[논문]IEC 61850 기반 디지털변전소 현장정보처리장치 시험 방법에 관한 연구

김남대; 김우중; 이남호; 김석곤; 장병태

doi:10.18770/kepco.2020.06.03.253

IEC 61850 기반 디지털변전소 현장정보처리장치 시험 방법에 관한 연구
A Study on the Test Method of Local Information Processing Device in Digital Substation Based on IEC 61850 원문보기

KEPCO Journal on electric power and energy, v.6 no.3, 2020년, pp.253 - 257

김남대 (The authors are with KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) , 김우중 (The authors are with KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) , 이남호 (The authors are with KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) , 김석곤 (The authors are with KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) , 장병태 (The authors are with KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation)

초록
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현장정보처리장치는 아날로그형 전력설비의 전압, 전류, 디지털 전기신호를 IEC 61850 기반 데이터로 변환하여 정보를 처리하는 장치이다. 이는 아날로그형 전력설비의 운전 정보를 취득 및 처리하고, 전력설비의 제어를 수행하며, 내부 로직을 이용하여 인터록 기능 등을 수행한다. 특히, 다수의 보호계전기 입출력 신호를 하나의 장치에서 처리하기 때문에 장치의 입출력 정보를 처리하는 데이터 변환시간이 중요하다. 본 논문에서는 현장정보처리장치의 IEC 61850 통신 기능 및 입출력 데이터 변환시간을 측정할 수 있는 시험 방법과 사례를 소개하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The local information processing devices are devices that process information by converting voltage, current, and digital electric signals from legacy-type power facility into IEC 61850 based data. It acquires and processes the operation information of legacy-type power facility, performs control of power facility, and interlock function using internal logic. In particular, the time to convert data to process input and output information for a device is important because a number of protection relay input and output signals are handled by only one device. This paper introduces test methods and cases for measuring IEC 61850 communication function and input/output data conversion time of local information processing device.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. 변전자동화시스템 내의 현장정보처리장치.
그림 Fig. 2. 현장정보처리장치의 구성.
그림 Fig. 3. 정보 모델 시험방법.
그림 Fig. 4. MMS Report 데이터 일치성 분석.
그림 Fig. 5. GOOSE Message 의 SqNum 연속성 분석.
표 TABLE 1 데이터 변환시간 시험구성
그림 Fig. 6. 디지털 신호 변환 시험 구성도.
그림 Fig. 7. I/O Box 대상 디지털 신호 변환 시험 결과.
그림 Fig. 8. GOOSE 데이터 변환 시험 구성도.
그림 Fig. 9. I/O Box 대상 GOOSE 데이터 변환 시험 결과.
표 TABLE 2 디지털 신호 변환 시험 결과 평균/최대값 분석,
표 TABLE 3 GOOSE 데이터 변환 시험 결과 평균/최대값 분석,

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 현장정보처리장치가 구현해야 하는 정보 모델과 MMS 및 GOOSE 통신 기능을 시험하는 방법을 소개한다. 또한, 현장정보처리장치에 입력된 디지털 신호를 GOOSE 데이터로 변환하는 시간과 수신된 GOOSE 데이터를 디지털 신호로 출력하는 변환시간을 측정할 수 있는 시험 방법과 현장정보처리장치와 같이 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 소개하고자 한다.
하지만 IEC 61850 서버 적합성 시험절차에서는 현장정보처리장치와 같이 장치 간 연동하여 동작하는 서비스의 적합성을 시험하는 절차는 없기 때문에 운영상에 필요한 MMS와 GOOSE에 대한 별도의 서비스 기능 시험이 요구된다. 본 논문에서는 연동하여 운영되는 현장 정보처리장치의 MMS와 GOOSE 기능을 시험하는 대표적인 사례를 소개한다.
특히, 현장정보처리장치는 디지털 신호와 GOOSE 데이터의 입출력 변환장치이기 때문에 데이터 변환시간이 매우 중요하다. 본 논문에서는 현장정보처리장치가 구현해야 하는 정보 모델과 MMS 및 GOOSE 통신 기능을 시험하는 방법을 소개한다. 또한, 현장정보처리장치에 입력된 디지털 신호를 GOOSE 데이터로 변환하는 시간과 수신된 GOOSE 데이터를 디지털 신호로 출력하는 변환시간을 측정할 수 있는 시험 방법과 현장정보처리장치와 같이 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 소개하고자 한다.
본 논문에서는 현장정보처리장치에서 추출된 SCL 파일의 정보 모델과 온라인 상태의 정보 모델 운용 상태를 확인하는 방법을 기술하였다. 또한, 현장정보처리장치에서 요구되는 MMS 및 GOOSE 통신 기능을 확인하였고, 동일한 MMS 데이터와 연속적인 GOOSE 데이터를 확인하는 방법을 기술하였다.
시험 구성은 TABLE 1과 같이 GOOSE 데이터와 디지털 신호 간 데이터를 변환하는 시험대상과 GOOSE 데이터를 수신하고 디지털 신호를 입출력하는 시험장치와 GOOSE 데이터를 송신하는 GOOSE 발생장치가 필요하다. 본 시험은 네트워크 트래픽이 데이터 변환시간에 영향을 줄 수 있으므로 신뢰성이 있는 데이터 변환시간의 통계적 분석을 위해 데이터 변환시간을 연속하여 10회 측정하고, 데이터 변환시간의 평균 값과 최대 값이 허용 기준을 초과하는지 확인한다 [11]. 본 항에서는 현장정보처리장치와 같이 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 보여준다.

제안 방법

현장정보처리장치는 기존의 RTU를 대체하여 아날로그형 전력설비의 운전 정보를 취득하고, 정보를 처리한다. IEC 61850 기반 정보연계장치 및 HMI (Human Machin Interface)의 제어 요청에 따라 전력설비를 제어하고, 내부 로직을 이용하여 인터록 기능 등을 수행한다. 특히 Fig.
현장정보처리장치의 IEC 61850 기반 정보 모델은 SCL (System Configuration Language)에 정의되어있으며, 한전 변전소 현장에서 사용되고 있는 IET (IED Engineering Table) 파일에는 변전소 운영에 필요한 정보 모델 및 통신 설정에 대한 요구사항이 정의되어있다 [7]. IET 파일에는 현장정보처리장치의 장치 이름, 장치 버전, IP 등과 같은 기본 정보와 구현된 정보 모델의 설명, 데이터 셋, RCB (Report Control Block), GCB (Goose Control Block) 설정 정보, GOOSE 송수신 정보가 기재 되어있으며, 시험자는 현장정보처리장치에서 추출된 SCL 파일과 IET 파일을 비교함으로써 정보 모델을 확인한다. 또한, 제3자 클라이언트 툴을 활용하여 온라인 상태의 현장정보처리장치의 정보 모델 운용 상태를 Fig.
II항에서 설명된 바와 같이 현장정보처리장치의 통신 이중화를 위해 각 장치는 메인과 백업 모듈로 동작하고, I/O보드에서 취득된 신호는 직렬 통신을 통해 각 모듈로 전송된다. 각 모듈은 MMS를 이용하여 상위운영장치로 전송하고, 상위운영장치는 각 모듈에서 전송된 Report 중 먼저 수신된 Report를 처리한다. 따라서 네트워크 상에는 Fig.
본 논문에서는 현장정보처리장치에서 추출된 SCL 파일의 정보 모델과 온라인 상태의 정보 모델 운용 상태를 확인하는 방법을 기술하였다. 또한, 현장정보처리장치에서 요구되는 MMS 및 GOOSE 통신 기능을 확인하였고, 동일한 MMS 데이터와 연속적인 GOOSE 데이터를 확인하는 방법을 기술하였다. 현장정보처리장치의 주요 기능인 데이터 변환과 관련하여 입력된 디지털 신호를 GOOSE 데이터로 변환하거나 수신된 GOOSE 데이터를 디지털 신호로 변환하는데 소요되는 시간을 측정할 수 있는 시험 방법과 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 소개하였다.
따라서 각 모듈에서 SqNum이 동일한 GOOSE Message를 전송하는 경우, 표준에 위배되기 때문에 동일한 네트워크에 연결되어있는 다른 IED 와의 상호운용성에 문제를 초래할 수 있다. 이러한 GOOSE 전송 기능을 시험하기 위해 시험자는 현장정보처리장치의 메인 모듈에서 GOOSE를 전송하고 있을 때, 메인 모듈의 물리적인 통신포트 연결을 해제하고, 네트워크 상의 GOOSE Message를 분석한다. 시험자는 백업 모듈에서 동일한 데이터에 대한 GOOSE 전송을 확인하고, 연속적으로 나타나는 GOOSE Message의 SqNum 값을 Fig.
7은 상기 시험 방법을 통해 시험장치에서 도출된 결과를 나타낸다. 이와 동일한 시험을 연속하여 10회 수행하고, 측정된 데이터 변환시간에서 평균 값과 최대 값을 TABLE 2와 같이 도출한다. 시험 결과, 디지털 신호 변환 평균 시간이 4.
현장정보처리장치는 기존의 RTU를 대체하여 아날로그형 전력설비의 운전 정보를 취득하고, 정보를 처리한다. IEC 61850 기반 정보연계장치 및 HMI (Human Machin Interface)의 제어 요청에 따라 전력설비를 제어하고, 내부 로직을 이용하여 인터록 기능 등을 수행한다.
또한, 현장정보처리장치에서 요구되는 MMS 및 GOOSE 통신 기능을 확인하였고, 동일한 MMS 데이터와 연속적인 GOOSE 데이터를 확인하는 방법을 기술하였다. 현장정보처리장치의 주요 기능인 데이터 변환과 관련하여 입력된 디지털 신호를 GOOSE 데이터로 변환하거나 수신된 GOOSE 데이터를 디지털 신호로 변환하는데 소요되는 시간을 측정할 수 있는 시험 방법과 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 소개하였다.

대상 데이터

본 시험은 네트워크 트래픽이 데이터 변환시간에 영향을 줄 수 있으므로 신뢰성이 있는 데이터 변환시간의 통계적 분석을 위해 데이터 변환시간을 연속하여 10회 측정하고, 데이터 변환시간의 평균 값과 최대 값이 허용 기준을 초과하는지 확인한다 [11]. 본 항에서는 현장정보처리장치와 같이 디지털 신호와 GOOSE 데이터 간 데이터 변환이 가능한 I/O Box를 대상으로 수행된 시험 사례를 보여준다.

이론/모형

IEC 61850 기반 정보연계장치 및 HMI (Human Machin Interface)의 제어 요청에 따라 전력설비를 제어하고, 내부 로직을 이용하여 인터록 기능 등을 수행한다. 특히 Fig. 1과 같이 다수의 아날로그형 보호계전기의 입출력 신호를 하나의 장치로 연결하고, 취득된 운전 정보를 IEC 61850 기반 데이터로 변환 및 처리하는 장치로써 정보연계장치 및 HMI와의 통신을 위해 MMS를 이용하고, 타 IED와의 신호 교환을 위해 GOOSE를 이용한다.

성능/효과

9는 I/O Box를 대상으로 수행된 1회의 시험을 통해 시험장치에서 도출된 결과를 나타내며, 동일한 시험을 연속하여 10회 수행하고, 측정된 데이터 변환시간에서 평균 값과 최대 값을 TABLE 3과 같이 도출한다. 시험 결과 GOOSE 데이터 변환 평균 시간이 8.56 ms이고, 최대 시간은 9.2 ms로 확인하였다.
이와 동일한 시험을 연속하여 10회 수행하고, 측정된 데이터 변환시간에서 평균 값과 최대 값을 TABLE 2와 같이 도출한다. 시험 결과, 디지털 신호 변환 평균 시간이 4.39 ms이고, 최대 시간은 4.5 ms로 확인하였다.

후속연구

현재 현장정보처리장치는 154 kV 디지털변전소에서 운용되고 있으며, 345 kV 변전소에도 확대 적용될 계획이다. 따라서, 현장정보처리장치는 보다 많은 전력설비의 운전 정보를 수용해야 하며, 복잡한 정보 모델이 구현될 것으로 전망된다. 또한, 현장정보처리장치의 MMS 및 GOOSE 통신 기능과 데이터 변환 기능이 보다 중요해지기 때문에 시험자는 본 논문에 기술된 시험 방법을 통해 이러한 기능을 시험해야 한다.
추후, 디지털변전소가 고도화됨에 따라 프로세스 버스가 적용되고, 인터락 신호 외에 보호요소 동작 신호도 GOOSE를 활용할 경우, 현장정보처리장치의 데이터 변환시간 기준을 강화해야될 것으로 판단된다. 또한, 현장정보처리장치의 정보 모델과 통신 기능을 비전문가도 확인할 수 있도록 시험툴을 개발하여 시험 소요시간을 최소화하고, 현재 데이터 변환시간 측정에 사용중인 고가의 시험장치를 대체할 수 있는 시험장치를 개발할 계획이다.
추후, 디지털변전소가 고도화됨에 따라 프로세스 버스가 적용되고, 인터락 신호 외에 보호요소 동작 신호도 GOOSE를 활용할 경우, 현장정보처리장치의 데이터 변환시간 기준을 강화해야될 것으로 판단된다. 또한, 현장정보처리장치의 정보 모델과 통신 기능을 비전문가도 확인할 수 있도록 시험툴을 개발하여 시험 소요시간을 최소화하고, 현재 데이터 변환시간 측정에 사용중인 고가의 시험장치를 대체할 수 있는 시험장치를 개발할 계획이다.
현재 현장정보처리장치는 154 kV 디지털변전소에서 운용되고 있으며, 345 kV 변전소에도 확대 적용될 계획이다. 따라서, 현장정보처리장치는 보다 많은 전력설비의 운전 정보를 수용해야 하며, 복잡한 정보 모델이 구현될 것으로 전망된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현장정보처리장치란 무엇인가?	현장정보처리장치는 아날로그형 전력설비의 전압, 전류, 디지털 전기신호를 IEC 61850 기반 데이터로 변환하여 정보를 처리하는 장치이다. 이는 아날로그형 전력설비의 운전 정보를 취득 및 처리하고, 전력설비의 제어를 수행하며, 내부 로직을 이용하여 인터록 기능 등을 수행한다.
	IEC 61850 표준에서는 인터락 GOOSE 전송 시간을 얼마 이하로 권고 하는가?	현장정보처리장치는 입력된 디지털 신호를 GOOSE 데이터로 변환하거나 수신된 GOOSE 데이터를 디지털 신호로 변환하여 출력하며, 현장에서는 제어에 필요한 인터락 정보를 GOOSE로 전송하고 있다. IEC 61850 표준에서는 인터락 GOOSE 전송 시간을 Type 1A ‘Trip’ 급의 10 ms 이하로 권고하고 있으며, 한전에서는 실제 운용 환경을 고려하여 상기 데이터 변환시간을 Type 2 ‘자동화’ 급의 100 ms까지 허용한다 [10]. 시험 구성은 TABLE 1과 같이 GOOSE 데이터와 디지털 신호 간 데이터를 변환하는 시험대상과 GOOSE 데이터를 수신하고 디지털 신호를 입출력하는 시험장치와 GOOSE 데이터를 송신하는 GOOSE 발생장치가 필요하다.

참고문헌 (11)

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Communication networks and systems for power utility automation - Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs, IEC 61850 Standard Part 6, 2013.
Communication networks and systems for power utility automation - Part 10: Conformance testing, IEC 61850 Standard Part 10, 2013.
Communication networks and systems for power utility automation - Part 8-1: Specific communication service mapping (SCSM) - Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3, IEC 61850 Standard Part 8-1, 2011.
Communication networks and systems for power utility automation - Part 5: Communication requirements for functions and device models, IEC 61850 Standard Part 5, 2013.
I. Ali, M. S Thomas, S. Gupta, "Methodology & Tools for performance evaluation of IEC 61850 GOOSE based protection schemes," 2012 IEEE Fifth Power India Conference, Murthal, pp. 1-6, 2012.

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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