[논문]CAN 통신을 기반으로한 전력 시스템 자동화 구축

박종찬; 김병진

CAN 통신을 기반으로한 전력 시스템 자동화 구축
The Development of Power System Automation based on the CAN Communication Protocol 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.52 no.3, 2003년, pp.95 - 99

박종찬 (오산대학 전기시스템제어과) , 김병진 (현대중공업(주) 기전연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the power system automation based on CAN communication protocol is introduced. Along with digitalization of electrical device, the various on-line services such as remote control, remote monitoring, remote parameter setting, fault data recording and remote diagnostic have been realized and become available. Therefore, it is necessary for those electrical devices to have real-time and reliable communication protocols. Author proposes DNPC(Distributed Network Protocol with CAN) which is proper to the power system SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) and DCS (Distributed Control System). The physical and datalink layer of DNPC protocol consists of the CAN2.0B which has the real-time characteristics and powerful error control scheme. As the transport and application layer, DNP3.0 is adopted because of its flexibility and compatible feature. Using the DNPC protocol, the power system automation is realized.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 이러한 기능을 수행하기 위하여 각 계층은 계층에 적합한 통신 규약을 가지고 있으며, 각 계층은 서로 다른 기능을 수행하여 상호 보완적 관계를 유지하도록 한다. 또한 본 프로토콜은 시스템과 원격 단말장치(RTU)는 물론 전력현장의 Digital화된 IED 및 주변 설비들과의 표준화된 자료 공유를 통하여 운영 능력을 향상시키고 설비간의 개방성을 확보하는 것을 목적으로 하였다[5].
본 연구에서는 IED, RTU 및 RTU와 같이 전력 시스템 자동화에 필수적인 장치에 적용가능한 통신 프로토콜을 설계하였다. 설계된 통신 프로토콜은 DNP 3.
본 연구에서는 전력 시스템 자동화에 적합한 통신 프로토콜을 기반으로한 전력 시스템 자동화 구축에 관하여 언급하였다. 전력 시스템 자동화 분야에 적합한 통신방식은 데이터 전송량이 작지만 빠른 전송이 이루어져야 하며 실시간성과 강력한 에러제어기능을 가져야 한다는 특징을 갖는다.
본 연구에서는 현재 전력시스템 자동화에 주로 사용되는 DNP3.0의 문제점인 물리층과 데이터링크층이 없다는 사항을 감안하여 실시간성과 강력한 에러제어기능을 가는 CAN2.0B을 가미한 DNPC를 제안하였다. 제안한 통신 프로토콜은 객체(object)를 구성함으로 통신의 적응성(fiexiblity) 신뢰성(reliability)을 갖게 할 수 있는 DNP3.

제안 방법

그러나 polling 방식으로는 시급한(urgent) 데이터의 처리 및 event 알림과 같은 서비스를 구현할 수 없으므로 전송속도의 문제점을 갖는다. 본 연구에서는 DNPC를 이용하여 이러한 event 데이터의 처리 역시 가능하게 하였다.
데이터 프레임은 전송 노드에서 수신 노드로 데이터를 운반하는 프레임으로 최대 8 bytes까지의 데이터를 전송할 수 있다. 본 연구에서는 그림 2와 같이 중재 필드를 수신주소 필드, 시퀀스 필드 그리고 기능코드 필드로 나누었다. 6bit의 수신 주소 필드(destination address field)를 통해 1～62번까지의 노드를 접속할 수 있게 하였다.
본 연구에서는 IED, RTU 및 RTU와 같이 전력 시스템 자동화에 필수적인 장치에 적용가능한 통신 프로토콜을 설계하였다. 설계된 통신 프로토콜은 DNP 3.0을 근간으로하여 호완성을 유지하였고 DNP 3.0에서 정의하지 않는 물리층과 데이터 링크층의 일부분에 CAN2.0B을 적용하여 실시간성과 강력한 에러제어 특성을 갖게 하였다.
위에서 언급한 바와 같이 본 프로토콜은 4개의 계층인 Application 계층, Transport 계층, Data_Link 계층 및 Physical 계층으로 구성된다. Physical 계층의 연결을 생략한 두 시스템 사이의 실제 연결은 그림 1에서 실선으로 연결되어 있으며, 개념적인 측면에서의 통신은 점선으로 연결되어 있다.
전송 계층과 응용(application) 계층은 DNP3.0 프로토콜에 맞게 설계하여 호완성을 갖게 하였다.
제안된 DNPC는 OSI 참조 모델과 동일한 7 계층은 아니지만 IEC의 표준 권고 안에서 정한 물리층(physical), 데이터링크층(data link) 그리고 응용층(application)의 3개 계층에 전송층(transport), 1개의 계층을 추가하여 총 4개의 계층으로 구성되며 각 계층은 에러를 최대한 억제하여 전력계통의 운전에서 요구되는 시스템 프로토콜의 안정성과 신뢰성을 최대한 확보하도록 한다. 따라서 이러한 기능을 수행하기 위하여 각 계층은 계층에 적합한 통신 규약을 가지고 있으며, 각 계층은 서로 다른 기능을 수행하여 상호 보완적 관계를 유지하도록 한다.
0B의 강인한 에러제어 및 실시간성의 장점을 접목시켜 전력 자동화 시스템에 필요한 요건을 충족시킬 수 있었다. 제안된 통신방식을 이용하여 전력 시스템 자동화를 실제 구축하였다.

이론/모형

필요에 따라서 IED들간에 연동(interlock)이 필요한 경우가 있다. process 레벨에서 사용되는 산업용 표준 프로토콜로는 ProfiBUS-DA와 ProfiBUS-PA, CAN 그리고 DeviceNet 등이 주로 사용되고 본 연구에서는 CAN을 사용하였다.
본 연구에서는 버스형태의 통신 topology를 갖추었고 RS485 방식을 취하였다. RS485는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으나 물리적인 코넥터 및 핀에 대한 사양은 아직 규정되어 있지 않다.

성능/효과

0B을 가미한 DNPC를 제안하였다. 제안한 통신 프로토콜은 객체(object)를 구성함으로 통신의 적응성(fiexiblity) 신뢰성(reliability)을 갖게 할 수 있는 DNP3.0의 장점과 CAN2.0B의 강인한 에러제어 및 실시간성의 장점을 접목시켜 전력 자동화 시스템에 필요한 요건을 충족시킬 수 있었다. 제안된 통신방식을 이용하여 전력 시스템 자동화를 실제 구축하였다.
IED의 상태 값을 읽기 위해 상단서버는 32[byte] 데이터 요청을 수행하고 이에 따라서 IED는 82[byte]의 응답을 수행한다. 주기적으로 서버에서 데이터를 요청하는 속도(polling speed)는 약 100[ms]로 설정하여 연속적으로 실험한 결과 안정적으로 동작하는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CAN은 어떤 메시지 전송 메커니즘을 갖는가?	CAN은 CSMA/NBA(Carrier Sense Multiple Access with Non-destructive Bitwise Arbitration)라는 메시지 전송 메커니즘(mechanism)을 가지고 있다. CAN의 데이터 전송 메커니즘은 IEEE 802.
	DNPC 프로토콜을 무엇을 목적으로 하는가?	따라서 이러한 기능을 수행하기 위하여 각 계층은 계층에 적합한 통신 규약을 가지고 있으며, 각 계층은 서로 다른 기능을 수행하여 상호 보완적 관계를 유지하도록 한다. 또한 본 프로토콜은 시스템과 원격 단말장치(RTU)는 물론 전력현장의 Digital화된 IED 및 주변 설비들과의 표준화된 자료 공유를 통하여 운영 능력을 향상시키고 설비간의 개방성을 확보하는 것을 목적으로 하였다[5].
	DNPC는 어떤 계층으로 구성되는가?	제안된 DNPC는 OSI 참조 모델과 동일한 7 계층은 아니지만 IEC의 표준 권고 안에서 정한 물리층(physical), 데이터링크층(data link) 그리고 응용층(application)의 3개 계층에 전송층(transport), 1개의 계층을 추가하여 총 4개의 계층으로 구성되며 각 계층은 에러를 최대한 억제하여 전력계통의 운전에서 요구되는 시스템 프로토콜의 안정성과 신뢰성을 최대한 확보하도록 한다. 따라서 이러한 기능을 수행하기 위하여 각 계층은 계층에 적합한 통신 규약을 가지고 있으며, 각 계층은 서로 다른 기능을 수행하여 상호 보완적 관계를 유지하도록 한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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