변전소 자동화 시스템은 광역화$\cdot$복잡화하는 전력계통(전력유통망)에 대하여 원격운용의 고도화와 용이화를 목적으로 한 것이다. 이 시스템은 제어소 등 상위 시스템이 변전소를 ''인텔리전트한 현지처리기능을 갖는 소형변전소 자동화서버''로 다룰 수 있는 것이 특징으로, 각종의 고도화$\cdot$자동화 기능에 관하여 상위계$\~$변전소의 토털 코디네이션을 도모하고자 하는 국제수준의 사양에 따른 것이다. 이 특징을 실현하기 위하여 변전소 자동화시스템은 멀티포인트, 멀티프로토콜 통신기능과 소형변전소 자동화서버기능을 구비하고 나아가 변전소 구내에서의 디지털 정보화에 대응하여 필드 솔루션(Field Solution)기술을 적용하고 있다. 필드 솔루션에 있어서는 초소형 인텔리전트 RIO(리모트 입출력모듈)와 고속필드 네트워크를 적용함으로써 즉각적인 정보수집은 물론 변전소 구내에서의 스페이스의 효율적인 활용과 종래의 메탈케이블의 대폭적인 삭감을 기할 수 있도록 하고 있다. 변전소 자동화시스템은 상기한 특징이 있기 때문에 원격운용에서의 감시제어뿐만 아니라 다양한 변전소 정보를 활용한 각종 자동화$\cdot$지원 시스템에의 응용이 가능하다.
변전자동화시스템이 IEC 61850 규격도입 이후 통신에 대한 적합성 시험과 함께 보호계전기의 보호 및 제어기능에 대한 시험도 통신과 결부되어 자동화하려는 추세에 있다. 기존에 변전소에 적용된 디지털 보호계전기는 IEC 61850 통신서비스와 접목되어 IED(Intelligent Electronic Device)로 불려진다. 기존의 보호계전기와 달리 IED의 경우 변전자동화시스템으로 통합구현되기 때문에 IED 단위시험 보다는 시스템 수준의 성능시험을 요구하게 된다. 따라서 CMC 256 전용프로그램을 가지고는 변전자동화시스템의 성능시험을 완벽하게 다루게 어렵게 때문에 사용자가 CMC 256 장비를 자유롭게 다룰 수 있는 환경개발을 필요로 한다. 본 논문에서는 CMC 256 장비의 운용을 사용자 정의로 구현할 수 있는 CM Engine을 소개하고 실제 구현사례를 통해 변전자동화시스템의 성능시험을 위한 기반 자료를 다루고자 한다.
TEC61850은 변전소 자동화에 있어서 변전소 감시, 보호, 제어, 운전에 필요한 모든 부분에 IT 기술을 적용한 디지털 제어 기반의 차세대 변전소 자동화 시스템을 설계 개발 운용하는 기술로서 변전소 운전의 자동화 및 무인화를 위한 핵심 기술이다. 본 논문은 국제 표준인 IEC 61850 기반의 변전소 자동화 시스템 프로토타입에 대하여 다루고 있다. 먼저 IEC 61850 기반 변전소 자동화 시스템의 구성에 대해 설명하고, 시스템 구현에 있어서 실제 데이터 모델을 설계하고 통신 모듈을 구현하는 방법에 대해 설명하였다. 또한 SCL을 이용한 엔지니어링 하는 방법 및 전체 시스템 구현 방법에 대하여 서술하였다.
디지털변전소는 IEC 61850 기반 상위운영장치와 IED(Intelligent Electric Device)로 구성된 변전자동화시스템이 적용된 변전소를 의미한다. 한전은 2013 년 이후로 신설되는 154kV 변전소를 디지털변전소로 구축하고 있으며, 기설변전소도 디지털화를 통해 디지털변전소로 변모하고 있다. 이렇게 변전소에 IEC 61850 기반의 변전자동화시스템이 확대 도입됨에 따라 통신 설정과 성능을 검증하는 시험이 반드시 필요하다. 이에 전력연구원은 세계 최고수준의 IEC 61850 기반 디지털변전 시험기술을 확보하였으며, 본 보고서를 통해 연구원이 보유하고 있는 시험기술과 현장에 적용한 사례를 소개하고자 한다.
IEC 61850 표준은 변전소 자동화 시스템을 묘사하기 위한 언어로써 XML(eXtensible Markup Language)을 적용하였다. XML을 이용하여 변전소 시스템을 구성하는 자각의 IED의 구성을 묘사하고, 변전소 시스템의 전체적인 구성을 묘사한다. 이러한 묘사는 변전소 자동화 시스템을 구축하는데 사용되며, 표준에서는 이러한 묘사를 위한 언어로 SCL(Substation Configuration Language)을 제시하였다. 본 논문은 변전소 자동화 시스템에 적용된 XML외 소개와 더불어 변전소 시스템과 시스템의 모든 구성요소를 묘사하기 위해 XML이 어떻게 적용되는지를 설명한다.
IEC 61850은 변전소 자동화에 있어서 변전소 감시, 보호, 제어, 운전에 필요한 모든 부분에 IT 기술을 적용한 디지털 제어 기반의 차세대 변전소 자동화 시스템을 설계, 개발, 운용하는 기술로서 변전소 운전의 자동화 및 무인화를 위한 핵심 기술이다. IEC 61850 기반의 변전소 자동화 시스템의 스테이션 레벨 Station HMI 구현을 위하여 논리노드 데이터 클래스가 매핑된 MMS와 OPC를 연계하였으며 OPC 통신을 지원하는 HMI툴을 사용하여 IEC 61850 스테이션 레벨 Station HMI를 구현하였다.
IEC 61850 기반의 변전자동화를 운영하는데 있어 보호기능과 통신을 별개로 여길 수가 없으며 기존에 장치 개별로 동작하던 것이 이더넷 통신이란 틀 안에서 시스템으로 유기적으로 연결되어 동작하기 때문에 IEC 61850 통신과 기능을 시스템 기반에서 수행할 수 있는 새로운 방안이 요구되어진다. 본 논문은 변전자동화시스템의 종합적인 성능검증을 목적으로 개발된 시험자동화시스템의 실제 적용가능성을 검증하고, 변전자동화 시스템의 22.9kV 배전선로 보호 및 제어의 기능을 수행하는 IED를 대상으로 시험자동화시스템에 적용한 연구 내용을 다루고자한다.
국내외적으로 전력산업분야의 가장 큰 화두중 하나는 변전소 단위의 디지털화이며 특히 국외에서는 국제표준 변전자동화 시스템 연구와 제품개발 등에 인력을 집중 투자하고 있다. 국제적으로 지금까지 축적된 변전소 관련 제반 기술력 및 경험 둥을 바탕으로 전 세계적으로 단일화시키고 표준화된 변전소 자동화 규격인 IEC 61850 (Communication networks and systems in substations) 규격이 제정되었으며 따라서 향후 전력 관련 기업은 시스템 엔지니어링 기술, 전력기기 공급능력, 유지/보수/운영기술 등을 종합적으로 보유하고 자산 및 위험관리를 종합적으로 제공할 수 있어야만 세계시장에서 생존할 수 있다. 또한 전력기기를 수출하는 국내업체는 향후 IEC(International Electrotechnical Commission) 등 국제표준에 따른 전력설비를 개발하지 않으면 수출경쟁력을 잃게 될 것이다. 이러한 세계화 추세에 발맞추어 한국전력공사와 관련 업체들은 공동으로 2005년 10월부터 6년의 기간으로 "디지털 기술기반의 변전소 자동화 시스템 개발" 사업을 진행 중에 있으며 특히 한국전력공사는 변전자동화 시스템의 성능검증 및 실증시험 절차를 구축하기 위한 과제를 수행 중이다.
2005년 IEC61850 국제표준규약이 제정된 이후, IEC61850 기반의 변전소 자동화에 대한 관심과 연구가 급증하고 있다. 현재 해외 선진사들에 의한 다양한 제품들이 출시되고 있으며 유럽시장을 중심으로 적용사례가 확대되고 있는 추세이다. 그러나, 변전소 자동화의 새로운 패러다임으로써 IEC61850이 채택됨에 따라 기존에 설치되어 운영중인 시스템과의 호환성에 문제가 발생하게 된다. 이 논문에서는 IEC6180 기반의 변전소 자동화 시스템 구축을 위한 게이트웨이 시스템을 설계하고 구현하였다. 제안된 시스템은 서로 상이한 프로토콜을 사용하는 변전소 내부의 IEC61850 호환 IED와 원격 제어센터의 SCADA 시스템 간 계측/상태/제어 데이터의 교환을 지원한다.
변전소는 에너지 측면에서 볼 때 에너지를 연계하거나 분리 또는 변환하는 지점에 설치되어지며 변전소 자동화 시스템은 이러한 변전소의 주요 기기들이나 각 피더를 감시하고 보호하는 역할을 수행하게 된다. Microprocessor 기술의 발전과 통신기술 및 프로그래밍 기술의 발전을 통하여 변전소의 시스템 또한 90년경부터 디지털화가 가속되어 그 시스템 또한 구조적으로 변화하게 된다. 기존 아날로그 시스템의 경직된 구성에서 탈피하여 변화의 속도 또한 점차 증가하고 있으며 이러한 흐름을 파악하기 위해 변전소 자동화 시스템의 현재 발전 상황과 앞으로의 변화 방향에 대하여 서술한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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