[논문]광역 전력계통 감시시스템 구축 및 실증

김상태; 김지영; 송완석; 장수형; 문영환; 김태현

광역 전력계통 감시시스템 구축 및 실증
Building and Actual Proving K-WAMS in Korea Power Grid 원문보기

김상태 (한전KDN(주) 송변전IT연구그룹) , 김지영 (한전KDN(주) 송변전IT연구그룹) , 송완석 (한전KDN(주) 송변전IT연구그룹) , 장수형 (LS산전(주) 전력연구소) , 문영환 (한국전기연구원 Smart Grid 센터) , 김태현 (한국전기연구원 Smart Grid 센터)

K-WAMS based on i-PIU as a synchro-phasor data acquisition device using GPS can treat a monitoring and evaluation of wide area power system to detect a various symptoms of wide area disturbances and prevent large blackout. This paper introduced the development of K-WAMS such as WAMS(Wide Area Monitoring System).

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문제 정의

또한 융통선로중 조류가 가장 많이 흐르는 선로의 발전단을 고려하여 신태백, 신서산 765kV 변전소와 아산 345kV 전력소에 i-PIU를 각 2기씩 설치하였다. 또한 발전단 측의 저주파 진동을 감시 하고자 울진 원자력 발전소와 연결된 신태백 변전소, 당진 화력 발전소와 태안 화력 발전소와 가까운 신서산 변전소의 데이터를 이용하여 저주파 진동 감시에 사용하고자 한다.
본 논문에서는 개발된 프로토타입에 대한 현장 실증 및 구축에 관해 소개하고자 한다.

제안 방법

i-PIU에서 계측된 정보를 전송은 IEEE C37.118-2005에서 광통신을 기본으로 하고 있으며, 본 논문에서는 이를 위해 광케이블을 각 변전소에 포설 하였다. 그림 4는 변전소 내부의 제어실에서 통신실까지의 시스템 구성도 이다.
본 시스템은 변전소에서 전력 정보를 계측 및 전송하는 기기와 전송받은 데이터를 기반으로 실시간 전력계통 안정도 해석 및 평가를 하는 상위 시스템으로 구성 되어있다. 각 변전소에서 취득 되는 데이터는 GPS(Global Positioning Satellite)를 이용하여 시간을 동기화 시키며 전압, 전류의 데이터는 페이져 형태로 계측을 한다.
기존의 순차적으로 상위시스템으로 전송되는 데이터 호름을 평가 우선 원칙을 적용하여 병렬 구조로 개발하였다. 그림 1은 K-WAMS의 하드웨어 구성도이다.
하지만 본 논문에서는 i-PIU의 설치 개소가 한정적이라는 제약 조건으로 융통선로의 발전단측의 데이터를 계측하여 반대 수전단 측의 정보를 계산하여 사용하는 방식을 사용하였다. 또한 융통선로중 조류가 가장 많이 흐르는 선로의 발전단을 고려하여 신태백, 신서산 765kV 변전소와 아산 345kV 전력소에 i-PIU를 각 2기씩 설치하였다. 또한 발전단 측의 저주파 진동을 감시 하고자 울진 원자력 발전소와 연결된 신태백 변전소, 당진 화력 발전소와 태안 화력 발전소와 가까운 신서산 변전소의 데이터를 이용하여 저주파 진동 감시에 사용하고자 한다.
그림 1은 K-WAMS의 하드웨어 구성도이다. 본 시스템은 변전소에서 전력 정보를 계측 및 전송하는 기기와 전송받은 데이터를 기반으로 실시간 전력계통 안정도 해석 및 평가를 하는 상위 시스템으로 구성 되어있다. 각 변전소에서 취득 되는 데이터는 GPS(Global Positioning Satellite)를 이용하여 시간을 동기화 시키며 전압, 전류의 데이터는 페이져 형태로 계측을 한다.
본 통신망 구성은 각 변전소의 현장 실정에 적합하게 설계를 하여 구축 하였다.
이런 세계의 흐름에 따라 우리 나라에서 최초 연구 개발하고 있는 K-WAMS는 더욱 값진 연구 성과라고 할 수 있다. 서로 다른 지역의 데이터를 30cycle/sec의 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 우리나라에서 최초로 설치하였고, 기 발표된 논문을 통해 대용량 데이터 처리방안을 해결하여 제안된 K-WAMS는 실용화단계에 들어섰다. 향후 한국전력계통에 설치 운영된다면 계통 운영의 신뢰성 확보가 가능하며, 손실을 최소화 시킬 수 있는 수단으로 활용 가치가 높다.
제어실에서 통신실 까지의 거리는 약 300m이며, 8 core 광 케이블을 포설 하였고, 제어실과 통신실의 OFD를 통해 연결하였다. 통신실의 경우 광/이더넷 허브와 CSU를 이용하여 T1/E1으로 상위시스템까지 데이터를 전송하는 시스템을 구축 하였다. 그림 5는 i-PIU의 광포트 이다.
이를 감시하기 위해서는 수도권으로 연결된 북상 융통선로 6개의 발전단, 부하단의 양단을 모두 감시해야 매우 정확한 결과를 산출할 수 있다. 하지만 본 논문에서는 i-PIU의 설치 개소가 한정적이라는 제약 조건으로 융통선로의 발전단측의 데이터를 계측하여 반대 수전단 측의 정보를 계산하여 사용하는 방식을 사용하였다. 또한 융통선로중 조류가 가장 많이 흐르는 선로의 발전단을 고려하여 신태백, 신서산 765kV 변전소와 아산 345kV 전력소에 i-PIU를 각 2기씩 설치하였다.

대상 데이터

각 변전소와 상위시스템간의 데이터 전송을 위해 한국전력공사의 T1/E1급의 데이터 전용선을 사용하였다. 또한 각 변전소 통신망 구성 및 상위시스템의 통신망 구성은 다음과 같이 구성되었다.

이론/모형

1㎲의 GPS 시정밀도를 지원하며, 30 samples/sec의 전송율로 상위시스템으로 데이터를 전송한다. 데이터를 전송할 시 실시간 Synchro-Phasor 표준규격인 IEEE C37.118-2005를 기반으로 하며, 그림 2는 i-PIU의 전면이다.

후속연구

해외 사례들처럼 K-WAMS를 최종 비즈니스 모델로 완성하기 위해서는 신뢰성 기반의 네트워크 인프라 구축을 기본으로 실시간 페이져 취득 장치를 변전소에 설치하여 다양한 계통상황에 대한 현장 테스트를 필수적으로 수행해야 한다. 또 K-WAMS는 소프트웨어의 비중이 높은 시스템이므로 ISO/IEC 9126 표준을 만족하는 소프트웨어 품질 확보할 계획이다.
서로 다른 지역의 데이터를 30cycle/sec의 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 우리나라에서 최초로 설치하였고, 기 발표된 논문을 통해 대용량 데이터 처리방안을 해결하여 제안된 K-WAMS는 실용화단계에 들어섰다. 향후 한국전력계통에 설치 운영된다면 계통 운영의 신뢰성 확보가 가능하며, 손실을 최소화 시킬 수 있는 수단으로 활용 가치가 높다.

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