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제안 방법
- 또한 1대의 통합보호 IED만을 가지고 변압기 13대의 IED를 대체하기에는 통합보호 IED가 가지는 부담이 크기에 Main, Backup 기능을 가지는 2대의 IED를 이용하여 통합보호 이중화 시스템을 구성하였다. 2대의 통합보호 IED는 GOOSE 신호를 기반으로 하여 IED 정상동작을 감시하고, 사고 발생 시 두 대의 IED에서 보내오는 Trip 신호의 GOOSE 품질 정보를 비교하여 M.U에서 비교하여 건전한 Trip신호만을 사용하여 실제 차단기 제어에 사용한다. 통합보호 시스템 구성을 위한 시각동기는 모선보호와 동일하게 IRIG-B를 사용하여 구현하였다.
- Process Level의 Full Digital 변전소 자동화 시스템 구축을 위한 IED 및 IED 엔지니어링을 위한 툴을 개발하고 성능검증을 위한 실증환경을 구축하였다. 실증결과는 향후 국내 Process Level의 Full Digital 변전소 구축을 위한 기반 자료로 활용할 예정이다.
- Process level의 154kV급 모선보호 IED와 25.8kV급 통합보호 IED의 신뢰성검증을 위한 현장실증을 위해 실증환경을 구축하였다. 실증 변전소는 Station Level의 디지털변전시스템 실증을 진행 중인 154kV 변전소를 선정하였으며, 기설 Station Level의 시스템을 개조하여 개발된 IED의 실증환경을 구성하였다.
- 또한 IEC61850에 익숙하지 않은 전기 엔지니어가 친숙한 변전소 단선도를 자동으로 생성해주고 생성된 단선도 기반에서 엔지니어링이 가능하도록 하는 기능과 SGCB를 활용한 보호요소 정정 기능을 제공한다. SSD Drawer를 통하여 생성된 SSD 파일을 활용하여 단선도 기반의 엔지니어링을 수행하였고, 엔지니어링 적정성 및 신뢰성 제고를 위한 Lab Test를 시행하고 실증현장에 설치하였다.
- 디지털변전소가 아닌 기존 방식의 154kV 변전소를 선정하였으며, 현장의 신호를 병렬로 구성하여 개발된 IED와 기설 보호계전기와의 성능 비교 환경을 구성하였다. 아래 그림은 Process Level 변전소 자동화 시스템 구축을 위한 네트워크 구성도이다.
- 통합보호 IED는 13개의 가상 IED를 1개의 IED가 포함하는 개념이며 이를 위해 각각의 IED를 통합제어 하기 위한 알고리즘을 개발하였다. 또한 1대의 통합보호 IED만을 가지고 변압기 13대의 IED를 대체하기에는 통합보호 IED가 가지는 부담이 크기에 Main, Backup 기능을 가지는 2대의 IED를 이용하여 통합보호 이중화 시스템을 구성하였다. 2대의 통합보호 IED는 GOOSE 신호를 기반으로 하여 IED 정상동작을 감시하고, 사고 발생 시 두 대의 IED에서 보내오는 Trip 신호의 GOOSE 품질 정보를 비교하여 M.
- IED 엔지니어링 툴은 기존의 Station Level의 변전소 엔지니어링 기능외에 Station Level의 정보 엔지니어링 즉 SV 데이터의 엔지니어링이 가능하다. 또한 IEC61850에 익숙하지 않은 전기 엔지니어가 친숙한 변전소 단선도를 자동으로 생성해주고 생성된 단선도 기반에서 엔지니어링이 가능하도록 하는 기능과 SGCB를 활용한 보호요소 정정 기능을 제공한다. SSD Drawer를 통하여 생성된 SSD 파일을 활용하여 단선도 기반의 엔지니어링을 수행하였고, 엔지니어링 적정성 및 신뢰성 제고를 위한 Lab Test를 시행하고 실증현장에 설치하였다.
- U에서 보내오는 SV 데이터 처리를 하도록 하였으며, 5개의 연산모듈에서 각각의 통신 모듈에서 보내오는 데이터 처리를 수행하도록 하였다. 또한 네트워크 시스템 상에서 발생할 수 있는 SV데이터의 누락 및 지연 발생 시 데이터 보상을 할 수 있는 알고리즘을 적용하였다. 아래 그림 2는 보상알고리즘을 적용하기 전·후의 SV 데이터 처리 결과를 보여준다.
- 이에 한국전력공사에서는 국내 기업과 공동으로 154kV급 모선보호 IED 국산화를 위한 연구과제를 수행하였다. 모선보호 IED 국산화 시 Station level 기능을 포함하고 Full Digital 변전소에 적용할 수 있도록 Process Level의 154kV급 모선보호 IED를 개발하였다. 현재 154kV급 변전소 모선보호를 위해서는 모선보호 IED가 18회선의 CT정보와 2Set의 PT정보를 수용하여야 한다.
- IED 13개의 보호기능을 하나의 IED가 수행하기 위해서는 각각의 전압 전류정보를 수용하여야 하나, Station Level의 IED를 적용할 경우 IED의 입력 포트의 한계 때문에 기술적인 어려움이 있다. 이러한 기술적 문제를 해결하고자 Process bus 기반의 SV 데이터를 활용하는 통합보호 IED 개발을 제안하고 시제품 개발을 수행하였다.
- 모선보호 수행을 위해서는 SV 데이터간의 시각동기가 중요하다. 이에 Process Level 모선보호 IED와 각각의 M.U 간의 시각동기를 위해 IRIG-B 시각동기기능을 적용하였다. 이렇게 개발된 IED 시작품은 IEC 61850 통신 적합성 시험 및 IED 내환경시험을 통과하였으며 제품 신뢰성 제고를 위한 시범 적용 후 Full Digital 변전소 자동화 시스템 구축에 활용할 예정이다.
- 이에 개발된 모선보호 IED는 과 같이 5개의 SV 처리 모듈을 통하여 M.U에서 보내오는 SV 데이터 처리를 하도록 하였으며, 5개의 연산모듈에서 각각의 통신 모듈에서 보내오는 데이터 처리를 수행하도록 하였다.
- 통합 IED에 SV 데이터를 제공하기 위한 MU 1대는 2대의 채널을 가지고 있으며 각 채널은 CT 2회선과 PT 2Set에 대한 신호를 제공한다. 통합보호 IED는 13개의 가상 IED를 1개의 IED가 포함하는 개념이며 이를 위해 각각의 IED를 통합제어 하기 위한 알고리즘을 개발하였다. 또한 1대의 통합보호 IED만을 가지고 변압기 13대의 IED를 대체하기에는 통합보호 IED가 가지는 부담이 크기에 Main, Backup 기능을 가지는 2대의 IED를 이용하여 통합보호 이중화 시스템을 구성하였다.
- U에서 비교하여 건전한 Trip신호만을 사용하여 실제 차단기 제어에 사용한다. 통합보호 시스템 구성을 위한 시각동기는 모선보호와 동일하게 IRIG-B를 사용하여 구현하였다.
대상 데이터
- 8kV급 통합보호 IED의 신뢰성검증을 위한 현장실증을 위해 실증환경을 구축하였다. 실증 변전소는 Station Level의 디지털변전시스템 실증을 진행 중인 154kV 변전소를 선정하였으며, 기설 Station Level의 시스템을 개조하여 개발된 IED의 실증환경을 구성하였다. 기설 Station Level IED 설치 배전반과 신규 구축된 배전반 구성은 표1과 같다.
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