KR101462229B1 - 통합형 데이터 병합장치 - Google Patents

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KR101462229B1
KR101462229B1 KR20130060351A KR20130060351A KR101462229B1 KR 101462229 B1 KR101462229 B1 KR 101462229B1 KR 20130060351 A KR20130060351 A KR 20130060351A KR 20130060351 A KR20130060351 A KR 20130060351A KR 101462229 B1 KR101462229 B1 KR 101462229B1
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명영재
서덕기
김상태
손천명
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한전케이디엔주식회사
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Abstract

통합형 데이터 병합장치가 개시된다. 상기 통합형 데이터 병합장치는 전력계통으로부터 계측된 전력계통 신호를 입력받는 입력부; 상기 전력계통신호를 샘플링하여 계측데이터를 생성하는 샘플링부; 상기 계측데이터를 연산하여 상기 전력계통 신호의 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 중 적어도 하나에 대한 계측연산 데이터를 생성하는 연산부 및 상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 네트워크 버스를 통하여 상위 계층으로 전송하는 통신부를 포함한다.

Description

통합형 데이터 병합장치{INTEGRATED DATA MERGING UNIT}
본 발명은 통합형 데이터 병합장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 변전소에 적용가능한 통합형 데이터 병합장치에 관한 것이다.
가정이나 공장 또는 빌딩 등에 전력을 공급하기 위한 전력 시스템은 전력을 생산하는 발전소, 전력을 수송하는 송전선로, 전력을 필요한 크기로 변환하는 변전소 및 필요한 각 지역으로 전력을 배분하는 배전선로 등으로 이루어진다.
최근, 전력 설비 관리 시스템 분야에서 사람의 작업을 최소화하는 통합화, 자동화 및 원격 감시화가 추진되고 있다. 특히, 변전소 자동화 시스템은 변전소에 설치된 각종 전력설비를 감시, 제어 및 보호하기 위한 시스템으로, 데이터 병합장치(Merging Unit)는 전력계통의 요소에 설치되어 선로로부터 전압, 전류를 감지하고, 변전소 자동화 국제표준인 IEC-61850에서 제시한 IEC-61850-9-2 통신방식을 기반으로 하는 계측 데이터를 지능형 전자장치(IED, Intelligent Electronic Device)로 전송하는 기능을 수행한다.
한편, 페이저 측정 장치(PMU, Phasor Measurement Unit)는 계통의 변전소 등에 연결되어 실시간으로 전압과 전류를 페이저 형태로 측정하는 장치로, 측정된 페이저는 전압 안정도를 평가하기 위한 지표로 이용된다.
그러나 기존의 데이터 병합장치는 전력계통으로부터 전압, 전류 등의 계측 데이터를 수집하여 지능형 전자장치에 전송하는 기능만을 수행하고, 계측결과에 대한 페이저 연산 등은 지능형 전자장치에서 일괄적으로 수행하게 된다.
따라서, 기존의 경우 다수의 지능형 전자장치가 동일한 데이터 병합장치의 계측 데이터를 이용하는 경우 크기, 위상, 주파수, 전력, 역률 등을 연산하는 행위를 모두 수행하고, 다수의 변전소 전압, 전류 신호를 기반으로 동작하는 광역보호시스템의 경우 별도의 계측, 제어, 감시를 위한 장비가 각변전소에 설치되어야 한다는 문제가 있다.
또한, 주파수 보호계전기, 동기 탈조 보호계전기 등은 저속으로 동작하는 계전요소이므로 많은 계측 데이터가 불필요하나 기존의 데이터 병합장치의 경우 다른 고속동작용 보호계전기와 동일한 하드웨어 및 연산 속도를 필요로 한다는 점과 현재 광역의 계통을 실시간으로 해석하는 시스템의 입력으로 기존의 RTU와 지능형 전자장치의 연산 결과를 이용하고 있으나, 계전기 및 RTU의 계측 방법이 다르며 GPS에 동기된 페이저 정보가 없어 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.
KR 2012-0137615 A KR 2008-0094489 A
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 데이터 병합장치와 페이저 측정 장치의 기능을 동시에 수행하여 변전소 감시를 위한 정보를 베이 레벨(Bay Level) 및 스테이션 레벨(Station Level)의 상위 장치로 전송할 수 있으며, 각 전력계통에 대한 이벤트 발생 여부를 감시, 진단할 수 있는 통합형 데이터 병합장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 전력계통으로부터 계측된 전력계통 신호를 입력받는 입력부; 상기 전력계통신호를 샘플링하여 계측데이터를 생성하는 샘플링부; 상기 계측데이터를 연산하여 상기 전력계통 신호의 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 중 적어도 하나에 대한 계측연산 데이터를 생성하는 연산부 및 상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 네트워크 버스를 통하여 상위 계층으로 전송하는 통신부를 포함하는 통합형 데이터 병합장치를 제공한다.
상기 통신부는, 프로세스 버스를 통하여 상기 계측데이터를 송출하는 제1통신부; 스테이션 버스를 통하여 상기 계측연산 데이터를 송출하는 제2통신부 및 페이저 측정장치 버스를 통하여 상기 계측연산 데이터를 송출하는 제3통신부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2통신부는 GOOSE 및 MMS 중 적어도 하나의 형식에 따라 상기 계측연산 데이터를 송출할 수 있다.
상기 프로세스 버스 및 상기 스테이션 버스는 IEC61850에 기반하여 형성될 수 있다.
상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터를 기 설정값과 비교하여 상기 전력계통에서의 이벤트 발생 여부를 감지하여 이벤트 데이터를 생성하는 이벤트 감지부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이벤트 감지부는 상기 네트워크 버스를 통하여 상기 상위 계층으로부터 상기 기 설정값을 수신할 수 있다.
상기 이벤트 데이터는 이벤트 발생 시간, 이벤트 종류, 기 설정값, 계측데이터 및 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 통신부는 상기 이벤트 데이터를 상기 네트워크 버스로 송출할 수 있다.
상기 샘플링부, 상기 연산부 및 상기 통신부의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 전송하는 동기화부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 샘플링부, 상기 연산부, 상기 통신부 및 상기 이벤트 감지부의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 전송하는 동기화부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 통합형 데이터 병합장치는 데이터 병합장치와 페이저 측정 장치의 기능을 동시에 수행하여 변전소 감시를 위한 정보를 베이 레벨(Bay Level) 및 스테이션 레벨(Station Level)의 상위 장치로 전송할 수 있으며, 각 전력계통에 대한 이벤트 발생 여부를 감시, 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 구성 블록도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 동작을 설명하기 위한 개념도 및
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 연결관계를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 구성 블록도, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 동작을 설명하기 위한 개념도 및 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치의 연결관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 통합형 데이터 병합장치는 전력계통으로부터 계측된 전력계통 신호를 입력받는 입력부(10), 전력계통신호를 샘플링하여 계측데이터를 생성하는 샘플링부(20), 계측데이터를 연산하여 상기 전력계통 신호의 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 중 적어도 하나에 대한 계측연산 데이터를 생성하는 연산부(30), 상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 네트워크 버스를 통하여 상위 계층으로 전송하는 통신부(50), 상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터를 기 설정값과 비교하여 상기 전력계통에서의 이벤트 발생 여부를 감지하여 이벤트 데이터를 생성하는 이벤트 감지부(60) 및 샘플링부, 연산부 및 통신부의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 전송하는 동기화부(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 입력부(10)는 전력계통에 설치된 전류/전압 변성기(CT/PT) 또는 전자식 변성기(ECT/EVT)에서 계측한 전력계통 신호를 입력으로 받을 수 있다. 전력계통 신호는 아날로그 신호로서 선로, 전력설비 등에 대한 전압, 전류 신호를 포함하여 구성될 수 있다.
샘플링부(20)는 전력계통 신호를 샘플링하여 계측데이터를 생성할 수 있다. 샘플링부(20)는 예를들면, 아날로그 신호인 전력계통 신호를 IEC61850 9-2에서 정의하고 있는 보호용 샘플주기인 80sample/cycle로 샘플링하여 계측데이터를 생성할 수 있다. 샘플링부(20)는 계측데이터를 생성하여 데이터 베이스(40)에 저장할 수 있다.
연산부(30)는 계측데이터를 연산하여 전력계통 신호의 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 중 적어도 하나에 대한 계측연산 데이터를 생성할 수 있다. 연산부(30)는 예를 들면, 전력계통의 전압, 전류 신호에 대하여 크기, 위상, 주파수 및 전력 연산을 수행하여 전력계통을 해석하기 위한 계측연산 데이터를 생성할 수 있다. 연산부(30)는 예를 들면, IEEE Std C37.118에 기반한 계측연산 데이터를 생성할 수 있다.
즉, 연산부(30)는 기존의 페이저 측정 장치(PMU, Phasor Measurement Unit)와 같이 전력계통의 변전소 등에 연결되어 전압과 전류에 대한 페이저 연산 결과를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 기존의 데이터 병합장치의 기능과 페이저 측정 장치의 기능을 단일 장치로 통합하여 구성할 수 있게 된다.
통신부(50)는 제1통신부(51), 제2통신부(52) 및 제3통신부(53)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1통신부(51)는 샘플링부(20)에서 생성한 계측데이터를 프로세스 버스(Process Bus)로 송출할 수 있다. 프로세스 버스는 IEC61850에 기반한 네트워크 버스로, 베이레벨(Bay Level)의 지능형 전자장치(IED, Intelligent Electronic Device)와 연결되어 있다.
제2통신부(52)는 연산부(30)에서 생성한 계측연산 데이터를 스테이션 버스(Station Bus)로 송출할 수 있다. 스테이션 버스는 IEC61850에 기반한 네트워크 버스로, 스테이션 레벨(Station Level)의 상위 HMI(Human Machine Interface) 및 전력계통 광역 운영해석 시스템(SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition)의 전단인 IEC61850 Gateway에 연결되어 있다.
제2통신부(52)는 예를 들면, 계측연산 데이터를 IEC 61850에 기반한GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)/MMS(Manufacturing Message Specification)메시지 형식으로 변환하여 송출할 수 있다.
제3통신부(53)는 연산부(30)에서 생성한 계측연산 데이터를 페이저 측정장치 버스(Phasor Measurement Unit Bus)로 송출할 수 있다. 페이저 측정장치 버스는 전력계통 광역 운영해석 시스템의 전단인 IEEE Std C37.118 Gateway에 연결되어 있다.
여기서, 전력계통 광역 운영해석 시스템은 각 전력계통 별로 계측연산 데이터를 수신하고, 이를 기반으로 전력계통 전반에 걸친 전력의 흐름을 추정, 해석하여 전력계통의 안전성을 실시간으로 감시, 진단하는 시스템이다.
이벤트 감지부(60)는 계측데이터 및 계측연산 데이터를 기 설정값과 비교하여 전력계통에서의 이벤트 발생 여부를 감지하고 이벤트 데이터를 생성할 수 있다. 이벤트 감지부(60)는 예를 들면, 네트워크 버스를 통하여 상위 HMI 또는 전력계통 광역 운영해석 시스템으로부터 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 기 설정값을 수신할 수 있다. 기 설정값은 전압, 전류 및 이에 대한 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 등 각각의 파라미터에 대한 허용치의 범위를 의미하여, 이벤트 감지부(60)는 각각의 파라미터와 기 설정값을 비교하여 허용치의 범위를 벗어나는 경우 해당 전력계통에 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이벤트 감지부(60)는 이벤트가 발생하는 경우, 이벤트 발생 시간, 이벤트 종류, 기 설정값, 계측 데이터 및 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 포함한 이벤트 데이터를 생성하고, 이를 데이터 베이스(40)에 저장할 수 있다.
이 때, 통신부(50)는 이벤트 감지부에서 생성한 이벤트 데이터를 네트워크 버스, 바람직하게는 스테이션 버스를 통하여 상위 HMI 또는 전력계통 광역 운영해석 시스템의 전단인 IEC61850 Gateway에 전송할 수 있다.
동기화부(70)는 샘플링부(20), 연산부(30) 및 통신부(50)의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 각각에 전송할 수 있다. 동기화부(70)는 샘플링부(20), 연산부(30) 및 통신부(50)의 계측 데이터 및 계측연산 데이터의 시각 동기화를 위하여 동기화 신호를 생성하여 각각에 전송할 수 있다. 또한 동기화부(70)는 이벤트 감지부(60)에서 생성하는 이벤트 데이터의 시각 동기화를 위하여 이벤트 감지부(60)에 동기화 신호를 생성하여 전송할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 입력부
20: 샘플링부
30: 연산부
40: 데이터 베이스
50: 통신부
60: 이벤트 감지부
70: 동기화부
100: 통합형 데이터 병합장치

Claims (10)

  1. 전력계통으로부터 계측된 전력계통 신호를 입력받는 입력부;
    상기 전력계통신호를 샘플링하여 계측데이터를 생성하는 샘플링부;
    상기 계측데이터를 연산하여 상기 전력계통 신호의 크기, 위상, 주파수, 고조파, 전력 및 역률 중 적어도 하나에 대한 계측연산 데이터를 생성하는 연산부;
    상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 네트워크 버스를 통하여 상위 계층으로 전송하는 통신부; 및
    상기 계측데이터 및 상기 계측연산 데이터를 기 설정값과 비교하여 상기 전력계통에서의 이벤트 발생 여부를 감지하여 이벤트 데이터를 생성하는 이벤트 감지부를 포함하는 통합형 데이터 병합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    프로세스 버스를 통하여 상기 계측데이터를 송출하는 제1통신부;
    스테이션 버스를 통하여 상기 계측연산 데이터를 송출하는 제2통신부 및
    페이저 측정장치 버스를 통하여 상기 계측연산 데이터를 송출하는 제3통신부를 포함하는 통합형 데이터 병합장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2통신부는 GOOSE 및 MMS 중 적어도 하나의 형식에 따라 상기 계측연산 데이터를 송출하는 통합형 데이터 병합장치,
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로세스 버스 및 상기 스테이션 버스는 IEC61850에 기반하여 형성되는 통합형 데이터 병합장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트 감지부는 상기 네트워크 버스를 통하여 상기 상위 계층으로부터 상기 기 설정값을 수신하는 통합형 데이터 병합장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트 데이터는 이벤트 발생 시간, 이벤트 종류, 기 설정값, 계측데이터 및 계측연산 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 통합형 데이터 병합장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 이벤트 데이터를 상기 네트워크 버스로 송출하는 통합형 데이터 병합장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링부, 상기 연산부 및 상기 통신부의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 전송하는 동기화부를 더 포함하는 통합형 데이터 병합장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링부, 상기 연산부, 상기 통신부 및 상기 이벤트 감지부의 동기화를 위한 동기화 신호를 생성하여 전송하는 동기화부를 더 포함하는 통합형 데이터 병합장치.
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