[논문]PMU Data 검증시스템을 포함한 WAMAC 시스템 설계에 관한 연구

조준희; 최미화; 이명우; 김상태; 우덕제

doi:10.3745/ktccs.2012.1.3.181

PMU Data 검증시스템을 포함한 WAMAC 시스템 설계에 관한 연구
Study on WAMAC System Architecture Design, Including PMU Data Verification System 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.1 no.3, 2012년, pp.181 - 186

조준희 ((주)팜즈커뮤니케이션 연구소) , 최미화 ((주)팜즈커뮤니케이션) , 이명우 ((주)팜즈커뮤니케이션) , 김상태 (한전KDN(주) 전력IT연구원 송변전 IT연구그룹) , 우덕제 (한전KDN(주) 전력IT연구원 송변전 IT연구그룹)

초록
AI-Helper

PMU 기반 전력계통의 감시제어 시스템인 WAMAC(wide area Monitoring and control) 시스템은 PMU에서 계측된 정밀한 전력데이터를 시스템 전반에 손실 및 오류없이 전달/검증하기 위한 시스템의 설계가 요구되었다. 이에 본 논문에서는 PMU에서 발생된 계측 데이터가 PDC, DSM Server 등 시스템 전반을 거쳐서 데이터 손실이 발생하지 않도록 설계 하였으며 각 시스템별로 필요한 샘플링만큼 정확히 전송되고 있는지를 검증하는 방법에 대해 제안한다. 효과적인 검증을 위해 본 논문에서는 각 시스템의 테스트 시스템을 구성하고 각 시스템들에서 들어오는 샘플링 데이터를 저장하는 방식(규약)을 만들었다. 또한, 해당 PMU에서 PDC/ PDC에서 DSM 서버간의 무손실 검증을 위해 본 논문에서 제안한 샘플링 방식을 검증 프로그램을 설계하고 만들어 PMU와 상위시스템 간의 데이터 무손실을 검증할 수 있음을 프로그램 적으로 확인하였다. 이 검증시스템에 WAMAC 시스템에 반영되도록 설계함으로써 WAMAC UI를 통하여 도출되는 분석데이터와 예측 결과의 신뢰성을 한층 높일 수 있게 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

PMU based power grid monitoring and control system, WAMAC (Wide Area Monitoring And Control) system is required system design for accurate power data without error and loss through a system-wide. In the paper, we propose system design that measured data from PMU transmitted without loss to PDC and DSM server. and we propose a method to verify the real-time "data has been transmitted accurately". Verification system has been designed to reflect the WAMAC system. Therefore the WAMAC can enhance the reliability of the analysis of the data, and it can monitor lossless real-time trend data.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 PMU에서 측정된 데이터들이 PDC에 손실 없이 전달이 되었는지 PDC에서 전송한 데이터들이 DSM 서버에 손실 없이 전달이 되었는지 확인하는 시스템을 구성하고 IEEE C37.118-2005 표준[1]을 기반으로 한 vPMU를 통해 측정데이터를 발생시키고, PDC를 거쳐 DSM까지 전달되는 테스트 환경을 구축하여 PMU 별 데이터의 전송 현황을 감시할 수 있는 시스템을 개발하였으며 이를 통하여 향후에 PMU 추가 증설/폐쇄 시 또는 예측될 수 없는 데이터가 측정되었을 때에도 손실 없이 데이터가 상위시스템으로 전송되는 것을 검증할 수 있는 시스템을 도입하였다.
본 논문에서는 테스트를 위하여 WAMAC 시스템 테스트를 위해 개발된 vPMU를 이용하여 테스트 환경을 구축하였다. 향후 변전소에 PMU가 모두 설치가 되면 실제 PMU 를 기반으로 현 시스템과 테스트를 진행하도록 할 예정이다.
하지만 PMU에서 정확히 데이터가 발생될 경우에는 상위 시스템으로 데이터가 전송되는 것에 대한 검증은 정확히 모니터링 할 수 있으므로 시스템의 신뢰성을 높이기 위한 목적으로 본 연구가 진행 되었고, PMU 설치가 확대 진행될 경우 무손실 데이터 전송에 대한 신뢰성의 평가 도구로 사용될 것으로 기대한다.

제안 방법

4. vPMU와 PDC는 Hub를 통한 내부네트워크로 구성하였으며 DSM과 Memcached Server 는 인터넷망을 통하여 연결하였다. 클라이언트 PC의 경우 한 대당 4개의 vPMU 를 동작시켜도 CPU 점유율과 메모리 사용량에 문제가 발생되지 않아서 한 대당 4개의 vPMU를 동작시켰으며 24시간동안 테스트 결과 PDC, DSM memcached Server 모두 CPU 점유율, 메모리 사용량, 네트워크 트래픽 모두 안정된 상황에서 테스트가 진행되었다.
DSM는 PMU 데이터를 필요로 하는 시스템으로 PMU 데이터를 분배한다. 60Hz의 원본 데이터와 10Hz의 샘플링데이터로 데이터를 분리하여 알고리즘과 시스템에서 요구하는 종류의 데이터를 추출하여 전송한다.
만일 계수된 데이터의 수가 PMU, PDC, DSM이 다를 경우 이벤트가 발생하도록 시스템을 설계하였다. PMU ID를 key값으로 하고 시간과 샘플데이터의 개수가 저장된 HashMap을 value로 갖는 HashMap을 생성하였다. 검증시스템에서는 PMU ID별로 처리된 데이터의 시간별 개수를 저장하여 1초당 처리하는 데이터의 개수를 알 수 있다.
이를 위하여 전송데이터의 검증 시스템이 필요로 하게 되었다. PMU에서 측정된 데이터의 취득시간를 추출하여 초단위로 취득된 샘플데이터를 계수하고, PDC와 DSM에서 각각 계산하여 각각의 서버마다 memcached 서버에 저장한다. 이렇게 저장된 값을 WVT에서 읽어서 실제 데이터의 정확도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하였다.
WVT에서 memcached Server에 저장된 값을 PMU 별로 보여주어 한 PMU가 vPMU부터 PDC, DSM까지 정확하게 들어오는지 확인할 수 있도록 사용자 화면을 개발하였다.
검증시스템에서는 PMU ID별로 처리된 데이터의 시간별 개수를 저장하여 1초당 처리하는 데이터의 개수를 알 수 있다. 검증시스템에 저장된 데이터의 개수를 PMU ID와 취득시간, PMU, PDC, DSM 중 어디에서 전송된 값인지를 확인할수 있는 Flag를 두어 이들의 병합한 문자열과 처리한 데이터의 개수를 memcached 서버에 Map 형태로 저장한다. 이렇게 저장된 데이터를 WVT에서 매 초마다 memcached 서버를 체크하여 실제 서버들이 처리하고 있는 데이터의 개수를 실시간으로 알 수 있도록 하였다.
이렇게 저장된 값을 WVT에서 읽어서 실제 데이터의 정확도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하였다. 만일 계수된 데이터의 수가 PMU, PDC, DSM이 다를 경우 이벤트가 발생하도록 시스템을 설계하였다. PMU ID를 key값으로 하고 시간과 샘플데이터의 개수가 저장된 HashMap을 value로 갖는 HashMap을 생성하였다.
PMU에서 측정된 데이터의 취득시간를 추출하여 초단위로 취득된 샘플데이터를 계수하고, PDC와 DSM에서 각각 계산하여 각각의 서버마다 memcached 서버에 저장한다. 이렇게 저장된 값을 WVT에서 읽어서 실제 데이터의 정확도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하였다. 만일 계수된 데이터의 수가 PMU, PDC, DSM이 다를 경우 이벤트가 발생하도록 시스템을 설계하였다.
검증시스템에 저장된 데이터의 개수를 PMU ID와 취득시간, PMU, PDC, DSM 중 어디에서 전송된 값인지를 확인할수 있는 Flag를 두어 이들의 병합한 문자열과 처리한 데이터의 개수를 memcached 서버에 Map 형태로 저장한다. 이렇게 저장된 데이터를 WVT에서 매 초마다 memcached 서버를 체크하여 실제 서버들이 처리하고 있는 데이터의 개수를 실시간으로 알 수 있도록 하였다.

대상 데이터

PMU 데이터는 PDC를 거쳐 DSM으로 수집된다. DSM는 PMU 데이터를 필요로 하는 시스템으로 PMU 데이터를 분배한다.
PMU를 이용하여 취득된 데이터는 GPS 수신장치를 통하여 GPS 시간으로 시각동기화된 페이저 데이터이다. 이는 전 계통으로부터 동기화된 신호를 취득할 수 있고 개통동요현상 등을 실시간으로 감시할 수 있는 기능을 제공할 수 있으며, 그뿐 아니라 최대 초당 60회까지 데이터를 측정함으로써 전력계통의 특성과 현상을 실시간으로 분석할 수 있다.

성능/효과

2. PDC와 DSM은 각각 1대로 구성하였으며, HP rx2660(1P 2core,Memory 8G)에서 동작하였다.
Table 1은 vPMU에서 생성된 데이터와 PDC와 DSM에서 처리한 데이터의 수를 비율적으로 나타낸 것이다. 위 테스트 환경에서 현재 24시간 동안 테스트 결과 한건의 누락/오류 데이터 없이 PMU에서 측정된 데이터가 WAMAC 시스템 전체에서 적용되고 있음을 확인할 수 있다.
vPMU와 PDC는 Hub를 통한 내부네트워크로 구성하였으며 DSM과 Memcached Server 는 인터넷망을 통하여 연결하였다. 클라이언트 PC의 경우 한 대당 4개의 vPMU 를 동작시켜도 CPU 점유율과 메모리 사용량에 문제가 발생되지 않아서 한 대당 4개의 vPMU를 동작시켰으며 24시간동안 테스트 결과 PDC, DSM memcached Server 모두 CPU 점유율, 메모리 사용량, 네트워크 트래픽 모두 안정된 상황에서 테스트가 진행되었다.
현재 과제를 통하여 1단계 구축되어진 WAMAC 시스템을 vPMU 기반으로 테스트 해본 결과 100% 데이터 전송 신뢰도를 보여주고 있다. vPMU의 오류로 인하여 초당 61∼62개의 데이터가 생성된 경우에서도 데이터 모두가 정상적으로 상위 시스템에 전달되고 지고 있다.

후속연구

정확한 데이터 검증을 포함한 WAMAC 시스템의 도입은 현재 실시간으로 제공되지 못했던 전력 시스템 운영에 필요한 각종 데이터들을 안정적으로 제공함으로써 전력 시스템의 안정성 및 신뢰도를 획기적으로 발전시킬 수 있으며 대정전사고 방지를 위한 초석이 될 수 있다. 또한 스마트그리드를 기반으로 한 신재생에너지인 풍력, 태양열, 조력 등의 친환경 에너지의 공급시에도 실시간 모니터링 및 제어를 가능하게 해주는 기초적인 분석 자료를 제공할 수 있게 된다.
이에 WAMAC 시스템은 대한민국 전 지역에 분포되어 있는 발전소/변전소에 고정밀페이저측정장치(PMU:Phasor Measurement Unit)를 설치하여 교류전압, 전류의 위상, 주파수의 변화율 등의 고정밀 전력데이터를 초당 60회 측정함과 동시에 위성신호(GPS)를 이용하여 측정데이터에 백만분의 1초 단위로 시간을 표시함으로써 전국 각 지역의 전력데이터를 시각동기화하여 측정할 수 있다. 이 측정 데이터를 기반으로 전력계통 운영자들에게 실시간으로 계통상황 정보를 제공하여 실시간 온라인 전압, 주파수, 위상의 감시가 가능해 진다. WAMAC 시스템은 변전소에 설치된 PMU가 GPS를 통하여 시간을 동기화해 측정된 전압, 전류 및 주파수 등을 받아 WAMAC 서버시스템으로 실시간 데이터를 보내 계통 상황을 감시, 안전성을 평가·예측한다.
본 논문에서는 테스트를 위하여 WAMAC 시스템 테스트를 위해 개발된 vPMU를 이용하여 테스트 환경을 구축하였다. 향후 변전소에 PMU가 모두 설치가 되면 실제 PMU 를 기반으로 현 시스템과 테스트를 진행하도록 할 예정이다.
현재 실제 PMU의 연동이 아닌 vPMU로 진행된 테스트이므로 향후 PMU가 실제 변전소에 설치가 진행되면 실제 PMU 기반으로 동작을 테스트해 보아야 할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PMU를 이용하여 취득된 데이터는 어떤 데이터인가?	PMU를 이용하여 취득된 데이터는 GPS 수신장치를 통하여 GPS 시간으로 시각동기화된 페이저 데이터이다. 이는 전 계통으로부터 동기화된 신호를 취득할 수 있고 개통동요현상 등을 실시간으로 감시할 수 있는 기능을 제공할 수 있으며, 그뿐 아니라 최대 초당 60회까지 데이터를 측정함으로써 전력계통의 특성과 현상을 실시간으로 분석할 수 있다.
	스마트 그리드란 무엇인가?	스마트 그리드(SMART Grid)란 지능형 전력망을 뜻하는 용어로써 기존 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여, 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하고 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망을 말한다. 실시간으로 전력상황을 모니터링 할 수 있는 시스템이 구축되어야 하는 것이 스마트그리드의 기초라고 할 수 있다.
	WAMAC 시스템의 측정 데이터를 기반으로 무엇이 가능해지나?	이에 WAMAC 시스템은 대한민국 전 지역에 분포되어 있는 발전소/변전소에 고정밀페이저측정장치(PMU:Phasor Measurement Unit) 를 설치하여 교류전압, 전류의 위상, 주파수의 변화율 등의 고정밀 전력데이터를 초당 60회 측정함과 동시에 위성신호(GPS)를 이용하여 측정데이터에 백만분의 1초 단위로 시간을 표시함으로써 전국 각 지역의 전력데이터를 시각동기화하여 측정할 수 있다. 이 측정 데이터를 기반으로 전력계통 운영자들에게 실시간으로 계통상황 정보를 제공하여 실시간 온라인 전압, 주파수, 위상의 감시가 가능해 진다. WAMAC 시스템은 변전소에 설치된 PMU가 GPS를 통하여 시간을 동기화해 측정된 전압, 전류 및 주파수 등을 받아 WAMAC 서버시스템으로 실시간 데이터를 보내 계통 상황을 감시, 안전성을 평가·예측한다.

참고문헌 (5)

IEEE Std. C37.118-2005, Synchrophasors for Power Systems
IEEE Std. C37.118.1-2011, IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems
Bindeshwar Singh, N.K. Sharma, A.N. Tiwari, K.S. Verma and S.N. Singh, "Applications of phasor measurement units (PMUs) in electric power system networks incorporated with FACTS controllers", International Journal of Engineering, Science and Technology Vol.3, No.3, 2011, pp.64-82.
Sang-Tae Kim, Ji-Young Kim, "PerformanceEvaluation for K-WAMS under Field Operating Condition of Korea Power Grid", 2010 CIGRE
Joe Hughes, The Integrated Energy and Communication Systems Architecture, EPRI Technical Analysis 2004.

저자의 다른 논문 :

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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