KR20040038130A - 위치정보시스템 수신기를 갖춘 전력계통 감시시스템 - Google Patents

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KR20040038130A
KR20040038130A KR1020020067006A KR20020067006A KR20040038130A KR 20040038130 A KR20040038130 A KR 20040038130A KR 1020020067006 A KR1020020067006 A KR 1020020067006A KR 20020067006 A KR20020067006 A KR 20020067006A KR 20040038130 A KR20040038130 A KR 20040038130A
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전동훈
이재욱
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 전력계통 감시시스템에 있어서, 데이터 취득장치는; 직렬포트와, 메모리 및 메모리 인터페이스 회로, 타이머 및, 어드레스 및 데이터 버스로 이루어지고, 직렬포트용 RS-232C회로를 통해서 상기 GPS 수신기의 시각정보를 직렬포트를 통해서 받아들이는 DSP와, 상기 DSP로부터의 데이터 취득명령을 통해서 입력된 아날로그값을 디지털값으로 변환하는 A/D 변환기, 자체 전원이 내장된 부품으로서 정확한 시각정보를 DSP에 제공하는 리얼 타임 클럭, 상기 변성기와 변류기를 거친 전력계통 데이터가 안티-중첩 필터를 거쳐 입력으로 되는 샘플 및 홀더 및, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 때 발생할 수 있는 데이터의 중첩현상을 방지하고, 샘플링 주파수의 2배의 주파수를 차단주파수로 갖는 안티-중첩 필터를 구비하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 다지점간의 전압 위상각의 비교와 전류 위상각의 비교, 광역계통에서의 저주파 동요현상의 감시에 이용할 수 있다.

Description

위치정보시스템 수신기를 갖춘 전력계통 감시시스템{A SYSTEM FOR MONITORING ELECTRIC POWER SYSTEM HAVING A GLOBAL POSITIONING SYSTEM RECEIVER}
본 발명은, 전력계통을 감시하는 시스템에 관한 것으로, 특히 위치정보시스템(GPS) 수신기를 갖춘 전력계통 감시시스템에 관한 것이다.
도 1은, 종래의 전력계통 감시시스템의 구성을 나타낸다.
이러한 종래의 전력계통 감시시스템은, 전력계통을 감시 및 분석하고 제어하는데 있어서, 필수 불가결한 시스템이지만, 실제로 감시 및 분석에 사용되는 데이터가 동일한 시각에 취득된 데이터가 아니기 때문에, 지역간의 위상 비교가 불가능하며, 정확한 계통 해석결과를 얻기가 어려웠다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 전력계통 감시시스템(100)에서는, 데이터 취득장치(140)가 데이터 전송장치(120)와 같은 통신장치 없이 단독으로 운용되거나, 또는 데이터 전송장치(120)와 데이터 감시 및 분석장치(110)와 함께 운용되었다.
이와 같은 데이터 취득장치(140)는, 전력계통(170)에서 전압데이터와 전류데이터를 취득하는 장치로, 일반적으로 전압데이터와 전류데이터는 각각 변성기(150)와 변류기(160)를 통해 110V와 5A 내외의 작은 물리량으로 변환된 후 취득된다.
또한, 데이터 취득장치(140)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 사전에 정해진 데이터 취득주기(174; Sampling period)마다 전압 및 전류데이터를 취득한 후, 내장된 로우패스 필터(Lowpass filter)와, A/D 변환기(Analog-Digital converter) 등의 소자들을 사용해서 아날로그값인 전압 및 전류데이터를 디지털값으로 변환한다.
그 후, 디지털값으로 변환된 값들은 데이터 전송장치(120)를 통해서 데이터 감시 및 분석장치(110)로 전송된다.
한편, 디지털값으로 변환된 값들을 전송하는 데이터 전송장치(120)와 전송망(130)은, 각각 CSU(Communication service unit), MODEM(Modulator-DEModulator) 등의 장치와 전용선(Dedicated subscriber's line), 일반전화망(Public telephone network) 등의 통신망이 주로 사용되고 있다.
또한, 데이터 감시 및 분석장치(110)는 PC와 같은 종류의 장치로 구성되며, 각각의 데이터 취득장치(140)에서 전송된 데이터를 저장, 감시 및 분석하는 역할을 수행한다.
도 2는, 전압데이터 또는 전류데이터(172)가 취득될 때 적용되는 데이터 취득주기(174)를 나타낸다. 전압데이터(172)의 경우를 예로 들어서 설명을 하면 다음과 같다.
국내 전력계통의 주파수는 60Hz이기 때문에, 전압데이터의 한 주기는 대략 16.67ms이며, A/D 변환을 위해서 매 주기당 12번 샘플링 작업을 수행할 경우, 샘플링 주파수는 720Hz가 된다. 이러한 경우, 데이터 취득주기(174)는 1/720초가 된다. 즉, 1초에 720번의 샘플링 작업을 수행하게 되는 것이다.
이와 같이, 샘플링 주파수는 데이터 취득장치가 지원하는 범위 내에서 사용자가 원하는 값으로 설정할 수 있지만, 여기에서 모든 데이터 취득장치(140)의 샘플링 주파수를 720Hz로 설정한다고 가정하면, 각각의 데이터 취득장치(140)는 모두 동일한 데이터 취득주기(174)로 1초에 720번씩 샘플링 작업을 수행하게 된다. 그러나, 정밀한 시각 기준이 없기 때문에, 샘플링 작업을 시작하는 시점이 데이터 취득장치(140)마다 모두 다르다.
도 3은, 데이터 전송장치(120)를 통해서 데이터 감시 및 분석장치(110)로 전송되는 일련의 데이터 스트림(200)의 구성도를 나타낸다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 데이터 스트림(210)은, 일반적으로 헤더영역(220), 데이터영역(230; 전압, 전류값), CRC(Cyclic Redundancy Check)영역(240)으로 구성되어 있다.
데이터 스트림의 헤더영역(220)에는 각 데이터 취득장치(140)의 설치정보, 환경 설정값 등이 기록된다. 또한, 데이터영역(230)에는 취득된 전압데이터 및 전류데이터값이 디지털값으로 변환되어 기록된다. 더욱이, CRC영역(240)은 전송 도중에 발생할 수 있는 에러를 검출 및 보정하기 위한 영역으로서, 헤더영역(220)과 데이터영역(230)의 값들을 정해진 수식에 따라서 조합한 값이 기록된다.
상술한 바와 같이, 종래의 전력계통 감시시스템(100)에서는, 데이터 감시 및 분석장치(110)에 전송된 전압 및 전류데이터가 어떤 지역에서 취득된 값인지에 대해서 헤더영역(220)에 기록된 정보를 기초하여 알 수 있지만, 전압 및 전류데이터가 기록된 정확한 시각에 대해서는 알 수 없었기 때문에, 다지점간의 위상각 비교는 불가능했다.
따라서, 전압 및 전류데이터가 기록된 정확한 시각을 알기 위해서는, 데이터 취득장치(140)에서 전력계통(170)의 데이터를 취득할 때, 정확한 시각정보를 제공할 필요가 있다. 즉, 이러한 과제를 해결하기 위해서는, 정확한 시각정보를 데이터 취득장치(140)에 제공해야만 한다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 해결책으로서는, 정밀한 시각정보를 이용해서 데이터 취득장치(140)의 데이터 취득주기(174)를 동기시키고, 시각정보에 동기된 데이터 취득주기(174)마다 전압 및 전류데이터를 취득하는 것에 있다.
한편, 전력계통(170)의 감시를 위해 사용되는 데이터 취득장치(140)나 전력계통 감시시스템(100)은, 단일지역의 감시를 목적으로 하고 있으며, 각각 현장과 원격에서 감시하고 있다. 데이터 취득장치(140)에서 취득되는 전력계통 데이터들은 정밀하지 않은 시각정보를 사용하여 취득된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, GPS(Global Positioning System) 시각동기(時刻同期)신호를 이용하여, 다수의 지역에서 취득된 전력계통 데이터에 정밀한 시각정보를 부가함으로써, 전력계통 감시에 있어서 신뢰성과 정확성을 향상시키고 종래에는 불가능했던 위상각의 비교 등을 가능하게 하는 GPS 수신기를 갖춘 전력계통 감시시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 전력계통 감시시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 전압데이터 또는 전류데이터의 취득주기를 나타낸 도면,
도 3은 데이터 전송장치를 통해서 전송되는 일련의 데이터 스트림(data stream)을 나타낸 구성도,
도 4는 GPS 수신기가 부가된 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 구성도,
도 5는 도 4에 나타낸 데이터 취득장치를 보다 구체적으로 나타낸 구성도,
도 6은 도 5에 나타낸 GPS 수신기로부터의 시각정보와 A/D 변환기로 전달되는 데이터 취득명령과의 상호관계를 보다 구체적으로 나타낸 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 GPS 수신기가 부가됨에 따라 수정된 데이터 스트림을 나타낸 구성도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
100 --- 전력계통 감시시스템, 110 --- 데이터 감시 및 분석장치,
120 --- 데이터 전송장치, 130 --- 전송망,
140 --- 데이터 취득장치, 142 --- GPS 수신기,
144 --- 데이터 취득장치, 150 --- 변성기(전압 변환기, VT),
160 --- 변류기(전류 변환기, CT),
170 --- 전력계통,
172 --- 전압 또는 전류, 174 --- 데이터 취득주기,
200 --- 데이터 스트림, 210 --- 데이터 스트림,
212 --- 데이터 스트림, 220 --- 헤더영역,
230 --- 데이터영역, 240 --- CRC영역,
242 --- CRC영역, 250 --- 타임 태그,
310 --- 직렬포트용 회로, 320 --- 디지털신호처리장치(DSP),
322 --- 직렬포트,
324 --- 메모리 및 메모리 인터페이스 회로,
326 --- 타이머, 328 --- 어드레스 및 데이터 버스,
330 --- RTC, 340 --- A/D 변환기,
350 --- 샘플 및 홀더,
360 --- 안티-중첩 필터(Anti-aliasing filter).
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 데이터 감시 및 분석장치와, 데이터 전송장치, GPS 수신기가 부가되거나 GPS 수신기가 내장된 다수의 데이터 취득장치, 변성기, 변류기 및, 전력계통으로 이루어진 전력계통 감시시스템에 있어서, 상기 데이터 취득장치는; 직렬포트와, 메모리 및 메모리 인터페이스 회로, 타이머 및, 어드레스 및 데이터 버스로 이루어지고, 직렬포트용 RS-232C회로를 통해서 상기 GPS 수신기의 시각정보를 직렬포트를 통해서 받아들이는 DSP와, 상기 DSP로부터의 데이터 취득명령을 통해서 입력된 아날로그값을 디지털값으로 변환하는 A/D 변환기, 자체 전원이 내장된 부품으로서 정확한 시각정보를 DSP에 제공하는 리얼 타임 클럭, 상기 변성기와 변류기를 거친 전력계통 데이터가 안티-중첩 필터를 거쳐 입력으로 되는 샘플 및 홀더 및, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 때 발생할 수 있는 데이터의 중첩현상을 방지하고, 샘플링 주파수의 2배의 주파수를 차단주파수로 갖는 안티-중첩 필터를 구비하여 구성된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 다수의 지역에 설치된 각각의 데이터 취득장치에서 취득된 전압데이터와 전류데이터를 데이터 감시 및 분석장치에서 전송 받아서 전력계통을 감시할 수 있을 뿐만 아니라, 비교 및 분석작업도 수행할 수 있다.
또한, 데이터 취득장치에 GPS 수신기를 부가함으로써 취득되는 전압데이터와 전류데이터에 정밀한 시각(時刻)정보를 부가할 수 있기 때문에, 데이터 취득장치가 지리적으로 떨어져 있더라도 동일한 시각을 기준으로 데이터를 감시, 비교 및 분석할 수 있다.
따라서, 본 발명은 다지점간의 전압 위상각의 비교와 전류 위상각의 비교, 광역계통(廣域系統)에서의 저주파 동요(動搖)현상의 감시에 이용할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 4는, GPS 수신기가 부가된 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 구성도이다. 도 1의 데이터 취득장치(140)에 GPS 수신기(142)를 부가함으로써, 데이터 취득장치에 정밀한 시각정보를 제공할 수 있다.
도 4에 나타낸 GPS 수신기(142)는, 일반적으로 시각동기를 위해 1PPS(Pulse Per Second), 1PPM(Pulse Per Minute), IRIG-B(InterRange Instrumentation-B) 등의 신호를 제공한다. 데이터 취득장치(140)는 이 신호중 하나를 사용해서 장치내부에서 사용되는 시각정보와 동기시킨다. 1PPS 신호나 1PPM 신호를 사용할 경우, 이 신호들은 매 초 또는 매 분마다 펄스신호만 제공하고 시각정보를 제공하지 않기 때문에, 데이터 취득장치(140)는 GPS 수신기(142)의 RS-232C 직렬포트로부터 별도의 시각정보를 제공받아야 한다.
데이터 취득장치(140)가 GPS 수신기(142)로부터의 시각정보를 수신하기 위해서는, IRIG-B 등 상술한 시각 동기신호를 위한 접속포트가 있어야 하며, 데이터 취득장치(142) 내부에서 운용되는 소프트웨어에서도 이 점이 고려가 되어야 한다. 경우에 따라서는, GPS 수신기(142)가 데이터 취득장치(140) 내에 내장될 수도 있다. 도 4에서의 데이터 취득장치(144)는 GPS 수신기(142)를 부가할 수 있거나 GPS 수신기(142)가 내장된 장치를 나타낸다.
도 5와 도 6은, 도 4에서 제시한 본 발명의 개념을 구체적으로 나타낸다.
도 5는, 도 4에 나타낸 데이터 취득장치(144)를 보다 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 데이터 취득장치(144)의 내부는 DSP(320), A/D 변환기(340), 리얼 타임 클럭(330; RTC), 직렬포트용 RS-232C회로(310), 샘플 및 홀더(350), 안티-중첩 필터(360) 등으로 구성되어 있다.
우선, 도 4에 나타낸 변성기(150)와 변류기(160)를 거친 전력계통(170) 데이터는 안티-중첩 필터(360)를 거쳐 샘플 및 홀더(350)의 입력으로 된다. 안티-중첩 필터(360)는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 때 발생할 수 있는 데이터의 중첩(Aliasing)현상을 방지하기 위한 것으로, 샘플링 주파수의 2배의 주파수를 차단주파수로 갖는다.
A/D 변환기(340)는 입력된 아날로그값을 디지털값으로 변환하는데, DSP(320)로부터의 데이터 취득명령을 통해서 변환작업을 수행한다. DSP(320)는 정확한 시각정보를 바탕으로 데이터 취득명령을 A/D 변환기(340)에 제공해야 하기 때문에, RS-232C회로(310)를 통해서 GPS 수신기(142)의 시각정보를 직렬포트를 통해서 받아들인다. 이 시각정보는 다시 리얼 타임 클럭(330)으로 전달된다.
도 6은, GPS 수신기(142)로부터의 시각정보와 A/D 변환기(340)로 전달되는 데이터 취득명령과의 상호관계를 구체적으로 나타내기 위한 구성도이다.
RS-232C회로(310)를 통해서 DSP(320)로 전달된 시각정보는 리얼 타임 클럭(330)으로 다시 전달된다. 이 과정에서, DSP(320) 내부의 직렬포트(322), 어드레스 및 데이터 버스(328), 메모리 인터페이스(324) 회로를 거치게 된다.
리얼 타임 클럭(330)은 자체 전원이 내장된 부품으로서 정확한 시각정보를 DSP(320)에 제공하는 역할을 수행하지만, 시각정보의 정밀도와 오차는 GPS 수신기(142)에서 제공하는 시각정보에 비해서 크게 떨어진다. 그러나, 단시간 동안의 정밀도와 오차는 신뢰할 수 있기 때문에, GPS 수신기(142)에서 제공하는 시각정보를 이용해서 주기적인 보정을 통해 원하는 정밀도를 계속 유지할 수 있게 된다.
한편, 리얼 타임 클럭(330)이 GPS 수신기(142)로부터의 정밀한 시각정보를 사용해서 보정이 되면, DSP(320)는 리얼 타임 클럭(330)으로부터의 시각정보를 이용하여 A/D 변환작업을 수행한다. DSP(320)는 타이머(326)회로를 내장하고 있으며, 여기에서는 데이터 취득시점의 결정과 데이터 취득주기(174)를 카운트하기 위해 사용된다.
상술한 예처럼 720Hz로 데이터를 샘플링하여 A/D 변환할 때, DSP는 매 1초동안 720번의 샘플링 및 A/D 변환작업을 수행하게 된다. 리얼 타임 클럭(330)으로부터 정확한 초 정보(예컨대, 2002년 9월 30일 15시 25분 32초)를 입력받는 순간, 타이머(326)는 1/720초를 카운트하기 시작하고, 1/720초가 카운트되는 순간 A/D 변환기(340)에 데이터 취득명령을 내린다. A/D 변환기(340)는 이 순간 입력되는 아날로그 데이터(전압, 전류)를 디지털 데이터(전압, 전류)로 변환한다. DSP(320)는 변환된 디지털 데이터를 읽은 후, 이 데이터가 변환된 시각정보를 데이터에 부가한다. 이 작업은, 1초동안 720번이 반복 수행되게 된다.
다수의 데이터 취득장치(144)가 각각 서로 다른 지역에서 설치되어 있는 경우일 지라도, 데이터 취득주기(174)가 서로 동일하게 설정되어 있고, 데이터 취득시점과 데이터 취득주기(174)가 GPS 수신기(142)로부터의 시각정보에 동기되어 있는 경우, 각각의 데이터 취득장치(144)는 동일한 시각을 기준으로 전압 및 전류데이터를 취득할 수 있다.
도 7은, 도 4의 GPS 수신기(142)가 부가됨에 따라 수정된 데이터 스트림(212)을 나타낸 구성도이다.
동기된 시각정보를 이용해서 취득된 전압 및 전류데이터는 타임 태그(250)정보와 함께 전송된다. 데이터 취득장치(144)가 데이터 전송장치(120)를 통해서 전송할 데이터 스트림(212)을 구성할 때, 기존의 헤더영역(220)과 데이터영역(230)외에 타임 태그(250)가 추가된다. 이 타임 태그(250) 정보에는 데이터영역(230)에 기록된 전압 및 전류데이터가 취득된 정확한 시각정보가 기록된다. CRC영역(242)에는 헤더영역(220), 데이터영역(230), 타임 태그(250)의 값들을 정해진 수식에 따라서 조합한 값이 기록된다. 타임 태그(250)가 포함되었기 때문에, 종래의 CRC영역(240)에 기록되는 값과는 다른 값이 기록된다. 하나의 데이터도 데이터영역(230)에 포함된 값들에 대한 정확한 시각정보를 데이터 감시 및 분석장치(110)에서 알 수 있도록 구성되어야 한다.
데이터 감시 및 분석장치(110)에서는, 각 데이터 취득장치(144)로부터 전송된 데이터 스트림(212)들을 사용하여 데이터의 비교 및 분석작업을 수행할 수 있다. 수신된 데이터 스트림(212) 내에는 데이터가 취득된 정밀한 시각정보가 기록된 타임 태그(250)가 포함되어 있기 때문에, 각각의 데이터 취득장치(144)로부터 전송된 전압 및 전류데이터를 동일한 시각을 기준으로 감시, 비교 및 분석작업을 수행할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 데이터 감시 및 분석장치에서는 전력계통의 데이터를 시각을 기준으로 비교 및 분석할 수 있다. 또한, 데이터 감시 및 분석장치로 전송된 데이터에는 정확한 시각정보가 부가되어 있기 때문에, 다지점간의 전압 위상각이나 전류 위상각의 비교가 가능하다. 또한, 데이터 취득장치가 전력계통의 해석에 필요한 모든 지역에 설치되는 경우에는 전력계통의 안정성 해석에 최적인 데이터를 제공할 수 있으며, 지금까지는 불가능한 것으로 간주되어왔던 전력계통 전체의 스냅샷(snapshot)을 보는 것도 가능하다. 또한, 종래의 SCADA(Supervisory control and data acquisition) 시스템의 데이터를 사용해서 전력계통의 해석을 수행하는 경우보다 월등히 정확한 결과를 얻을 수 있게 된다. 더욱이, 다지점간의 전압 위상각이나 전류 위상각의 비교가 가능하기 때문에, 한 계통의 발전기들과 다른 계통의 발전기들간의 지역간 모드(Inter-area mode) 동요를 감시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 데이터 감시 및 분석장치(110)와, 데이터 전송장치(120), GPS 수신기(142)가 부가되거나 GPS 수신기(142)가 내장된 다수의 데이터 취득장치(144), 변성기(150), 변류기(160) 및, 전력계통(170)으로 이루어진 전력계통 감시시스템에 있어서,
    상기 데이터 취득장치(144)는;
    직렬포트(322)와, 메모리 및 메모리 인터페이스 회로(324), 타이머(326) 및, 어드레스 및 데이터 버스(328)로 이루어지고, 직렬포트용 RS-232C회로(310)를 통해서 상기 GPS 수신기(142)의 시각정보를 직렬포트를 통해서 받아들이는 DSP(320)와,
    상기 DSP(320)로부터의 데이터 취득명령을 통해서 입력된 아날로그값을 디지털값으로 변환하는 A/D 변환기(340),
    자체 전원이 내장된 부품으로서 정확한 시각정보를 DSP(320)에 제공하는 리얼 타임 클럭(330),
    상기 변성기(150)와 변류기(160)를 거친 전력계통(170) 데이터가 안티-중첩 필터(360)를 거쳐 입력으로 되는 샘플 및 홀더(350) 및,
    아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 때 발생할 수 있는 데이터의 중첩현상을 방지하고, 샘플링 주파수의 2배의 주파수를 차단주파수로 갖는 안티-중첩 필터(360)를 구비하여 구성되고,
    상기 GPS 수신기(142)로부터의 시각정보를 이용해서 상기 전력계통(170)의 전압데이터 및 전류데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는 전력계통 감시시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 데이터 취득장치(144)가 상기 데이터 전송장치(120)를 통해서 상기 데이터 감시 및 분석장치(110)로 취득된 데이터를 전송할 때 전압 및 전류 데이터가 취득된 시각정보를 함께 전송하는 것을 특징으로 하는 전력계통 감시시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 감시 및 분석장치(110)에서 상기 각각의 데이터 취득장치(144)로부터 전송받은 데이터들을 비교 및 분석할 때 함께 전송된 시각정보를 사용하는 것을 특징으로 하는 전력계통 감시시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 취득장치(144)가 상기 데이터 전송장치(120)를 통해서 전송하는 데이터 스트림(212)은 헤더영역(220)과 데이터영역(230) 외에 타임 태그(250)가 추가되는 것을 특징으로 하는 전려계통 감시시스템.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기된 시각정보를 이용해서 취득된 전압 및 전류데이터는, 타임 태그(250)정보와 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 전력계통 감시시스템.
KR1020020067006A 2002-10-31 2002-10-31 위치정보시스템 수신기를 갖춘 전력계통 감시시스템 KR20040038130A (ko)

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