KR20220117659A - 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법 - Google Patents

전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

실시예는, 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, GPS 신호 및 국가 표준시에 대응하는 시각 신호를 이용하여 시각 편차를 측정 및 표시하고, 시각 편차가 미리 설정한 기준 값 이하의 값을 가지도록 전력 기준시를 설정할 수 있는 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법{POWER GRID TIME SYNCHRONIZATION ACCURACY MONITORING APPARATUS AND METHOD}
실시예는 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전력망의 시각 동기의 정확도를 출력하고, 시각 동기 기준을 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재의 전력시스템은 실제로 사용하는 전기보다 15%정도 많은 전기를 생산하도록 설계되어 있다. 이는 전력의 최대 소비량에 맞춰진 전기 생산량으로서, 혹시라도 더 많은 전기를 사용할 경우에 대비해 전기를 미리 확보하기 위함이다. 이에 따라 연료는 물론 각종 발전 설비도 추가적으로 필요하다. 또한, 버려지는 전기가 발생하여 에너지 효율이 떨어지며, 석탄, 석유, 가스 등을 연소하는 과정에서 이산화탄소 배출량이 늘어나는 문제점이 있다.
전력 그리드는 기존의 전력망에 정보통신기술(Information Communication Technologym, ICT)을 융합하여 전력생산과 소비정보를 양방향, 실시간으로 교환함으로써 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 이와 같이, 전력 그리드가 전력생산과 소비 정보를 양방향, 실시간으로 교환하기 위해서는 동일한 전력 그리드의 구성이 동일한 시각 정보를 이용할 필요가 있다. 따라서, 이를 위해 전력 그리드의 기준시가 필요하다.
현대에 들어와 시간은, 길이의 정의를 “미터는 빛이 진공에서 299,792,458 분의 1초 동안 진행한 경로의 길이이다.”로 정의할 정도로 가장 정확히 측정할 수 있는 물리량이다. 따라서 그 정확성으로 인해 시각 정보는 산업 전반에 활용될 가치가 충분하며, 그 활용을 위해 시각 정보를 관리하고 정확하게 유지하는 것이 중요하게 되었다.
이러한 시각 정보 중에는 국제원자시(TAI) 및 세계협정시(UTC) 이외에도 다수의 국가에서 관리, 유지되는 각국의 국가 표준시가 있다. 또한, GPS(Global Positioning System) 위성에 탑재된 원자시계의 기준시 또한 시각 정보로 활용된다.
전력설비 관련 서비스 운영자에겐 표준에서 권고한 시간정확도 권고 기준 만족 여부가 Time-critical 측정값을 활용한 다양한 서비스의 가부를 결정할 수도 있는 중요한 사항이다.
예를들어, WAMS(Wide Area Monitoring System), WAMAC(Wide Area Monitoring and Control System), WAMPAC(Wide Area Monitoring Protection and Control) 등과 같이 전력계통을 실시간으로 감시할 수 있는 광역감시시스템은 송전선로와 변전소의 전압, 전류 및 위상을 동시에 측정하여 전력 그리드를 실시간으로 감시, 평가함으로써, 고장이 발생할 경우 운전자가 신속 대응할 수 있도록 한다. 따라서, 광역감시시스템의 시각정확도는 전력 그리드의 안전성 및 신뢰성을 높이기 위한 중요한 요소이다.
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), SA(Substation Automation) 등의 전력시스템에서의 고정밀 시각 동기(UTC 대비 1us 이하의 시각 동기) 요구사항을 만족하기 위해서, 대부분 GPS를 포함한 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 사용하는 것이 일반적이다.
또한, 대한민국은 전력 그리드의 안정성 및 신뢰성 제고를 위하여, 기존 SCADA 시스템보다 100배 이상의 정밀도를 보장하는 시각동기(Time-synchronized) 위상측정 장치(PMU, Phasor Measurement Unit)의 설치, 운영과 광역감시시스템의 운영을 계획하고 있다.
PMU를 이용하는 광역감시시스템은 GPS의 시각정보를 추출하여PMU 내부의 시각과 동기화하고, 각 PMU에서 측정된 전압 및 전류의 크기와 위상, 주파수 등의 전기특성을 분석하여 전력 그리드의 상태를 파악한다.
또한, 특정한 하나 또는 복수 개의 PMU의 시각기준점이 변경될 경우, 실제와 다른 위상이 측정되며, 이러한 PMU의 오류는 정확한 측정값을 기반으로 추진하고자 하는 시스템 운영 고도화 수준에 한계요인이 될 수 있다는 문제점이 있다.
실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법은, 전력망의 시각 동기 정확도를 사용자에게 제공하고, 시각 동기 정확도에 따라 전력망의 기준시를 설정하기 위한 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
실시예는 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치에 관한 것으로서, GPS(Global Positioning System) 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호를 생성하는 GPS 수신기, 국가 표준시를 이용하여 제2 시각 신호를 생성하는 제2 시각 신호 생성부, 그리고 전력 계통에 포함된 지능화 단말 장치에 출력하는 전력 기준시를 생성하고, 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호를 비교하여 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호의 시각 편차를 측정하고, 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값을 디스플레이에 출력하는 전력 기준시 생성부를 포함하며, 상기 전력 기준시는 상기 전력 계통의 전압과 전류를 측정하기 위한 시간 기준 값을 의미한고, 상기 지능화 단말 장치는 시각 동기 및 시각 정보를 이용하여 시계열 정량 데이터를 출력하는 모든 단말 장치를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 전력 기준시 생성부는, 전력 기준시 설정 장치를 포함하며, 상기 전력 기준시 설정 장치는, 상기 시간 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제2 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하고, 상기 시간 편차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정한다.
또한, 실시예에 따른 전력 기준시 생성부는, TVE(Total Vector Error) 측정기를 더 포함하며, 상기 TVE 측정기는, 상기 제1 시각 신호 및 상기 전력 기준시를 이용하여 TVE 값을 측정하고, 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값 및 상기 TVE 값을 전력 기준시 운용 프로그램으로 전송한다.
또한, 실시예에 따른 전력 기준시 생성부는, 출력 인터페이스 감시장치를 더 포함하며, 상기 출력 인터페이스 감시장치는, 상기 전력 기준시를 상기 단말 장치로 전송하기 위한 복수의 인터페이스의 터미널 체결 여부 및 시간 전송 상태를 모니터링한다.
또한, 실시예에 따른 인터페이스는, PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol), ToD(Time of Day), IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B), 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 단말 장치는, PMU(Phasor Measurement Unit), FRTU(Feeder Remote Terminal Unit), IED(Intelligent Electric Device), RTU(Remote Terminal Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 시각 오차 기준값은 ±1μs이다.
또한, 실시예는 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법에 관한 것으로서, GPS(Global Positioning System) 수신기가, GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호를 생성하는 단계, 제2 시각 신호 생성부가 국가 표준시를 이용하여 제2 시각 신호를 생성하는 단계, 전력 기준시 생성부가, 전력 계통에 포함된 지능화 단말 장치에 출력하는 전력 기준시를 생성하는 단계, 그리고 상기 전력 기준시 생성부가, 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호를 비교하여 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호의 시각 편차를 측정하며, 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값을 디스플레이에 출력하는 단계를 포함하며, 상기 전력 기준시는 상기 전력 계통의 전압과 전류를 측정하기 위한 시간 기준 값을 의미한고, 상기 지능 단말 장치는 시각 동기 및 시각 정보를 이용하여 시계열 정량 데이터를 출력하는 모든 단말 장치를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 전력 기준시를 생성하는 단계는, 상기 시간 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제2 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하는 단계, 그리고 상기 시간 편차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하는 단계를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 시간 정확도 값을 출력하는 단계는, 상기 제1 시각 신호 및 상기 전력 기준시를 이용하여 TVE(Total Vector Error) 값을 측정하는 단계, 그리고 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값 및 상기 TVE 값을 전력 기준시 운용 프로그램으로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 시간 정확도 값을 출력하는 단계는, 상기 전력 기준시를 상기 단말 장치로 전송하기 위한 복수의 인터페이스의 터미널 체결 여부 및 시간 전송 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 인터페이스는, PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol), ToD(Time of Day), IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B), 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 단말 장치는, PMU(Phasor Measurement Unit), FRTU(Feeder Remote Terminal Unit), IED(Intelligent Electric Device), RTU(Remote Terminal Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 시각 오차 기준값은 ±1μs이다.
실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법은, 전력망의 시각 동기 정확도를 사용자에게 제공하고, 시각 동기 정확도에 따라 전력망의 기준시를 설정하기 위한 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 TVE를 설명하기 위한 예시 그래프이다.
도 3은 실시예에 따른 전력 기준시 생성부의 구성도이다.
도 4는 실시예에 따른 전력 기준시 전송 과정의 개략도이다.
도 5는 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치의 개략적인 구성을 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치(1)는 GPS(Global Positioning System) 수신기(100)를 이용하여 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호(S1)를 생성한다.
이 때, 실시예에 따른 GPS 신호는 한가지로 한정되는 것은 아니며, 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System), 유럽의 GALILEO(Europian Satellite Navigation System) 등과 같은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호 또는 기준시 또는 시각 정보를 포함하는 모든 신호를 포함할 수 있다.
제2 시각 신호 생성부(200)는 국가 표준시에 대응하는 제2 시각 신호(S2)를 생성한다. 국가 표준시는 한국표준과학연구원으로부터 수신하며, 한국표준과학연구원은 국가 표준시를 생성, 관리, 보급 및 UTC(Universal Time ZCorrdinated, 세계 협정시)와 소급성을 확보하는 역할을 수행한다.
이 때, 제1 시각 신호(S1) 및 제2 시각 신호(S2)는 1PPS(Pulse Per Second) 신호 및 10Mhz 주파수 신호의 형태를 가질 수 있다.
전력 기준시 생성부(300)는 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)를 이용하여 전력 기준시(S3)를 생성할 수 있다. 또한, 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차를 측정하여 사용자에게 표시하고, 시각 편차를 이용하여 TVE(Total Vector Error, T1) 값을 측정하여 중앙 시스템(미도시)에 제공할 수 있다.
구체적으로, 시각 편차 측정기(310)는 제1 시각 신호(S1) 및 제2 시각 신호(S2)를 수신하여 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차를 측정한다. 이 때, 시각 편차는 TIE(Time interval Error)값을 의미할 수 있다. 또한, 시각 편차 측정기(310)는 측정된 시각 편차 값을 디스플레이(320)를 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다.
IEEE C37.118(IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems)에서는 시각 편차가 ±1μs(10-6초) 이내를 권고한다. 따라서, 사용자는 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 권고 사항 이내의 값을 가지는지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
전력 기준시 설정 장치(330)는 시각 편차 측정기(310)에서 측정된 시각 편차에 따라 제1 시각 신호(S1)과 제2 시각 신호(S2) 중 어느 하나를 전력 기준시(S3)로 설정한다.
구체적으로, 시각 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우에는, 제2 시각 신호(S2)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 즉, 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 기준값 이하인 경우, 국가 표준시에 대응하는 제2 시각 신호(S2)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다.
또한, 시각 편차가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우에는, 제1 시각 신호(S1)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 즉, 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 기준값 초과인 경우, GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호(S1)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 이 때, 기준값은 ±1μs로 설정할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치는 GPS 신호에 따른 제1 시각 신호(S1)를 기준으로 전력 기준시(S3)가 10-6초 이하의 정밀도를 가질 수 있도록 전력 기준시(S3)를 생성한다.
전력 기준시(S3)는 전력 그리드(Power Grid)의 시각 동기를 수행하기 위한 기준 시각을 의미한다. 구체적으로, 전력 기준시(S3)는 전력 그리드의 지능화(Intelligent) 단말 장치에 전송되어 전력 그리드페이저(Phasor) 측정시 시간 값으로 사용될 수 있다.
또한, 단말 장치는 전력 기준시(S3)를 기준으로 전력 그리드의 안전하고 효율적인 운전을 위해 변성기(PT), 변류기(CT)를 이용한 선로의 전압과 전류를 측정한다. 지능화 단말 장치(430)에서 측정된 전압과 전류의 크기와 위상을 이용하여 주파수, 유효전력, 무효전력, 상차각, 역률 등을 산출하고, 산출결과를 이용하여 전력조류 제어, 안정도 제어, 계통 모니터링, 고장 분석 등을 수행할 수 있다.
예를 들어, WAMS(Wide Area Monitoring System), WAMAC(Wide Area Monitoring and Control System), WAMPAC(Wide Area Monitoring Protection and Control) 등과 같이 전력계통을 실시간으로 감시할 수 있는 전력 그리드 광역감시시스템은 송전선로와 변전소의 전압, 전류 크기 및 위상을 동시에 측정하여 전력 그리드를 실시간으로 감시, 평가함으로써, 운전자가 부하의 증가나 감소, 외란 등 전력계통 변화에 보다 정확한 데이터를 제공함으로써 신속 대응할 수 있도록 도움을 준다.
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), SA(Substation Automation) 등의 전력시스템에서의 고정밀 시각 동기(UTC 대비 1us 이하의 시각 동기) 요구사항을 만족하기 위해서, 기존 SCADA 시스템보다 100배 이상의 정밀도를 보장하는 시각동기(Time-synchronized) 위상측정 장치(PMU, Phasor Measurement Unit)가 사용된다.
따라서, 전력 기준시(S3)는 복수의 PMU로 입력되어, PMU 내부의 시각과 동기화하고, 각 PMU에서 측정된 전압 및 전류의 크기와 위상, 주파수 등의 전기특성을 분석하여 전력 그리드의 상태를 파악한다. 즉, PMU는 전력 그리드에 포함된 복수의 변전소 또는 다른 구성에 설치되어, 전압과 전류의 크기, 주파수, 유효전력, 무효전력 등의 다양한 전기 특성 정보를 측정한다.
이 때, 전력 기준시(S3)가 입력되는 단말 장치가 PMU로 한정되는 것은 아니며, 시각 동기 및 시각 정보를 이용하여 시계열 정량 데이터를 출력하는 모든 단말 장치를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 전력 그리드는 스마트 그리드(Smart Grid), 마이크로그리드(Micro Grid), 스마트 파워그리드(Smart Power Grid), 수퍼 그리드(Super Grid) 등과 같이 시각 동기화를 이용하는 모든 전력망을 의미할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 전력 그리드는 전력 계통, 전력망과 같은 의미로 사용될 수 있다.
TVE 측정기(340)는 제1 시각 신호(S1)와 전력 기준시(S3) 사이의 TVE 값(T1)을 측정한다. 산출된 TVE 값(T1)은 중앙 시스템(미도시)으로 전송된다.
중앙 시스템은, 단말 장치에서 측정된 전기 특성 정보와, TVE 값(T1)을 수신한다. 중앙 시스템은, 상술한 WAMS, WAMAC, WAMPAC 등과 같이 시각 정보를 이용하여 전력 그리드를 실시간으로 감시, 평가함으로써, 고장이 발생할 경우 운전자가 신속 대응할 수 있도록 하는 모든 시스템을 의미할 수 있다. TVE 값(T1)을 산출하는 방법은 후술하는 도 2를 참조하여 설명한다.
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 TVE 값 도출 방법을 설명한다.
도 2는 TVE를 설명하기 위한 예시 그래프이다.
도 2를 참조하면, x축은 Re(실수) 값을 나타내고, y축은 Im(허수) 값을 나타낸다. 또한, X(n)은 시간이 n일 때 실제 페이저를 의미하고
Figure pat00001
은 시간이 n인 경우, 측정된 페이저를 의미할 수 있다. 더불어, ε은 권고사항에 따른 TVE 값의 범위를 의미한다.
실시예에 따른 제1 시각 신호(S1)와 전력 기준시(S3)의 TVE 값을 측정하는 경우, X(n)은 시간이 n일 때, 제1 시각 신호(S1)에 대응하며,
Figure pat00002
은 시간이 n일 때, 전력 기준시(S3)에 대응될 수 있다.
TVE 값은 아래의 수학식 1을 이용하여 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
여기서, Xr(n)은 시간이 n일 때, 제1 시각 신호(S1)의 Re 값을 의미하며,
Figure pat00004
은 시간이 n일 때, 전력 기준시(S3)의 Re 값을 의미한다. Xi(n)은 시간이 n일 때, 제1 시각 신호(S1)의 Im 값을 의미하며,
Figure pat00005
은 시간이 n일 때, 전력 기준시(S3)의 Im 값을 의미한다.
따라서, 실시예에 따른 TVE 측정기(340)는 시각 편차 측정기(310)에서 수신된 제1 시각 신호(S1), 전력 기준시(S3) 및 수학식 1을 이용하여 제1 시각 신호(S1) 및 전력 기준시(S3)의 TVE 값(T1)을 측정할 수 있다.
측정된 TVE 값(T1)은 중앙 시스템으로 전송된다. IEEE C37.118에서는 상술한 수학식 1에 의해 측정된 TVE 값이 1%(시간으로는 ±26.5μs) 이내가 되는 것을 고정밀 전력 서비스에 필요한 권고사항으로 규정한다. 따라서, 중앙 시스템은 TVE 값(T1) 및 단말 장치에서 측정된 전기 특성을 이용하여 전력 그리드의 제어를 수행할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 실시예에 따른 전력 기준시 생성부의 구성을 설명한다.
도 3은 실시예에 따른 전력 기준시 생성부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도 1의 전력 기준시 생성부(300)에 출력 인터페이스 감시장치(350)를 추가로 구비할 수 있다. 출력 인터페이스 감시장치(350)는 전력 기준시 설정 장치(330)로부터 전력 기준시(S3)를 수신하고, 전력 기준시(S3)에 대응하는 출력 인터페이스 신호를 생성한다.
출력 인터페이스 감시 장치(350)는 전력 기준시(S3)에 대응하는 복수의 인터페이스 신호가 이상 없이 전송되는지 여부를 모니터링하고, 각 인터페이스의 연결 및 체결 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
전력 기준시(S3)에 대응하는 인터페이스 신호는 PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol) 신호, ToD(Time of Day) 신호, IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B) 신호, 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호의 형태로 출력될 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 시각 신호를 포함하는 모든 인터페이스 신호를 포함할 수 있다.
출력 인터페이스 감시장치(350)에서 출력된 인터페이스 신호는 전력 그리드에 포함된 단말 장치로 전송될 수 있다. 구체적인 전송 방법은 후술하는 도 4를 참조하여 설명한다.
이하, 도 4를 참조하여 실시예에 따른 전력 기준시 전송 과정을 설명한다.
도 4는 실시예에 전력 기준시 전송 과정의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 전력 그리드에 포함된 복수의 지역에 지역본부 시간 서버(410)가 설치된다. 이 때, 복수의 지역은 복수의 변전소를 의미할 수 있다. 또한, 전력 기준시(S3)는 도 3에 기재된 PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol) 신호, ToD(Time of Day) 신호, IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B) 신호, 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호를 포함할 수 있다.
전력 기준시 생성부(300)에서 생성된 전력 기준시(S3)는 광통신망을 이용하여 설치된 지역본부 시간 서버(410)로 전송되어 동기화된다. 지역본부 시간 서버(410)로 동기화된 전력 기준시(S3)를 광통신망을 이용하여 말단 시간 서버(420)로 전송되어 동기화된다.
말단 시간 서버(420)에서 동기화된 전력 기준시(S3)에 대응하는 시각 정보는 광통신망 등을 이용하여 지능화 단말 장치(430)로 전송된다. 이 때, 지능화 단말 장치(430)는 복수의 PMU를 포함할 수 있다. PMU는 인터페이스 신호를 이용하여 내부의 시각과 동기화하고, 각 PMU에서 측정된 전압 및 전류의 크기와 위상, 주파수 등의 전기특성을 분석하여 전력 그리드의 상태를 파악한다.
하지만, 실시예의 지능화 단말 장치(430)가 이에 한정되는 것은 아니며, 지능화 단말 장치(430)는 PMU, FRTU(Reeder Remote Terminal Unit), IED(Intelligent Electric Device), RTU(Remote Terminal Unit)과 같은 시각 신호를 이용하는 모든 단말 장치를 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 실시예에 전력망 시각 동기 정확도 측정 방법을 설명한다.
도 5는 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단계(S100)에서는, GPS 수신기(100)가 GPS 신호를 수신하여 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호를 생성한다. 하지만, 실시예에 따른 GPS 신호가 한가지로 한정되는 것은 아니며, 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System), 유럽의 GALILEO(Europian Satellite Navigation System) 등과 같은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호 또는 기준시 또는 시각 정보를 포함하는 모든 신호를 포함할 수 있다.
단계(S200)에서는, 제2 시각 신호 생성부(200)가 국가 표준시에 대응하는 제2 시각 신호(S2)를 생성한다. 국가 표준시는 한국표준과학연구원으로부터 수신하며, 한국표준과학연구원은 국가 표준시를 생성, 관리, 보급 및 UTC(Universal Time Coordinated, 세계 협정시)와 소급성을 확보하는 역할을 수행한다. 이 때, 제1 시각 신호(S1) 및 제2 시각 신호(S2)는 1PPS(Pulse Per Second) 신호 및 10Mhz 주파수 신호의 형태를 가질 수 있다.
단계(S300)에서는, 시각 편차 측정기(310)가 제1 시각 신호(S1) 및 제2 시각 신호(S2)를 수신하여 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차를 측정한다. 이 때, 시각 편차는 TIE(Time interval Error)값을 의미할 수 있다.
또한, 단계(S300)에서, 시각 편차 측정기(310)는 측정된 시각 편차 값을 디스플레이(320)를 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다. IEEE C37.118(IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems)에서는 시각 편차가 ±1μs(10-6초) 이내를 권고한다. 따라서, 사용자는 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 권고 사항 이내의 값을 가지는지 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
단계(S400)에서는, 전력 기준시 설정 장치(330)가 측정된 시각 편차에 따라 제1 시각 신호(S1)과 제2 시각 신호(S2) 중 어느 하나를 전력 기준시(S3)로 설정한다.
구체적으로, 단계(S410)에서는, 시각 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우에는, 제2 시각 신호(S2)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 즉, 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 기준값 이하인 경우, 국가 표준시에 대응하는 제2 시각 신호(S2)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다.
또한, 단계(S420)에서는, 시각 편차가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우에는, 제1 시각 신호(S1)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 즉, 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 시각 편차가 기준값 초과인 경우, GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호(S1)를 전력 기준시(S3)로 설정할 수 있다. 이 때, 기준값은 ±1μs로 설정할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치는 GPS 신호에 따른 제1 시각 신호(S1)를 기준으로 전력 기준시(S3)가 10-6초 이하의 정밀도를 가질 수 있도록 전력 기준시(S3)를 생성한다.
단계(S430)에서는, 설정된 전력 기준시(S3)에 대응하는 인터페이스 신호를 지능화 단말 장치(430)로 전송한다. 전력 기준시(S3)에 대응하는 인터페이스 신호는 PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol) 신호, ToD(Time of Day) 신호, IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B) 신호, 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호의 형태로 출력될 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 시각 신호를 포함하는 모든 인터페이스 신호를 포함할 수 있다.
또한, 단계(S430)에서는, 전력 기준시 생성부(300)에서 생성된 전력 기준시(S3)는 광통신망을 이용하여 설치된 지역본부 시간 서버(410)로 전송되어 동기화된다. 지역본부 시간 서버(410)로 동기화된 전력 기준시(S3)를 광통신망을 이용하여 말단 시간 서버(420)로 전송되어 동기화된다. 또한, 말단 시간 서버(420)에서 동기화된 전력 기준시(S3)에 대응하는 시각 정보는 광통신망을 이용하여 지능화 단말 장치(430)로 전송된다.
또한, 단계(S430)에서, 출력 인터페이스 감시 장치(350)는 전력 기준시(S3)에 대응하는 복수의 인터페이스 신호가 이상 없이 전송되는지 여부를 모니터링하고, 각 인터페이스의 연결 및 체결 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
단계(S500)에서는, 제1 시각 신호(S1)와 전력 기준시(S3)의 TVE 값을 출력한다. 구체적으로, 단계(S410)에서 제2 시각 신호(S2)가 전력 기준시(S3)로 설정되는 경우, TVE 측정기(340)에서 제1 시각 신호(S1)와 제2 시각 신호(S2)의 TVE 값을 상술한 수학식 1을 이용하여 도출한다.
또한, 단계(S500)에서는, 단계(S420)에서 제1 시각 신호(S1)가 전력 기준시(S3)로 설정되는 경우, 비교 대상이 동일하므로, TVE 측정기(340)에서 도출되는 TVE값은 0이 도출된다. 도출된 TVE 측정기에서 측정되 TVE 값은 중앙 시스템(미도시)으로 출력된다.
더불어, IEEE C37.118에서는 상술한 수학식 1에 의해 측정된 TVE 값이 1%(시간으로는 ±26.5μs) 이내가 되는 것을 고정밀 전력 서비스에 필요한 권고사항으로 규정한다.
단계(S600)에서는, 중앙 시스템(미도시)에서 지능화 단말 장치(430)에서 측정된 전기 특성 정보와, TVE 값(T1)을 수신한다. 중앙 시스템은, 전기 특성 정보 및 TVE 값을 이용하여 전력 그리드의 운영, 제어를 위한 판단 참고자료로 활용할 수 있다.
이 때, 실시예에 따른 중앙 시스템은 상술한 WAMS, WAMAC, WAMPAC 등과 같이 시각 정보를 이용하여 전력 그리드를 실시간으로 감시, 평가함으로써, 고장이 발생할 경우 운전자가 신속 대응할 수 있도록 하는 모든 시스템을 의미할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되며 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 전력망 시각 동기 정확도 측정 장치
100: GPS 수신기
200: 제2 시각 신호 생성부
300: 전력 기준시 생성부
310: 시각 편차 측정기
320: 디스플레이
330: 전력 기준시 설정 장치
340: TVE 측정기
350: 출력 인터페이스 감시장치
410: 지역본부 시간 서버
420: 말단 시간 서버
430: 지능화 단말 장치

Claims (14)

  1. GPS(Global Positioning System) 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호를 생성하는 GPS 수신기,
    국가 표준시를 이용하여 제2 시각 신호를 생성하는 제2 시각 신호 생성부, 그리고
    전력 계통에 포함된 지능화 단말 장치를 위한 전력 기준시를 생성하고, 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호를 비교하여 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호의 시각 편차를 측정하고, 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값을 디스플레이에 출력하는 전력 기준시 생성부를 포함하며,
    상기 전력 기준시는 상기 전력 계통의 전압과 전류를 측정하기 위한 시간 기준 값을 의미하고, 상기 지능 단말 장치는 시각 동기 및 시각 정보를 이용하여 시계열 정량 데이터를 출력하는 모든 단말 장치를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 기준시 생성부는,
    전력 기준시 설정 장치를 포함하며,
    상기 전력 기준시 설정 장치는,
    상기 시간 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제2 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하고,
    상기 시간 편차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 기준시 생성부는,
    TVE(Total Vector Error) 측정기를 더 포함하며,
    상기 TVE 측정기는,
    상기 제1 시각 신호 및 상기 전력 기준시를 이용하여 TVE 값을 측정하고,
    상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값 및 상기 TVE 값을 전력 기준시 운용 프로그램으로 전송하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 기준시 생성부는,
    출력 인터페이스 감시장치를 더 포함하며,
    상기 출력 인터페이스 감시장치는,
    상기 전력 기준시를 상기 단말 장치로 전송하기 위한 복수의 인터페이스의 터미널 체결 여부 및 시간 전송 상태를 모니터링하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인터페이스는,
    PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol), ToD(Time of Day), IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B), 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단말 장치는,
    PMU(Phasor Measurement Unit), FRTU(Feeder Remote Terminal Unit), IED(Intelligent Electric Device), RTU(Remote Terminal Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준값은 ±1μs인, 전력망 시각 동기 정확도 감시 장치.
  8. GPS(Global Positioning System) 수신기가, GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호에 대응하는 제1 시각 신호를 생성하는 단계,
    제2 시각 신호 생성부가 국가 표준시를 이용하여 제2 시각 신호를 생성하는 단계,
    전력 기준시 생성부가, 전력 계통에 포함된 지능화 단말 장치를 위한 전력 기준시를 생성하는 단계, 그리고
    상기 전력 기준시 생성부가, 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호를 비교하여 상기 제1 시각 신호와 상기 제2 시각 신호의 시각 편차를 측정하며, 상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값을 디스플레이에 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 전력 기준시는 상기 전력 계통의 전압과 전류를 측정하기 위한 시간 기준을 의미하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 기준시를 생성하는 단계는,
    상기 시간 편차가 미리 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제2 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하는 단계, 그리고
    상기 시간 편차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 시각 신호를 상기 전력 기준시로 설정하는 단계
    를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시간 정확도 값을 출력하는 단계는,
    상기 제1 시각 신호 및 상기 전력 기준시를 이용하여 TVE(Total Vector Error) 값을 측정하는 단계, 그리고
    상기 시각 편차에 따른 시간 정확도 값 및 상기 TVE 값을 전력 기준시 운용 프로그램으로 전송하는 단계
    를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시간 정확도 값을 출력하는 단계는,
    상기 전력 기준시를 상기 단말 장치로 전송하기 위한 복수의 인터페이스의 터미널 체결 여부 및 시간 전송 상태를 모니터링하는 단계
    를 더 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인터페이스는,
    PTP(Precision Time Protocol)/NTP(Network Time Protocol), ToD(Time of Day), IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group-B), 1PPS(Pulse Per Second) 신호, 10Mhz 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단말 장치는,
    PMU(Phasor Measurement Unit), FRTU(Feeder Remote Terminal Unit), IED(Intelligent Electric Device), RTU(Remote Terminal Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기준값은 ±1μs인, 전력망 시각 동기 정확도 감시 방법.
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