KR20160110771A

KR20160110771A - 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로

Info

Publication number: KR20160110771A
Application number: KR1020150034315A
Authority: KR
Inventors: 이명수; 조인식; 이용남
Original assignee: 네오피스 주식회사
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-22

Abstract

본 발명은 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 종래의 3대의 IED(intelligent Electronic Device)를 이용한 3중화 회로를 1대의 IED 장치를 이용한 3중화 보호회로에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 상기 IED 장치는, IED 장치가 외부의 장치와 통신하도록 제어를 수행하는 TCU(transmission control unit); 및 상기 TCU와 데이터를 송수신하도록 구성된 3개의 DSP 모듈을 포함하는 DSP 모듈 그룹을 포함하고, 상기 DSP 모듈 그룹 내의 각각의 DSP 모듈은 IED 장치의 외부의 디지털 입력부(DI)와 디지털 출력부(DO)를 공유하도록 형성되고, 상기 복수의 DSP 모듈의 출력은 IED 장치 내의 보우팅 회로를 통해 디지털 출력부로 출력되는 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로가 제공된다.

Description

전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로{VOTING CIRCUIT FOR PROTECTING ELECTRIC POWER SYSTEM}

본 발명은 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 종래의 3대의 IED(intelligent Electronic Device)를 이용한 3중화 회로를 1대의 IED 내에 3개의 DSP 모듈을 이용하여 구현한 3중화 보호회로에 관한 것이다.

전력계통을 보호하기 위한 지능형 전자장치(IED; Intelligent electronic device)가 알려져 있다. 지능형 전자 장치는, 예컨대 모니터링, 제어 및/또는 보호회로에 의해 전력시스템과 상호적으로 연결된 마이크로프로세서-제어장치, 및/또는 전력시스템의 전력의 분배 또는 공급에 이용되는 장치로서 알려져 있다..

통상적으로 지능형 전자장치(IED)는 전력시스템에 보호, 제어 및/또는 감시 기능을 제공하기 위해 전력시스템과 상호적으로 연결되고, 전력시스템 인터페이스 회로에 연결된 프로세서와 전력 시스템과 통신하기 위한 전력 시스템 인터페이스 회로를 구비하고 있다.

이와 같은 전력 계통 보호를 위한 지능형 전자 장치(IED)는 보호 대상 기기의 사고 발생시 반드시 정동작을 해야 하며, 오동작 또는 오부동작이 발생되었을 때 피해의 규모가 확산되는 것을 방지해야만 한다.

최근 IED를 2대 또는 3대를 이용하여 2중화 또는 3중화 보호 구조를 이용함으로써 높은 신뢰도를 확보하고 있다. 그러나 이와 같이 IED를 2대 또는 3대를 이용하여 신뢰성을 높이는 보호 구조는 신뢰도 면에서 우수하지만 IED의 설치 대수가 증가하고 또한 그에 따라 트립 로직(trip logic)을 구성하기 위한 PLC(Programmable Logic Controller) 등의 설비 증대가 동반되어 투자 비용이 증가하게 된다.

도 1은 종래의 IED 3대를 이용하여 2/3(3중 2출력, 3개중 2개가 참(또는 1)이면 결과는 참(1), 3개중 2개가 거짓(또는 0)이면 결과는 거짓(0)을 의미함)의 구현 방법을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 1에서 AND 게이트와 OR 게이트는 PLC를 이용하여 구현될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 IED 3대를 사용하여 3중화 회로를 구현한 경우 안정성과 신뢰성 면에서 우수하지만 반대로 투자비용이 많이 들어간다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하고 있으며, 보다 구체적으로 1대의 IED를 사용하여 3중화 보호회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로가 제공되고,

상기 IED 장치는, IED 장치가 내부/외부의 장치와 통신하도록 제어를 수행하는 TCU(transmission control unit); 및 상기 TCU와 데이터를 송수신하도록 구성된 3개의 DSP 모듈을 포함하는 DSP 모듈 그룹을 포함하고, 상기 DSP 모듈 그룹 내의 각각의 DSP 모듈은 IED 장치의 외부의 디지털 입력부(DI)와 디지털 출력부(DO)를 공유하도록 형성되고, 상기 복수의 DSP 모듈의 출력은 IED 장치 내의 보우팅 회로를 통해 디지털 출력부로 출력되는 것을 특징적 구성으로서 포함한다.

또한 상기 실시예에서 복수의 DSP 모듈 각각은 계전요소들의 동작에 필요한 연산을 수행하고, 연산 결과를 저장하고, 상위 시스템으로의 메시징을 포함하는 기능을 수행하도록 구성된다.

또한 상기 실시예에서 복수의 DSP 모듈 각각은,

IED 장치 외부의 CT/PT(Current Transformer / Potential Transformer) 보드 및 AI(Analog Input) 보드로부터 입력되는 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 ADC(Analog-to-Digital Converter), 디지털 입력부로부터의 입력 신호를 버퍼링하기 위한 입력측 버퍼, 디지털 출력부 또는 보우팅 회로로의 출력 신호 버퍼링을 위한 출력측 버퍼, TCU와의 데이터 교환을 위한 DPRAM, 및 데이터 저장을 위한 메모리(RAM, Flash)를 포함하도록 구성된다.

바람직하게 IED 장치는, 시간 동기화를 위한 IRIG-B 수신부를 더 포함하고, TCU는 IRIG-B 수신부를 통해 수신된 시간 동기 정보를 DSP 모듈그룹 내의 각각의 DSP 모듈들로 분배하여 복수의 DSP 모듈의 시간을 동기화하여, 3중화된 DSP 모듈의 각각에 저장된 이벤트 정보, 계측값, 고장파형을 포함하는 정보를 외부의 장치로 전송하도록 구성된다.

또한 보우팅 회로는 3중화된 복수의 DSP 모듈 각각의 출력을 수신하고, 수신된 각각의 DSP 모듈의 출력들을 DO 보드로 단일 출력으로서 내보내도록 구성된다.

본 발명에 따르면 종래 3개의 IED 장치를 사용하여 구현되던 전력계통 보호회로를 1대의 IED를 사용하여 구현함으로써 보호회로 제조 비용을 절감할 수 있고, 또한 IED 내에 복수의 DSP 모듈, 바람직하게는 3개의 DSP 모듈을 포함하는 DSP 모듈 그룹을 설치하고 디지털 입력부와 디지털 출력부를 공용할 수 있도록 구성함으로써 주변 회로의 구성이 단순화되는 이점이 얻어질 수 있다.

도 1은 종래 3대의 IED를 이용하여 구성한 3중 보호회로의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따라 1대의 IED의 메인보드 내에 복수개의 DSP 모듈을 설치한 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 1대의 IED 장치의 보다 세부적인 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 DSP 모듈의 내부 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 보우팅 회로의 로직 구성을 예시적으로 나타낸 블록도.
도 6은 CT/PT 보드의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 7은 DI 보드의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 8은 DO 보드의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 1대의 IED를 이용한 3중화 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 3중화 방법은 전류 트랜스포머(Current Transformer), 전압 트랜스포머(Potential Transformer), 디지털 입력부(Digital Input), 및 디지털 출력부(Digital Output)까지 3중화하는 방법, CPU만 3중화 하는 방법 등 다양한 방법으로 구현될 수 있다.

통상적으로 IED의 오동작은 전술한 CT, PT, DI 및 DO의 입출력 부분에 기인하기 보다는 내부 디지털 회로에서 발생할 가능성이 높기 때문에, 본 발명에서는 ADC 회로 및 DSP부를 DSP 모듈로 구성하고, DSP 모듈을 3중화하는 동시에, CT, PT, DI 및 DO의 입출력은 공통으로 사용함으로써 외부 결선이 편리하고 신뢰성이 높아질 수 있는 3중화 방법 및 회로를 제공한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 1대의 IED 메인보드 또는 장치 내에 복수의 DSP 모듈이 3중화 구성되고, 각각의 DSP 모듈의 디지털 출력이 CPLD(Complex Programmable Logic Device)를 이용하여 보우팅 로직(voting logic)을 통해 출력됨으로써 별도의 PLC를 이용하지 않고 3중 2 출력은 물론, 2중 1출력, 1중 1출력을 모두 구현할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 3중화 보호 방법을 구현하기 위한 IED 메인보드 또는 IED 장치(10)의 블록도를 나타낸 도면이다. 도 3에서 실선의 블록은 메인보드에 형성된 구성요소를 나타내고 점선의 블록은 메인보드 이외의 외부 보드 또는 외부 회로를 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따르면 DSP 모듈그룹(100)은 3개의 DSP 모듈을 포함하고, DI(210) 및 DO(220)을 공유하도록 구성되어 종래 IED 마다 DI 및 DO를 별도로 설치하는 것에 비해 회로의 구성이 간단해 진다.

도 4는 본 발명에 따른 DSP 모듈그룹(100) 내의 DSP 모듈을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다. 본 발명에 따른 DSP 모듈그룹(100) 내의 각각의 DSP 모듈은 IED 장치에서 중추적인 기능을 수행한다. 통상적으로 DSP 모듈은 계전 요소들의 동작에 필요한 모든 연산, 연산 결과의 저장, 상위 시스템으로의 메시징과 같은 기능을 수행하도록 구성된다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 DSP 모듈그룹(100) 내의 각각의 DSP 모듈은, CT/PT 보드(230) 및 AI(Analog Input) 보드(240)로부터 입력되는 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 ADC(Analog-to-Digital Converter), DI(210)로부터의 입력 신호를 버퍼링하기 위한 입력측 버퍼, DO(220) 또는 CPLD 측으로의 출력 신호 버퍼링을 위한 출력측 버퍼, TCU(130)과의 데이터 교환을 위한 DPRAM, 데이터 저장을 위한 메모리(RAM, Flash)를 포함하여 구성된다.

다시 도 3을 참조하면, DSP 모듈그룹(100)는 TCU(transmission control unit)(130)과 상호 데이터를 교환하도록 구성된다. TCU(130)은 IED 장치(10)가 외부의 장치와 통신하도록 제어를 수행한다. 구체적으로, TCU(130)는 네트워크 모듈(150), 시간 동기화를 위한 IRIG-B 수신부(135), 3중화된 DSP 모듈그룹(100)과의 상호 통신을 수행하며, IRIG-B 수신부(135)를 통해 수신된 시간 동기 정보를 DSP 모듈그룹(100) 내의 각각의 DSP 모듈들로 분배하고, 3중화된 DSP 모듈의 각각에 저장된 이벤트 정보, 계측값, 고장파형 등을 외부의 장치로 전송해주는 통신 제어 프로세서로서, IED 내부가 복수의 DSP 모듈에 의해 3중화되어 있지만 외부에서 보았을 때 하나의 IED가 동작하는 것으로 보이게 한다.

네트워크 모듈(150)은 IEC61850 통신을 위한 모듈로서 예비용의 통신포트를 더 구비한 2중화 구조로 구현되는 것이 신뢰성이 증가하여 더 바람직하다. 네트워크 모듈(150)은 각각의 DSP 통신 모듈로부터 연산된 각종 데이터 및 고장 파형 등을 상위의 서버에 전달하거나 상위 서버로부터 데이터를 수신하도록 구성된다.

IRIG-B 수신부(135)는 GPS 신호를 이용해 시간 동시화 신호를 입력받는 시간 동기화 수단으로, 입력된 타임 코드로부터 시간을 추출하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어로 구성된다. DSP 모듈에서 시간 동기화를 위해 IRIG-B 방식 이외에도 다른 방식, 예를 들면, RTC, SNTP와 같은 방식이 이용될 수도 있다는 것은 당업자에게 자명하며 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

CPLD 또는 보우팅 로직(120)은 3중화된 DSP 모듈 각각의 출력을 수신하고, 이들 출력들을 DO 보드(220)로 단일 출력으로서 내보내도록 구성된다. 종래의 경우 3대의 IED를 사용하여 3중화한 경우 트립 로직을 위해 사용되는 PLC의 기능을 대신하여 1대의 IED로 3중화, 2중화, 1중화가 가능하도록 구성된다.

도 5는 DO 출력 1포인트 당 구성된 보우팅 로직을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 단일(1개중 1출력), 2중화(2개중 1출력), 3중화(3개중 2출력) 구성이 가능하도록 보우팅 로직이 구성될 수 있다.

도 6은 전류 및 전압 트랜스포머(CT/PT Transformer) 보드를 도시한 블록도이다. CT/PT 보드(230)는 전류 신호를 위한 복수의 CT와 전압 신호를 위한 복수의 PT를 포함하고, 복수의 CT와 PT는 보드의 단자 터미널을 통해 전류와 전압을 입력받고 입력된 전압과 전압은 CT와 PT를 통해 변환되어 내부 커넥터를 통해 IED 메인보드(10)와 연결되며, 메인보드 내의 3중화된 DSP 모듈그룹(100) 내의 복수의 DSP 모듈들의 ADC에서 각각 디지털 값으로 변환된다.

도 7은 DI 보드(210)의 내부 구성을 나타낸 블록도 이다. DI 보드(210)는 디지털 입력을 받기 위한 회로로 구성되는데 많은 외부 입력을 수용하기 위해 여러장의 보드로 구성될 수 있다. 디지털 신호는 DI 보드(210) 내의 과전압 보호 소자와 포토커플러를 이용한 보호회로(isolator)를 거쳐 입력되고, DI 보드(210)의 출력 신호는 내부 커넥터를 통해 메인보드 내의 3중화된 DSP 모듈그룹(100) 내의 복수의 DSP 모듈들의 내부 버퍼부를 통해 각각 DSP 모듈들로 입력된다.

도 8은 DO 보드(220)의 내부 구성을 나타낸 블록도 이다. DO 보드(220)는 디지털 출력을 위한 보드로서, DI 보드(210)과 마찬가지로 많은 출력을 수용하도록 여러장의 보드로 구성될 수 있다. 출력부는 릴레이 회로 및 릴레이 구동 회로로 구성된다.

AI 보드(240)는 외부의 트랜듀서(transducer)의 아날로그 신호를 입력 받기 위한 보드이다. AI 보드(240)는 대부분의 트랜듀서의 공통적인 출력 범위, 즉 4~20mA의 입력을 받을 수 있도록 구성된다. DSP 모듈그룹(100)는 외부의 트랜듀서 출력 신호를 AI 보드(240)를 통해 입력받고, 도 4에 도시한 바와 같이 입력받은 신호를 DSP 모듈 내의 ADC를 통해 디지털 신호로 변환한다.

MMI(Man Machine Interface) 보드(250)는 전면 패널에 설치된 LCD 디스플레이를 구동하고 터치스크린으로부터 데이터 입력을 수신하고, 시스템의 상태를 나타내기 위한 LED와 사용자가 지정할 수 있는 LED를 제어하며, 각종 버튼 설정, 이벤트 정보, 고장 파형 등을 다운로드 받을 수 있는 통신 포트를 제어하는 보드이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면 종래 3개의 IED 장치를 사용하여 구현되던 전력계통 보호회로를 1대의 IED를 사용하여 구현함으로써 보호회로 제조 비용을 절감할 수 있고, 또한 IED 내에 복수의 DSP 모듈, 바람직하게는 3개의 DSP 모듈을 포함하는 DSP 모듈 그룹을 설치하고 디지털 입력부와 디지털 출력부를 공용할 수 있도록 구성함으로써 주변 회로의 구성이 단순화되는 이점이 얻어질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: IED 메인보드 100: DSP 그룹
120: CPLD 130: TCU
135: IRIG-B 수신부 138: BNC 커넥트
140: DPRAM 150: 네트워크 모듈
160, 186: 디버그 포트 170: 통신포트
182, 184: RS485 통신포트 210: DI 보드
220: DO 보드 230: CT/PT 보드
240: AI 보드

Claims

하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로에 있어서,
상기 IED 장치는,
IED 장치가 내부/외부의 장치와 통신하도록 제어를 수행하는 TCU(transmission control unit); 및
상기 TCU와 데이터를 송수신하도록 구성된 3개의 DSP 모듈을 포함하는 DSP 모듈 그룹을 포함하고,
상기 DSP 모듈 그룹 내의 각각의 DSP 모듈은 IED 장치의 외부의 디지털 입력부(DI)와 디지털 출력부(DO)를 공유하도록 형성되고,
상기 복수의 DSP 모듈의 출력은 IED 장치 내의 보우팅 회로를 통해 디지털 출력부로 출력되는 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 복수의 DSP 모듈 각각은 계전요소들의 동작에 필요한 연산을 수행하고, 연산 결과를 저장하고, 상위 시스템으로의 메시징을 포함하는 기능을 수행하도록 구성된 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 복수의 DSP 모듈 각각은,
IED 장치 외부의 CT/PT(Current Transformer / Potential Transformer) 보드 및 AI(Analog Input) 보드로부터 입력되는 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 ADC(Analog-to-Digital Converter),
디지털 입력부로부터의 입력 신호를 버퍼링하기 위한 입력측 버퍼,
디지털 출력부 또는 보우팅 회로로의 출력 신호 버퍼링을 위한 출력측 버퍼,
TCU와의 데이터 교환을 위한 DPRAM, 및
데이터 저장을 위한 메모리(RAM, Flash)를 포함하는 것을 특징으로 하는
하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 IED 장치는, 시간 동기화를 위한 IRIG-B 수신부를 더 포함하고,
상기 TCU는 IRIG-B 수신부를 통해 수신된 시간 동기 정보를 DSP 모듈그룹 내의 각각의 DSP 모듈들로 분배하여 복수의 DSP 모듈의 시간을 동기화하여, 3중화된 DSP 모듈의 각각에 저장된 이벤트 정보, 계측값, 고장파형을 포함하는 정보를 외부의 장치로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 보우팅 회로는 3중화된 복수의 DSP 모듈 각각의 출력을 수신하고, 수신된 각각의 DSP 모듈의 출력들을 DO 보드로 단일 출력으로서 내보내도록 구성된 것을 특징으로 하는 하나의 IED 장치를 이용한 전력계통 보호를 위한 3중화 보호회로.