[논문]디지털 보호계전기의 시험을 위한 시뮬레이터에 관한 연구

박철원; 신명철; 안태풍

[국내논문] 디지털 보호계전기의 시험을 위한 시뮬레이터에 관한 연구
A Study on Simulator for Testing of Digital Protective Relay 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.55 no.4, 2006년, pp.183 - 189

박철원 (원주대 전기과) , 신명철 (성균관대 정보통신공학부) , 안태풍 (인텍전기전자 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, the digital simulator for testing of digital protective relay is presented. The proposed simulator software has EMTP simulation data file conversion, sequence waveform generation, user define simulation data generation, communication engine, data analysis engine and measurements function etc. The simulator hardware is designed using 32bit floating point DSP architecture to achieve flexibility and high speed operation. This simulator is tested to evaluate the performance of relay simulator by using a output data of simulation model on EMTP.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 디지털 보호계전기의 시험을 위한 저가의 휴대가 용이한 시뮬레이터를 제안하였다[15-17]. 먼저 DSP 칩이 탑재된 시제품 하드웨어를 설계하였고 EMTP 등 여러 가지 시뮬레이션 프로그램의 출력 데이터를 재생할 수 있는 소프트웨어를 구현하였다.
또한 데이터 파일 변환 시 실제 계통상에서 사용하는 계전기의 CT, PT의 변성비와 계전기 의 AD 변환기를 고려한 데이터 비를 입력하는 편집창을 포 함하고 있다. 따라서 계통 변수 값이 실제 계통과 동일한 값을 가짐으로 대상이 되는 계전기의 CT 및 PT의 성능을 고려한 적절한 스케일링(scaling)이 가능하도록 하였다. 변 환된 파일은 텍스트 형식임으로 일반적인 Windows 워드프 로세서, 스프레드시트와 같은 일반적인 응용 프로그램에서 EMTP 데이터 파일의 내용을 식별하고 분석할 수 있다

제안 방법

용이한 시뮬레이터를 제안하였다[15-17]. 먼저 DSP 칩이 탑재된 시제품 하드웨어를 설계하였고 EMTP 등 여러 가지 시뮬레이션 프로그램의 출력 데이터를 재생할 수 있는 소프트웨어를 구현하였다. 또한 복잡한 전력시스템의 고장 현상에 대한 유연성을 지니도록 자체적으로 고장파형 및 사용자 정의파형의 발생 기능을 갖도록 하였으며, PC를 통해본 시뮬레이터와 시험대상과 통신과 제어가 가능하게 하였다.
먼저 DSP 칩이 탑재된 시제품 하드웨어를 설계하였고 EMTP 등 여러 가지 시뮬레이션 프로그램의 출력 데이터를 재생할 수 있는 소프트웨어를 구현하였다. 또한 복잡한 전력시스템의 고장 현상에 대한 유연성을 지니도록 자체적으로 고장파형 및 사용자 정의파형의 발생 기능을 갖도록 하였으며, PC를 통해본 시뮬레이터와 시험대상과 통신과 제어가 가능하게 하였다. 더불어 시험 시에 필요한 전압과 전류의 각종 전기량계 측 및 현상을 분석할 수 있는 운영 소프트웨어를 개발긍} 였다.
본 시뮬레이터는 단일루프시험(play back test)이 가능한 하드웨어와 시뮬레이션 데이터와 사용자가 정의한 특정 시험 파형을 재생 할 수 있는 소프트웨어로 구성된다. 시뮬레이터의 하드웨어는 빠른 디지털 연산이 필요하므로 DSP 칩을 이용 Main CPU 모듈과 I/O Power 모듈, LCD 모듈 및 외부기기와 인터페이스로 구성하였다.
시뮬레이터의 중추적인 역할을 담당하는 부분으로 부동소수점 연산, 실시간 파형변환 및 계측을 수행하며 각종 Event ■모니터 링 및 분석을 담당한다. 또한 발생된 모든 Event를 비 휘발성 메모리에 저장하여 향후 계전기 성능평가 및 특성 파악에 활용하게 된다.
또한 발생된 모든 Event를 비 휘발성 메모리에 저장하여 향후 계전기 성능평가 및 특성 파악에 활용하게 된다. TI사 DSP인 TMS 320C₃₂ CPU를 기 반으로 시스템 RAM, DA변환기, 프로그램 저장을 위한 Flash ROM 및 주요데이터의 저장을 위한 EEPROM 등으로 구성하였다
PC없이 사용할 경우를 대비하여 기본적인 기능설정 및 결과를 확인 할 수 있도록 액정 디스플레이 및 동작 상태를 표시할 수 있도록 하였다 HITACHI 사 H₈S/21488 CPU 를 사용하여 LCD 표시 및 키, 입력 외부통신 등을 담당하게 된다. 그림 3은 시뮬레이터 패널의 외형이다.
이는 각종 계전기로 와 인출/인입되는 DIGITAL 접점 신호를 MAIN 모듈로 연결해 준다. 디지털 입력 인터페이스의 접점 입력신호는 계전기마다 출력 특성이 상이하므로 여러 종류의 특성에 맞게 설계하였으며 전기적 절연을 유지하도록 하였다. 디지털 출력 인터페이스는 접점 출력 신호 또한 계전기의 접점을 구동 시켜주도록 설계되었다.
시뮬레이터의 소프트웨어는 Windows 환경에서 구동 될 수 있도록 MS Windows 기반의 GUI형식의 프로그램으로 설계하였다. Single Document(단일 도큐먼트)기반의 폼 뷰 (Form View) 형식의 GUI 환경으로 구현되어 일반적인 Windows 응용 프로그램을 다룰 수 있는 사용자라면 전력 시스템이나 디지털 계전기의 상식 없이도 쉽게 구현하고 사용할 수 있도록 편리한 인터페이스를 제공한다.
사용자가 원하는 순서대로 이미 작성된 시퀀스 파일의 순서와 배치를 정할 수 있으며 이는 정의된 순서대로 시뮬레이터 하드웨어에 데이터를 전송하게 된다. 시퀀스 데이터 파일은 사용자가 선택한 파일을 그래프 창을 통하여 사용자가 확인 후 시퀀스 리스트에 추가, 삭제, 저장이 가능하도록 하였다.
본 시뮬레이터에 대한 성능평가는 공인기관 시험규격이 없는 관계로 다음의 3가지 내용을 자체적으로 수행하였다. 첫째 EMTP Data 변환 성능이다.
둘째 사용자 데이터 생성 성능이다. 사용자의 요구사항에 맞는 데이터를 생성할 수 있는 지 샘플링 주파수 및 분해능 작업 성능을 평가하였다. 셋째 파형 복원 성능이다.
저가형, 휴대용, 간이형으로 설계함으로서 계전기의 성능 평가에 용이하게 사용할 수 있다. 실 계통으로 수집된 데이터 및 EMTP 시뮬레이션 출력을 시험용 데이터 포맷에 맞은 변환 프로그램 개발하였다. 사용자가 정의하거나 조합한 임의 파형의 발생 기능을 내장함으로서 시험 시 다양한 계통의 상황을 미리 경험하게 하여 향후 복잡한 계통 고장 현상에 대해서도 적절하게 대응할 수 있도록 시제품의 신뢰성 및 적응력을 향상 시켰다.

대상 데이터

시뮬레이터의 하드웨어는 빠른 디지털 연산이 필요하므로 DSP 칩을 이용 Main CPU 모듈과 I/O Power 모듈, LCD 모듈 및 외부기기와 인터페이스로 구성하였다. 그림 1은 시뮬레이터의 구성도이다.
모델 계통의' 단선도이다. 송전선은 ACSR의 데이터와 3상 2권선 45/60MVA, 154kV/22.9kV, △-Y 결선의 변압기를 이용하였다. 표 4는 선로, 전원 및 부하 데이터이다.

성능/효과

더불어 시험 시에 필요한 전압과 전류의 각종 전기량계 측 및 현상을 분석할 수 있는 운영 소프트웨어를 개발긍} 였다. 사례 연구 결과를 통하여 제안된 시뮬레이터의 우수한 성능을 보였다.
이는 시뮬레이터 하드웨어와 연결하기 위하여 기본 직렬 통신포트 설정 이외에 타 기기 혹은 컴퓨터와의 직렬 통신을 가능하게 해준다. 따라서 서로 연계할 수 있어 타 기기와 시스템과의 호환성을 유지하였으며, 시뮬레이터의 동작 상황을 외부에서도 감시, 확인 할 수 있다.
사용자가 pl4파일을 선택하여 그 성분값을 선택함으로서 분석할 수 있다. 원 신호인 데이터 파일의 표현에 대하여 FFT(DFT) 주파수 분석, RMS값 계산, Angle 값 등이 그래프 형식의 창을 통하여 쉽게 분석할 수.있다.
실 계통으로 수집된 데이터 및 EMTP 시뮬레이션 출력을 시험용 데이터 포맷에 맞은 변환 프로그램 개발하였다. 사용자가 정의하거나 조합한 임의 파형의 발생 기능을 내장함으로서 시험 시 다양한 계통의 상황을 미리 경험하게 하여 향후 복잡한 계통 고장 현상에 대해서도 적절하게 대응할 수 있도록 시제품의 신뢰성 및 적응력을 향상 시켰다. PC어서의 GUI형 감시제어 프로그램과 시뮬레이터와의 상호 통신을 가능하게 하여 시뮬레이터 제어와 더불어 계통의 고장현상에 대한 전압과 전류에 따른 주파수분석, 위상각 및 실효치 계산 등 각종 현상분석프로그램을 제공함으로써 디지털 계전기 개발에 효율성과 운영의 편이성을 증대시킬 수 있다.
사용자가 정의하거나 조합한 임의 파형의 발생 기능을 내장함으로서 시험 시 다양한 계통의 상황을 미리 경험하게 하여 향후 복잡한 계통 고장 현상에 대해서도 적절하게 대응할 수 있도록 시제품의 신뢰성 및 적응력을 향상 시켰다. PC어서의 GUI형 감시제어 프로그램과 시뮬레이터와의 상호 통신을 가능하게 하여 시뮬레이터 제어와 더불어 계통의 고장현상에 대한 전압과 전류에 따른 주파수분석, 위상각 및 실효치 계산 등 각종 현상분석프로그램을 제공함으로써 디지털 계전기 개발에 효율성과 운영의 편이성을 증대시킬 수 있다.

후속연구

시뮬레이터의 중추적인 역할을 담당하는 부분으로 부동소수점 연산, 실시간 파형변환 및 계측을 수행하며 각종 Event ■모니터 링 및 분석을 담당한다. 또한 발생된 모든 Event를 비 휘발성 메모리에 저장하여 향후 계전기 성능평가 및 특성 파악에 활용하게 된다. TI사 DSP인 TMS 320C₃₂ CPU를 기 반으로 시스템 RAM, DA변환기, 프로그램 저장을 위한 Flash ROM 및 주요데이터의 저장을 위한 EEPROM 등으로 구성하였다
사용자 정의파형 발생 장치와 유사하게 다양한 변수와 변수의 조작으로 사용자가 원하는 파형을 발생할 수 있다. 또한 시퀀스 데이터 파형은 사용자 정의 파일 형식으로 저장할 수 있으며, 향후 시퀀스 시뮬레이션 데이터 파일을 편집할 수 있는 시퀀스합성(Sequence Composition) 창을 통하여 사용자가 선택한 순서대로 시퀀스 데이터를 정리하거나 배치 할 수 있다.

참고문헌 (17)

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김정훈, 신중린, 이홍재외 5인, '전력계통 시뮬레이터의 기술 현황과 국내개발의 방법론 고찰', 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 529-533, 1993. 7
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R. Kuffel et al., 'A Fully Digital Power System Simulator Operating Real Time', IEEE/KTH Stockholm Power Tech Conference, Stockholm, Sweden, pp. 49-54, June, 1995
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Texas Instruments, 'TMS320C3x User's Guide', July, 1997
Charles Petzold, 'Programming Windows - Fifth Edition', Microsoft Press, Dec. 1988

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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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