KR102093223B1 - 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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최문석
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한국전력공사
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0016—Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors
    • H04L7/0033—Correction by delay

Abstract

본 발명은 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지를 수신한 시간을 상기 원격지 설비의 기준 시간으로 설정하는 시간 초기화부; 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 전송지연 산출부; 및 산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 시간 동기화부;를 포함한다.

Description

전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SYNCHRONIZING TIME OF POWER CONTROL SYSTEM}
본 발명은 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 SoE 프레임의 시간정보를 활용하여 제어센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 정확하게 측정할 수 있는 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
사고 및 계통의 정밀분석, 사고위치 파악 등을 위하여 광범위하게 분포된 전력시스템의 시간동기화가 요구된다. 그러나, 제어시스템 프로토콜로 광범위하게 사용되는 DNP는 시간동기화 구현에 고가의 별도 장치(Physical Layer에서 프레임별 첫 bit 송수신 시간 측정장치)가 요구되어, 일반적으로 별도의 GPS를 통해 절대시간을 동기화한다.
전력회사 제어센터와 RTU 간 시간 동기화도 이와 마찬가지 구조를 가진다. 즉, 한국공개특허 2010-0118853에 개시된 바와 같이 DNP Master인 제어센터와 Outstation(원격지 설비)인 변전소 RTU간에는 DNP 시간동기화 절차가 적용되지 않고, GPS를 통해 시간 동기화가 구현되어 있다. 그리고 RTU내에서 시간정보는 MPD→CPU→DIM 순으로 전달된다. DIM은 감시정보에 시간정보를 부가한 SoE(Sequence of Event) 프레임을 만드는 장치이므로, 시간정보가 반드시 제공되어야 한다. MPD는 GPS에서 시간정보를 직접 수신하여 그 정확도는 수 나노초(ns, 10-9초)이른다. 그러나, 시간정보를 전달하는 과정에서 전송지연이 발생하기 때문에, MPD에서 현재시간 T에 T라는 시간정보를 전송할 경우, DIM은 현재시간 T+d(전송지연)에 T라는 시간정보를 수신한다. 따라서, DIM의 시간이 T+d로 설정되지 않고, 시간 T로 설정되어 d만큼 오차가 발생한다. 이 오차는 CPU, DIM과 같은 하드웨어 구성뿐 아니라 이들 간 정보교환을 허용하는 전송매체에 의해서 다양해질 수 있다. 또한, DNP는 Master(제어센터)와 Outstation(원격지 설비, RTU) 전송지연을 물리적 매체의 전송지연과 처리장치 내 프로세싱 지연으로 분류한 뒤, 이를 정확하게 산정하여 Outstation에 전송지연을 보정할 수 있도록 하였다. 즉, 현재시간에 전송지연 값을 합산하여 Master가 Outstation에 시간 동기 정보를 전송한다. 이때, 전송지연 값을 구하기 위하여, 물리적 매체를 통해 정보가 송수신 되는 첫 번째 bit의 Rising Edge 순간을 측정해야 하는데, 고가의 정밀한 장비가 부가적으로 요구되기 때문에 실제 환경에서는 적용되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 전송지연을 고려하지 않은 시간 동기화는 같은 시간에 이벤트가 발생하더라도, 원격지 위치에 따라 다른 시간으로 SoE가 생성되어 보고된다. 예를 들어 원격지 A, B, C의 MPD는 GPS에서 시간정보를 수신하므로, μs단위로 시간동기화(오차수준은 수 ns)가 되어 있다. 그러나, 전송지연 고려 없이 time T의 시간동기화 정보가 DIM에 전송되면, A, B, C 지역 내에 있는 DIM은 각각 다른 시간정보를 가지게 된다. 이는 지역별로 RTU의 제작사 및 전송환경이 달라 전송지연 값이 달라지기 때문이다. 결과적으로 같은 시간에 발생한 이벤트라 하더라도 각각 다른 시간에 발생된 것처럼 SoE 프레임이 생성되어 제어센터에 보고된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, SoE 프레임에 감시정보와 시간정보가 동시에 전송된다는 점을 활용하여, SoE 프레임의 시간정보를 통해 제어센터와 원격지 설비 간의 전송지연을 산출할 수 있는 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산출된 전송지연 시간을 이용하여 제어센터와 원격지 설비 간의 오차 시간을 줄이고, 오차 시간을 토대로 SoE 프레임의 시간정보를 보정 할 수 있는 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치는 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지에 포함된 시간을 상기 원격지 설비의 기준 시간으로 설정하는 시간 초기화부; 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 전송지연 산출부; 및 산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 시간 동기화부;를 포함하고, 상기 전송지연 산출부는, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 수신 시간 산출부; 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출하는 프레임 시간 산출부; 및 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 지연 시간 산출부;를 포함하며, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 상기 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 상기 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간이고, 상기 제1 오차 시간은 상기 시간 초기화부에 의한 시간 초기화 단계에서 발생하며, 상기 원격지 설비의 기준 시간은 상기 제어 센터로부터 전송되는 첫 번째 메시지를 전송한 시간이고, 상기 시간 동기화부는 상기 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지에 상기 제어 센터가 메시지를 전송하는 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간을 포함시키고, 상기 원격지 설비의 시간을 상기 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시키며, 상기 전송지연 산출부는 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간 산출부는 상기 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
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상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법은 시간 초기화부를 통해, 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지를 수신한 시간을 상기 원격지 설비의 기준 시간으로 설정하는 단계; 전송지연 산출부를 통해, 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계; 및 시간 동기화부를 통해, 산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 단계;를 포함하고, 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 단계; 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출하는 단계; 및 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 단계에서, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 상기 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 상기 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간이고, 상기 제1 오차 시간은 상기 시간 초기화부에 의한 시간 초기화 단계에서 발생하며, 상기 원격지 설비의 기준 시간은 상기 제어 센터로부터 전송되는 첫 번째 메시지를 전송한 시간이고, 산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 단계에서, 상기 원격지 설비가 상기 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지를 수신하면, 상기 원격지 설비의 시간을 상기 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시키며, 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고, 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
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상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법은 SoE 프레임에 감시정보와 시간정보가 동시에 전송된다는 점을 활용하여, SoE 프레임의 시간정보를 통해 제어센터와 원격지 설비 간의 전송지연을 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 산출된 전송지연 시간을 이용하여 제어센터와 원격지 설비 간의 오차 시간을 줄이고, 오차 시간을 토대로 SoE 프레임의 시간정보를 보정할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 본 발명은 제어 시스템의 구조나 DNP 프로토콜을 변형할 필요 없이 전력 제어 시스템의 시간 동기화를 수행함으로써, 전력 제어 시스템의 사고 및 계통분석의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치에 채용되는 전송지연 산출부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법에서 전송지연 시간을 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 SoE 프레임의 수신 횟수에 따른 오차 시간 및 전송지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 적용하여 서로 다른 원격지에서의 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치(100)는 크게 시간 초기화부(110), 전송지연 산출부(120) 및 시간 동기화부(130)를 포함한다.
시간 초기화부(110)는 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지를 수신한 시간을 원격지 설비의 기준 시간으로 설정한다. 이때, 원격지 설비의 기준 시간은 제어 센터가 메시지를 전송한 시간으로 설정된다. 그러나 제어 센터가 GPS를 통해 전달받은 정확한 시간 값을 포함하는 메시지를 전송하면 원격지 설비는 오차 시간만큼 지난 시간에 메세지를 수신하지만, 기준 시간은 메시지에 포함된 시간 값으로 설정된다. 따라서, 제어 센터와 원격지 설비 간에는 오차 시간이 발생하게 된다.
전송지연 산출부(120)는 제어 센터가 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출한다. 즉, 전송지연 산출부(120)는 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 수신된 SoE 프레임에 포함된 내부 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출한다. 이때, SoE 프레임에는 감시정보와 시간정보가 포함되어 있다. 그리고 전송지연 산출부(120)는 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출한다. 이때, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간으로 산출된다. 그리고 전송지연 산출부(120)는 ns(나노초) 단위의 시간 동기를 보장하는 PTP(Precision Time Protocol)와 DNP 시간 동기 절차 모두 전송할 때와 수신할 때 소요되는 오차 시간을 동일하다고 가정한다. 즉, 전송지연 산출부(120)는 제1 오차 시간과 제2 오차 시간은 같다고 가정한다.
이와 같이 산출된 전송지연 시간은 초기화 당시에 산정할 수 없으나, SoE 프레임에 포함된 시간을 이용하여 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지를 수신한 후에 정확하게 산출할 수 있다.
시간 동기화부(130)는 산출된 전송지연 시간을 토대로 원격지 설비의 시간을 동기화한다. 즉, 시간 동기화부(130)는 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지에 상기 제어 센터가 메시지를 전송하는 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간을 포함시키고 두 번째 메시지를 수신받은 원격지 설비의 시간을 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치에 채용되는 전송지연 산출부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전송지연 산출부(120)는 제어 센터가 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출한다.
이를 위해, 전송지연 산출부(120)는 수신 시간 산출부(121), 프레임 시간 산출부(122) 및 지연 시간 산출부(123)를 포함한다.
수신 시간 산출부(121)는 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출한다. 이때, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간으로 산출된다.
프레임 시간 산출부(122)는 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출한다.
지연 시간 산출부(123)는 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출한다. 이때, 지연 시간 산출부(123)는 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고, 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출한다. 이와 관련해서는 이후 설명되는 도 5 및 도 6을 통해 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전력 제어 시스템은 앞서 설명한 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치를 이용하는 것으로 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지를 수신한 시간을 원격지 설비의 기준 시간으로 설정한다.(S300) 이때, 원격지 설비의 기준 시간은 제어 센터가 메시지를 전송한 시간으로 설정된다.
다음, 제어 센터가 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출한다.(S310) S310 단계는 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 수신된 SoE 프레임에 포함된 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출한다. 이때, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간으로 산출된다. 보다 자세하게, 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고, 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출한다. 이와 관련해서는 이후 설명되는 도 5 및 도 6을 통해 자세하게 설명하기로 한다.
마지막으로, 산출된 전송지연 시간을 토대로 원격지 설비의 시간을 동기화한다.(S320) S320 단계는 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지에 상기 제어 센터가 메시지를 전송하는 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간을 포함시키고 두 번째 메시지를 수신받은 원격지 설비의 시간을 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법에서 전송지연 시간을 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계는 먼저, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출한다.(S400) S400 단계는 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간으로 산출된다.
다음, 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출한다.(S410)
다음, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출한다.(S420) S420 단계는 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고, 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출한다. 이와 관련해서는 이후 설명되는 도 5 및 도 6을 통해 자세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 SoE 프레임의 수신 횟수에 따른 오차 시간 및 전송지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 시간 초기화 단계 즉, 도 3의 S300 단계에서 제어 센터는 GPS에서 받은 정확한 시간 TS1값을 포함하는 메시지를 원격지 설비에 전송한다.
그 다음, 원격지 설비는 오차 시간 dA만큼 지난 시간 TS1+dA에 메시지에 포함된 TS1값을 수신하고 이를 원격지 설비의 기준 시간으로 설정한다. 따라서, 제어 센터와 원격지 설비 간에 dA만큼 오차 시간이 발생한다.
다음으로, 전송지연 산출 단계 즉, 도 3의 S310 단계는 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 것으로, 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 SoE 프레임에 포함된 내부 시간을 토대로 아래와 같은 방법으로 산출한다.
우선, 원격지 설비에서 특정시간 Tα1에 송신한 SoE 프레임은 시간 초기화 단계에서 발생한 제1 오차 시간 dA에 SoE 프레임 전송 시 발생한 제2 오차 시간 dα 1를 합산한 시간에 제어 센터에 도달한다.
이때, 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 나타내면 도 6과 같다. 또한, ns(나노초) 단위의 시간 동기를 보장하는 PTP(Precision Time Protocol)와 DNP 시간동기 절차 모두, 송신할 때와 수신할 때 소요되는 전달지연 시간을 동일하다고 가정한다. 즉, 제1 오차 시간과 제2 오차 시간을 같다고 가정한다.(dA≒dαn)
따라서, 제어 센터와 원격지 설비 간의 전송지연 시간 dBn는 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112013088852773-pat00001
그 다음, 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 다음과 같은 수학식 2로 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출한다.
Figure 112013088852773-pat00002
다음으로, 시간 동기화 단계 즉, 도 3의 S320 단계는 산출된 전송지연 시간을 토대로 원격지 설비의 시간을 동기화한다. 즉, 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지에 제어 센터가 메시지를 전송하는 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간을 포함시키고 두 번째 메시지를 수신받은 원격지 설비의 시간을 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시킨다.
이때, 두 번째 메시자 전달된 TS2 이후에는 제어 센터와 원격지 설비 간의 오차 시간이 없기 때문에 시각 동기를 위한 전달 지연 시간은 아래의 수학식 3을 이용하여 산출한다.
Figure 112013088852773-pat00003
도 7은 본 발명의 실시예에 적용하여 서로 다른 원격지에서의 시간 동기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명을 적용하여 서로 다른 원격지에서 시간 동기화하는 절차를 나타내는 것으로, T1는 첫 번째 메시지가 전송되는 시간으로 전송지연이 고려되지 않아 제어 센터와 원격지 설비 간의 오차 시간이 발생한다.
첫 번째 메시지 이후의 SoE 프레임들은 같은 시간에 발생하였더라도, 각각 다른 시간에 발생 된 것처럼 제어센터에 보고된다. 두 번째 메시지를 송신하기 전에 제어 센터는 SoE 프레임 내부의 시간을 이용하여 원격지 설비의 A, B, C에 따른 전송지연 시간 d1, d2, d3를 각각 산출한다. 제어 센터의 시간 T2에 원격지 설비 별로 전송지연 시간을 반영한 시간정보(T2+dn)를 원격지 설비에 송신함으로써, 두 시스템을 정밀한 시간으로 동기 시킬 수 있다. 따라서, 두 번째 메시지 이후 발생하는 이벤트에 대해서 정확한 시간으로 발생현황을 제어센터로 전달할 수 있다.
또한, 두 번째 메시지 교환 이전에는 제어 센터와 원격지 설비 간의 오차 시간이 존재하기 때문에, SoE 프레임의 시각정보에도 오차가 있다는 전제로 도 7과 같은 실시 예는 이러한 오차 시간을 보정하여 제어센터로 전달하는 방법에 대한 것이다. 도 5의 첫 번째 SoE 프레임을 통해 전송되어 시간은 Tα1이지만, 앞선 가정에 의하여 아래와 같이 이벤트 발생시각 다음의 수학식 4와 같이 Tα1‘으로 추측해 볼 수 있다.
Figure 112013088852773-pat00004
그리고 도 5에서와 같이 n값이 크다면, SoE 프레임에 통계값을 적용할 수 있다. 즉, SoE 프레임 오차 시간의 산출평균을 통해 오차보정을 수행할 수 있다. 즉, n번째 SoE 프레임이라고 가정하면, 다음과 같은 수학식을 적용할 수 있다.
Figure 112013088852773-pat00005
그러나, 이러한 오차 보정은 두 번째 메시지 전달(도 5의 TS2) 이전까지만 유효하다.
이처럼, 본 발명에 의한 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법은 SoE 프레임에 감시정보와 시간정보가 동시에 전송된다는 점을 활용하여, SoE 프레임의 시간정보를 통해 제어센터와 원격지 설비 간의 전송지연을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 본 발명은 산출된 전송지연 시간을 이용하여 제어센터와 원격지 설비 간의 오차 시간을 줄이고, 오차 시간을 토대로 SoE 프레임의 시간정보를 보정할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 제어 시스템의 구조나 DNP 프로토콜을 변형할 필요 없이 전력 제어 시스템의 시간 동기화를 수행함으로써, 전력 제어 시스템의 사고 및 계통분석의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100 : 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치
110 : 시간 초기화부 120 : 전송지연 산출부
130 : 시간 동기화부

Claims (15)

  1. 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지에 포함된 시간을 상기 원격지 설비의 기준 시간으로 설정하는 시간 초기화부;
    상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 전송지연 산출부; 및
    산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 시간 동기화부;를 포함하고,
    상기 전송지연 산출부는,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 수신 시간 산출부;
    상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출하는 프레임 시간 산출부; 및
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 지연 시간 산출부;를 포함하며,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 상기 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 상기 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간이고, 상기 제1 오차 시간은 상기 시간 초기화부에 의한 시간 초기화 단계에서 발생하며,
    상기 원격지 설비의 기준 시간은 상기 제어 센터로부터 전송되는 첫 번째 메시지를 전송한 시간이고,
    상기 시간 동기화부는 상기 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지에 상기 제어 센터가 메시지를 전송하는 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간을 포함시키고, 상기 원격지 설비의 시간을 상기 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시키며,
    상기 전송지연 산출부는 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고,
    상기 지연 시간 산출부는 상기 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치.
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  9. 시간 초기화부를 통해, 원격지 설비가 제어 센터로부터 전송되는 메시지를 수신한 시간을 상기 원격지 설비의 기준 시간으로 설정하는 단계;
    전송지연 산출부를 통해, 상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE(Source Output Enable) 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계; 및
    시간 동기화부를 통해, 산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 단계;를 포함하고,
    상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계는,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 단계;
    상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간을 산출하는 단계에서,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간은 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 특정시간에 상기 제어 센터가 메시지를 전송한 시간과 상기 원격지 설비가 메시지를 수신한 시간 사이에 발생한 제1 오차 시간 및 상기 원격지 설비가 SoE 프레임을 전송한 시간과 상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간 사이에 발생한 제2 오차 시간을 더한 시간이고, 상기 제1 오차 시간은 상기 시간 초기화부에 의한 시간 초기화 단계에서 발생하며,
    상기 원격지 설비의 기준 시간은 상기 제어 센터로부터 전송되는 첫 번째 메시지를 전송한 시간이고,
    산출된 전송지연 시간을 토대로 상기 원격지 설비의 시간을 동기화하는 단계에서, 상기 원격지 설비가 상기 제어 센터로부터 전송되는 두 번째 메시지를 수신하면, 상기 원격지 설비의 시간을 상기 제어 센터가 두 번째 메시지를 전송한 시간에 산출된 전송지연 시간을 더한 시간으로 동기화시키며,
    상기 제어 센터가 상기 원격지 설비로부터 전송받은 SoE 프레임을 이용하여 상기 제어 센터와 상기 원격지 설비 간의 전송지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 적어도 1회 이상 수신한 SoE 프레임 내부의 시간을 토대로 전송지연 시간을 산출하고,
    상기 제어 센터가 SoE 프레임을 수신한 시간과 상기 제어 센터가 수신한 SoE 프레임 내부의 시간의 차이를 토대로 전송지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제어 센터가 n번의 SoE 프레임을 수신하면 산술평균값을 이용하여 전송지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템의 시간 동기화 방법.
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