KR20070121238A - 변전소내 부분방전 측정이 가능한 iec61850 기반의디지털 변전 시스템 - Google Patents

변전소내 부분방전 측정이 가능한 iec61850 기반의디지털 변전 시스템 Download PDF

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KR20070121238A
KR20070121238A KR1020060056030A KR20060056030A KR20070121238A KR 20070121238 A KR20070121238 A KR 20070121238A KR 1020060056030 A KR1020060056030 A KR 1020060056030A KR 20060056030 A KR20060056030 A KR 20060056030A KR 20070121238 A KR20070121238 A KR 20070121238A
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김희수
배을록
이동철
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Abstract

본 발명은 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템에 관한 것으로써, 특히 종래에 각 변전소마다 독립적으로 현장에 설치 감독 되었던 부분방전 관리 시스템을 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템과 통합 설비하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템은 변전소 내에서 발생한 부분방전 신호를 검출하여 부분방전의 상태정보를 취득, 처리, 부분방전의 발생 유무 및 원인 판정 후 1차 진단된 데이터를 상위로 전송하는 설비감시진단 로컬 유닛; 상기 설비감시진단 로컬 유닛으로부터 전송된 부분방전 신호를 비교, 분석하여 변전기기의 종합적인 감시 진단을 수행하고, 이에 대한 데이터를 상위 계층으로 데이터를 전송하는 지능형 전자장치부; 상기 지능형 전자장치부에서 전송된 데이터를 수신 받아 감시자에게 정보를 제공하고, 상기 설비감시진단 로컬 유닛 및 상기 지능형 전자장치부를 제어하는 상위운영시스템을 포함한다. 본 발명에 의하면, 디지털 변전 시스템에서 부분방전 신호처리 출력을 기존의 디지털 변전 시스템에 통합함으로써 네트워크를 단순화 할 수 있다.
부분방전, 디지털, 변전소, IEC61850, 양방향

Description

변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템{Digital Substation based on IEC61850 measuring Partial Discharge}
도 1은 종래에 각각의 변전소마다 개별적으로 설치 운영되고 있는 부분방전감시시스템
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템의 블록도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전감시시스템에서 CMD-LU 및 IED의 구조
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전감시스템의 상위 시스템 기능 및 계층구조
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 클래스의 정의
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 예방진단 시스템의 데이터베이스 구조
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IEC61850-7-4를 이용한 GIS 예방진단 모델
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 GOOSE 데이터 프레임 구조
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
201 : 주 제어 센터 202 : 지역 제어 센터
203 : 부 제어 센터 204 : 주엔지니어링 센터
205 : 지역엔지니어링 센터 206 : 부엔지니어링 센터
207 : 지능형 전자장치부 209 : 설비감시진단 로컬 유닛
204a, 205a, 206a, 206b, 207g, 209 : 데이터베이스
본 발명은 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템에 관한 것으로써, 특히 종래에 각 변전소마다 독립적으로 현장에 설치 감독 되었던 부분방전 관리 시스템을 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템과 통합 설비하는 것에 관한 것이다.
전력이용기술의 급속한 발전으로 최근 전력계통에는 전력품질과 신뢰성과 관련된 기존 설비들로는 대응하기 어려운 다양한 요구들이 나타나고 있으며 있다. 반도체나 제철, 유화공장과 같이 순간의 정전으로 엄청난 피해를 가져오는 전력의존성이 높은 생산라인에서의 문제는 특히 심각하다. 비상발전기나 UPS와 같은 예비전원의 필요성 문제 또한 점차 비중이 높아지고 있으나 가장 기본이 되는 개별 전력기기 단위의 신뢰성이 기반이 되지 않으면 안된다. 단위기기의 신뢰성을 좌우하는 요소들로서 제작 품질과 운용관리품질을 들 수 있으며 둘은 전력시스템 공급 안정도를 가름하는 결정적 요소가 된가. 제작품질의 경우 국내산 중전기기들은 최근 본격적인 수출시장을 맞을 정도로 품질과 가격경쟁력을 확보하고 있으나 관리품질의 경우 유지보수와 공급신뢰성과 관련된 자산관리부분에서사용자 요구도에 적합한 새로운 유지보수체계를 갖춰져야 할 것이며 자산관리부분에서 신뢰성/경제성 측면에서 합리적인 선택이 필요할 것이다. 운용관리측면을 보면 전력계통의 신뢰성 있는 운영 및 양질의 전력을 공급하기 위해서는 전력설비의 디지털화와 이를 통한 감시, 보호, 제어, 진단 기능의 체계화된 통합운영이 필요하다.
부분방전 감시시스템(Partial Discharge Monitoring System, 이하 'PDMS'라 한다)은 전력설비에서 발생하는 부분 방전을 측정/분석할 수 있는 기술이며, 설비 고장을 감시진단 예측(CMD : Condition Monitoring Diagnosis)하는 시스템으로 특히부분 방전 감시 시스템(PDMS : Partial Discharge Monitoring System) 부분에서 최근 빠른 기술 진전을 보이고 있다.
부분방전(Partial Discharge, 이하 'PD'라 한다)이란 전력설비 내에서 절연체가 파괴되기 전에 국부적으로 발생하는 방전으로 정의된다. 이러한 부분방전은 전력계통의 크나큰 문제점을 초래하므로 현장에 설치되어 있는 전력설비의 상태 정보를 감시, 계측하여 원격에 있는 감시제어실로 전송하여 운전원에게 정보를 제공하는 PDMS가 각각의 변전소마다 설치 운영되고 있다.
도 1는 종래에 각각의 변전소마다 개별적으로 설치 운영되고 있는 부분방전감시시스템이다.
종래 부분방전감시시스템은 크게 4가지로 구성되어 진다.
첫째 부분방전 신호를 검출하는 센서, 둘째 계측된 신호를 전 처리하고 전송하기위한 로컬 유닛, 셋째, 전 처리된 신호를 분석하기 용이하게 바꾼 메인 유닛, 마지막으로 분석하고 진단하기 위한 HMI와 알고리즘으로 구분할 수 있다.
상기 센서는 GIS에서 고장을 유발시키는 자유금속입자 또는 손상된 전극과 같은 결함에의해 발생한 부분방전의 UHF 신호(500-1500Mhz)를 내부 또는 외부에 부착된 센서에서 검출하고 동축케이블을 이용하여 로컬 유닛에 전송한다.
상기 로컬 유닛(OCU)는 센서로부터 측정된 UHF신호를 분석하기 용이하게 증폭하고 광신호로 변환하는등 전 처리하여 메인 유닛에 광케이블을 통해 전달한다. 현장 상황에 따라 전원 분배와 현장 OCU로부터 개별로 접속되는 광케이블을 다중화 할 수 있는 RCC가 설치된다.
메인 유닛은 로컬 유닛으로부터 들어온 신호를 수집하여 분석을 위한 주 컴퓨터로 전송하는 기능과 각 설비의 전원 공급 관리 기능을 수행하며 RCC, PCU로 구성된다. RCC는 자가진단기능(Watch-dog),서버 이상시 데이터 백업, H/W, S/W Filter 기능을 수행하고, PCU 는 시스템 전체 전원 및 데이터를 관리한다.
주컴퓨터에 내장된 HMI는 PD 분석 알고리즘을 사용하여 PD 발생여부, 종류, 크기등을 분석하고 디스플레이한다.
그러나 PDMS기술들은 관련 원천기술을 가진 제작사의 자체 기술형태의 고수로 인해 사용자측면에서의 기술의 통합화가 전혀 이루어지지 않아 비효율적 운용과 투자 효율성이 떨어지는 등 문제를 안고 있는 실정이다. 이것은 단일화된 표준의 부재, 진단장비의 물리적인 크기의 소형화 한계, 부분방전 현상의 믈리적 규명의 미흡, 등 기술적 장애와 관련이 있다. 이러한 기존 PDMS의 문제점과 해결방안을 요약하면 다음과 같다.
첫째, PDMS 장치들은 변전소 단위로 설치, 운전근무자에 의해 운전되고 있으나 동작빈도의 희소로 관심결여, 노이즈 등 진단신호 해석의 난이, 설비 건전성 확인과 유지 어려움, 유사환경에서의 작동사례 라이브러리 제공 등의 체계적 엔지니어링이 이루어지지 않아 소극적 이용에 그치고 있는 실정이다. 따라서 감시진단 설비들의 감시진단 설비들의 효용성을 증대시키기 위해서는 변전소단위 PDMS들을 지역급전소(RCC : Region Control Center)레벨에서 집중 관리할 수 있는 통합적 관리체계가 필요하며 그것은 최 상위 엔지니어링 수단과 함께 전력망 내 모든 전력설비들의 상태를 종합적으로 관리할 수 있는 기능으로 디자인되어야 할것이다.
둘째, 데이터의 송수신과 액세스의 빈도가 높고, 실시간성을 보장해야 하기 때문에, 메모리 기반의 데이터베이스 관리 시스템(DBMS, Data Base Management System)이 필요하다. 마지막으로, 기존의 PDMS 시스템은 변전 시스템과 별도로 구축되기 때문에, 비용의 증가와 시스템의 복잡성이 문제가 발생한다. 이러한 문제의 해결을 위해 변전 시스템과의 통합하여 구축할 수 있는 설계가 필요하며, 본 발명에서는 최근 변전 시스템의 표준으로 제정된 국제 표준인 IEC61850 기반의 시스템에서 PDMS를 통합/적용하는 방안을 제시한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 기존에 각 변전소마다 개별적으로 설치 운영, 감독, 관리되었던 부분방전감시시스템을 최근 변전 시스템의 표준으로 제정된 국제 표준인 IEC61850 기반의 시스템에서 통합/적용 가능한 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템은 변전소 내에서 발생한 부분방전 신호를 검출하여 부분방전의 상태정보를 취득, 처리, 부분방정의 발생 유무 및 원인 판정 후 1차 진단된 데이터를 상위로 전송하는 설비감시진단 로컬 유닛; 상기 설비감시진단 로컬 유닛으로부터 전송된 부분방전 신호를 비교, 분석하여 변전기기의 종합적인 감시 진단을 수행하고, 이에 대한 데이터를 상위 계층으로 데이터를 전송하는 지능형 전자장치부; 및 상기 지능형 전자장치부에서 전송된 데이터를 수신 받아 감시자에게 정보를 제공하고, 상기 설비감시진단 로컬 유닛 및 상기 지능형 전자장치부를 제어하는 상위운영시스템을 포함한다.
본 발명에서 상기 상위운영시스템은 상기 지능형 전자장치부에서 전송된 부분방전 데이터를 통해 부분방전에 관한 정보를 실시간으로 취득하여 상부 계층으로 전송하고, 변전소 관할 구역의 전력설비의 상태감시 및 진단을 수행하며, 실시간성이 높은 상태감시로 이상 징후나 고장발생시 신속한 대처를 위한 부엔지니어링 센 터; 상기 부엔지니어링 센터에서 전송되는 부분방전 데이터를 수집 가공하여 상위계층으로 전송하고, 전력설비 운전상태 표시 및 소정의 문제발생시 경보를 알리 는 지역 엔지니어링 센터; 및 상기 지역 엔지니어링 센터에서 전송되는 부분방전 데이터를 실시간으로 취득, 가공하여 관리자에게 제공하여 전력계통 전체의 안정도 유지 및 안정도 붕괴 요소를 사전에 조치하여 사고발생을 억제하기 위한 주 엔지니어링 센터를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 설비감시진단 로컬 유닛은 1차 진단된 데이터를 TCP/IP 스택을 이용하여 GOOSE 및 MMS로 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 GOOSE는 부분방전 발생 이벤트 신호인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 MMS는 부분방전 파형인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 설비감시진단 로컬 유닛에 입력되는 부분방전 신호는 0.5~3Ghz의 UHF 신호인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 지능형 전자장치는 상기 설비감시진단 로컬 유닛에서 전송된 데이터를 상기 부엔지니어링 센터 또는 지역엔지니어링 센터의 요청에 따라 전송될 수 있도록 MMS 시퀀스 데이터로 변경하여 전송하는 것이 바람직하다.]
본 발명에서 상기 지능형 전자장치는 이벤트 시에 기록되어야할 기록 데이터는 파일 전송의 방식으로 받아들여 부엔지니어링 센터의 데이터베이스에 저장하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 지능형 전자장치부는 부분방전 측정 데이터와 상기 설비감시진단 로컬 유닛의 상태변이 데이터를 이용하여 변전기기의 종합적인 감시진단을 수행하는 설비감시진단 에이전트를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템의 블록도이다.
상기 실시예에서, 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템은 설비감시진단 로컬 유닛(209), 지능형 전자장치(209) 및 엔지니어링 센터(204~206)를 포함한다.
상기 실시예는, IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템에 부분방전 시스템이 결합되는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 디지털 변전 시스템은 크게 두 부분으로 나뉘어 진다. 하나는 변전소내 전력 등의 제어를 위한 시스템(200a)이고 다른 하나는 변전소 내에 부분방전 여부를 감시하는 시스템(200b)이다. 상기 변전소내 전력 등의 제어를 위한 시스템(200a)은 도 2에서 점선으로 구획되어 있고, 변전소 내에 부분방전 여부를 감시하는 시스템은 음영영역(200b)으로 표시되어 있다.
상기 변전소내 전력 등의 제어를 위한 시스템(200a)은 IEC61850을 기반으로 설계된 디지털 변전 시스템 부분이고, 상기 변전소 내에 부분방전 여부를 감시하는 시스템(200b)은 상기 디지털 변전 시스템을 이용하여 변전소내 부분방전 여부를 감시하게 된다.
상기 IEC61850을 기반으로 설계된 디지털 변전 시스템(200a)은 M.U(210), 지능형 전자장치(207), 상위운영시스템(201~203)을 포함한다.
상기 M.U(Merging Unit: 병합단위장치)(210)은 전류나 전압 데이터를 입력으로 받고, 시간설정, 샘플동기 및 IEC61850 네트워크 접속 기능을 제공한다.
상기 지능형 전자장치(IED)(207)는 1개 이상의 프로세스를 결합한 장치로서, 특수한 상황에서 1개 이상의 특정 논리 노드의 행위를 실행하고, 다기능 계측기, 디지털계전기, 제어기 등과 같이 외부 소스와 데이터/제어를 주고 받는다.
상기 상위운영 시스템은 부 제어 센터(SCC)(203), 지역 제어 센터(RCC)(202), 주 제어 센터(NCC)(201)로 구성되고 부 제어 센터(203)는 전력소나 급전분소에 설치되고 전력소나 변전소의 전력계통 운영을 수행하고, 지역제어센터(202)는 전력관리처급에 설치되며 부 제어 센터(203)를 통해 지역 전력계통을 감시한다. 주 제어 센터는 전국 송전망 중앙감시, 제어 및 종합 운영 현황 파악 기능을 수행한다.
상기 IEC61850을 기반으로 설계된 디지털 변전 시스템 부분(200a)은 이미 당업자에게 공지된 시스템이므로 본 발명에서는 요지를 흐릴 우려가 있어 이하 그 구체적인 내용은 생략하도록 한다.
이하, 도 2의 음영영역으로 구획된 부분방전감시스템에 대해서 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 부분방전감시시스템은 IEC61850 기반의 PDMS는 IEC61850 기반의 시스템 구조에 호환될 수 있는 형태로 "플러그 앤 플레이"의 개념을 준수한다.
본 발명에서 제안하는 이러한 시스템 구조의 구성요소는 크게 IEC61850 호환형 설비감시진단 로컬 유닛(Condition Monitoring Diagnosis Local Unit, 이하 'CMD-LU'라 한다), 지능형 전자장치부(이하 'IED'라 한다), 상위운영시스템으로 구성된다.
IEC 61850에 호환되는 CMD-LU과 IED의 결합구조는 기존 PDMS에서의 로컬 유닛상단의 네트워크와 데이터 처리장비들을 생략할 수 있고, 물리적인 시스템 구조에서 최적화되어 있으며 IEC61850에서 정의된 정보와 서비스 모델로 구현된다. 통신방식 또한 IEC 61850에서 정의된 프로토콜 스택을 사용한다. 이러한 CMD-LU은 전력 설비로부터 기계적상태, 가스압력, 부분방전량 등에 관한 정보를 취득하여, 가공처리, 전송하는 기능을 가지게 된다. IEC61850기반의 IED는 CMD-LU에서 발생된 감시정보를 상위시스템에 전달할 수 있는 기능의 에이전트를 포함하고 있다.
상기 상위운영시스템은 부 엔지니어링 센터(Sub Engineering Center, 'SEC'), 지역 엔지니어링 센터(Region Engineering Center, 'REC'), 주 엔지니어링 센터(National Engineering Center, 'NEC')의 엔터프라이즈 형태로 정의된 구조이다. 이러한 엔지니어링센터는 IED에서 처리된 1차 진단 정보를 수신하는데, 이 정 보는 부분방전 뿐만 아니라 변전소 내의 변압기와 GIS의 상태감시, 송배전 선로측 감시등이 포함된다. 본 발명에서의 엔지니어링센터는 부분방전의 감시/진단에 대해서만 언급한다. 세부 층별 엔지니어링 센터는 해당 계층에서의 최적화된 데이터베이스 스키마를 수용한다. 또한, 각 계층의 엔지니어링센터는 인터렉티브형으로 정의되어 톱-다운방식의 부분방전과 노이즈의 감시 및 진단 기능을 수행할 수 있다.
이하 상기 각각의 구성요소에 대해서 자세히 살펴보도록 한다.
상기 CMD-LU(Local Unit)은 아크, 온도, 압력, PD등을 감시하기 위한 장비이며, 감시 항목에 해당하는 논리 노드(Logical Node)와 IEC 61850에서 정의된 정보교환 서비스로 구현된다. CMD-LU의 주요한 기능은 RF 입력 신호를 취득(Detect)/처리(Process)를 통해 PD 발생 유무 및 원인 판정한 후 해당 진단/감시 데이터를 IEC61850에서 정의하고 있는 GOOSE/SV 메시지로 인코딩하여 상위로 IED로 전송한다. IED로 전송하는 CMD-LU의 출력의 이벤트 정보는 GOOSE로, PD 파형 정보는 MMS로 인코딩된다. PD의 입력 신호는 센서로부터의 0.5 - 1.5Ghz의 UHF 신호이다. 도 3a는 CMD-LU의 내부 기능 구조를 묘사한다.
본 발명에서 제시하는 시스템 구조에서의 IED는 여러 기능들이 개별 프로세스 형태의 에이전트들로 정의되며, 이러한 에이전트들은 IEC61850의 세부모델과 서비스모델에 준수하여 구현된 프로세스이다. CMD 에이전트는 측정된 PD의 데이터와 상태변이 데이터를 이용하여 변전기기의 종합적인 감시 진단을 수행한다.
IED내 CMD 에이전트의 주요한 기능은 LU로부터의 전송된 데이터를 저장하고, 상위시스템에서의 데에터 요구시에 적절한 메시지로 데이터를 전송하는 기능과 감시진단을 보다 정확하게 수행하기 위해 다른 에이전트들과 정보를 주고받는 기능이다. CMD 에이전트는 LU로부터의 실시간 PD 파형정보를 MMS형태로 전송받아 Log 서비스를 이용하여 메모리에 시간정보와 함께 저장하고, 상위 엔지니어링 센터로부터의 요청이 있을시 저장된 파형 데이터를 "MMS Log" 서비스로 제공한다. LU로부터의 이벤트 정보는 파형정보와 같은 방법으로 저장 및 서비스된다. MMS는 LU로부터의 PD 파형 전송에도 사용되며,상위로부터의 원격으로 LU의 설정변경/진단알고리즘 업데이트에도 사용된다. IED의 기능별로 존재하는 에이전트들은 상호 정보를 공유하여 정확한 판단을 수행할 수 있게 한다. CMD 에이전트는 PD 발생 이벤트를 LU로부터 수신하면, 보호 에이전트와 제어 에이전트와의 대화를(정보 송수신) 통해 정상적인 운전에 의한 PD 발생인지, 설비 이상으로 발생된 PD인지를 판단할 수 있다.도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전감시시스템에서 IED의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 PDMS 상위 계층 구조에서 엔지니어링 센터별 기능 및 역할 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 상위운영시스템은 부 엔지니어링 센터, 지역 엔지니어링센터 및 주 엔지니어링센터를 포함한다.
상기 부엔지니어링 센터는 변전소 단위의 엔지니어링 센터로서 변전소 관할 구역의 전력설비의 상태감시 및 진단을 수행 하고 실시간성이 높은 상태감시로 이상 징후나 고장발생시 신속한 대처를 목적으로 한다. 1차 진단의 결과의 상세화 및 원격검증 기능을 위해 지능형 전자장치부로부터 정보를 받을 뿐만 아니라 능동형 텔레메트릭스 데이터 서버로부터 진단 데이터의 변화추세를 비교 검토 할 수 있도록 한다.
상기 지역엔지니어링 센터는 여러 개의 변전소를 관리하는 전력처급의 엔지니어링 센터로 변전소별 감시진단 정보를 각 부엔지니어링 센터로부터 받아 들여 지역적인 감시진단이 이루어지도록 한다. 원격에서 지역 내의 변전소 및 송/배전 설비의 감시진단을 수행할 수 있도록 PD와 같은 실시간 성을 요구하는 데이터는 부엔지니어링 센터에서 1차 분석 진단된 정보를 이용해 감시할 수 있다. 보다 세세한 정보는 사용자의 선택에 따라 부엔지니어링 센터의 데이터서버로부터 받아 볼 수 있도록 구성한다.
상기 주엔지니어링 센터는 계통의 전체의 안정도 유지 및 안정도 붕괴요소를 사전에 조치하여 사고발생을 억제하는데 있다. 주된 감시대상은 변전소와 발전소등 전력설비가 집중된 곳과 전체 계통의 동맥이라 할 수 있는 송전선을 대상으로 한다. 주엔지니어링 센터는 이런 기능을 수행하기 위해 부엔지니어링 센터에서 2차 진단된 결과를 받아 볼 수 있도록 구성되며 실시간성이 높은 전력설비의 PD측정데이터의 경우 온라인 PD의 상시 감시데이터가 아닌 PD 발생에 따른 기록 데이터를 받아 볼 수 있다. 전력 장비의 PD가 설정값 이상 발생되면 이벤트가 발생되면서 이 벤트 발생상황을 기록한다. 이 기록된 된 데이터는 5회 정도까지는 각 CMD-LU 또는 지능형 전자장치부가 보관한다. 그리고 이런 이벤트의 결과는 부엔지니어링 센터 데이터 서버에 기록되어진다. 이런 기록되어진 데이터는 상위 주엔지니어링 센터, 지역엔지니어링 센터의 요청에 따라 전송 되어진다. 즉, 전체적인 상태진단에 대한 로깅(Logging)은 주엔지니어링 센터에서 진행하지만 지역적인 상태진단의 로깅은 지역엔지니어링 센터에서 수행한다. 부엔지니어링 센터는 상태진단의 결과뿐만 아니라 이벤트성 데이터(부분방전파형, 차단기 구동부 동작 감시 데이터 등)를 보관 관리한다.
이하 상기 각각의 구성요소의 통신 방법을 살펴보도록 한다.
상기 CMD-LU과 IED 사이의 메시지는 GOOSE/MMS 메시지이다. SV와 GOOSE는 감시/진단 기능을 수행하기 위해 교환되는 메시지이며, MMS는 LU의 진단엔진 등의 업데이트 및 패치를 위한 파일들을 전송하는 메시지이다. 도 3a에서 볼 수 있듯이, CMD-LU는 프로세스 버스에 연결되며, 이 프로세스 버스를 통해 PD 파형 정보와 상태변이/이벤트 발생 정보를 GOOSE 와 MMS 메시지로 전송한다. 피뢰기와 구동부 건전성 평가정보 등이 상태변이 정보에 속한다. 그리고 이벤트 PD, 구동부 동작 기록 데이터, 주기성 히스토리 데이터는 파일전송에 의한 방법으로 IED에 전송한다. IEC61850 표준에서 정의된 Goose 메시지는 멀티 캐스팅으로 전송된다. 여러 장비에 동시에 전송되기 때문에, 여러 IED들이 해당 정보를 공유할 수 있는 것이다. 또한 GOOSE 메시지의 송수신은 클라이언트-서버 혹은 마스터-슬레이브 관계에서 요청(request)에 대한 응답(response)과 같은 정보 교환이 아니라, 대등한 위치에서 데이터를 알려주는 특징의 peer-to-peer 방식이다. 이러한 GOOSE 메시지는 802.1Q에 의해 우선순위가 Tagging 되기 때문에, 일반적인 802.1 프레임인 이더넷 프레임보다 스위치에서 처리되는 우선순위가 높다. 즉, MMS 메시지보다 우선적으로 송수신 될 수 있다. 또한, 프로토콜 스택에 의해 데이터가 인코딩 되지 않고, 프레임의 페이로드에 데이터를 직접 Encapsulation시키기 때문에, 송수신 측에서의 처리 속도 또한 빠르다. 이러한 특징은 중요한 메시지에 대한 실시간성을 보장하기 위한 노력에 의한 것이다. IEC61850 표준에서는 변전소의 주요한 이벤트 정보를 GOOSE 메시지로 교환하게 정의하고 있다.
IEC61850에서 정보를 표현하는 시작은 논리 노드라는 객체에서 출발한다. 논리 노드는 변전소의 많은 기능들을 가장 작은 단위로 표현한 것이다. XCBR 논리 노드는 세부 변전 설비 중 Circuit Breaker를 모델로 정의한 정보의 덩어리이다. 이러한 논리 노드는 모델이 된 장비의 기능을 표현하기 위해 많은 데이터들로 구성된다. IEC61850 표준에서는 논리 노드 및 이를 구성하는 데이터를 정의하기 위해 3단계의 재정 과정을 정의하였다. 이는 도 5에서 설명된다.
본 발명에서 제안하는 PDMS는 IEC61850에서 정의한 정보모델에 근거하여 Communication-Architecture 및 DB등 관련 Schema를 Control - Monitoring 통합화 구조로 설계하였다. 본 시스템은 IEC61850의 객체지향적으로 정의된 데이터 모델을 위해 XML 기반의 ORDMBS를 사용한다. 객체지향 데이터 모델링으로 변전소에서 생성되는 모든 데이터를 모델링 하였기 때문에 기존 RDBMS로는 표현되고 운영되기 힘든 부분들이 존재한다. 그래서, RDBMS의 단순하고 사용하기 쉬운 데이터 조작과 Application 개발을 용이하게 하는 장점과 OODBMS의 스키마 확장과 객체지향 데이터를 처리할 수 있는 장점을 모두 수용할 수 있는 특징을 가지고 있는 ORDBMS 가 IEC61850 기반의 시스템에 적합하다.
도 6은 PD 감시가 포함된 GIS 예방진단 시스템의 데이터베이스 스키마를 나타낸 것이다. REC의 데이터베이스 서버는 지역적인 특성과 진단대상 장비의 정보 관리를 우선으로 설계된다. 실시간성이 높은 PD 파형 데이터보다 상태변이와 관련된 이벤트 데이터를 감시하여 관리한다. SEC는 위의 NEC나 REC와는 달리 현장에 고장 징후 발생이나 고장이 발생할 때 신속한 대처가 필요하므로 실시간성을 파형 데이터의 지속적인 수신이 필요하며, 진단 대상 장비의 상세한 감시진단이 필요하다. 설정된 Level 이상으로 부분방전이 발생하면, 이벤트를 기록하고, 향후 재검증이 가능하도록 Logging하여야 한다. 더불어 진단대상 장비별 상태변이 경향(Trend)를 기록한다.
이하, 상기와 같은 부분방전시스템을 현재 사용되고 있는 GIS 시스템에 적용한 실시예를 살펴보도록 한다.
현재 PD(부분방전)를 위한 IEC61850의 정보모델인 SPDC 논리 노드가 정의되어 있지만, 국내에서의 부분방전 감시 시스템에서의 감시 대상을 전부 표현하지는 못하고 있는 실정이다. 본 발명에 제안하는 PDMS는 IEC61850 기반의 시스템에 적용하기 위한 것으로, 표준화되어 있는 부분방전과 관련된 논리 노드의 확장과 디자인이 필요하다. IEC61850 표준은 정보 모델의 추가 확장을 계속적으로 연구하고 있으며, 최초의 표준에서 정의되지 않았던 전력품질(Power Quality)과 관련된 6개의 논리 노드가 추가되었으며, Synchrophasor과 관련된 논리 노드 1개가 추가되었다. TC57(Techical Committee) 산하 워킹그룹에서는 변압기 감시와 관련된 6개의 논리 노드에 대해 연구하고 있다. 또한, 국/내외적으로 GIS 예방진단 시스템의 개발과 사용이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 흐름에 편승하여, PDMS 시스템을 위한 새로운 논리 노드가 시스템의 기능적인 측면을 고려하여 디자인 되어야 하겠다.
본 발명에서는 GIS내의 PD와 관련된 논리 노드 SMPD(Sensor and Monitoring Partial Discharge)를 제안하며, 그 세부적인 내용은 표 1에 정의되어 있다. GIS PD의 도 7과 같이 감시 및 측정 항목에는 부분방전 발생여부, 방전량, 위상, 발생횟수, 발생위치, 결함원인을 고려하여 정의하였다. GIS 예방 진단용 IED에 적용되어야 논리 노드의 구성이 도 7에서 묘사된다. SMPD와 마찬가지로 GIS의 예방진단을 위한 새로운 논리 노드를 정의하여 구성된 것이다. LU에서 생성되는 GOOSE 메시지를 이더넷 프레임의 Payload에 Encapsulation시킨 이더넷 프레임 구조를 도 8에서 나타내고 있다. 이더넷 프레임의 헤더를 제외한 GOOSE 메시지의 헤더는 IEC61850 표준에 데이터 타입에 근거하여 산출된 최대 크기이다. 실제 메시지의 헤더 크기는 산출된 크기보다 작으며, 보통 GOOSE 메시지 헤더는 60bytes ?? 80bytes사이가 될 것이다. 메시지의 헤더를 제외한 부분방전에 관련된 실제 데이터는 표 1에서 정의된 데이터의 Attribute로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다. PD 파형은 MMS 메시지를 사용하여 전송된다. CMD-LU의 DSP(Digital Signal Processing) 출력은 초당 61,440bytes의 파형에 대한 디지털 raw 데이터가 생성된다.
IEC TC57 산하 워킹그룹 미팅에서 2005년 10월 IEC61850과 관련된 새로운 표준에 대한 제안이 승인되면서, 표준화 작업을 진행 중에 있다. IEC61850 표준은 현재 변전소 내부의 통신 시스템에 대해서만 정의되어 있지만, 두 제안은 각각 변전소와 변전소 사이에의 통신 표준과 변전소와 중앙제어소(Control center)와의 통신 표준에 대한 내용을 포함한다. 변전소 시스템뿐만 아니라 수력발전소, 풍력발전소, 그리고 분산전원에 대한 표준이 IEC61850의 철학과 접근을 바탕으로 각각 IEC62344, IEC61400-25-X, IEC62350으로 CD(Committee Draft) 버전으로 제정되었다. IEC61850 표준의 영향으로 새로운 표준뿐만 아니라 앞서 언급했듯이, 새로운 논리 노드들에 대한 추가확장 역시 활발하게 진행되고 있다. 표 2는 추가되었거나 확장된 논리 노드를 나타낸다.
SMPD Class
Attribute Name Attr. Type Explanation T M/O
LNName Shall be inherited from Logical-Node Class
Data
Common Logical Node Information
LN shall inherit all Mandatory Data from Common Logical Node Class M
EEhealth INS External equipment health O
EEName DPL External equipment health O
OpCnt INS Operation Counter M
Measurement Value
LPaDsch INS 부분방전 레벨 M
VPaDsch SAV 부분방전 Peak 측정값 M
MaxPD INS 최대부분방전량 M
Status Information
PsDschAlm SPS 부분방전 발생 여부 M
LoPhPD INS 최대부분방전 발생 위상 M
CountPD INS 부분방전 발생 횟수 M
LoPDx INS 부분방전 발생 위치 X M
LoPDy INS 부분방전 발생 위치 Y M
TyPD INS 부분방전 발생 패턴 M
NoPD INS 노이즈 패턴 M
항 목 Logical Nodes
Power Quality QVWR, QFVR, QVUB, QIUB, QVTR, QITR
Synchrophasor MSYN
Transformer monitoring SAMC, SBSH, SDRV, SLTC, SPTR, SSW
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부분방전에 대한 신호 출력을 IEC61850에서 정의된 디지털 데이터로 매핑하여, 디지털 변전 시스템에 통합하여, 기존 시스템에서 설치되는 여러 접속 장치의 수량을 감소시킴으로써 시스템의 복잡성을 낮추고, 네트워크의 단순화를 이룰 수 있다.
또한, 단일화된 국제 표준에 근거한 구성으로 다른 업체의 장비들간 상호 호환성으로 인해 유지/보수에 있어 큰 효과를 기대할 수 있다. 그리고, 구성 장치들 간의 상호 운용 능력을 향상으로 설비 장애 발생시의 신속한 원인 분석을 통해 장애를 미리 예방할 수 있다.

Claims (9)

  1. IEC61850 기반의 디지털 변전시스템에 있어서,
    변전소 내에서 발생한 부분방전 신호를 검출하여 부분방전의 상태정보를 취득, 처리, 부분방전의 발생 유무 및 원인 판정 후 1차 진단된 데이터를 상위로 전송하는 설비감시진단 로컬 유닛;
    상기 설비감시진단 로컬 유닛으로부터 전송된 부분방전 신호를 비교, 분석하여 변전기기의 종합적인 감시 진단을 수행하고, 이에 대한 데이터를 상위 계층으로 데이터를 전송하는 지능형 전자장치부; 및
    상기 지능형 전자장치부에서 전송된 데이터를 수신 받아 감시자에게 정보를 제공하고, 상기 설비감시진단 로컬 유닛 및 상기 지능형 전자장치부를 제어하는 상위운영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상위운영시스템은
    상기 지능형 전자장치부에서 전송된 부분방전 데이터를 통해 부분방전에 관한 정보를 실시간으로 취득하여 상부 계층으로 전송하고, 변전소 관할 구역의 전력설비의 상태감시 및 진단을 수행하며, 실시간성이 높은 상태감시로 이상 징후나 고장발생시 신속한 대처를 위한 부엔지니어링 센터;
    상기 부엔지니어링 센터에서 전송되는 부분방전 데이터를 수집 가공하여 상 위계층으로 전송하고, 전력설비 운전상태 표시 및 소정의 문제발생시 경보를 알리 는 지역 엔지니어링 센터; 및
    상기 지역 엔지니어링 센터에서 전송되는 부분방전 데이터를 실시간으로 취득, 가공하여 관리자에게 제공하여 전력계통 전체의 안정도 유지 및 안정도 붕괴 요소를 사전에 조치하여 사고발생을 억제하기 위한 주 엔지니어링 센터를 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 설비감시진단 로컬 유닛은 1차 진단된 데이터를 TCP/IP 스택을 이용하여 GOOSE 및 MMS로 전송하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 GOOSE는 부분방전 발생 이벤트 신호인 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 MMS는 부분방전 파형인 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 설비감시진단 로컬 유닛에 입력되는 부분방전 신호는 0.5~3Ghz의 UHF 신호인 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정 이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 지능형 전자장치는 상기 설비감시진단 로컬 유닛에서 전송된 데이터를 상기 부엔지니어링 센터 또는 지역엔지니어링 센터의 요청에 따라 전송될 수 있도록 MMS 시퀀스 데이터로 변경하여 전송하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 지능형 전자장치는 이벤트 시에 기록되어야할 기록 데이터는 파일 전송의 방식으로 받아들여 부엔지니어링 센터의 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 지능형 전자장치부는 상기 설비감시진단 로컬 유닛의 부분방전 측정 데이터와 상태변이 데이터를 이용하여 변전기기의 종합적인 감시진단을 수행하는 설비감시진단 에이전트를 포함하는 것을 특징으로 하는 변전소내 부분방전 측정이 가능한 IEC61850 기반의 디지털 변전 시스템.
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J2X2 Appeal (before the supreme court)

Free format text: APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL

J222 Remand (patent court)

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J303 Written judgement (supreme court)

Free format text: JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20100818

Effective date: 20110609

J302 Written judgement (patent court)

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Effective date: 20110824