KR20230064270A - 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템 - Google Patents

직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20230064270A
KR20230064270A KR1020210149678A KR20210149678A KR20230064270A KR 20230064270 A KR20230064270 A KR 20230064270A KR 1020210149678 A KR1020210149678 A KR 1020210149678A KR 20210149678 A KR20210149678 A KR 20210149678A KR 20230064270 A KR20230064270 A KR 20230064270A
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강재식
강대욱
박영주
이상중
이종필
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Abstract

본 발명은 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 직류 송배전망에서 각 제어기에 모니터링 블록을 일체화하여 제어기의 고장 발생시에 신속하게 대응하여 계통 안정성을 확보할 수 있는 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는, 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어기;를 포함하며, 상기 제1 제어기는, 제1 제어 블록; 및 상기 제1 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록을 절체시키는 제1 모니터링 블록;을 포함하고, 상기 제1 제어기는, 상기 제1 모니터링 블록이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제1 제어 블록과 직접 연동되도록 일체화하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템을 개시한다.

Description

직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템{Apparatus, method and system for high-speed control platform for voltage direct current transmission network}
본 발명은 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 직류 송배전망에서 각 제어기에 모니터링 블록을 일체화하여 제어기의 고장 발생시에 신속하게 대응하여 계통 안정성을 확보할 수 있는 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 대규모 전력 계통망의 전력 제어 및 안정도 개선을 위하여 HVDC(High Voltage Direct Current transmission), MVDC(Medium Voltage Direct Current transmission) 등 직류 송배전 시스템이 널리 사용되고 있다.
직류 송배전 시스템은 송전소가 발전소에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜서 송전한 후, 수전소에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 송배전 시스템을 말하며 장거리 송전, 비동기 계통 연계, 해저 케이블 사용 가능 등의 장점을 가진다.
한편, 직류 송배전 시스템에 이용되는 전압형 컨버터는 다양한 종류가 있으나, 최근 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multi-Level Converter, MMC)가 주목받고 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)는 다수의 서브 모듈(Sub-Module)을 이용하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치이며, 각각의 서브 모듈을 충전, 방전, 바이패스 상태로 제어하여 동작한다.
그런데, 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 기반 직류 송배전 시스템에서 제어기에 고장이 발생하게 되면 계통 전체의 전력 수급의 불안정을 초래할 위험이 발생하게 되며, 나아가 심각한 경우에는 인접한 계통에 대한 영향으로 계통 불안정이 파급되면서 대규모 정전 사태가 발생할 가능성까지도 따를 수 있다.
이에 따라, 상기 제어기의 고장으로 인한 계통의 영향을 최소화할 수 있도록 상기 제어기를 이중화하여 구성하는 방안이 시도되고 있다.
그런데, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)에서는 다수의 서브 모듈에서 다량의 데이터를 사용하게 되므로, 제어기의 고장시 데이터 전달을 통하여 이중화 구조를 구현하는 것이 어렵다는 제약이 따르게 된다.
이에 대하여, 여러 선진 업체 등에서도, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 다양한 보호 기술 및 장비를 개발하고 있으나 구체적인 기술 구성에 대한 접근은 쉽지 않은 상황이다.
이에 따라, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 직류 송배전망에서 제어기의 고장을 신속하게 감지하여 처리함으로써 계통에서의 불안정을 방지하고 효과적으로 대응할 수 있도록 하는 방안이 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 대안이 제시되지 못하고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0034270호 (2017.03.28)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 직류 송배전망에서 제어기의 고장 발생을 신속하게 감지하여 처리할 수 있는 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 직류 송배전망에서 제어기의 고장 여부를 감시하는 기능에 고장이 발생하는 경우도 감지하여 대응할 수 있도록 하여 계통의 안정성을 더욱 개선할 수 있는 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템은, 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어기;를 포함하며, 상기 제1 제어기는, 제1 제어 블록; 및 상기 제1 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록을 절체시키는 제1 모니터링 블록;을 포함하고, 상기 제어기는, 상기 제1 모니터링 블록이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제1 제어 블록과 직접 연동되도록 일체화하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 모니터링 블록은, 상기 제1 제어기에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상을 모니터링하여 상기 제1 제어 블록의 고장 여부를 판단할 수 있다.
이때, 상기 제1 모니터링 블록은, 상기 제1 제어기에 대한 상태 정보를 실시간 저장하여 진단을 위하여 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기;를 더 포함하며, 상기 제2 제어기는, 제2 제어 블록; 상기 제2 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록을 절체시키는 제2 모니터링 블록;을 포함하며, 상기 제2 제어기는, 상기 제2 모니터링 블록이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제2 제어 블록과 직접 연동되도록 일체화하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 모니터링 블록에서는, 상기 제1 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어기를 상기 제2 제어기로 절체시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 모니터링 블록과 상기 제2 모니터링 블록은 서로 연결되어 상기 제1 제어기와 상기 제2 제어기에 대한 정보를 주고 받을 수 있다.
이때, 상기 제2 모니터링 블록에서는, 상기 제1 모니터링 블록에 고장이 발생했다고 판단되는 경우, 상기 제1 제어기를 상기 제2 제어기로 절체시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 직류 송배전망용 제어 방법은, 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 제어를 수행하는 방법에 있어서, 제1 모니터링 블록에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하는 단계; 및 상기 제1 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록을 절체시키는 단계;를 포함하며, 상기 제1 모니터링 블록과 상기 제1 제어 블록은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 제1 제어기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 모니터링 블록에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하는 단계; 및 상기 제2 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제2 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록을 절체시키는 단계;를 더 포함하며, 상기 제2 모니터링 블록과 상기 제2 제어 블록은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 상기 제1 제어기에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기를 구성할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에서는, 직류 송배전망에서 제어기의 고장 발생을 신속하게 감지하여 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에서는, 직류 송배전망에서 제어기의 고장 여부를 감시하는 모니터링 블록에 고장이 발생하는 경우도 감지하여 대응할 수 있도록 하여 계통의 안정성을 더욱 개선할 수 있게 된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 계통 보호 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어기의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 개념을 적절하게 정의한 것으로 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 하며, 단지 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
구성요소들에 참조 부호를 부여함에 있어, 참조 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니며, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다.
본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 단수 형태로 구성요소가 표현되는 경우 특별히 언급하지 않는 한 그 구성요소가 복수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "제1", "제2", 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되는 경우, 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 연결될 수도 있다는 것을 의미한다.
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.
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에 대한 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 차례로 설명한다.
먼저, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)의 블록도가 도시되어 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)은, 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어기(110)를 포함하며, 상기 제1 제어기(110)는, 제1 제어 블록(111) 및 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록(111)의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록(111)을 절체시키는 제1 모니터링 블록(112)을 포함하고, 상기 제1 제어기(110)는, 상기 제1 모니터링 블록(112)이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제1 제어 블록(111)과 직접 연동되도록 일체화하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 제1 모니터링 블록(112)은, 도 3에서 볼 수 있는 바와 갈이, 상기 제1 제어기(110)에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상을 모니터링하여 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는 직류 송배전망에서 제어기의 고장 발생을 신속하게 감지하여 처리할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 모니터링 블록(112)은, 상기 제1 제어기(110)에 대한 상태 정보를 실시간 저장할 수 있으며, 상기 저장된 상태 정보를 제공하여 진단을 위하여 사용하도록 할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 갈이, 상기 제1 제어기(110)에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기(120)가 더 포함될 수 있다.
여기서, 상기 제2 제어기(120)는, 제2 제어 블록(121), 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록(121)의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록(121)을 절체시키는 제2 모니터링 블록(122)을 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2제어기(120)는, 상기 제2 모니터링 블록(122)이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제2 제어 블록(121)과 직접 연동되도록 일체화하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는, 상기 제1 제어 블록(111)에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어기(110)를 상기 제2 제어기(120)로 절체시켜 대응할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는, 상기 제1 제어기(110)에 고장이 발생하더라도 상기 제2 제어기(120)가 신속하게 상기 제1 제어기(110)를 대체하여 동작하도록 하여, 계통을 보다 안정적으로 운용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에는, 상기 제1 모니터링 블록(112)과 상기 제2 모니터링 블록(122)은 서로 연결되어 상기 제1 제어기(110)와 상기 제2 제어기(120)에 대한 정보를 주고 받을 수 있다.
나아가, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는, 상기 제1 모니터링 블록(112)에 고장이 발생했다고 판단되는 경우, 상기 제1 제어기(110)를 상기 제2 제어기(120)로 절체시켜 대응할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는, 상기 제1 모니터링 블록(112)에 고장이 발생한 경우도 감지하여 상기 제1 제어기(110)를 상기 제2 제어기(120)로 절체하여 줌으로써, 계통을 보다 안정적으로 운용할 수 있게 된다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)을 구성 요소 별로 나누어 자세하게 살핀다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서, 상기 제1 제어기(110)는 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하게 된다.
이때, 상기 제1 제어기(110)는, 제1 제어 블록(111) 및 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록(111)의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록(111)을 절체시키는 제1 모니터링 블록(112)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 제어 블록(111)은 중앙 처리 장치(CPU)와 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함하여 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 제어 블록(111)에는 전원 블록(111a), 이더넷 통신 블록(111b), 클럭 발생 블록(111c), 데이터 동신 블록(111d), 광통신 블록(111e) 중 하나 이상이 포함될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 제어 블록(111)에서는 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하여 제어를 수행하게 된다.
이때, 상기 직류 송배전망은 교류를 직류로 변환하여 전송하는 HVDC(High Voltage Direct Current transmission), MVDC(Medium Voltage Direct Current transmission) 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 복수의 구성 장치에는 상기 직류 송배전망에 구비되는 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multi-Level Converter, MMC) 등이 포함될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 통신 버스는 상기 직류 송배전망에서 각 구성 장치 등과 데이터를 송수신하기 위하여 사용되는 일체의 통신 네트워크를 포함하여 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 통신 버스는 IEC 61850 등에 기반하여 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는, 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록(111)의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록(111)을 절체시키게 된다.
이때, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 제어기(110)에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상을 모니터링하여 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있는 다양한 정보를 활용하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는 상기 제1 제어기(110)에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상에 대하여, 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는 상기 전원 블록(111a)의 전원이 미리 정해진 규격 범위에 있는지, 상기 이더넷 통신 블록(111b)에서 데이터의 송수신이 정상적으로 처리되고 있는지, 상기 클럭 발생 블록(111c)에서 클럭 신호가 정상적으로 출력되고 있는지 등을 판단하여, 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는 이외에도 다양한 방법으로 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는 딥 러닝(Deep Learning)이나 기계 학습(Machine Learning) 등 학습 모델을 이용하여 구성되어 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수도 있으며, 나아가 상기 제1 제어 블록(111)의 정상 동작 상태에서 학습을 통해 업데이트되어 상기 학습 모델의 정확도를 지속적으로 높일 수 있으며, 학습에 따라 보다 높은 정확도로 상기 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는 상기 제1 제어기(110)에 대한 상태 정보를 실시간 저장할 수 있으며, 이에 따라 상기 저장된 상태 정보를 제공하여 고장 원인 등을 보다 정확하게 진단하도록 할 수 있다.
또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에는, 상기 제1 제어기(110)에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기(120)가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 제2 제어기(120)는, 제2 제어 블록(121), 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록(121)의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록(121)을 절체시키는 제2 모니터링 블록(122)을 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2제어기(120)는, 상기 제2 모니터링 블록(122)이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제2 제어 블록(121)과 직접 연동되도록 일체화하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 제어기(120)는 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하게 된다.
이때, 상기 제2 제어기(120)는, 제2 제어 블록(121) 및 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록(121)의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록(121)을 절체시키는 제2 모니터링 블록(122)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2 제어 블록(121)은 상기 제1 제어 블록(111)과 같이 중앙 처리 장치(CPU)와 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함하여 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 제2 제어 블록(121)에는 상기 제1 제어 블록(111)과 갈이 전원 블록(미도시), 이더넷 통신 블록(미도시), 클럭 발생 블록(미도시), 데이터 동신 블록(미도시), 광통신 블록(미도시) 중 하나 이상이 포함될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2제어 블록(121)에서는 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하여 제어를 수행하게 된다.
이때, 상기 직류 송배전망은 교류를 직류로 변환하여 전송하는 HVDC(High Voltage Direct Current transmission), MVDC(Medium Voltage Direct Current transmission) 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 복수의 구성 장치에는 상기 직류 송배전망에 구비되는 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multi-Level Converter, MMC) 등이 포함될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 통신 버스는 상기 직류 송배전망에서 각 구성 장치 등과 데이터를 송수신하기 위하여 사용되는 일체의 통신 네트워크를 포함하여 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 통신 버스는 IEC 61850 등에 기반하여 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는, 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록(121)의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록(121)을 절체시키게 된다.
이때, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 상기 제1 모니터링 블록(112)과 같이 상기 제2 제어기(120)에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상을 모니터링하여 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있는 다양한 정보를 활용하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 상기 제2 제어기(120)에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상에 대하여, 미리 정해진 기준치와 대비하여 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 상기 전원 블록(미도시)의 전원이 미리 정해진 규격 범위에 있는지, 상기 이더넷 통신 블록(미도시)에서 데이터의 송수신이 정상적으로 처리되고 있는지, 상기 클럭 발생 블록(미도시)에서 클럭 신호가 정상적으로 출력되고 있는지 등을 판단하여, 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 이외에도 다양한 방법으로 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 딥 러닝(Deep Learning)이나 기계 학습(Machine Learning) 등 학습 모델을 이용하여 구성되어 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수도 있으며, 나아가 상기 제2 제어 블록(121)의 정상 동작 상태에서 학습을 통해 업데이트되어 상기 학습 모델의 정확도를 지속적으로 높일 수 있으며, 학습에 따라 보다 높은 정확도로 상기 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 판단할 수 있게 된다.
또한, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 상기 제2 제어기(120)에 대한 상태 정보를 실시간 저장할 수 있으며, 이에 따라 상기 저장된 상태 정보를 제공하여 고장 원인 등을 보다 정확하게 진단하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서는, 상기 제1 제어 블록(111)에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어기(110)를 상기 제2 제어기(120)로 절체시켜, 상기 제2 제어기(120)가 상기 고장 상태의 제1 제어기(110)를 대체하여 동작하도록 처리할 수 있다.
나아가, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 모니터링 블록(112)과 상기 제2 모니터링 블록(122)은 서로 연결되어 상기 제1 제어기(110)와 상기 제2 제어기(120)에 대한 정보를 주고 받을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서, 상기 제1 모니터링 블록(112)과 상기 제2 모니터링 블록(122)은 상기 제1 제어기(110)와 상기 제2 제어기(120)에 대한 정보를 서로 교환할 수 있고, 이를 이용하여 상기 제2 모니터링 블록(122)에서 상기 제1 제어기(110)의 고장 여부를 판단하거나, 상기 제1 모니터링 블록(112)에서 상기 제2 제어기(120)의 고장 여부를 판단할 수 있으며, 나아가 상기 제1 모니터링 블록(112)과 상기 제2 모니터링 블록(122)의 상기 제1 제어기(110)와 상기 제2 제어기(120)에 대한 고장 여부 판단 결과를 교차 검증할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는, 상기 제1 모니터링 블록(122)에 고장이 발생했다고 판단되는 경우, 상기 제1 제어기(110)를 상기 제2 제어기(120)로 절체시켜 상기 제2 제어기(120)가 상기 고장난 제1 제어기(110)를 대체하여 동작하도록 처리할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 상기 제1 모니터링 블록(112)에서 주기적으로 생성되어 전송되는 신호를 미리 정해진 기준 신호와 대비하여 상기 제1 모니터링 블록(112)의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.
그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 이외에도 다양한 방법으로 상기 제1 모니터링 블록(111)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제2 모니터링 블록(122)에서는 딥 러닝(Deep Learning)이나 기계 학습(Machine Learning) 등 학습 모델을 이용하여 상기 제1 모니터링 블록(112)으로부터 전송되는 신호를 분석하여 상기 제1 모니터링 블록(112)의 고장 여부를 판단할 수도 있으며, 나아가 상기 제1 모니터링 블록(112)의 정상 동작 상태에서 학습을 통해 업데이트되어 상기 학습 모델의 정확도를 지속적으로 높일 수 있으며, 학습에 따라 보다 높은 정확도로 상기 제1 모니터링 블록(112)의 고장 여부를 판단할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는, 각 제어기와 동일한 기판 보드 내에 각 모니터링 블록을 일체화하여 구성하고, 상기 모니터링 블록에서 제어기의 내부 전원, 통신 데이터, 클럭 신호, 리셋 신호, 중앙 처리 장치(CPU) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array) 상태 등에 대한 정보를 수집하고 이를 바탕으로 상기 각 제어기의 고장 여부를 판단하게 된다.
이에 따라, 상기 각 제어기에 고장이 발생하는 경우, 상기 각 모니터링 블록에서는 상기 각 제어기에 대한 가동 중단 또는 절체를 수행하고, 나아가 고장 진단을 위한 모니터링 정보를 저장할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는, 상기 제어기가 이중화 구조로 구성되는 경우 하나의 제어기에 고장이 발생허더라도 다른 제어기로 절체하여 시스템의 중단 없이 계속 운전을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서는, 시스템에서 요구되는 제어 주기보다 현저하게 빠른 속도로 상기 이중화된 모니터링 블록 간에 상태 정보를 교환하면서 이상 상태를 감지하여 처리할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 직류 송배전망용 제어 시스템(100)의 제어기를 이중화하여 고장 발생시에도 운전을 중지하지 않고 운전을 계속하면서 고가용성을 유지하고 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 모니터링 블록을 제어기에 내장하여 고장 상태를 빠르게 감지하고 절체를 수행하여 시스템의 과도 응답 특성을 개선할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 마스터(master) 제어기의 모니터링 블록에 고장이 발생하더라도 슬레이브(slave) 제어기에 의한 절체가 수행될 수 있어 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에서는 상기 모니터링 블록이 제어기와 일체화하여 구성되므로 백플레인 및 기타 시스템에 대한 변경없이 이중화 설비를 구성할 수 있게 된다.
또한, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 방법의 순서도를 예시하고 있다.
아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 방법을 검토한다. 다만, 본 발명에 대해서는 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 시스템(100)에서 보다 자세하게 설명한 바, 아래에서는 반복적인 설명은 생략하고, 본 발명의 요지를 중심으로 기술한다.
먼저, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 방법은, 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 제어를 수행하는 방법에 있어서, 제1 모니터링 블록(112)에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어 블록(111)의 고장 여부를 모니터링하는 단계(S110) 및 상기 제1 제어 블록(111)에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어 블록(111)의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록(111)을 절체시키는 단계(S120)를 포함하며, 이때 상기 제1 모니터링 블록(112)과 상기 제1 제어 블록(111)은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 제1 제어기(110)를 구성할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 제어 방법은, 제2 모니터링 블록(122)에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 블록(121)의 고장 여부를 모니터링하는 단계(미도시) 및 상기 제2 제어 블록(121)에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제2 제어 블록(121)의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록(121)을 절체시키는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 모니터링 블록(122)과 상기 제2 제어 블록(121)은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 상기 제1 제어기(110)에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기(120)를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 앞서 살핀 직류 송배전망용 제어 방법의 각 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 판독가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 것을 특징으로 한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴파일러에 의해 만들어지는 기계어 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램일 수도 있다. 이때, 상기 컴퓨터로서는 퍼스널 컴퓨터(PC)나 노트북 컴퓨터 등에 한정되지 아니하며, 서버, 스마트폰, 태블릿 PC, PDA, 휴대전화 등 중앙처리장치(CPU)를 구비하여 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 일체의 정보처리 장치를 포함한다.
상기 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에서는, 직류 송전망에서 제어기의 고장 발생을 신속하게 감지하여 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 송배전망용 고속 제어 플랫폼 장치, 방법 및 시스템에서는, 직류 송배전망에서 제어기의 고장 여부를 감시하는 모니터링 블록에 고장이 발생하는 경우도 감지하여 대응할 수 있도록 하여 계통의 안정성을 더욱 개선할 수 있게 된다.
본 명세서에서 설명된 위 실시예 및 도면들은 단지 예시적인 것일 뿐, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에 도시된 구성요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한 본 발명 중 방법 발명에서 제시하는 단계들은 반드시 그 선후의 순서에 대한 구속을 의도한 것이 아니며, 각 공정의 본질에 따라 반드시 어느 단계가 선행되어야 하는 것이 아닌 한 순서는 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등 범주 내에서 설계 조건 및 요소에 따라 구성될 수 있음을 이해할 수 있다.
100 : 직류 송배전망용 제어 시스템
110 : 제1 제어기
111 : 제1 제어 블록
111a : 전원 블록
111b : 이더넷 통신 블록
111c : 클럭 발생 블록
111d : 데이터 동신 블록
111e : 광통신 블록
112 : 제1 모니터링 블록
120 : 제2 제어기
121 : 제2 제어 블록
122 : 제2 모니터링 블록

Claims (9)

  1. 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어기;를 포함하며,
    상기 제1 제어기는,
    제1 제어 블록; 및
    상기 제1 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제1 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록을 절체시키는 제1 모니터링 블록;을 포함하고,
    상기 제1 제어기는, 상기 제1 모니터링 블록이 상기 통신 버스를 거치지 않고 상기 제1 제어 블록과 직접 연동되도록 일체화하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모니터링 블록은,
    상기 제1 제어기에 대하여 전원 관련 상태 정보, 통신 관련 상태 정보, 클럭 신호 관련 정보, 리셋 신호 관련 정보, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 관련 상태 정보 중 하나 이상을 모니터링하여 상기 제1 제어 블록의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모니터링 블록은,
    상기 제1 제어기에 대한 상태 정보를 실시간 저장하여 진단을 위하여 제공하는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어기에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기;를 더 포함하며,
    상기 제2 제어기는,
    제2 제어 블록;
    상기 제2 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하여 고장 상태로 진단되는 경우, 상기 제2 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록을 절체시키는 제2 모니터링 블록;을 포함하며,
    상기 제2 모니터링 블록은 상기 제2 제어 블록과 일체화하여 상기 제2 제어기를 구성하여 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 모니터링 블록에서는,
    상기 제1 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어기를 상기 제2 제어기로 절체시키는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 모니터링 블록과 상기 제2 모니터링 블록은 서로 연결되어 상기 제1 제어기와 상기 제2 제어기에 대한 정보를 주고 받는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 모니터링 블록에서는,
    상기 제1 모니터링 블록에 고장이 발생했다고 판단되는 경우, 상기 제1 제어기를 상기 제2 제어기로 절체시키는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 시스템.
  8. 직류 송배전망의 복수의 구성 장치와 통신 버스를 통해 연결되어 제어를 수행하는 방법에 있어서,
    제1 모니터링 블록에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제1 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하는 단계; 및
    상기 제1 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제1 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제1 제어 블록을 절체시키는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 모니터링 블록과 상기 제1 제어 블록은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 제1 제어기를 구성하는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제2 모니터링 블록에서, 상기 복수의 구성 장치에 대한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 블록의 고장 여부를 모니터링하는 단계; 및
    상기 제2 제어 블록에 대하여 고장 상태로 진단하는 경우, 상기 제2 제어 블록의 동작을 중단시키거나 상기 제2 제어 블록을 절체시키는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제2 모니터링 블록과 상기 제2 제어 블록은 상기 통신 버스를 거치지 않고 직접 연동되도록 일체화된 구조로 상기 제1 제어기에 대한 예비 장치(redundancy)로 기능하는 제2 제어기를 구성하는 것을 특징으로 하는 직류 송배전망용 제어 방법.
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