해야 한다.
IEC 61850은, 네 가지 레벨인 메타메타 레벨, 메타 레벨, 도메인 타입 레벨, 그리고 데이터 인스턴스 레벨에서 각각 모델들을 정의한다.
메타메타 레벨은 기본 타입, 일반 데이터 특성, 네스팅(nesting), 컴포지션(구성)을 정의하기 위해 요구된다. 그럼에도 불구하고, 요구된 요소들의 세부 정보에 대해서는 설명되어 있지 않기 때문에 IEC 61850의 메타메타 레벨의 요소들을 본 발명에서는 메타 모델로 정의한다.
다른 세 레벨들은 도 5의 세 가지 계층들에 각각 대응한다. 다만 IEC 61850의 메타 모델은 IEC 61850의 파트 7만을 보장하지만, 도 5의 메타모델을 구성하기 위해 IEC 61850 파트 6의 정의내용 또한 포함하여 확장한다.
참고로, IEC 61850의 파트 6과 파트 7은 IEC 61850, Communication Networks and System in Substation Autotion, Std., 2001-2005, .에 개시된 내용이다.
IEC 61970은, 두 가지 레벨인 도메인 타입 레벨과 데이터 인스턴스 레벨에서 모델을 정의하며, 이 두 가지 레벨은 각각 도 5의 M1 레벨과 M0 레벨에 대응된다.
상이 설명한 바와 같이 IEC 61850은 4 레벨로, IEC 61970은 2 레벨로 모델정의를 수행하고 있어, 이러한 두 표준의 인프라 불일치는 표준의 통합을 어렵고 복잡하게 했다. 그러나 도 5의 3계층 인프라 구조는 표준의 통합을 수행하는데 있어 동일한 추상개념의 레벨을 맞추는 것을 가능하게 하여 명확성을 제공한다.
개발하는 메타 모델링 방식은 도 5의 3계층 중 M2 메타 레벨에서 두 표준의 메타 모델을 통합한 통합모델을 정의한다. IEC 61850 시스템 개발자와 IEC 61970 어플리케이션 개발자는 메타모델링을 통해 개발된 통합모델을 이용함으로써 두 표준간 상호운용성을 제공받는다. 이미 각각의 표준을 기반으로 운용되고 있는 IEC 61850 시스템과 IEC 61970 어플리케이션의 경우에는 통합모델을 통해 두 표준간 자동 변환을 지원하는 QVT(Query View Transformation)와 같은 모델기반 기술을 사용하여 지원한다.
IEC 61850과 IEC 61970의 3-계층 인프라 구조를 설명하기 위해 도 6의 전력 변압기의 예를 들면, 도 6(a)는 두 개의 변압기 권선과 하나의 탭 체인저로 구성된 변압기를 나타내는 단선도를 보여준다. 도 6(b)와 (c)는, IEC 61850와 IEC 61970에서 각각 정의하고 있는 동일한 구성의 변압기 내용을 나타낸다.
도 7는 도 6(b)를 위한 IEC 61850의 부분적인 3-계층 인프라를 나타낸다. M2 레벨에서는 LogicalNodeContainer, LogicalNote, DataObject, CommonData-Class 및 DataAttribute 메타 클래스들을 정의한다. LogicalNodeContainer 메타 클래스는 변전소 구성정보(configuration)를 나타내는 IEC 61850 파트 6의 변전소 오브젝트(object)들을 나타내며, 나머지 다른 메타 클래스들은 IEC 61850 파트 7의 데이터와 논리 노드 클래스를 설명하는 의미요소들을 나타낸다.
이 메타모델은 IEC 61850 파트 6을 포함함으로써, IEC 61850의 메타의 메타모델을 확장하는데, 이는 IEC 61850의 파트 6와 파트 7에 관련된 클래스들을 식별하는데 도움이 된다.
3 계층 인프라에서 M2레벨의 LogicalNodeContainer 클래스는 M1레벨에서 그것의 인스턴스로 정의된 tPowerSystemResource 클래스로 이동된다.
LogicalNode 메타 클래스는 YPTR과 같은 논리 노드들을 대표하며, 이들의 속성은 DataObject 메타 클레스의 인스턴스로 정의된 데이터 오브젝트이다. 여기서, 데이터 오브젝트는 CommonDataClass 메타 클래스에 의해 표현되는 공통 데이터 클래스(CDC;Common Data Class)를 데이터 타입으로 가진다.
LogicalNodeContainer 메타 클래스와 LogicalNode 메타 클래스 사이의 구성관계는 IEC 61850 파트 6에서 정의한 변전소 구조와 IEC 61850 파트 7에서 정의한 IED(지능형 전자 디바이스, Intelligent Electronic Device)의 구조를 연결한다.
위에서 설명한 3계층 인프라에 따른 클래스들 간의 관계를 데이터 값의 예를 들어 보다 자세히 살펴보면, 도 7의 YPTR 클래스는 LogicalNode 메타 클래스의 인스턴스이다. YPTR 클래스의 EEHealth 속성은 DataObject 메타 클래스의 인스턴스이며, EEHealth 속성의 ENS 유형은 CommonDataClass 메타 클래스의 인스턴스이다.
M0 레벨은 M1 레벨 클래스들의 인스턴스로써 오브젝트(object)들을 정의한다. 오브젝트는 시스템 구성을 위한 정적인 값뿐만 아니라 런타임 데이터의 구체적인 값을 가지고 있다. 예를 들어, 오브젝트 YPTR1 : YPTR 클래스는 EEHealth 속성의 값으로 "EE1"을 가지고 있다. 상기 값, "EE1"은 ENS 공통 데이터 클래스의 인스턴스이고, stVal 및 q 속성의 값으로 "value1"와 "qual1"을 가지고 있다.
도 8는 도 6(c)에 대한 IEC 61970의 3계층 인프라를 보여준다. M2 레벨의 메타 모델은 IEC 61970의 모든 도메인 객체를 캡처하는 IdentifiedObject 메타 클래스를 정의한다. IdentifiedObject 메타 클래스는 Attribute 메타 클래스에 의해 정의되는 속성들로 구성되며, Attribute 메타 클래스는 NativeAttribute와 InheritedAttribute 메타 클래스들을 하위 클래스로 가지는 상속관계에 의해 정의된다.
IdentifiedObject 메타 클래스는 IEC 61970의 와이어(Wire) 패키지 안에 정의된 PowerTransformer 클래스와 Terminal 클래스를 인스턴스로 가진다. Terminal 클래스를 통하여, 측정(Measurement)패키지 안에 정의된 이산(Discrete) 클래스와 이산값(DiscreteValue) 클래스와 같은 Measurement 클래스들은 측정된 값들의 지정과 연관된다.
IEC 61970은 IEC 61850에 비해 UML에서 더 잘 설명되어 있지만 메타 모델에 대한 정의가 없다. 그 원인으로 IEC 61970 에서는 엔터프라이즈 아키텍트(EA)와 같은 UML 모델링 도구를 사용하여 IEC 61970 모델을 설계하는 것이 관례로 사용되고 있음을 생각해 볼 수 있다.
-IEC 61850과 IEC 61970 통합-
스마트그리드에서 데이터는 IEC 61850에서 IEC 61970으로 상향식(bottom-up)과, IEC 61970에서 IEC 61850으로 하향식(top-down)의 두 방향으로 흐른다.
상향식 정보교환은 변전소와 같은 하위 시스템에서 수집된 데이터가 전력망 전반의 감독ㅇ관리를 위하여 SCADA와 같은 상위 시스템으로 전송되는 경우를 의미한다. 이는 하위 시스템을 제어하기 위해 상위 시스템으로부터 제어정보가 내려오는 하향식보다 그 규모가 크기 때문에 통합모델 또한 상향식의 데이터 흐름을 기준으로 수행한다.
IEC 61850과 IEC 61970의 통합은 도 7와 도 8의 인프라구조를 기반으로, 다음과 같이 수행된다.
상향식 및 하향식 데이터 흐름의 시나리오를 식별한다(S1).
다음으로, 각 시나리오에서 IEC 61850과 IEC 61970에 관련된 엔티티(entities)를 식별한다(S2).
다음으로, 식별된 엔티티(entities)의 의미를 비교한다(S3).
다음으로, 의미적으로 동등한 요소들을 병합한다(S4). 이때 반드시 일대일 대응을 할 필요는 없으며, 경우에 따라 일 대 다수 또는 다수 대 일의 대응을 가질 수도 있다.
다음으로, IEC 61970에 해당되는 요소가 없어 대응하지 못한 IEC 61850의 엔티티들을 통합모델에 추가한다(S5). 이때, 새로 추가된 엔티티들과 IEC 61970 엔티티들 사이에는 적절한 관계가 확립되어야 한다. 추가되는 엔티티가 클래스인 경우, 추가된 클래스의 속성들은 IEC 61970과의 중복을 체크할 필요가 있다.
마지막으로, 식별된 엔티티와 관련된 데이터 형식을 통합한다(S6).
이때 염두에 두어야 할 점은, 개발하는 변환 시스템이 IEC 61850과 IEC 61970의 모델을 메타모델 레벨에서 통합하여 새로운 모델을 개발하고자 하는 것이나, 이는 IEC 61970의 모델을 중심으로 IEC 61850을 흡수하는 형식의 통합이다. 그러므로 두 표준의 데이터를 각각 분석하여 의미가 일치하여 중복이 확인된 데이터의 경우에는 IEC 61850의 데이터를 제거하고 IEC 61970의 데이터를 함께 사용하며, 의미가 동일한 데이터가 IEC 61970 내에 없는 IEC 61850의 데이터의 경우에는 IEC 61970의 모델에 추가함으로써 통합모델을 구성한다. 단, CIM 기반 어플리케이션의 운용에 활용되는 데이터는 통합모델에 반드시 포함되어야 한다.
도 9은 도 6의 전력 변압기의 예에 대하여, 상기 6단계(S1~S6)의 통합과정을 통해 설계된 IEC 61850과 IEC 61970의 통합모델을 보여준다. 편의상, 단순화를 위하여 전력 변압기는 S1과 S3 단계 사이에서 확인된 것으로 가정한다.
IEC 61850의 전력 변압기는 파트 7의 YPTR 논리노드와 파트 6의 tPowerTransformer 클래스에 의해 정의된다. tPowerTransformer 클래스는 위상적인 정보일분 실제 데이터들은 IEC 61850의 SCD(System Configuration Data) 파일을 통해 CIM 레벨로 보내진다.
YPTR 논리 노드는 전력 변압기에서 측정 및 측량된 값들뿐만 아니라 변압기의 설정 및 상태 정보를 담고 있으며, 이들은 각각 특정 CDC에 의해 정의된다. 예를 들어, 측정된 값은 MV(Measurement) CDC 에 의해 제공되며, 상태정보는 SPS(Single Point Status) CDC에 의해 기술된다.
IEC 61970의 전력 변압기는 전선(Wire) 패키지 안에서 PowerTransformer 클래스에 의해서 표현되고, 해당 데이터는 측정(Measurement) 패키지에서 Discrete, DiscreteValue 및 MeasurementValueQuality 클래스에서 기술된다. 편의상, 다른 형태의 정보(예를 들어, 부하요소, 장비 상태)는 본 실시 예에서 고려하지 않는다.
식별된 클래스를 감안할 때, 통합은 다음과 같이 수행된다.
의미적으로 동등한 객체를 병합하는 S4 단계에 의해, IEC 61850의 tPowerTransformer 클래스와 IEC 61970의 PowerTransformer 클래스는 동일한 개념을 나타내므로 병합된다(U1). 이때, 병합된 클래스는 PowerTransformer로 명명한다.
IEC 61970와 동일한 의미를 가지는 엔티티가 없어 매핑이 불가능한 IEC 61850 엔티티들을 통합모델에 추가하는 S5 단계에 의해, IEC 61850에서 YPTR 클래스의 정보를 나타내는 CDC(예를들어, ENS, INS, SPS)들이 통합 모델에 추가된다(U2). 여기서, 통합모델에 추가되는 IEC 61850의 논리적 노드와 CDCs의 값들은 CIM 응용프로그램에서 운용되지 않아 관심사항이 아니라는 점을 주목한다. 동일한 의미로 본 실시예의 통합모델도 CIM 응용프로그램에 운용되는 데이터만을 정의한다.
이러한 통합방법은 이후 발생할 수 있는 표준의 확장 및 수정에도 그 변화를 최소화 할 수 있기 때문에, 통합 모델의 운영이 용의하여 점진적인 발전이 가능하다.
YPTR에서 opOvA 속성을 정의한 SPS CDC 내의 stVal, q 및 t 속성은 필수적(Mandatory)으로 값이 기술되어야하는 속성일 뿐만 아니라, CIM 응용프로그램의 운용을 위해 필요한 관심 속성들로 통합의 대상이 된다. opOvA 속성은 PowerTransformer 클래스와 IEC 61850의 SPS CDC를 나타내는 I61850 SinglePointStatus 클래스 사이에서 operationOverAmpere 이름의 연계관계로 통합 모델 내에 추가된다. 과전류(opOvA) 뿐만 아니라 과전압 보호 데이터(opOvV) 또한 전송이 필요한 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이, 해당 연계가 추가된다.
IEC 61850의 SPS CDC 에서 stVal과 t 속성은 기본적으로 IEC 61970의 DiscreteValue 클래스 내에서 각각 value와 timeStamp 속성과 같은 의미를 갖은 데이터로 일치된다. 그러므로 SPS의 stVal과 t 속성은 중복데이터로써 제거되고, 또다른 필수요소인 q(Quality)만 I61850 SinglePointStatus 클래스 내에 남는다.
U2 에서 IEC 61850의 CDC 들을 이용하여 통합모델을 생성할 때, 속성 타입간의 통합은 S6 단계에서 고려할 수도 있다(U3). 예를 들어 IEC 61850의 SPS CDC의 stVal, t, q의 3가지 속성에 대한 통합모델을 정의하고자 하는 경우, stVal속성의 부울(Boolean) 타입에 대해서는 IEC 61970에서 명시적으로 일치하는 Boolean 유형이 존재하기 때문에 이를 이용한 통합이 가능하다.
그러나 IEC 61850의 SPS CDC에 대한 q 속성의 Quality 유형 및 t 속성의 TimeStamp 유형에 대해서는 IEC 61970 에서 명시적으로 일치하는 데이터 타입이 존재하지 않는다.
도 11은 IEC 61970 의 Quality 61850 클래스와 IEC 61850의 Quality 데이터 타입을 매칭한 결과를 보여준다. 이름에서 알 수 있듯이, Quality61850 유형은 IEC 61850의 Quality 유형에 근거하여 정의되었기 때문에, 도 11에 도시된 바와 같이 의미적으로 일치한다.
그럼에도 불구하고, Quality61850은 Quality 유형의 속성뿐만 아니라 DetailQuality 유형의 속성 또한 포함해 두 유형이 결합된 유형이다. 다만 DetailQuality 유형의 inaccurate 속성은 Quality61850의 속성과 매칭되지 않으며, Quality61850의 estimatorReplaced 속성은 IEC 61860의 Quality이나 DetailQuality 유형에는 매칭되는 속성이 없는 IEC 61970에서 새롭게 추가된 속성을 나타낸다.
도 12에 도시된 바와 같이, IEC 61850의 TimeStamp와 IEC 61970의 DateTime은 의미론적으로 일치하나 직접적으로 매핑될 수 없다. 그러므로 통합 모델에서는 IEC 61970의 DateTime 대신 IEC 61850의 TempStamp를 그대로 사용하기 위하여 도 9와 같이 I61850_TimeStamp를 추가한다. 여기서, TimeStamp 유형의 SecondSinceEpoch 속성은 세계협정 시간인 1970년 1월 1일 00시 00분 0초를 기준으로 초단위로 측정한 시간을 나타내며, FractionOfSecond 속성은 초의 시간 정밀도를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 메타 모델링 변환시스템에 따르면, IEC 61850 데이터소스를 이용하는 모든 IEC 61970 스마트그리드 어플리케이션은 어플리케이션 개발자가 단일 UML IEC 61850/61970 통합모델을 참조하여 데이터를 사용하기 때문에 어플리케이션 간 상호연동성 확보가 쉬워지고, IEC 표준이 지속적으로 수정되어도 이를 유연하게 반영한 단일 UML모델을 참조하기 때문에 국제표준의 변화에도 능동적으로 대응하게 되는 효과가 있다.
이에 따라 IEC 61850 데이터 소스(필드장치, 변류기, 변압기, 신재생 에너지, 저장장치, 상태감시 등) 및 모든 IEC 61970 어플리케이션(EMS, SCADA, Asset, Planning, 상태감시 등 스마트그리드 어플리케이션)이 GWIB을 참조하게 되어 거의 모든 스마트그리드 어플리케이션에 적용될 것이다.
그리고 어떠한 새로운 데이터 표준이라도 쉽게 적용 가능하여 상호운용성을 확보할 수 있으며 UML 기반으로 자동화된 데이터 교환이 가능해지는 효과가 있다.
110 : 입력부 120 : 객체정의부
121 : 수신모듈 122 : IEC 61850 객체설정모듈
123 : IEC 61970 객체설정모듈 130 : 인프라 구조설정부
131 : M0 레벨모듈 132 : M2 레벨모듈
133 : M2 레벨모듈 134 : 확장모듈
140 : 식별부 150 : 비교분석부
160 : 통합부

Claims (6)

  1. 입력부, 객체정의부, 인프라 구조설정부, 식별부, 비교분석부 및 통합부를 포함하는 시스템을 이용한 메타모델링 통합방법에 있어서,
    (a) 외부로부터 입력데이터를 입력받아 객체정의부로 IEC 61850과 IEC 61970을 정의하는 단계;
    (b) 상기 인프라 구조설정부가 입력 설정된 IEC 61850과 IEC 61970의 객체를 객체 모델로 설정변환하고, 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 객체 모델을 의미적 추상화하여 설정변환하며, 상기 의미적 추상화 설정변환된 객체 모델의 추상 구문을 지정하는 메타모델을 설정변환하여 상기 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 레벨수준 별로 설정하는 단계;
    (c) 상기 식별부가 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 상향식 및 하향식 데이터 흐름의 시나리오를 식별하고, 각 시나리오에서 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 객체를 식별하는 단계;
    (d) 상기 비교분석부가 식별된 객체의 의미정보를 비교분석하는 단계; 및
    (e) 상기 통합부가 의미적으로 동등한 객체를 병합하되, 상기 IEC 61850과 IEC 61970의 데이터를 각각 분석한 결과, 의미가 일치하여 중복이 확인된 데이터의 경우에 IEC 61850의 데이터를 제거하고, IEC 61970의 데이터를 사용하며, 의미가 동일한 IEC 61850의 데이터가 상기 IEC 61970 데이터 내에 없는 경우, 상기 의미가 동일한 데이터인 IEC 61850의 데이터를 IEC 61970 데이터에 추가하여 통합모델을 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타 모델링 통합방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 입력부를 통해 IEC 61850과 IEC 61970 입력데이터를 수신하는 단계;
    (a-2) 상기 객체정의부가 상기 IEC 61850 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61850 객체설정단계; 및
    (a-3) 상기 객체정의부가 상기 IEC 61970 입력데이터의 객체를 설정하는 IEC 61970 객체설정단계; 를 포함하는 메타 모델링 통합방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 (b) 단계는,
    (b-4) 상기 인프라 구조설정부가 메타 클래스(meta class)에서 입력데이터와 논리 노드 클래스를 설명하는 시맨틱 요소를 설정하는 동안, 변전소 구조 및 객체를 설정하여 IEC 61850의 메타 모델을 확장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메타 모델링 통합방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메타 클래스는 변전소의 구조 및 지능형 전자 디바이스(IED)의 구조를 상기 인프라 구조설정부를 통해 연결 설정하는 것을 특징으로 하는 메타 모델링 통합방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 (e) 단계는,
    식별된 IEC 61850과 IEC 61970 객체의 의미정보를 상기 비교분석부를 통해 비교분석한 결과에 따라 의미가 동일한 IEC 61850과 IEC 61970 객체를 상기 통합부를 통해 통합하는 것을 특징으로 하는 메타 모델링 통합방법.
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