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문제 정의
- 본 논문에서는 CIM기반의 HSDA통신 방식을 사용하여 타 시스템간의 전력계통 데이터 연동 및 활용할 수 있는 표준 데이터 전송 시스템의 구축과정과 구축된 시스템을 활용하여 제주계통 전압안정도와 상정사고의 결과를 제시하였다. 향후 타 시스템에서 본 논문에서 구축된 시스템과 연계시 IEC-61970 GID표준을 준수한다면 언제든 데이터의 연계가 가능하도록 본 시스템이 구축되었다.
- 이 기법은 현재의 시점에서 붕괴되는 시점을 한 번에 찾는 기법이다. 본 논문에서는 반복 조류계산 법을 이용한 전압안정도 계산을 수행하였다. 반복 조류계산을 수행하기 위해서는 전력 조류 방정식을 구성해야 되고, 계통에 대한 모델링이 필요하다.
- 본 논문에서는 전력연구원에 서버가 설치되어 실시간으로 제주지역 송전계통 정보를 CIM-GID(Generic Interface Definition) 통신을 사용하여 정보를 받고 있다. 이정보는 제주 스마트그리드 홍보관내 PGOMS(Power Grid Operator and Management System) 주장치로 전송하는 시스템과 전송된 데이터를 사용하여 실시간으로 제주지역 송전계통의 전압안정도 및 상정사고를 계산 하는 시스템의 구축 내용 및 결과에 대해서 기술한다. 본 논문에 사용되는 표준 통신 방식은 IEC-61970 Part 4 CIM-GID HSDA 이다[4, 5].
제안 방법
- 2.4절에서 구축된 CIM HSDA 서버-클라이언트 시스템의 전송 데이터를 활용하여 제주계통의 실시간 전압안정도 및 상정사고 해석 시스템의 구축 및 해석을 수행하였다. 사용된 해석 엔진은 자체 개발한 조류계산 엔진을 사용하였으며 안정도와 상정사고의 계산은 반복 조류계산법을 사용하였다[8].
- Corba, ObjectRequest-Broker 방식을 사용하며 그림 5와 같이 서버-클라이언트 구조를 가진다. HSDA에서 제시한 표준을 IDL을 이용하여 구성하며 서버와 클라이언트간에 동일 Interface를 사용하여 객체 통신을 수행한다.
- 현재 위성망을 이용한 데이터 취득 시 1초 정도의 시간 지연 처리가 발생하는 것을 확인하였으며 추후 속도 처리의 개선이 필요할 것으로 생각된다. 그러나 본 논문은 지상망 데이터를 가지고 전압안정도, 상정사고해석을 하였다.
- 그림 11의 구성으로 제주지역 변전소들의 데이터를 취득한 후 CIM HSDA를 통하여 제주 스마트그리드 홍보관 내 PGOMS 서버로 데이터 전송을 수행하였다. 데이터 전송주기는 1초 주기로 하였으며, 1개월 이상의 데이터 전송 테스트를 수행하였다.
- 그림 11의 구성으로 제주지역 변전소들의 데이터를 취득한 후 CIM HSDA를 통하여 제주 스마트그리드 홍보관 내 PGOMS 서버로 데이터 전송을 수행하였다. 데이터 전송주기는 1초 주기로 하였으며, 1개월 이상의 데이터 전송 테스트를 수행하였다. 전송 포인트들은 표 3과 같다.
- 본 논문에서는 위 시퀸스에 따라서 1초 주기로 제주지역 송전단의 정보들을 스마트그리드 홍보관 내 해석 시스템으로 실시간 전송을 수행한다.
- 본 논문에서는 전력연구원에 서버가 설치되어 실시간으로 제주지역 송전계통 정보를 CIM-GID(Generic Interface Definition) 통신을 사용하여 정보를 받고 있다. 이정보는 제주 스마트그리드 홍보관내 PGOMS(Power Grid Operator and Management System) 주장치로 전송하는 시스템과 전송된 데이터를 사용하여 실시간으로 제주지역 송전계통의 전압안정도 및 상정사고를 계산 하는 시스템의 구축 내용 및 결과에 대해서 기술한다.
- 상정사고시 전압안정도의 수행은 제주-해남 HVDC 선로를 차단하였을 경우 반복조류계산을 통한 전압 위반점을 계산하였다. 제주로 공급되는 발전량대비 부하량이 현저하게 작으며 서제주 HVDC의 추가 공급으로 인하여 제주지역 송전계통의 불안정을 발생하지 않았다.
- 설치된 sPMU들의 망 속도 테스트를 표 8과 같이 수행하였으며 각 sPMU별로 Ping 테스트를 수행하였고 1시간 지속 속도 테스트결과 지연시간의 평균을 도출하였다. 도출된 결과는 다음과 같으며 지상망의 속도는 정상적이였으나, 실제 확인결과 무궁화위성의 특성 및 기지국 처리 속도 상 최소 500ms에서 최대 1.
- 자체 개발된 해석엔진을 사용하였기 때문에 산업계에서 사용되는 PSS/E의 해석결과와의 오차 검증을 수행하였다. 사용된 데이터는 13년 7월 중 Peak 시간의 제주지역 송전망 데이터를 사용하였으며 정상상태의 전압안정도와 상정사고시 전압안정도 해석결과의 전압위반점에 도달하는 지점의 제주지역 각 모선의 전압/위상각의 비교 검증을 수행하였다[9, 10].
- 그림 13과 표 4는 전압안정도 계산 결과를 보여준다. 전압안정도 계산 수행은 발전과 부하량을 약 2%정도 증가시켜서 수행하였고, 약 20% 단위로 나눠서 표현하였다. 부하량과 발전량을 계속 증가시킴에 따라 모선의 전압이 점점 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
- 제주로 공급되는 발전량대비 부하량이 현저하게 작으며 서제주 HVDC의 추가 공급으로 인하여 제주지역 송전계통의 불안정을 발생하지 않았다. 전압안정도 계산과 동일하게 발전-부하량을 2% 증가시키면서 조류계산을 수행하였다. 해석결과 전압안정도 결과와 동일하게 신서귀 변전소에서 전압위반이 발생하였으며 PSS/E의 해석결과도 동일한 전압위반이 발생하였다.
- 전압안정도의 계산 수행은 반복 조류계산을 수행하였으며 발전-부하량을 2% 증가시키면서 조류계산을 수행하였다. 해석 결과 신서귀 변전소에서 전압위반이 발생하였으며 PSS/E의 해석결과도 동일한 모선에서 전압위반이 발생하였다.
대상 데이터
- 자체 개발된 해석엔진을 사용하였기 때문에 산업계에서 사용되는 PSS/E의 해석결과와의 오차 검증을 수행하였다. 사용된 데이터는 13년 7월 중 Peak 시간의 제주지역 송전망 데이터를 사용하였으며 정상상태의 전압안정도와 상정사고시 전압안정도 해석결과의 전압위반점에 도달하는 지점의 제주지역 각 모선의 전압/위상각의 비교 검증을 수행하였다[9, 10].
이론/모형
- 이정보는 제주 스마트그리드 홍보관내 PGOMS(Power Grid Operator and Management System) 주장치로 전송하는 시스템과 전송된 데이터를 사용하여 실시간으로 제주지역 송전계통의 전압안정도 및 상정사고를 계산 하는 시스템의 구축 내용 및 결과에 대해서 기술한다. 본 논문에 사용되는 표준 통신 방식은 IEC-61970 Part 4 CIM-GID HSDA 이다[4, 5].
- 본 논문에서 사용된 Interface는 CIM-GID 인터페이스중 OMG기반의 HSDA Interface를 사용하였다. Corba, ObjectRequest-Broker 방식을 사용하며 그림 5와 같이 서버-클라이언트 구조를 가진다.
- 해당 표준은 Corba기반의 OMG(Object Management Group) 및 COMComponent Object Model) 객체 통신 방식의 OPC(OLE(ObjectLinking and Embedding) for Process Control )등과 같은 여러 산업 표준 통신 방식으로 확장되었다. 본 논문에서 사용한 CIM-GID 통신 방식은 OMG 기반의 DAIS-v1.1(Data Acquisition from Industrial Systems Specification)으로 구현된 IEC-61970 Part4를 개발하여 사용하였다. 서버-클라이언트 모듈로 구성되며 CORBA 기반의 객체 통신을 수행한다.
- 보통 (1), (2)와 같은 모선의 전력방정식을 풀게 된다. 본 논문에서는 수렴응답 특성이 빠르고 정확한 뉴턴-랍슨법을 사용하였다. 뉴턴-랍슨조류계산법은 (3)과 같은 전력방정식의 편차에 대해 자코비안 역행렬 연산을 반복하여 수행하게 된다.
- 4절에서 구축된 CIM HSDA 서버-클라이언트 시스템의 전송 데이터를 활용하여 제주계통의 실시간 전압안정도 및 상정사고 해석 시스템의 구축 및 해석을 수행하였다. 사용된 해석 엔진은 자체 개발한 조류계산 엔진을 사용하였으며 안정도와 상정사고의 계산은 반복 조류계산법을 사용하였다[8]. 그림 12는 구축된 해석시스템의 구성도를 나타낸다.
- sPMU를 통해서 전력연구원에 저장된 제주 계통 데이터는 제주 스마트그리드 홍보관 PGOMS 시스템에서 전압안정도/상정사고의 해석 수행의 입력데이터로 사용되어지기 때문에 실시간으로 한전 OA망을 통하여 제주 스마트그리드 홍보관으로 전송을 수행하여야 한다. 이에 사용되는 통신 방식은 CIM-GID 방식을 사용하였으며 사용되는 미들웨어는 Agworks(AnyGate사의 Corba 기반 Middleware)를 사용하였다.
성능/효과
- 전압위반이 발생한 시점의 각 모선의 전압과 위상각을 계산하였으며 출력과는 표 5와 같다. PSS/E와 개발된 해석엔진의 해석결과의 오차비교 결과 전압은 최대 0.0039PU이고, Angle은 0.05의 오차를 도출하였다.
- 9885의 전압 위반점이 발생하였다. PSS/E와 개발된 해석엔진의 해석결과의 오차비교 결과 전압은 최대 0.0066PU, Angle은 0.07의 오차를 도출하였다.
- 설치된 sPMU들의 망 속도 테스트를 표 8과 같이 수행하였으며 각 sPMU별로 Ping 테스트를 수행하였고 1시간 지속 속도 테스트결과 지연시간의 평균을 도출하였다. 도출된 결과는 다음과 같으며 지상망의 속도는 정상적이였으나, 실제 확인결과 무궁화위성의 특성 및 기지국 처리 속도 상 최소 500ms에서 최대 1.5초의 데이터 지연속도가 발생하는 것을 확인하였다. 현재 위성망을 이용한 데이터 취득 시 1초 정도의 시간 지연 처리가 발생하는 것을 확인하였으며 추후 속도 처리의 개선이 필요할 것으로 생각된다.
- 위 시퀸스 및 Mapping Data정보를 기반으로 1초 주기로 제주 지역 송전단의 정보들을 스마트그리드 홍보관내 해석 시스템으로 실시간 전송하는 서버-클라이언트 시스템을 표 2와 같이 구축을 완료하고, 실증시험을 통해 전압안정도와 상정사고 해석 검증을 완료하였다.
- 이것은 계통에서 P값이 증가함에 따라 V값이 점점 떨어지는 전형적인 모습을 보여준다고 할 수 있다. 제주 지역 전압안정도 계산에서는 약 120%의 부하 및 발전량 상승 즉 119MW 정도의 초기 상태에서 262MW정도로 부하와 발전량을 증가 시켰을 때 제주지역의 전압이 붕괴되는 것을 확인 하였다.
- 총 1130 Point의 정보를 1초 주기로 1개월간 전송 하였으며 한전 내부망의 보안문제로 인한 차단 시기를 제외하고는 정상적으로 데이터 전송이 이루어지는 것을 확인하였다.
- 전압안정도의 계산 수행은 반복 조류계산을 수행하였으며 발전-부하량을 2% 증가시키면서 조류계산을 수행하였다. 해석 결과 신서귀 변전소에서 전압위반이 발생하였으며 PSS/E의 해석결과도 동일한 모선에서 전압위반이 발생하였다. 전압위반이 발생한 시점의 각 모선의 전압과 위상각을 계산하였으며 출력과는 표 5와 같다.
- 전압안정도 계산과 동일하게 발전-부하량을 2% 증가시키면서 조류계산을 수행하였다. 해석결과 전압안정도 결과와 동일하게 신서귀 변전소에서 전압위반이 발생하였으며 PSS/E의 해석결과도 동일한 전압위반이 발생하였다. 해석결과는 표 6과 같다.
후속연구
- 국내에서는 이에 대한 많은 기술 조사나 이를 활용한 시스템의 구축 실적은 적은 상황이다. 본 논문에서 제시한 IEC-61970기반 시스템들 간의 통합 기반자료는 향후 IEC-61970의 다양한 전력 애플리케이션간의 통합시 상당히 중요한 기반자료가 될 것으로 판단된다.
- 본 논문에서는 CIM기반의 HSDA통신 방식을 사용하여 타 시스템간의 전력계통 데이터 연동 및 활용할 수 있는 표준 데이터 전송 시스템의 구축과정과 구축된 시스템을 활용하여 제주계통 전압안정도와 상정사고의 결과를 제시하였다. 향후 타 시스템에서 본 논문에서 구축된 시스템과 연계시 IEC-61970 GID표준을 준수한다면 언제든 데이터의 연계가 가능하도록 본 시스템이 구축되었다. IEC-61970은 다양한 시스템간의 표준화된 데이터 연계 및 통합을 목표로 하고 있지만 이를 충족시키기 위해서는 시스템간의 통합을 이루어줄 여러 가지 기술요소가 필요한 실정이며 본 논문에서도 HSDA Sever-클라이언트 시스템의 구축을 위해서 여러 가지 기술요소 및 적용이 이루어졌으며 실제 많은 시간의 구축기간이 필요하였다.
- 5초의 데이터 지연속도가 발생하는 것을 확인하였다. 현재 위성망을 이용한 데이터 취득 시 1초 정도의 시간 지연 처리가 발생하는 것을 확인하였으며 추후 속도 처리의 개선이 필요할 것으로 생각된다. 그러나 본 논문은 지상망 데이터를 가지고 전압안정도, 상정사고해석을 하였다.
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