KR102390330B1 - 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털변전소의 IED간 GOOSE 메시지 고속신호전송 자동검출 및 고속신호전송의 건전성 진단 시스템에 관한 것이다.
복수의 IED(Intelligent Electronic Device: 지능형 전자장치)가 고속신호로 전송하는 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지를 수집하는 고속신호 수집기; 상기 수집된 GOOSE 메시지를 복사하고, 복사된 GOOSE 메시지들 중 하나를 선정하여 상기 디지털변전소의 네트워크에 주입하는 가상신호 발생기; 상기 복사된 GOOSE 메시지를 주입하기 전에, 상기 선정된 GOOSE 메시지를 전송한 IED의 원본 GOOSE 메시지를 블록시키는 네트워크 경로 제어장치; 상기 복사된 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED 내부의 매핑된 데이터를 자동으로 검출하는 고속신호 매핑 디텍터; 및 GOOSE 메시지 처리기능의 정상 작동 여부를 점검하는 고속신호 진단기를 포함하는, 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템 관한 발명으로,
본 발명에 의하면 디지털변전소의 IED간 GOOSE 메시지 고속신호전송 및 수신여부를 자동으로 검출할 수 있고, GOOSE 메시지의 데이터 값 비교를 통해 고속신호전송의 건전성을 진단할 수 있다.
복수의 IED(Intelligent Electronic Device: 지능형 전자장치)가 고속신호로 전송하는 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지를 수집하는 고속신호 수집기; 상기 수집된 GOOSE 메시지를 복사하고, 복사된 GOOSE 메시지들 중 하나를 선정하여 상기 디지털변전소의 네트워크에 주입하는 가상신호 발생기; 상기 복사된 GOOSE 메시지를 주입하기 전에, 상기 선정된 GOOSE 메시지를 전송한 IED의 원본 GOOSE 메시지를 블록시키는 네트워크 경로 제어장치; 상기 복사된 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED 내부의 매핑된 데이터를 자동으로 검출하는 고속신호 매핑 디텍터; 및 GOOSE 메시지 처리기능의 정상 작동 여부를 점검하는 고속신호 진단기를 포함하는, 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템 관한 발명으로,
본 발명에 의하면 디지털변전소의 IED간 GOOSE 메시지 고속신호전송 및 수신여부를 자동으로 검출할 수 있고, GOOSE 메시지의 데이터 값 비교를 통해 고속신호전송의 건전성을 진단할 수 있다.
Description
본 발명은 디지털변전소에서 복수의 IED(Intelligent Electronic Device) 사이에 고속신호로 전송하는 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지를 자동으로 검출하고 진단하는 시스템 관한 것이다.
과거의 변전소는 전력 수송 과정에 필요한 전력설비를 감시하기 위하여 물리적인 전기 케이블에 의해 1:1로 신호를 전달하는 단순한 의사소통의 방식을 사용하였으나, 현대의 변전소는 전력설비를 감시하고 제어하는 모든 신호를 정보공유가 가능한 데이터의 관점에서 바라보는 디지털시스템으로 운영되고 있다. 이러한 디지털변전소는 네트워크를 통한 장치 간 정보를 공유할 수 있는 것이 가장 중요하기 때문에, 전 세계 대부분 전력회사와 제작사는 IEC 61850 같은 국제표준을 기반으로 시스템을 구축하고 있으며 국내는 한국전력공사를 중심으로 2034년까지 154kV 변전소의 약 80%를 디지털변전소로 전환하는 것과 345kV 변전소로 확대하는 것을 추진 중에 있다.
현재 운영 중인 디지털변전소는 약 60~120대의 지능형전자장치(Intelligent Electronic Device, IED)가 3대의 운영시스템과 함께 정보를 교환하며 변전소의 보호·계측·감시·제어의 기능을 수행하고 있으며, IED 간에는 변전소의 보호와 제어기능을 신속하게 수행하기 위해 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)라는 고속신호전송 방식을 사용하고 있다. 또한, 기설 변전소를 디지털화하는 과정에서 전체 전력설비를 디지털화하지 못하고 부분적으로 디지털 전환을 진행하다 보니, 기존 설비의 전기신호와 디지털변전소의 전자장치 디지털신호를, 신설 변전소에서는 필요 없는 상당한 양의 고속신호전송으로 변환해야 하는 문제점이 있다.
디지털변전소의 고속신호전송에 사용 중인 GOOSE 메시지는 네트워크를 통해 수집 가능한 디지털 신호방식임에도, 신호의 빠른 전송을 위해 네트워크의 2계층(Mac주소)의 반복전송을 사용하는 단방향 통신 메시지이기 때문에 이를 누가 수신하고 있는지 시스템 상으로 확인할 수 없으며, 이로 인해 IED가 보내는 GOOSE 메시지를 받는 다른 IED의 처리성능을 실시간 감시하는 것이 불가능하고 장치의 고속신호전송 처리기능에 문제가 발생하여도 사전에 인지할 수 없어, 디지털변전소 운영기능의 실행이 실패한 이후에야 발견이 가능하므로 디지털 운영환경의 신뢰성이 문제될 수 있고, 휴전작업 등 막대한 시간과 금전적 손해를 입게 될 우려가 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 디지털변전소의 네트워크를 통해 수집한 GOOSE 메시지를 이용한 고속전송 신호를 복제하여, 이를 수신하는 IED와 내부의 매핑데이터를 자동으로 검출하고, 이를 기반으로 IED의 GOOSE 메시지 처리기능을 실시간 진단할 수 있는 시스템을 제안한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 IED(Intelligent Electronic Device)가 네트워크 경로 제어장치에 연결되어 형성된 네트워크에서 고속신호를 수신하는 IED를 검출하고 상기 복수의 IED의 건전성을 진단하는 시스템은, 상기 복수의 IED가 고속신호로 전송하는 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지를 수집하는 고속신호 수집기; 상기 수집된 GOOSE 메시지를 복사하고, 복사된 GOOSE 메시지 중 선정된 IED에 의해 전송된 GOOSE 메시지를 포함하는 고속신호를 상기 네트워크에 주입하는 가상신호 발생기; 상기 복사된 GOOSE 메시지를 주입하기 전에, 상기 선정된 IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 블록시키도록 상기 네트워크 경로 제어장치를 제어하는 스위치 제어기; 상기 복수의 IED 중 상기 네트워크에 주입된 복사된 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 검출하고 상기 선정된 IED 및 상기 수신 IED를 연관시켜 저장하는 고속신호 매핑 디텍터; 및 상기 고속신호 매핑 디텍터에서 저장한 상기 선정된 IED 및 대응하는 수신 IED 관계에 기초하여 상기 복수의 IED의 GOOSE 메시지 처리기능의 정상 작동 여부를 점검하는 고속신호 진단기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 가상신호 발생기는, 상기 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프 값을 선정된 IED와 동일한 시각으로 동기화된 타임스탬프 값으로 변경시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 고속신호 매핑 디텍터는, 상기 디지털변전소의 모든 IED에 IEC 61850 MMS(Manufacturing Message Specification) 통신연결 방식으로 접속할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 고속신호 진단기는, IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 상시 감시하여, 이벤트 발생 시 상기 고속신호 매핑 디텍터가 가지고 있는, 해당 GOOSE 메시지를 수신한 IED 리스트와 그 IED 내부의 매핑 데이터 값에 의하여 고속신호전송의 이상여부를 진단할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 IED 간 고속신호 전송을 검출하여 건전성을 진단하는 방법은, 상기 복수의 IED 중 다른 IED가 고속신호로 전송한 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 수신 IED 정보에 기초하여, 상기 복수의 IED 각각의 고속신호전송 처리기능을 실시간으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수신 IED를 검출하는 단계는, 상기 복수의 IED가 연결된 네트워크에 접속하여, 모든 GOOSE 메시지를 수집하는 단계; 상기 네트워크상에 존재하는 GOOSE 메시지의 수를 기록하고, 모든 GOOSE 메시지를 복사하는 단계; 상기 복사된 GOOSE 메시지 중 하나를 선택하여, 가상으로 GOOSE 메시지를 보내기 위한 IED를 선정하는 단계; 상기 선정된 IED로부터 실제 발생하는 GOOSE 메시지를 네트워크 경로 제어장치를 통하여 블록시키는 단계; 상기 선정된 IED의 복사된 GOOSE 메시지를 디지털변전소 네트워크에 주입하는 단계; 고속신호 매핑 디텍터가 디지털변전소에 있는 모든 IED에 접속하여 IED의 데이터 리스트를 확인하는 단계; 상기 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프 값을 선정된 IED와 동일한 시각으로 동기화된 타임스탬프 값으로 변경시키는 단계; 상기 선정된 IED의 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED의 내부 매핑데이터를 검출하는 단계; 상기 검출된 수신 IED 및 매핑데이터를, 고속신호 수신 IED 리스트 및 데이터로 저장하는 단계; 및 상기 복사된 GOOSE 메시지 발생을 정지하고, 블록했던 선정된 IED의 GOOSE 통신을 블록해제하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 복사된 GOOSE 메시지 각각에 대해, 상기 모든 단계를 반복 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수집된 GOOSE 메시지의 Control Block Reference 값을 GOOSE 메시지의 고유한 ID로 인식하여 다른 GOOSE 메시지와 구별할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 고속신호 매핑 디텍터는 디지털변전소에 있는 모든 IED에 IEC 61850 MMS 통신연결 방식으로 접속할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 고속신호 수신 IED 리스트는, 상기 IED의 데이터 리스트 중, 타임스탬프가 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프와 동일하거나 또는 그 차이가 300ms 이내이면서, 데이터 값이 일치하는 IED의 집합으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수신 IED의 고속신호전송 처리기능을 실시간으로 진단하는 단계는, 네트워크에 접속하여 상기 복수의 IED가 고속신호로 전송하는 GOOSE 메시지를 실시간으로 수집하는 단계; 상기 수집된 GOOSE 메시지 값의 변화를 검출하는 단계; 상기 변화 발생 시의 GOOSE 메시지 값과 발생시간을 저장하는 단계; 상기 검출된 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 확인하는 단계; 고속신호 매핑 디텍터를 통해 상기 수신 IED에 통신을 연결하는 단계; 상기 수신 IED 내부의 매핑 데이터의 값과 수신시간을 확인하는 단계; 고속신호 처리기능의 이상여부를 진단하는 단계; 및 상기 고속신호의 이상발생 시 알람을 통보하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 알람을 통보한 후, 다시 디지털변전소 고속신호 실시간 수집 모드로 회귀하여 상기 모든 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수집된 GOOSE 메시지 값의 변화여부는 해당 GOOSE 메시지를 수신한 IED 리스트 내 IED의 GOOSE 메시지의 StateNumber 값의 변화여부를 기준으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 고속신호의 이상여부 진단 시, 상기 검출된 GOOSE 메시지의 데이터의 값과 매핑 데이터 값이 일치하고, 상기 변화 이벤트 발생시간과 IED가 GOOSE 메시지를 수신한 시간의 차이가 100ms 또는 설정치 이하이며, 품질데이터가 정상값([0000000000000])을 갖는 경우 정상으로 진단하고, 상기 조건들 중 어느 하나라도 미충족시 이상발생으로 진단할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 본 발명은 빠르게 확대되고 있는 디지털변전소에서 지능형전자장치(IED) 간의 고속신호전송을 위한 GOOSE 사용이 증가함에 따라 디지털변전소의 네트워크를 통해 수집한 GOOSE 메시지를 이용한 고속전송 신호를 복제하여, 이를 수신하는 IED와 내부의 매핑데이터를 자동으로 검출하고, 이를 기반으로 IED의 GOOSE 메시지 처리기능을 실시간으로 진단할 수 있는 방법으로, 종래의 디지털변전소에서 GOOSE의 단방향 통신방식으로 인하여 IED 간의 정보교환 연결 관계의 확인과 성능의 건전성 검증이 어려웠던 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 디지털변전소를 운영하는 전력회사와 사업자는 본 발명인 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단시스템을 운전 중인 변전소에 특별한 설치환경의 제약 없이 네트워크 시스템에 연결할 수 있다. 그리고 별도의 설정 없이도 디지털변전소의 100여 대의 IED에 대한 고속신호 전송을 자동검출하고 실시간 감시가 가능하여, IED의 고속신호전송 처리기능의 문제를 사전에 발견할 수 있다. 이로써 디지털변전소 운영환경의 신뢰성을 높일 수 있고, 고장으로 인한 변전소 사고파급을 사전 예방할 수 있어 시간과 비용 측면에서 경제적 효과를 창출할 수 있다.
또한, 제품 등록 전 사전검증시험을 위한 시험자동화시스템으로 개발하여 시험수행을 위한 인력과 비용을 줄이고 판정의 정확성을 높일 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 수집기(141)와 가상 신호 발생기(142)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 매핑 디텍터(151)와 고속신호 진단기(152)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송의 자동검출과 고속신호전송 건전성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는, 다양한 실시 예들에 따른, 복수의 IED 간 GOOSE 통신 연결 관계 자동검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은, 다양한 실시 예들에 따른, IED가 전송하는 GOOSE 메시지의 예시를 도시한 도면이다.
도 7은, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송 건전성의 상시진단 알고리즘의 동작 흐름도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 수집기(141)와 가상 신호 발생기(142)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 매핑 디텍터(151)와 고속신호 진단기(152)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송의 자동검출과 고속신호전송 건전성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는, 다양한 실시 예들에 따른, 복수의 IED 간 GOOSE 통신 연결 관계 자동검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은, 다양한 실시 예들에 따른, IED가 전송하는 GOOSE 메시지의 예시를 도시한 도면이다.
도 7은, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송 건전성의 상시진단 알고리즘의 동작 흐름도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명된다.
도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략할 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 '모듈' 또는 '부'는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하나, 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 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 포함할 수 있다. 하나의 구성요소, '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다.
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.
우선 본 명세서에서 사용되는 용어들에 대하여 간략히 설명한다.
지능형 전자 장치(Intelligent Electronic Device, IED)란 센서와 전원 장치로부터 데이터를 수신하여 전압, 전류 또는 주파수 이상 등을 감지할 경우 회로 차단과 같은 제어 명령을 실행하여 원하는 상태를 유지하는 등의 기능을 하는 장치로, 디지털 변전소에서의 디지털 보호 계전기가 그 예이다.
IEC 61850(Communication networks and systems in substations)이란 변전소 자동화와 보호를 위해 국제표준으로 개발된 프로토콜이다. 데이터의 단순전달 기능 이외에 데이터가 가지는 의미, 조직, 저장장소로부터 독립성을 유지하는데 초점을 맞추어 설계되었으며 자동화시스템의 응용프로그램 개발과 통합이 용이하여 다른 기종간의 상호연동성이 좋은 응용프로그램 개발이 가능한 특징이 있다.
GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지란 IEC 61850 기반의 통신메시지 종류 중 하나로 IED와 IED간의 통신 표준 메시지이며, 모든 데이터 형식(상태, 값)이 데이터 세트로 그룹화되어 4ms 이내에 고속 전송되는 것이 특징이다. 또한, 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 서비스를 통해서 하나 이상의 물리적 장치에 동일한 데이터를 전송할 수 있는 효율적인 방법을 제공한다. 데이터 교환은 publish-subscribe 기반으로, GOOSE 메시지는 이벤트 기반으로 전송되며 데이터셋에 FCD(Functionally Constrained Data)와 FCDA(Functionally Constrained Data Attribute)을 지원한다.
MMS(Manufacturing Message Specification)란 IEC 61850 기반의 통신메시지 종류 중 하나로 상위 시스템과 IED간 통신 표준 메시지이며, 상태감시, 제어, 경보, 계측, 고장기록 등의 용도로 사용된다.
도 1은, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명인 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)은 네트워크 스위치(130), 고속신호 수집기(141), 가상신호 발생기(142), 스위치 제어기(120), 고속신호 매핑 디텍터(151) 및 고속신호 진단기(152)를 포함할 수 있다.
고속신호 수집기(141)는 네트워크 스위치(130)에 연결되어 복수의 IED가 고속신호로 전송하는 모든 GOOSE 메시지를 수집할 수 있다. 일 실시 예에 따라 상기 네트워크 스위치(130)는 이더넷 스위치(ethernet switch)로 구현될 수 있다.
가상신호 발생기(142)는 고속신호 수집기(141)에서 수집한 GOOSE 메시지를 복사하고, 복사된 GOOSE 메시지 중에서 특정 IED로부터 전송된 GOOSE 메시지를 선택하여 네트워크 스위치(130)로 주입할 수 있다. 이 경우, 상기의 원래 IED에서 전송된 GOOSE 메시지는 복사된 GOOSE 메시지와 중복될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 복수의 IED와 연결된 네트워크 경로 제어장치(200)과 가상 신호 발생기(142) 사이에 연결된 스위치 제어기(120)가 원래 IED에서 전송된 GOOSE 메시지를 블록할 수 있다. 고속신호 매핑 디텍터(151)는 디지털변전소의 모든 IED에 IEC 61850 MMS 통신연결(150)로 접속하여, 해당 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED 내부에 매핑된 데이터를 자동으로 검출할 수 있다. 고속신호 진단기(152)는 디지털변전소의 복수의 IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 상시 감시하여, 이벤트 발생 시 고속신호 매핑 디텍터(151)가 가지고 있는 해당 GOOSE를 받는 IED를 진단하여 GOOSE 처리기능의 건전성을 실시간으로 점검할 수 있다. 도 1에서 도시된 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)의 구성은 일 실시 예로 각각의 구성 요소는 하나의 칩, 부품 또는 전자 회로로 구성되거나, 칩, 부품 또는 전자 회로의 결합으로 구성될 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 도 2에 도시된 구성 요소들 중 일부는 복수 개의 구성 요소(예: 복수 개의 프로세서)로 분리되어 서로 다른 칩 또는 부품 또는 전자 회로로 구성될 수 있으며, 일부 구성 요소들은 결합되어 하나의 칩, 부품 또는 전자 회로로 구성될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 수집기(141)와 가상 신호 발생기(142)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 고속신호 수집기(141)는, 디지털변전소의 네트워크 시스템 내에서 복수의 IED 사이에 전송되는 모든 GOOSE 메시지를 감지하는 GOOSE 감지 모듈(141a)과 감지된 GOOSE 메시지를 저장하는 GOOSE 저장 모듈(141b)을 포함할 수 있다. 상기 고속신호 수집기(141)와 연결된 가상 신호 발생기(142)는, 앞에서 수집된 GOOSE 메시지를 복사할 수 있는 GOOSE 복사 모듈(142a)과 복사된 GOOSE 메시지를 디지털변전소의 네트워크 시스템에 주입시킬 수 있는 가상 신호 주입 모듈(142b) 및 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프 값을 선정된 IED와 동일한 시각의 타임스탬프 값으로 동기화하여 변경시킬 수 있는 GOOSE (142c)을 포함할 수 있다.
도 3은, 다양한 실시 예들에 따른, 고속신호 매핑 디텍터(151)와 고속신호 진단기(152)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 고속신호 매핑 디텍터(151)는, 디지털변전소의 모든 IED에 IEC 61850 MMS(Manufacture Message Specification) 통신연결(150)로 접속하여, 해당 GOOSE 메시지를 받는 IED와 그 IED 내부의 매핑된 데이터를 자동으로 검출할 수 있는 수신 IED 및 매핑데이터 검출 모듈(151a)과 검출된 IED 리스트 및 매핑데이터를 저장할 수 있는 수신 IED 및 매핑데이터 저장 모듈(151b)을 포함할 수 있다. 상기 고속신호 매핑 디텍터(151)와 연결된 고속신호 진단기(152)는 이벤트 발생으로 데이터 값의 변화가 검출된 IED의 GOOSE 메시지를 통해 전송된 데이터의 값과 이벤트 발생시간, IED의 매핑된 데이터 값과 현재의 시간 값을 각각 비교하는 데이터 값 비교 모듈(152a), 데이터 값이 일치하고, 시간차가 100ms 또는 설정치 이하이며, 품질데이터가 정상값([0000000000000])을 갖는 조건 중 어느 하나라도 충족시키지 못하는 IED에 대해서는 이상발생으로 간주하여 알람을 통보하는 알람 통보 모듈(152b)을 포함할 수 있다.
도 4는, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송의 자동검출과 고속신호전송 건전성 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 동작 S1에서, 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)은 특정 IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 포함하는 고속 신호를 수신하는 IED를 검출할 수 있다. 이때, 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)은 IED가 전송한 GOOSE 메시지를 수집하고, 복사한 뒤, 네트워크에 주입한 뒤 복사된 GOOSE 메시지를 수신하는 IED를 검출함으로써 특정 IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 수신하는 IED를 검출할 수 있다.
동작 S2에서, 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)은 동작 S1에서 검출한 수신 IED 정보에 기초하여, 복수의 IED 각각의 고속신호전송 처리기능을 실시간으로 진단할 수 있다.
도 5는, 다양한 실시 예들에 따른, 복수의 IED 간 GOOSE 통신 연결 관계 자동검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 동작 S10에서, 디지털변전소의 IED들은 GOOSE 메시지를 포함하는 고속 신호를 전송할 수 있다. IED들은 고속신호 전송시 MAC(medium access control) 계층의 멀티캐스트 용 주소를 사용하여 네트워크 전체에 해당 메시지를 보내는 멀티캐스팅 방식을 이용할 수 있다.
동작 S20에서, 디지털변전소의 IED가 연결된 네트워크 경로 제어장치(200)에 본 발명의 고속신호전송 자동검출 진단 시스템(100)이 네트워크 스위치(130)를 이용하여 접속하게 되면, 네트워크 경로 제어장치(200)에 본 발명의 고속신호전송 자동검출 진단시스템(100)의 고속신호 수집기(141)가 복수의 IED가 보내오는 모든 GOOSE 메시지를 수집할 수 있다.
동작 S30에서, 가상 신호 발생기(142)는 수집된 모든 GOOSE 메시지를 복사할 수 있다. 이 때, 도 6에서 도시한 GOOSE 메시지의 예시 중 Control Block Reference(300)가 모든 GOOSE 메시지마다 고유한 ID이므로, 이를 통해 디지털변전소에 존재하는 GOOSE 메시지의 수를 기록하고, 모든 GOOSE 메시지를 복사할 수 있다.
동작 S40에서, 가상 신호 발생기(142)는 복사한 GOOSE 메시지 중 하나를 선택하여 가상으로 GOOSE 메시지를 보내기 위한 IED를 선정할 수 있다.
동작 S50에서, 스위치 제어기(120)는 선택된 GOOSE 메시지의 Control Block Reference(300)에 존재하는 IED 명(예:KEPCOALM)을 가진 IED의 통신연결을 찾아, 그 IED로부터 실제 발생하는 GOOSE 메시지를 네트워크 경로제어장치(200)를 제어하여 선택적으로 블록시킴으로써 디지털변전소의 네트워크상에서 GOOSE 메시지의 중복발생을 방지할 수 있다.
동작 S60에서, 가상신호 발생기(142)는 선정된 IED의 복사된 GOOSE 메시지를 디지털변전소 네트워크에 주입할 수 있다.
동작 S70에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 디지털변전소에 있는 모든 IED에 IEC 61850 MMS 통신연결(150)로 접속하여 모든 IED의 데이터리스트를 확인할 수 있다.
동작 S80에서, 가상신호 발생기(142)는 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프(400)를 IED와 동일한 시각으로 동기화시켜 데이터 값이 변경된 변조된 고속신호를 생성할 수 있다.
동작 S90에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 가지고 있는 모든 IED의 데이터 리스트 중 타임스탬프(400)가 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프(400)와 동일 또는 300ms 이내이면서, 데이터 값(800)이 일치하는 데이터를 검색하여, 선정된 IED의 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED 내부의 매핑데이터를 검출할 수 있다.
동작 S100에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 상기 검출한 수신 IED 및 그 IED 내부의 매핑데이터를, 고속신호 수신 IED 리스트 및 데이터 값으로 저장할 수 있다.
동작 S110에서, 선정된 IED의 GOOSE 메시지를 수신하는 IED를 찾는 작업이 완료되면 가상신호 발생기(142)는 복사된 GOOSE 메시지 발생시키는 기능을 정지하고, 동작 S50에서 블록했던 선정된 IED의 GOOSE 메시지 통신을 블록해제하고, 고속신호전송 자동검출 진단시스템(100)이 가지고 있는 모든 복사된 GOOSE 메시지에 대해 동작 S40부터 S100 사이의 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
도 6은, 다양한 실시 예들에 따른, IED가 전송하는 GOOSE 메시지의 예시를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, GOOSE 메시지에 포함되는 Control Block Reference(300)는 GOOSE 메시지를 전송한 IED의 고유 ID를 나타낸다. GOOSE 메시지가 복사되거나 데이터값이 변하는 경우 타임스탬프(400)값이 변경된다. GOOSE 메시지는 데이터셋에 의해 참조된 하나 이상의 데이터 멤버가 변화할 경우 Publish 되어야 하며, 이벤트가 발생하면 StateNumber(500)는 1씩 증가하게 되고 Sequence Number(600)는 0으로 리셋된다. 따라서 이벤트 발생여부는 StateNumber(500) 변화에 따라 판단이 가능하다. 그리고 다음 이벤트가 발생할 때까지 SCL 파일에 정의된 재전송 주기에 따라 Sequence Number(600)가 1씩 증가한다. GOOSE 메시지는 재전송을 지원하기 때문에 패킷이 손실되더라도 다음 재전송 패킷에 의해 데이터를 수신할 수 있게 되며, 데이터 전송의 신뢰성을 확보할 수 있다. Test(700) 부분은 시험 메시지인 경우는 TRUE, 아닌 경우는 FALSE를 나타낸다. Data(800) 부분은 수신 IED 내부에 매핑되는 데이터와 대응되는 부분으로 BOOLEAN 부분은 이벤트 미발생시 FALSE를 나타내고, BITSTRING 부분은 마지막 13자리 숫자가 품질데이터를 나타내며 정상값은 [0000000000000]이다.
도 7은, 다양한 실시 예들에 따른, 디지털변전소 고속신호전송 건전성의 상시진단 알고리즘의 동작 흐름도이다. 고속신호전송 건전성이란 GOOSE 메시지의 전송이 정확하게 수행되었는지, 해당 GOOSE 메시지를 수신해야 하는 IED에서 수신하였는지, 데이터값은 동일한지, 전송부터 수신까지의 처리시간은 일정시간 이내인지 등으로 정의될 수 있다.
도 7을 참조하면, 동작 S210에서, 고속신호 수집기(141)는 디지털변전소의 네트워크에 접속하여 GOOSE 메시지를 실시간 수집할 수 있다.
동작 S220에서, 고속신호 수집기(141)는 도 5의 검출방법으로 얻은 결과인, GOOSE 메시지를 수신한 IED 리스트의 GOOSE 메시지 중에서 StateNumber(500)가 변하는 것을 감시하여 해당 GOOSE 메시지의 값이 변화하는 것을 검출할 수 있다. 변화가 검출된 경우 동작 S230으로 가서 고속신호전송 진단 작업을 수행하고, 변화가 없는 경우 동작 S210으로 가서 고속신호 실시간 수집 작업으로 돌아갈 수 있다.
동작 S230에서, 고속신호 수집기(141)는 GOOSE 메시지 값의 변화가 검출된 경우 고속신호로 전송된 GOOSE 메시지의 데이터 값과 발생시간을 저장할 수 있다.
동작 S240에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 변화가 검출된 GOOSE 메시지를 수신하는 IED를, 도 5의 과정을 통하여 미리 저장하고 있던 수신 IED 리스트 내에서 찾아낼 수 있다.
동작 S250에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 디지털변전소의 각 IED에 IEC 61850 MMS 통신연결(150)을 통하여 접속할 수 있다.
동작 S260에서, 고속신호 매핑 디텍터(151)는 상기 연결을 통해서 각 수신 IED 내부의 매핑된 데이터의 값과 수신시간을 확인 및 기록할 수 있다.
동작 S270에서, 고속신호 진단기(152)는 변화가 검출된 IED의 GOOSE 메시지를 통해 전송된 데이터의 값과 이벤트 발생시간, 그리고 동작 S260에서 기록한 수신 IED 내부의 매핑된 데이터값과 수신시간 각각을 비교하는 작업을 통해서 고속신호 전송의 건전성을 진단할 수 있다.
구체적으로 S271과 같이, 고속신호 진단기(152)는 동작 S240 단계에서 검출된 IED의 GOOSE 메시지를 통해 전송된 데이터의 값과 동작 S260에서 기록한 수신 IED의 매핑 데이터 값을 비교하여 데이터 값이 일치 하고, 전송시간과 수신시간의 차이가 100ms 또는 설정치 이하이고, 품질데이터가 모두 정상값 [0000000000000]인 3가지 조건을 모두 만족하는 경우 정상작동으로 판정할 수 있다.
동작 S280에서, 고속신호 진단기(152)는 상기 3가지 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않는 IED에 대해서는 이상발생으로 간주하여 알람을 통보하고, 다시 S210의 디지털변전소 고속신호 실시간 수집 상태로 회귀하여 디지털변전소 네트워크에 존재하는 GOOSE 메시지의 변화를 감시할 수 있다.
상술한 방법에 기초하여, 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단 시스템은 디지털변전소의 네트워크를 통해 수집한 GOOSE 메시지를 복제하고 네트워크에 주입함으로써, 해당 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED 내부의 매핑데이터를 자동으로 검출하고, 이를 기반으로 각 IED의 GOOSE 메시지 처리기능을 실시간으로 진단할 수 있게 되어, 기능이상 발생시 조기에 발견하여 사고를 예방할 수 있다.
100: 디지털변전소 고속신호전송 자동검출 진단시스템
120: 스위치 제어기
130: 네트워크 스위치
141: 고속신호 수집기
141a: GOOSE 감지 모듈
141b: GOOSE 저장 모듈
142: 가상 신호 발생기
142a: GOOSE 복사 모듈
142b: 가상 신호 주입 모듈
142c: GOOSE 변조 모듈
150: IEC 61850 MMS(Manufacturing Message Specification) 통신
151: 고속신호 매핑 디텍터
151a: 수신 IED와 매핑데이터 검출 모듈
151b: 수신 IED와 매핑데이터 저장 모듈
152: 고속신호 진단기
152a: 데이터 값 비교 모듈
152b: 알람 통보 모듈
200: 네트워크 경로 제어장치
300: Control Block Reference
400: Event Timestamp
500: StateNumber
600: Sequence Number
700: Test
800: Data
120: 스위치 제어기
130: 네트워크 스위치
141: 고속신호 수집기
141a: GOOSE 감지 모듈
141b: GOOSE 저장 모듈
142: 가상 신호 발생기
142a: GOOSE 복사 모듈
142b: 가상 신호 주입 모듈
142c: GOOSE 변조 모듈
150: IEC 61850 MMS(Manufacturing Message Specification) 통신
151: 고속신호 매핑 디텍터
151a: 수신 IED와 매핑데이터 검출 모듈
151b: 수신 IED와 매핑데이터 저장 모듈
152: 고속신호 진단기
152a: 데이터 값 비교 모듈
152b: 알람 통보 모듈
200: 네트워크 경로 제어장치
300: Control Block Reference
400: Event Timestamp
500: StateNumber
600: Sequence Number
700: Test
800: Data
Claims (14)
- 복수의 IED(Intelligent Electronic Device)가 네트워크 경로 제어장치에 연결되어 형성된 네트워크에서 고속신호를 수신하는 IED를 검출하고 상기 복수의 IED의 건전성을 진단하는 시스템에 있어서,
상기 복수의 IED가 고속신호로 전송하는 GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event) 메시지를 수집하는 고속신호 수집기;
상기 수집된 GOOSE 메시지를 복사하고, 복사된 GOOSE 메시지 중 선정된 IED에 의해 전송된 GOOSE 메시지를 포함하는 고속신호를 상기 네트워크에 주입하는 가상신호 발생기;
상기 복사된 GOOSE 메시지를 주입하기 전에, 상기 선정된 IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 블록시키도록 상기 네트워크 경로 제어장치를 제어하는 스위치 제어기;
상기 복수의 IED 중 상기 네트워크에 주입된 복사된 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 검출하고 상기 선정된 IED 및 상기 수신 IED를 연관시켜 저장하는 고속신호 매핑 디텍터; 및
상기 고속신호 매핑 디텍터에서 저장한 상기 선정된 IED 및 대응하는 수신 IED 관계에 기초하여 상기 복수의 IED의 GOOSE 메시지 처리기능의 정상 작동 여부를 점검하는 고속신호 진단기를 포함하는, 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 가상신호 발생기는,
상기 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프 값을 선정된 IED와 동일한 시각으로 동기화된 타임스탬프 값으로 변경시키는, 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 고속신호 매핑 디텍터는,
디지털변전소의 모든 IED에 IEC 61850 MMS(Manufacturing Message Specification) 통신연결 방식으로 접속하는, 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 고속신호 진단기는,
IED가 전송하는 GOOSE 메시지를 상시 감시하여, 이벤트 발생 시 상기 고속신호 매핑 디텍터가 가지고 있는, 해당 GOOSE 메시지를 수신한 IED 리스트와 그 IED 내부의 매핑 데이터 값에 의하여 고속신호전송의 이상여부를 진단하는, 시스템.
- 복수의 IED 간 고속신호 전송을 검출하여 건전성을 진단하는 방법에 있어서,
상기 복수의 IED 중 다른 IED가 고속신호로 전송한 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 수신 IED 정보에 기초하여, 상기 복수의 IED 각각의 고속신호전송 처리기능을 실시간으로 진단하는 단계를 포함하되,
상기 수신 IED의 고속신호전송 처리기능을 실시간으로 진단하는 단계는,
네트워크에 접속하여 상기 복수의 IED가 고속신호로 전송하는 GOOSE 메시지를 실시간으로 수집하는 단계;
상기 수집된 GOOSE 메시지 값의 변화를 검출하는 단계;
상기 변화 발생 시의 GOOSE 메시지 값과 발생시간을 저장하는 단계;
상기 검출된 GOOSE 메시지를 수신하는 수신 IED를 확인하는 단계;
고속신호 매핑 디텍터를 통해 상기 수신 IED에 통신을 연결하는 단계;
상기 수신 IED 내부의 매핑 데이터의 값과 수신시간을 확인하는 단계;
고속신호 처리기능의 이상여부를 진단하는 단계; 및
상기 고속신호의 이상발생 시 알람을 통보하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 수신 IED를 검출하는 단계는,
상기 복수의 IED가 연결된 네트워크에 접속하여, 모든 GOOSE 메시지를 수집하는 단계;
상기 네트워크상에 존재하는 GOOSE 메시지의 수를 기록하고, 모든 GOOSE 메시지를 복사하는 단계;
상기 복사된 GOOSE 메시지 중 하나를 선택하여, 가상으로 GOOSE 메시지를 보내기 위한 IED를 선정하는 단계;
상기 선정된 IED로부터 실제 발생하는 GOOSE 메시지를 네트워크 경로 제어장치를 통하여 블록시키는 단계;
상기 선정된 IED의 복사된 GOOSE 메시지를 디지털변전소 네트워크에 주입하는 단계;
고속신호 매핑 디텍터가 디지털변전소에 있는 모든 IED에 접속하여 IED의 데이터 리스트를 확인하는 단계;
상기 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프 값을 선정된 IED와 동일한 시각으로 동기화된 타임스탬프 값으로 변경시키는 단계;
상기 선정된 IED의 GOOSE 메시지를 수신하는 IED와 그 IED의 내부 매핑데이터를 검출하는 단계;
상기 검출된 수신 IED 및 매핑데이터를, 고속신호 수신 IED 리스트 및 데이터로 저장하는 단계; 및
상기 복사된 GOOSE 메시지 발생을 정지하고, 블록했던 선정된 IED의 GOOSE 통신을 블록해제하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 복사된 GOOSE 메시지 각각에 대해, 상기 단계들을 반복 수행하는, 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 수집된 GOOSE 메시지의 Control Block Reference 값을 GOOSE 메시지의 고유한 ID로 인식하여 다른 GOOSE 메시지와 구별하는, 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 고속신호 매핑 디텍터는 네트워크상의 모든 IED에 IEC 61850 MMS 통신연결 방식으로 접속하는, 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 고속신호 수신 IED 리스트는,
상기 IED의 데이터 리스트 중, 타임스탬프가 복사된 GOOSE 메시지의 타임스탬프와 동일하거나 또는 그 차이가 300ms 이내이면서, 데이터 값이 일치하는 IED의 집합인, 방법.
- 삭제
- 제 5항에 있어서,
상기 알람을 통보한 후, 다시 고속신호 실시간 수집 모드로 회귀하여 상기 단계들을 반복하여 수행하는, 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 수집된 GOOSE 메시지 값의 변화여부는 해당 GOOSE 메시지를 수신한 IED 리스트 내 IED의 GOOSE 메시지의 StateNumber 값의 변화여부를 기준으로 결정하는, 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 고속신호의 이상여부 진단 시,
상기 검출된 GOOSE 메시지의 데이터의 값과 매핑 데이터 값이 일치하고, 상기 변화 발생의 시간과 IED가 GOOSE 메시지를 수신한 시간의 차이가 100ms 또는 설정치 이하이며, 품질데이터가 정상값([0000000000000])을 갖는 경우 정상으로 진단하고, 조건들 중 어느 하나라도 미충족시 이상발생으로 진단하는, 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101476234B1 (ko) * | 2013-10-16 | 2014-12-24 | 주식회사 제니스텍 | Ｉｅｃ 61850 표준을 기반으로 하는 변전소 네트워크의 진단 시스템 |
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| KR101876245B1 (ko) * | 2016-07-15 | 2018-08-09 | 한국전력공사 | 지능형전자장치 성능검증 장치, 지능형전자장치 성능검증 시스템 및 컴퓨터 판독가능 기록 매체 |
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2020
- 2020-05-13 KR KR1020200057274A patent/KR102390330B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| KR101476234B1 (ko) * | 2013-10-16 | 2014-12-24 | 주식회사 제니스텍 | Ｉｅｃ 61850 표준을 기반으로 하는 변전소 네트워크의 진단 시스템 |
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