KR20230070822A - 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션 - Google Patents

디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션 Download PDF

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Abstract

디지털 변전소를 구성하는 설비 중 다수의 IED(Intelligent Electronic Device) 및 원격단말장치(Remote Terminal Units; RTU)의 정보를 연계하는 정보연계장치가 취득한 다양한 전력 정보를 외부 시스템과 손쉽게 연계할 수 있도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션에 관한 것으로서, 디지털 변전소에 설치되며, 디지털 변전소 내부 IED의 정보 취득 및 제어를 시행하고, 디지털 변전소 외부 SCADA에 전력설비 정보를 제공하며 SCADA의 제어정보를 IED로 하달하는 SA(Substation Automation) 운영시스템을 구비하고, SA 운영시스템은 변전소 내 모든 전력설비의 운전 정보를 취득·처리하고 제어하는 정보연계장치, 정보연계장치와 IEC-61850 인터페이스를 통해 취득한 다양한 전력 정보를 범용 인터페이스를 통해 인터페이스하고, 범용 인터페이스를 통해 수신한 전력 요청정보는 IEC-61850 인터페이스를 통해 상기 정보연계장치에 인터페이스하는 SA 전용 어댑터 및 SA 전용 어댑터를 통해 수신한 전력 정보의 정합성을 보증하고, 레거시 시스템별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 전력 정보를 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송하고, 레거시 시스템으로부터 범용 인터페이스를 통해 전송된 전력 요청 정보는 수신하여 정보연계장치로 전달하는 SA연계 솔루션을 포함한다.

Description

디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션{Enterprise Application Integration Solution for Substation Automation System}
본 발명은 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션에 관한 것으로, 특히 디지털 변전소를 구성하는 설비 중 다수의 IED(Intelligent Electronic Device) 및 원격단말장치(Remote Terminal Units; RTU)의 정보를 연계하는 정보연계장치가 취득한 다양한 전력 정보를 외부 시스템과 손쉽게 연계할 수 있도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션에 관한 것이다.
한국전력공사(이하, "한전"이라 약칭함)는 2013년부터 신규 건설되거나 교체되는 변전소는 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 디지털 변전소를 도입하고 있다. 전국 총 900여 개의 변전소 중, 현재 100여 개 변전소가 디지털 변전소로 전환이 완료되었으며, 잔여 변전소도 지속적으로 디지털 변전소로 전환되고 있다.
기존 RTU 기반 변전소는 현장에서 운영되는 설비들의 정보를 RTU를 통해 원방에서 감시, 계측 및 제어할 수 있도록 기능을 제공하는 시스템이었다. 그러나 새롭게 전환되는 디지털 변전소는 다수의 IED와 SA 운영시스템 및 기타 장치 등으로 구성된 다양한 설비들에 대한 관리정보를 국제 표준 규격으로 제공할 뿐 아니라, 다양한 융/복합 시스템에서 활용 가능한 기반 데이터를 제공한다.
최근 한전은 신재생 발전량 증가, 송전/배전용 ESS 도입, 디지털 변전소 확대, 전력 그리드 확장 등으로 다양한 전력설비의 관리가 필요하여 2030년까지 다양한 전력 데이터를 연계하여 통합·운영하기 위한 ICT 융합 지능형 전력망을 구축하고 있으며, 그 일환으로 다양한 전력 설비들의 데이터를 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 인터페이스로 관리하여 원방 감시 제어 시스템(이하, "SCADA"라 약칭함)으로 연계하는 디지털 변전소 전환을 가속화하고 있다.
4차 산업혁명 시대에 급변하는 정보화 홍수 속에서 다양한 정보들이 기관과 기관의 공공정보화, 타 산업 간의 정보 공유를 통한 신가치 창출 등 사회 전반에서 융·복합 산업이 육성되고 있다. 특히, 한전이 구축하는 ICT 융합 지능형 전력망을 통해 확보 가능한 전력 정보는 다양한 산업 분야의 기반 정보로 활용할 수 있어 효용적인 가치가 매우 크다.
이러한 효용성 높은 다양한 전력 정보를 제공하는 디지털 변전소는 외부 시스템과 연계하기 위해 전체적인 설비 상태 및 데이터를 관리하는 SA 운영시스템과의 연계 가능하도록, 한전의 특화된 통신 프로토콜인 KEPCO DNP1.0과 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 인터페이스를 제공한다.
특히, IEC-61850은 국제 전기기술 위원회(IEC)에서 1995년 제안된 변전소 내 통신 표준으로 기존 통신 프로토콜과 차별화된 데이터 모델과 추상적 통신 서비스 개념을 도입하였으며, 변전소 구성 언어(SCL: Substation Configuration description Language)를 개발하고 적용하여 변전 자동화 분야뿐 아니라 전력과 관련된 다양한 도메인에서 활용되고 있을 뿐 아니라 새로운 전력 분야 및 기술 발전에 따라 지속적으로 재개정이 추진되고 있다.
그러나 다양한 산업의 정보가 융·복합하여 새로운 가치를 창출하는 시대가 도래한 시점에서 디지털 변전소와 연계가 필요한 기타 산업 분야에서 한전의 특화된 KEPCO DNP1.0이나 전력 분야의 특화된 IEC-61850 인터페이스를 활용하여 연계 시스템을 구축하는 것은 기술적·비용적인 부분에서 효율적이지 않다.
이에 따라 전력 분야와 무관한 다양한 산업 분야에서 손쉽게 접근 가능한 인터페이스 연계가 필요하며, 전력산업이라는 특정 분야에 특화되지 않고 기술의 난이도가 높지 않아 접근성이 좋은 범용적인 인터페이스를 제공하는 통합 연계(EAI) 솔루션이 요구된다.
A Study on change from an RTU-based substation to IEC 61850-based SA substation
따라서 본 발명은 상기와 같이 디지털 변전소와 연계가 필요한 기타 산업 분야에서 한전의 특화된 인터페이스를 구축할 때 발생하는 문제를 해결하고, 전력산업이라는 특정 분야에 특화되지 않고 기술의 난이도가 높지 않아 접근성이 좋은 범용적인 인터페이스를 제공하는 통합 연계(EAI) 솔루션의 요구에 따라 제안된 것으로서, 디지털 변전소를 구성하는 설비 중 다수의 IED(Intelligent Electronic Device) 및 원격단말장치(Remote Terminal Units; RTU)의 정보를 연계하는 정보연계장치가 취득한 다양한 전력 정보를 외부 시스템과 손쉽게 연계할 수 있도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 디지털 변전소의 표준 데이터를 다양한 산업 분야의 시스템으로 손쉽게 연계할 수 있는 통합 연계(Enterprise Application Integration, 이하, "EAI"라 약칭함) 솔루션을 구성하는 방식으로 시스템 간의 인터페이스 통합 및 데이터 정합성 보증뿐 아니라 연계 시스템 구축 비용도 절감하도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디지털 변전소의 핵심 장치인 SA 운영시스템에 통합을 위한 SA 전용 Adaptor(Back-End) 도입을 통해 신규로 구축되는 디지털 변전소뿐 아니라, 기운영 중인 디지털 변전소도 운영 중단 없이 다양한 전력 정보를 외부 시스템과 손쉽게 연계할 수 있도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 통합 연계(EAI) 솔루션이 설치된 디지털 변전소는 추가로 신규 시스템과 연계 구축 시 레거시 전용 Adaptor(Front-End)의 제공과 신규 시스템의 데이터 연계 처리를 위한 서비스 등록만으로 손쉽게 연계할 수 있도록 한 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션"은,
디지털 변전소에 설치되며, 디지털 변전소 내부 IED의 정보 취득 및 제어를 시행하고, 디지털 변전소 외부 SCADA에 전력설비 정보를 제공하며 SCADA의 제어정보를 IED로 하달하는 SA(Substation Automation) 운영시스템을 포함하고,
상기 SA 운영시스템은,
전력 설비의 사용자 조작을 위한 SA 운영장치;
변전소 내 모든 전력설비의 운전 정보를 취득·처리하고 제어하는 정보연계장치;
이더넷 스위치를 포함한 네트워크장치;
상기 정보연계장치와 IEC-61850 인터페이스를 통해 취득한 다양한 전력 정보를 범용 인터페이스를 통해 인터페이스하고, 범용 인터페이스를 통해 수신한 전력 요청정보는 상기 IEC-61850 인터페이스를 통해 상기 정보연계장치에 인터페이스하는 SA 전용 어댑터; 및
상기 SA 전용 어댑터를 통해 수신한 전력 정보의 정합성을 보증하고, 레거시 시스템별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 전력 정보를 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송하고, 상기 레거시 시스템으로부터 범용 인터페이스를 통해 전송된 전력 요청 정보는 수신하여 상기 정보연계장치로 전달하는 SA연계 솔루션을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 레거시 시스템은,
범용 인터페이스를 이용하여 전력 정보를 요청하거나 전력 정보를 수신하는 레거시 전용 어댑터를 구비하고, 전력 정보 서비스 등록을 통해 상기 SA 운영시스템과 연계하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 SA연계 솔루션은,
레거시 전용 어댑터를 구비한 새로운 레거시 시스템의 접속 시 라이선스 및 접속 권한 부여를 통해 새로운 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록 처리해주는 것을 특징으로 한다.
상기에서 SA 운영시스템은,
디지털 변전소 운영 중 레거시 시스템의 신규 등록 요청 시 상기 통합 연계 솔루션에서 라이선스 및 접속 권한 부여를 통한 등록 처리를 통해 디지털 변전소의 중단 없이 신규 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록해주는 것을 특징으로 한다.
상기에서 SA 전용 어댑터는,
정보연계장치에서 전송된 IEC-61850 표준 인터페이스의 전력 정보를 논리 노드를 구성하는 최하위 모델인 공통 데이터 클래스(CDC)의 값(Value), 퀄리티(quality), 시간 스탬프(Time stamp)를 하나의 메타 데이터로 매핑하여 범용 인터페이스에서 사용하기 적합한 메시지 포맷으로 변환하여 상기 SA연계 솔루션에 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 SA연계 솔루션은,
SA 변전소의 데이터를 수신 및 분석하는 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher);
연계된 레거시 시스템을 위해 데이터를 수집하고 상기 연계된 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전력 정보를 전송하는 데이터 전송 모듈(Front-End Dispatcher);
접속되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하여 연계 시스템으로 등록 처리하고, 상기 데이터 수신 모듈에서 처리된 전력 데이터를 암호화하여 상기 데이터 전송 모듈을 통해 연계된 레거시 시스템에 전송하도록 제어하는 서비스 관리 프로세스(Service Middleware);
상기 서비스 관리 프로세스와 연동하며, 레거시 시스템으로 서비스할 인스턴트관리와 서비스 간의 처리 경쟁을 분산하기 위한 로드 밸런싱 기능을 제공하는 서비스 저장소(Service Repository);
연계되는 레거시 시스템의 요구에 맞는 전력 데이터를 저장하는 데이터 저장소(Data Store)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 서비스 관리 프로세스는,
연계되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하고, 전력 데이터의 암호화 처리를 위한 보안처리(Security) 모듈;
서비스 프로파일 설정 및 구성요소 관리를 위한 정책관리(Policy) 모듈;
연계용 디스패처 및 서비스 연계 DB 처리를 위한 운영관리(Manage) 모듈;
서비스 연계 현황 및 이력관리를 위한 보고서(Report) 모듈; 및
서비스 세션 및 라우팅 처리를 위한 세션 처리(Session) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 디지털 변전소의 핵심 장치인 정보연계장치와 SA연계 (EAI) 솔루션 구성을 통해 레거시 시스템이 원하는 다양한 전력설비의 서비스를 손쉽게 연계해주는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 인터페이스 등의 전력산업에 특화된 기반 지식이 수반되지 않아도 데이터 연계를 위한 기술 구현이 용이함에 따라 다양한 산업 분야의 활용을 도모해주는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 신규 도입되거나, 연계되는 레거시 시스템이 요구하는 서비스에 대해 디지털 변전소 운영의 중단없이 적용 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 SA연계(EAI) 솔루션이 도입된 디지털 변전소는 신규로 추가되는 레거시 시스템과의 연계를 위한 구축 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션의 구성도,
도 2는 도 1의 SA연계(EAI) 솔루션의 실시 예 구성도,
도 3은 도 1의 SA연계(EAI) 솔루션의 동작 흐름도,
도 4는 본 발명에서 전력 정보를 레거시 시스템과 연계하는 실시 예 구성도,
도 5는 본 발명에서 IEC-61850 시뮬레이션 프로그램의 예시도,
도 6은 본 발명에서 레거시 시스템의 서비스 요청/응답 검증을 위한 프로그램의 예시도,
도 7은 본 발명에서 IEC-61850 메시지를 범용 인터페이스 메시지로 변환하는 예시도,
도 8은 본 발명에서 연계 솔루션내 시스템 모듈 간 사용되는 메시지 처리(MQTT) 구성도,
도 9는 본 발명에 적용된 Front-End Adaptor의 동작 흐름도,
도 10은 본 발명에 적용된 Back-End Adaptor의 동작 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션과 원방 감시제어 시스템과의 연결 구성도로서, 원방 감시 제어 시스템(SCADA)(100), 배전 자동화 시스템(DAS)(200), 디지털 변전소(300), 연계되는 레거시 시스템(Legacy System)(410 - 430)을 포함할 수 있다.
여기서 원방 감시 제어시스템(100)과 배전 자동화 시스템(200)은 기존 전력 시스템의 구성과 작용이 동일하므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
디지털 변전소(300)는 다수의 IED(301 - 301+N)와 SA 운영시스템(310) 및 기타 장치 등으로 구성된 다양한 설비들에 대한 관리정보를 국제 표준 규격으로 제공할 뿐 아니라, 다양한 융/복합 시스템에서 활용 가능한 기반 데이터를 제공하는 역할을 한다.
본 발명은 상기와 같은 디지털 변전소(300)에서 SA 운영시스템(310)에 관한 것이다.
SA(Substation Automation) 운영시스템(310)은 디지털 변전소(300)에 설치되며, 디지털 변전소 내부 다수의 IED(301 - 301+N)의 정보 취득 및 제어를 시행하고, 디지털 변전소 외부 SCADA(100)에 전력설비 정보를 제공하며 SCADA(100)의 제어정보를 IED(301 - 301+N)로 하달하는 역할을 한다.
이러한 SA 운영시스템(310)은 전력 설비의 사용자 조작을 위한 SA 운영장치(312), 변전소 내 모든 전력설비의 운전 정보를 취득·처리하고 제어하는 정보연계장치(310), 이더넷 스위치를 포함한 네트워크장치(313), 시각 동기화 장치(314), 상기 정보연계장치(311)와 IEC-61850 인터페이스를 통해 취득한 다양한 전력 정보를 범용 인터페이스를 통해 인터페이스하고, 범용 인터페이스를 통해 수신한 전력 요청정보는 상기 IEC-61850 인터페이스를 통해 상기 정보연계장치(311)에 인터페이스하는 SA 전용 어댑터(315), 및 상기 SA 전용 어댑터(315)를 통해 수신한 전력 정보의 정합성을 보증하고, 레거시 시스템(410, 420, 430)별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 전력 정보를 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송하고, 상기 레거시 시스템으로부터 범용 인터페이스를 통해 전송된 전력 요청 정보는 수신하여 상기 정보연계장치(311)로 전달하는 SA연계 솔루션(316)을 포함할 수 있다.
이러한 SA 운영시스템(310)은 디지털 변전소 운영 중 레거시 시스템의 신규 등록 요청 시 상기 SA연계 솔루션(316)에서 라이선스 및 접속 권한 부여를 통한 등록 처리를 통해 디지털 변전소의 중단 없이 신규 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록해줄 수 있다.
상기 SA 운영장치(312), 네트워크 장치(313), 시각 동기화 장치(314)는 기존 디지털 변전소 내의 SA 운영 시스템에 기본적으로 구성된 구성과 동일하며, 작용 역시 동일하므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 1에서는 연계 시스템인 레거시 시스템을 3개만 도시하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 더 적은 수 또는 더 많은 수의 연계 시스템인 레거시 시스템이 연계되어도 동일하게 작용함을 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 자명하다 할 것이다.
상기 SA 전용 어댑터(Back-End Adaptor)(315)는 정보연계장치(311)에서 전송된 IEC-61850 표준 인터페이스의 전력 정보를 논리 노드를 구성하는 최하위 모델인 공통 데이터 클래스(CDC)의 값(Value), 퀄리티(quality), 시간 스탬프(Time stamp)를 하나의 메타 데이터로 매핑하여 범용 인터페이스에서 사용하기 적합한 메시지 포맷으로 변환하여 상기 SA연계 솔루션(316)에 전송할 수 있다.
상기 SA연계 솔루션(316)은 레거시 전용 어댑터를 구비한 새로운 레거시 시스템의 접속 시 라이선스 및 접속 권한 부여를 통해 새로운 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록 처리해줄 수 있다.
이러한 SA연계 솔루션(316)은 도 2에 도시한 바와 같이, SA 변전소의 데이터를 수신 및 분석하는 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher)(320), 연계된 레거시 시스템을 위해 데이터를 수집하고 상기 연계된 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전력 정보를 전송하는 데이터 전송 모듈(Front-End Dispatcher)(330), 접속되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하여 연계 시스템으로 등록 처리하고, 상기 데이터 수신 모듈에서 처리된 전력 데이터를 암호화하여 상기 데이터 전송 모듈을 통해 연계된 레거시 시스템에 전송하도록 제어하는 서비스 관리 프로세스(Service Middleware)(340), 상기 서비스 관리 프로세스(340)와 연동하며, 레거시 시스템으로 서비스할 인스턴스 관리와 서비스 간의 처리 경쟁을 분산하기 위한 로드 밸런싱 기능을 제공하는 서비스 저장소(Service Repository)(350), 연계되는 레거시 시스템의 요구에 맞는 전력 데이터를 저장하는 데이터 저장소(Data Store)(360)를 포함할 수 있다.
상기 서비스 관리 프로세스(340)는 연계되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하고, 전력 데이터의 암호화 처리를 위한 보안처리(Security) 모듈(341), 서비스 프로파일 설정 및 구성요소 관리를 위한 정책관리(Policy) 모듈(342), 연계용 디스패처 및 서비스 연계 DB 처리를 위한 운영관리(Manage) 모듈(343), 서비스 연계 현황 및 이력관리를 위한 보고서(Report) 모듈(344), 및 서비스 세션 및 라우팅 처리를 위한 세션 처리(Session) 모듈(345)을 포함할 수 있다.
레거시 시스템(410, 420, 430)은 범용 인터페이스를 이용하여 전력 정보를 요청하거나 전력 정보를 수신하는 레거시 전용 어댑터(411, 421, 431)를 구비하고, 전력 정보 서비스 등록을 통해 상기 SA 운영시스템(310)과 연계하고, 획득한 전력 정보를 산업 분야의 기반 정보로 활용하는 역할을 한다.
레거시 시스템(410, 420, 430)의 구성 및 작용은 동일하므로, 이하 설명의 편의와 명료함을 위해 하나의 레거시 시스템(예를 들어, 410)에 대해서만 설명하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 디지털 변전소를 구성하는 설비 중 다수의 IED(Intelligent Electronic Device) 및 원격단말장치(Remote Terminal Units; RTU)의 정보를 연계하는 정보연계장치(311)가 취득한 다양한 전력 정보를 외부 시스템인 레거시 시스템(410)과 손쉽게 연계할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 SA연계(EAI) 솔루션(316)은 SA 전용 어댑터(Back-End)(315)를 통해 정보연계장치(311)로부터 전력 정보를 취득하고, 연계 시스템별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 데이터가 레거시 시스템(410)에 설치되는 레거시 전용 어댑터(Front-End)(411)를 통해 전달한다. 레거시 시스템(410)은 레거시 전용 어댑터(411)의 범용 인터페이스를 통해 변전소 내 전력설비 정보를 취득하고 목적에 부합하는 서비스에 활용한다.
레거시 시스템(410)이 접근 가능한 범용 인터페이스로 다양한 분야에서 보편화되어 사용중인 웹 표준 인터페이스인 WSDL(SOAP, HTTP)과 누구나 사용할 수 있도록 공개되고 손쉽게 사용할 수 있는 OpenAPI(Request/Response)을 제공한다.
상기 정보연계장치(311)는 취득한 전력 정보의 인터페이스를 위해 IEC-61850 통신 인터페이스를 이용하며, 이를 위해 내부에 도 5와 같은 IEC-61850 시뮬레이터가 구비된 것으로 가정한다.
아울러 SA연계(EAI) 솔루션(316) 내 시스템 모듈 간의 데이터 이동 경로(EAI BUS)는 ISO 표준(ISO/IEC PRF 20922) 발생-구독 기반의 메시지 처리용 인터페이스인 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)을 활용하는 것으로 가정한다.
또한, 도 6과 같이 OpenAPI를 통해 처리되는 레거시 시스템(410)의 서비스 요청/응답 결과의 확인을 위해 Web Browser인 Google Chrome(버전 91.0.4472.77)를 활용한 것으로 가정한다.
먼저, SA 전용 어댑터(315)는 상기 정보연계장치(311)와 IEC-61850 인터페이스를 통해 취득한 다양한 전력 정보를 범용 인터페이스를 통해 인터페이스하고, 범용 인터페이스를 통해 수신한 전력 요청정보는 상기 IEC-61850 인터페이스를 통해 상기 정보연계장치(311)에 인터페이스 한다.
SA 전용 어댑터(315)는 IEC-61850 인터페이스 메시지를 범용 인터페이스 메시지로 변환하기 위해서 다음과 같은 매핑 규칙을 이용한다.
IEC-61850 표준 인터페이스는 전력 설비를 가상의 논리 노드(LN)로 정의하고 하나의 시스템에 다수의 논리 장치가 존재할 수 있으며, 하나의 논리 장치에 다수에 논리 노드 구성이 가능하다. 논리 노드를 구성하는 최하위 모델인 공통 데이터 클래스(CDC)의 값(Value), 퀄리티(quality), 시간 스탬프(Time stamp)를 하나의 메타 데이터로 매핑하여 SA 연계(EAI) 솔루션(316)에서 사용하기 적합하도록 도 7과 같은 메시지 포맷으로 변환한다. 아울러 SA 전용 어댑터(315)는 IEC-61850의 데이터 처리 타입에 따라 실시간 데이터 값을 처리하는 Read 기능과 이벤트 데이터를 처리하는 Report 기능을 구분하여 메타 데이터를 생성한다.
이를 위해 SA 전용 어댑터(315)는 정보연계장치(311)와 데이터 인터페이스를 위한 Connectivity 모듈, 변환한 메시지를 SA연계 솔루션(316)에 전송하기 위한 Msg-Sender, 메시지의 유효성 검증을 위한 Msg-Validation 모듈, 메시지 변환을 위한 Msg-Transform 모듈, 세션 처리와 인터페이스 처리를 위한 I/F Processing 모듈을 포함할 수 있다.
상기 SA연계 솔루션(316)은 상기 SA 전용 어댑터(315)를 통해 수신한 전력 정보의 정합성을 보증하고, 레거시 시스템별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 전력 정보를 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송하고, 상기 레거시 시스템으로부터 범용 인터페이스를 통해 전송된 전력 요청 정보는 수신하여 상기 정보연계장치로 전달한다.
아울러 SA연계 솔루션(316)은 레거시 전용 어댑터를 구비한 새로운 레거시 시스템의 접속 시 라이선스 및 접속 권한 부여를 통해 새로운 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록 처리해준다.
예컨대, SA연계 솔루션(316)은 도 3에 도시한 바와 같이, SA 변전소의 데이터를 수신 및 분석하는 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher)(320)을 통해 SA 데이터를 수신하면(S101), Msg-Validation 모듈에서 데이터 유효성을 검증한다(S102). 유효성 검증 결과 유효하지 않은 데이터이면 수신한 데이터를 폐기처리하고, 유효한 데이터이면 수신한 데이터를 서비스 관리 프로세스(340)에 전달한다(S103). 유효한 데이터에 대해서는 데이터 저장소(360)에 저장한다.
즉, 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher)(320)은 도 10에 도시한 바와 같이, SA 전용 어댑터(315)로부터 SA 메시지를 수신하면(S301), 메시지 구독 여부를 확인하여 구독 가능한 상태이면(S302), 범용 인터페이스 파싱(WSDL/OpenAPI)을 통해 메시지를 분석한다(S303). 이어, 레거시 시스템의 접속 여부를 확인하여(S304), 레거시 시스템이 접속되지 않은 상태이면 레거시 시스템 통신접속을 요청하고(S305), 레거시 시스템이 접속된 상태이면 레거시 시스템과의 데이터 연계를 수행한다(S306).
한편, 새로운 레거시 시스템(예를 들어, 410)이 레거시 전용 어댑터(411)를 통한 범용 인터페이스(EAI BUS)를 이용하여 접속하고 서비스 등록을 요청하면, 보안처리(Security) 모듈(341)은 연계되는 레거시 시스템(410)의 라이선스 점증을 하여 정상적이면 접속 권한을 부여한다(S104).
이어, 정책관리(Policy) 모듈(342)에서 서비스 프로파일 설정 및 구성요소 관리를 통해 서비스 등록을 확인하여(S105), 등록되지 않은 레거시 시스템이면 신규 서비스 등록 절차를 통해 신규 서비스 연계 시스템으로 등록 처리를 해준다(S106).
서비스 등록 레거시 시스템일 경우, 운영관리(Manage) 모듈(343)에서 연계용 디스패처 및 서비스 연계 DB 처리를 수행하고, 이때 서비스 연계 처리에 실패하면 서비스 구성요소를 점검한다(S107 - S108). 서비스 구성 요소를 점검한 결과 서비스 연계 처리가 어려운 경우 서비스 재기동을 시행한다(S109).
아울러 서비스 구성요소를 점검한 결과 정상 상태여서 서비스 연계처리가 가능한 상태이면, 보고서(Report) 모듈(344)에서 서비스 연계 현황 및 이력관리를 처리하여 데이터 저장소(360)에 저장한다(S110).
다음으로, 세션 처리(Session) 모듈(345)에서 서비스 세션 및 라우팅 처리를 하여(S111), 세션 처리에 실패하면 통신 세션 및 라우팅 점검을 한다(S113).
이와는 달리 정상적인 세션 처리 및 라우팅 처리가 이루어지면, SA용 데이터를 데이터 전송 모듈(Front-End Dispatcher)(330)을 통해 연계된 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송한다(S112).
예컨대, 데이터 전송 모듈(330)은 도 9에 도시한 바와 같이, 레거시 시스템과 통신이 시작되면 통신용 접속 세션을 요청한다(S201). 이어, 접속이 성공하면(S202), 데이터를 요청한다(S203). 이어 요청한 데이터를 수신하면 데이터 검증을 통해 유효한 데이터이면(S204), 데이터 타입을 확인한다(DNP/IEC-61850)(S205). 이어, 확인한 데이터 타입이 KEPCO DNP인지 아니면 IEC-61850인지를 확인하고(S206, S207), 확인한 데이터 타입에 대응하게 범용 인터페이스(WSDL/OpenAPI)로 변환을 한다(S208). 이후 범용 인터페이스로 변환한 SA 데이터로 메시지를 생성하고(MQTT)(S209), 이를 레거시 시스템(410)에 전송한다(S210).
본 발명자는 SA연계(EAI) 솔루션(316)을 실행하기 위한 Host Computer의 대한 도 11과 같은 환경을 이용하여 본 발명의 기능을 검증하였다.
즉, 전력산업에 특화된 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반 인터페이스를 외부 레거시 시스템에서 용이하게 서비스할 수 있는 인터페이스로 변환 및 제공하는 기술의 확인과, 본 발명의 기술이 적용된 디지털 변전소는 신규로 추가되는 제2, 제3의 레거시 시스템과의 연계 구축 시, 비용 절감에 대한 효과가 있는지를 검증하였다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서 통합 연계 솔루션이 사용하는 인터페이스 변환을 위해 적용된 매핑 규칙은 다음과 같다.
IEC-61850 표준 인터페이스는 전력 설비를 가상의 논리 노드(LN)로 정의하고 하나의 시스템에 다수의 논리 장치가 존재할 수 있으며, 하나의 논리 장치에 다수에 논리 노드 구성이 가능하다. 논리 노드를 구성하는 최하위 모델인 공통 데이터 클래스(CDC)의 값(Value), 퀄리티(quality), 시간 스탬프(Time stamp)를 하나의 메타 데이터로 매핑하여 통합 연계(EAI) 솔루션에서 사용하기 적합하도록 도 7과 같은 메시지 포맷으로 변환한다. 그뿐만 아니라 IEC-61850의 데이터 처리 타입에 따라 실시간 데이터 값을 처리하는 Read 기능과 이벤트 데이터를 처리하는 Report 기능을 구분하여 메타 데이터를 생성한다.
또한, 통합 연계 솔루션 내 시스템 모듈 간 사용되는 MQTT는 도 8과 같이 TCP/HTTP 등에서 사용하는 클라이언트-서버 구조가 아닌 Publisher-Broker- Subscriber의 구조임에 따라 중계 역할을 하는 Broker를 통해 단일 Publisher가 발행하는 Topic에 대해 다수의 Subscriber가 구독이 가능하다.
연계 레거시 시스템의 지속적인 도입으로 시스템의 부하가 증가하는 경우, MQTT의 총 3단계 QoS(Quality of Service) 기능을 활용하여 시스템 부하를 감쇄할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 3단계의 QoS기능을 적용하였다.
[1단계] 메시지 1회 전달, 전달 이후 수신 과정을 점검하지 않음,
[2단계] 메시지 1회 이상 전달, 전달 이후 수신 과정을 점검하나 엄격하지 않기 때문에 중복 수신의 가능성이 있음,
[3단계] 메시지 1회 전달, 전달 이후 모든 수신 과정을 점검한다.
이와 같은 본 발명의 구성을 통해 제2, 제3 레거시 시스템 추가 구성 시, SA 변전소내 정보연계장치와의 통신 연계를 위한 추가적인 프로그램 개발 등의 작업 없이 레거시 시스템과의 서비스 처리를 위한 간단한 설정 작업과 Front-End Adaptor의 개발 작업만으로 연계 구성이 가능함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 비용절감의 효과를 확인할 수 있으며 산정된 예상 개발비용은 도 12와 같다.
도 12에서 MM(MAN/MONTH)은 한 달간 작업을 수행하는 인력의 수를 말하며, 본 발명의 실제 구현을 위한 기간 및 규모를 산정하기 위해 활용한다. 또한, 규모 금액 산정을 위한 근거로 한국소프트웨어 산업협회에서 공표된 "2019년 SW기술자 임금실태조사(통계승인 제37501호)"의 기준 임금을 적용하여 계산하며, 평균임금 분류 중, "응용 SW 개발자"의 월평균 임금(\6,395,064)을 적용하여 비용을 산정하였다.
그뿐만 아니라 본 발명의 구성요소 중, Back-End Adaptor의 기능인 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 인터페이스 구현을 위해 개발용 라이브러리 등의 재료비가 필요하며, 바람직한 실시 예에서는 CISCO 社의 개발용 라이브러리인 MMS-LITE-802-001-SRC의 비용(약 \24,000,000)을 적용하였다.
본 발명을 통해 최초 구현 시, HW 재료비 및 기타 사업 수행을 위한 비용을 제외하고 순수 개발 임금과 개발용 라이브러리를 위한 SW 재료비만을 고려한 구축 비용은 다음과 같다.
개발 임금(\89,531,316) + SW 재료비(\24,000,000) = 총계(\113,530,896)
그러나 제2, 제3 레거시 시스템 연계를 위한 추가 구성 시 도 13과 같은 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
위와 같이 본 발명이 적용되는 도 8의 메시지 처리(MQTT) 구성을 통해 추가되는 연계 시스템의 대한 단순 비용을 비교하면, 최초 구축 비용에 대비하여 추가되는 시스템의 구축 비용은 약 16.89%로 산정할 수 있다. 물론 상기 비용은 바람직한 실시 예를 기준으로 산정하여 실제 구축 비용의 차이가 있을 수 있지만, 표면적으로 5분의 1 수준의 비용 절감 효과를 확인할 수 있었다.
본 시험의 결과로 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반 데이터를 외부 레거시 시스템이 범용적인 인터페이스로 손쉽게 연계 가능한 기술을 검증하였다. 또한, 초기 구축 후, 추가적인 연계되는 시스템의 비용절감 효과를 검증하였다.
이상 상술한 본 발명에 따르면, 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션은, 변전소 자동화의 국제 표준규격인 IEC-61850 기반의 인터페이스와의 연계 시, 전력산업에 특화된 기반 지식이 수반되지 않아도 데이터 연계를 위한 기술 구현이 용이함에 따라 다양한 산업 분야에서 활용이 기대된다.
아울러 연계 모듈 간 인터페이스를 메시지(MQTT) 구성방식으로 구성하여 추가로 연계되는 레거시 시스템에 대한 비용절감 효과가 기대된다.
또한, SA 운영시스템 내 정보연계장치와 직접 연계되는 통합 연계 솔루션 구성으로 레거시 시스템과 연계를 위한 작업 시, 디지털 변전소 운영의 중단없이 적용할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
100: SCADA
200: DAS
300: 디지털 변전소
310: SA 운영시스템
311: 정보연계장치
312: SA 운영장치
313: 네트워크 장치
314: 시각동기화장치
315: SA 전용 어댑터
316: SA연계 솔루션
320: 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher)
330: 데이터 전송 모듈(Front-End Dispatcher)
340: 서비스 관리 프로세스(Service Middleware)
341: 보안처리(Security) 모듈
342: 정책관리(Policy) 모듈
343: 운영관리(Manage) 모듈
344: 보고서(Report) 모듈
345: 세션 처리(Session) 모듈
350: 서비스 저장소(Service Repository)
360: 데이터 저장소(Data Store)

Claims (7)

  1. 디지털 변전소에 설치되며, 디지털 변전소 내부 IED의 정보 취득 및 제어를 시행하고, 디지털 변전소 외부 SCADA에 전력설비 정보를 제공하며 SCADA의 제어정보를 IED로 하달하는 SA(Substation Automation) 운영시스템을 포함하고,
    상기 SA 운영시스템은,
    전력 설비의 사용자 조작을 위한 SA 운영장치;
    변전소 내 모든 전력설비의 운전 정보를 취득·처리하고 제어하는 정보연계장치;
    이더넷 스위치를 포함한 네트워크장치;
    상기 정보연계장치와 IEC-61850 인터페이스를 통해 취득한 다양한 전력 정보를 범용 인터페이스를 통해 인터페이스하고, 범용 인터페이스를 통해 수신한 전력 요청정보는 상기 IEC-61850 인터페이스를 통해 상기 정보연계장치에 인터페이스하는 SA 전용 어댑터; 및
    상기 SA 전용 어댑터를 통해 수신한 전력 정보의 정합성을 보증하고, 레거시 시스템별로 할당된 서비스 처리 모듈을 통해 변환된 전력 정보를 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전송하고, 상기 레거시 시스템으로부터 범용 인터페이스를 통해 전송된 전력 요청 정보는 수신하여 상기 정보연계장치로 전달하는 SA연계 솔루션을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  2. 청구항 1에서, 상기 레거시 시스템은,
    범용 인터페이스를 이용하여 전력 정보를 요청하거나 전력 정보를 수신하는 레거시 전용 어댑터를 구비하고, 전력 정보 서비스 등록을 통해 상기 SA 운영시스템과 연계하는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  3. 청구항 1에서, 상기 SA연계 솔루션은,
    레거시 전용 어댑터를 구비한 새로운 레거시 시스템의 접속 시 라이선스 및 접속 권한 부여를 통해 새로운 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록 처리해주는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  4. 청구항 1에서, 상기 SA 운영시스템은,
    디지털 변전소 운영 중 레거시 시스템의 신규 등록 요청 시 상기 통합 연계 솔루션에서 라이선스 및 접속 권한 부여를 통한 등록 처리를 통해 디지털 변전소의 중단 없이 신규 레거시 시스템을 연계 시스템으로 등록해주는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  5. 청구항 1에서, 상기 SA 전용 어댑터는,
    정보연계장치에서 전송된 IEC-61850 표준 인터페이스의 전력 정보를 논리 노드를 구성하는 최하위 모델인 공통 데이터 클래스(CDC)의 값(Value), 퀄리티(quality), 시간 스탬프(Time stamp)를 하나의 메타 데이터로 매핑하여 범용 인터페이스에서 사용하기 적합한 메시지 포맷으로 변환하여 상기 SA연계 솔루션에 전송하는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  6. 청구항 1에서, 상기 SA연계 솔루션은,
    SA 변전소의 데이터를 수신 및 분석하는 데이터 수신 모듈(Back-End Dispatcher);
    연계된 레거시 시스템을 위해 데이터를 수집하고 상기 연계된 레거시 시스템에 범용 인터페이스를 통해 전력 정보를 전송하는 데이터 전송 모듈(Front-End Dispatcher);
    접속되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하여 연계 시스템으로 등록 처리하고, 상기 데이터 수신 모듈에서 처리된 전력 데이터를 암호화하여 상기 데이터 전송 모듈을 통해 연계된 레거시 시스템에 전송하도록 제어하는 서비스 관리 프로세스(Service Middleware);
    상기 서비스 관리 프로세스와 연동하며, 레거시 시스템으로 서비스할 인스턴트관리와 서비스 간의 처리 경쟁을 분산하기 위한 로드 밸런싱 기능을 제공하는 서비스 저장소(Service Repository); 및
    연계되는 레거시 시스템의 요구에 맞는 전력 데이터를 저장하는 데이터 저장소(Data Store)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.
  7. 청구항 6에서, 상기 서비스 관리 프로세스는,
    연계되는 레거시 시스템의 라이선스 및 접속 권한을 부여하고, 전력 데이터의 암호화 처리를 위한 보안처리(Security) 모듈;
    서비스 프로파일 설정 및 구성요소 관리를 위한 정책관리(Policy) 모듈;
    연계용 디스패처 및 서비스 연계 DB 처리를 위한 운영관리(Manage) 모듈;
    서비스 연계 현황 및 이력관리를 위한 보고서(Report) 모듈; 및
    서비스 세션 및 라우팅 처리를 위한 세션 처리(Session) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 변전소를 위한 통합 연계 솔루션.




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