KR20210044467A - 디지털 변전소를 위한 고신뢰 저비용 차세대 네트워크 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 변전소 네트워크 구성을 위한 고신뢰 저비용 차세대 네트워크 시스템에 관한 것으로, 디지털 변전소 시스템은 SA(substation-automation) 운영장치, 정보연계장치, 시각동기장치, 네트워크 감시진단 장치, 복수의 IED(intelligent electric device) 및 복수의 이더넷 스위치를 포함하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 HSR(high-availability seamless redundancy) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신할 수 있으며, 네트워크 감시진단 장치에 의해 네트워크 장애 발생 시에도 변전소 보호기능이 정상적으로 기능하도록 최적화하여 운영할 수 있다.
Description
다양한 실시 예는 디지털 변전소 네트워크 구성을 위한 고신뢰 저비용 차세대 네트워크 시스템에 관한 것이다.
한국전력공사는 변전소 디지털 변환 사업 등을 통해 변전소를 디지털 변전소로 변경하는 작업을 수행하면서 디지털 변전소를 단계적으로 확대하고 있다. 현재는 전국 변전소의 5% 정도를 디지털 변전소로 운영하고 있으며, 연평균 40개소 이상의 디지털 변전소를 구축할 예정이다.
한편 현재 디지털 변전소의 네트워크 구성 방식은 이더넷 스위치를 이용하여 IED(intelligent electronic device)와 상위 운영 시스템 간 1:1 연결을 하는 방식을 사용하고 있다. 이중화를 위하여 IED 한 대당 2개의 통신포트가 핫-스탠바이(hot-standby) 방식으로 각각 이더넷 스위치 2대(주, 예비)에 연결되어 있다. 이에 따라 140대의 IED를 수용하기 위하여 18대의 이더넷 스위치를 사용하고 있으며, 1초 또는 수초 이내에 주 통신 회선에서 예비 통신 회선으로의 통신 절체가 가능한 메쉬 형태 프로토콜 방식의 네트워크 기술인 RSTP(rapid spanning tree protocol)를 사용하고 있다.
현재의 디지털 변전소의 네트워크 구성 방식은 스테이션 버스 네트워크 구축에 상당한 비용이 소요되고 네트워크 절체 시 전송 데이터 손실 및 정상적인 통신이 가능한 통신 회복시간 지연 발생으로 인해 보호 계전 신호(trip)를 통신에 적용하는데 어려움이 있어 이중화 체계가 미비하고, hot-hot 방식으로 동작하는 일부 외산 보호 IED는 네트워크를 통한 이중화 통신 체계를 지원하지 못하고 있어 디지털 변전소 IED 네트워크 통신의 이중화율이 제어용의 경우에는 100%가 되나 보호용의 경우에는 65% 정도밖에 되지 않는다.
따라서 본 발명의 다양한 실시 예는 IED 네트워크에 사용되는 스위치의 소요 수량을 저감할 수 있고 무 지연, 무 손실 절체 방식의 안정적 구현이 가능한 고신뢰 저비용 차세대 네트워크 시스템을 제안한다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 디지털 변전소 시스템은 SA(substation-automation) 운영장치, 정보연계장치, 시각동기장치, 네트워크 감시진단 장치, 복수의 IED(intelligent electric device) 및 복수의 이더넷 스위치를 포함하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 HSR(high-availability seamless redundancy) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 디지털 변전소 시스템은 SA(substation-automation) 운영장치, 주 정보연계장치, 예비 정보연계장치, 시각동기장치, 네트워크 감시진단 장치, 복수의 IED(intelligent electric device) 및 4개의 이더넷 스위치를 포함하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 4개의 이더넷 스위치 중 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제1 및 제2 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제1 및 제2 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 링(ring) 구조의 HSR(high-availability seamless redundancy) 네트워크를 형성하여 상기 4개의 이더넷 스위치 중 나머지 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제3 및 제4 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제3 및 제4 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 HSR 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 디지털 변전소 시스템의 네트워크 최적화 제어부의 동작 방법은 이중화 통신장치 감시 진단장치 및 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하는 단계, 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 상기 데이터 저장부에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 네트워크 실시간 감시 진단장치를 통한 무 지연, 무 손실 이중화 네트워크를 안정적으로 구축할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 무 지연, 무 손실 통신에 따른 보호 계전 신호(Trip)를 네트워크 통신을 통해 전달할 수 있게 함으로써 변전소 보호 방식의 고도화가 가능할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 고신뢰 네트워크 구축으로 프로세스 버스(Process Bus)가 포함된 완전(full)한 형태 디지털 변전소 도입기반을 마련할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 고비용 외산 네트워크 스위치 류의 국산화 및 관련 국내 산업을 육성할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, 네트워크 구축에 소요되는 이더넷 스위치의 수를 감소시킴에 따라 네트워크 구축비용을 절감할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 일실시 예에 따른, 디지털 변전소 네트워크 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, PRP-HSR 방식을 적용한 디지털 변전소 네트워크 구성도를 도시한 도면이다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 감시 진단장치(300)의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 감시 진단장치를 구성하는 네트워크 최적화 제어부(320)의 최적화 프로세스의 일예를 도시한 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, PRP-HSR 방식을 적용한 디지털 변전소 네트워크 구성도를 도시한 도면이다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 감시 진단장치(300)의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 감시 진단장치를 구성하는 네트워크 최적화 제어부(320)의 최적화 프로세스의 일예를 도시한 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명된다.
도 1은, 일실시 예에 따른, 디지털 변전소 네트워크 구성도를 도시한 도면이다.
디지털 기술 및 정보처리 기술이 급속도로 발전하면서 변전소 자동화에 특화된 국제 표준인 IEC 61850을 기반으로 하는 디지털 변전소가 전 세계적으로 도입되고 있다. IEC 61850 기반 디지털 변전소는 변전소 내에 설치되는 상위 장치인 정보연계장치(10a, 10b), SA 운영장치(20), 운전정보 감시 진단장치(30), 하위 장치인 센서들(예: 변류기, 변성기 등)과 제어기(예: 차단기 등), 그리고 상위 장치와 하위 장치 사이에서 감시, 진단, 보호, 제어, 계측, 보안 방재 등을 담당하는 지능형 전자장치(intelligent electronic device, IED)(70, 71, 72, 73)들을 기존의 다심 구리 케이블 대신 고속 LAN 또는 광케이블로 연결해 기본적으로 네트워크 기반에서 데이터 전송이 이루어진다.
IEC 61850 기반의 변전소 자동화 시스템은 스테이션(station), 베이(bay), 프로세스(process)의 3단계 레벨과 각 레벨을 연결하기 위한 스테이션 버스 및 프로세스 버스의 2가지 통신 네트워크로 구성될 수 있다. 스테이션 버스는 스테이션 레벨과 베이 레벨에 설치된 변전소 자동화 장치 간을 연결하는 것이고 프로세스 버스는 베이 레벨과 프로세스 레벨에 설치된 변전소 자동화 장치 간을 연결하는 이더넷 스위치 등의 통신 장비로 구성된 통신 네트워크일 수 있다.
도 1을 참조하면, 현재의 디지털 변전소는 IED(70, 71, 72, 73)와 상위 운영 시스템인 정보연계장치(10a, 10b), SA 운영장치(20) 및 운전정보 감시 진단장치(30) 간의 통신을 담당하는 스테이션 버스까지만 상용화되어 있고, IED(70, 71, 72, 73)와 하위 장치들(미도시)을 연결하는 프로세스 버스는 상용화 되어 있는 않은 하프(half) 디지털 변전소일 수 있다.
스테이션 버스는 이더넷 스위치들(40a, 40b, 50a, 50b, 60a, 60b, 61a, 61b)로 구성되며, 모든 이더넷 스위치들은 하나의 스위치에서 고장이 발생하더라도 다른 스위치로 절체하여 계속 운용이 될 수 있도록 이중화되어 있다. 또한, 각각의 장치와 이더넷 스위치들을 연결하는 케이블 또한 이중화되어 하나의 장치에서 이중화되어 있는 두 개의 이더넷 스위치 각각으로 케이블이 연결될 수 있다. 일 실시 예로, 주 정보연계장치(10a), 예비 정보연계장치(10b), 시각동기장치(80), SA 운영장치(20)는 이중화되어 동작하는 두 개의 이더넷 스위치(40a, 40b) 각각으로 케이블이 연결되어 있을 수 있다, 운전정보 감시 진단장치(30) 또한 이중화되어 동작하는 두 개의 이더넷 스위치(40a, 40b) 각각으로 케이블이 연결되어 있을 수 있다. IED 또한 이중화되어 동작하는 두 개의 이더넷 스위치(예: 60a, 60b)와 별도의 케이블로 연결되고, 이 별도의 케이블은 통신 경로를 이중화할 수 있다.
그리고 이때 장치들 간에 통신을 위하여 사용되는 프로토콜은 1초 또는 수초 이내에 통신 절체가 가능한 메쉬 형태 프로토콜 방식인 RSTP(rapid spanning tree protocol)일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 디지털 변전소 시스템을 구성하는 경우 스테이션 버스 네트워크 구축에 상당한 비용이 소요될 수 있다. 일실시 예에 따라 전체 디지털 변전소 운영 시스템을 구성하는 비용의 32% 정도가 이더넷 스위치를 이용하여 스테이션 버스 네트워크를 구축하는 데 사용될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 디지털 변전소 시스템을 구성하는 경우, 고장 등으로 인하여 이중화된 장치 사이의 절체 시 통신 회복시간 지연 및 데이터 손실 발생으로 인하여 보호 계전 신호(Trip)를 스테이션 버스 네트워크를 통해 전송하는데 어려움이 있어, 종래의 제어 케이블을 이용하여 전송할 필요가 있고, 일부 핫-핫(hot-hot) 방식을 지원하는 외산 IED는 핫-스텐바이(hot-standby) 방식의 스테이션 버스 네트워크를 통한 이중화 통신 체계를 지원하지 못하고 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위하여 본원 발명은 병렬 이중화 프로토콜과 끊김이 없는 고가용성 이중화 프로토콜 방식인 PRP-HSR(parallel redundancy protocol-high-availability seamless redundancy) 방식과 이 네트워크를 감시하기 위한 네트워크 감시 진단장치로 구성되는 고신뢰 네트워크 기술을 제안한다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, PRP-HSR 방식과 네트워크 감시 진단장치를 적용한 디지털 변전소 네트워크 구성도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제시하는 방식은 이더넷 스위치(500a, 500b)와 IED(701 내지 709, 721 내지 729) 간에 HSR 방식으로 네트워크를 구성하고, 이더넷 스위치(400a, 400b, 500a, 500b)와 정보연계장치(100a, 100b), SA 운영장치(200), 시각동기장치(800) 및 네트워크 감시 진단장치(300)를 포함하는 상위 운영 시스템 간에는 PRP 방식으로 데이터를 전송할 수 있다.
PRP 방식 및 HSR 방식을 지원하기 위하여 상위 운영 시스템 내의 장치들 및 IED는 이중화 통신 장치가 내장된 네트워크 장치(redundancy box 또는 RedBox)를 추가적으로 구비할 수 있다. RedBox는 1개의 입력 포트와 2개의 출력 포트를 포함하며, 데이터를 송신하는 경우에는 1개의 입력 포트를 통해 입력되는 데이터를 복사하여 2개의 출력 포트를 통해 전송할 수 있다. 또한, RedBox는 데이터를 수신하는 경우에는 2개의 출력 포트를 통해 동일한 데이터를 수신할 수 있고, 2개의 출력 포트를 통해 수신한 동일한 데이터 중 먼저 도착한 무결한 데이터를 입력 포트를 통해 장치로 전달하고, 나중에 도착한 데이터는 전달하지 않고 폐기할 수 있다. 상술한 설명에서 별도의 RedBox가 기존의 장치에 부착되는 것으로 기재하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, RedBox의 기능이 기존 IED나 상위 운용시스템 장치의 통신 모듈에 내장될 수 있다.
PRP 방식은 어떤 네트워크 구성 요소의 장애에 대해서도 완벽한 장애 조치를 제공할 수 있는 이더넷 네트워크 프로토콜일 수 있다. PRP 방식이 적용된 네트워크 노드(예: 정보연계장치(100a, 100b), SA 운영장치(200), 시각동기장치(800))는 동일한 토폴로지의 서로 분리된 2개의 네트워크에 접속하는 2개의 이더넷 포트를 가지고 있으며, 서로 분리된 2개의 네트워크 간에는 어떤 연결도 가지고 있지 아니하여 독립적으로 장애가 발생할 수 있을 뿐, 공통의 장애를 피할 수 있다. 그리고 2개의 이더넷 포트 각각을 통해 복사된 패킷을 동일하게 전송하고, 복사된 패킷은 서로 다른 네트워크를 통해 전달되므로, 복사된 패킷이 전달되는 통신 경로 중 하나에서 장애가 발생하더라도 다른 하나의 패킷이 목적지에 도달할 수 있으므로 장애에 실시간으로 대처할 수 있다.
HSR 방식 또한 PRP 방식과 유사하나 네트워크 토폴로지가 링(ring) 형태일 있다. 각각의 IED 및 서로 다른 네트워크를 구성하는 이더넷 스위치(500a, 500b)는 모두 RedBox를 구비하고, 도 2에 도시된 바처럼 RedBox의 출력을 서로 연결하여 링을 형성(700, 720)할 수 있다. 그리고 각 IED 및 이더넷 스위치에서 전송하는 패킷은 RedBox를 통해 2개의 출력 포트를 통해 동시에 전송되어 각각 시계 방향과 반 시계 방향으로 전달될 수 있다. 목적지가 동일한 HSR 네트워크에 있는 다른 IED이면 HSR 네트워크에서 전송이 완료될 수 있으나 목적지가 HSR 네트워크 외부에 있다면 이더넷 스위치(500a, 500b)를 통해 HSR 네트워크를 벗어나 전달될 수 있다. PRP와 유사하게 각 IED 또는 이더넷 스위치에 구비된 RedBox는 서로 다른 시간대에 또는 거의 동시에 시계 방향으로 오는 패킷과 반시계 방향에서 오는 동일한 패킷을 수신할 수 있다. 이 경우, RedBox는 먼저 수신한 패킷은 IED 또는 이더넷 스위치로 전달하고, 나중에 수신한 동일한 패킷은 폐기할 수 있다. 일 실시 예에 따라 동일한 패킷은 프레임의 헤더에 있는 소스 어드레스(source address)와 시퀀스 번호(sequence number)로 결정될 수 있다.
도 2를 참조하여, 좀 더 상세히 설명하면, 이더넷 스위치(500a, 500b)와 IED(701 내지 709, 721 내지 729) 간에는 HSR 방식으로 네트워크를 구성하고, 이더넷 스위치(400a, 400b, 500a, 500b)와 정보연계장치(100a, 100b), SA 운영장치(200), 시각동기장치(800) 및 네트워크 감시 진단장치(300)를 포함하는 상위 운영 시스템 간에는 PRP 방식으로 데이터를 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 디지털 변전소의 네트워크 구성을 위하여 HSR 네트워크 구성은 IED 9대를 하나의 HSR 링(예: 700, 720)으로 묶을 수 있고, 총 16개의 HSR 링을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라 이더넷 스위치는 24개의 이더넷 포트를 추가하고 있어 2개의 이더넷 스위치를 사용하여 서로 상이한 네트워크를 구성하는 경우 최대 24개의 HSR 링을 연결할 수 있다. 또 다른 실시 예에 따라 HSR 네트워크는 9대의 IED가 아닌 더 많은 수의 IED 또는 더 작은 수의 IED로 구성될 수 있다. HSR 네트워크에 수용되는 IED의 수가 증가하는 경우에는 통신 지연이 추가적으로 발생할 수 있다.
PRP 방식 및 HSR 방식을 사용하는 경우, 주 통신회선 및 예비 통신회선을 통해 동시에 정보를 전송할 수 있으므로 핫-핫 방식에 따른 이중화라고 볼 수 있다.
여기서, 정보연계장치(100a, 100b)는 다수의 IED와 RTU(remote terminal unit)로부터 전력 설비의 정보를 수신하여, 해당 정보들을 SCADA(예: 급전소, 급전분소) 및 DAS로 제공하고, SCADA 및 DAS로부터의 제어 명령을 IED 혹은 RTU로 전송하여 전력 설비를 제어하는 장치일 수 있다. 정보연계장치(100a, 100b)는 디지털 변전소의 핵심 장비로서, 장애가 발생하는 경우 변전소 운영에 심각한 문제를 야기할 수 있는 바, 주 정보연계장치 및 예비 정보연계장치를 포함하고 이중화될 수 있다.
SA 운영장치(200)는 디지털 변전소를 운용하는 운용자와의 인터페이스를 제공하여, 운용자가 컴퓨터에 관한 고도의 지식없이 디스플레이 장치를 통하여 컴퓨터와의 대화형식으로 감시, 제어의 내용을 파악하고 조작할 수 있도록 할 수 있다.
시각동기장치(800)는 GPS 수신기를 통해 GPS 시간정보를 수신하며, GPS 시간정보를 SNTP(simple network time protocol)를 통해 디지털 변전소 내의 장치들에 제공할 수 있다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 감시 진단장치(300)의 일예를 도시한 도면이다.
도 3의 네트워크 감시 진단장치(300)는 도 1의 운전정보 감시 진단장치(30)에 추가하여 이중화 통신장치 감시 진단장치(310), 네트워크 최적화 제어부(320) 및 데이터 저장부(330)를 더 포함할 수 있다.
운전정보 감시 진단장치(30)는 디지털 변전소의 장치간 통신을 감시하는 기능을 수행하며, 이더넷 스위치를 통과하는 정보를 탭핑(tapping)하여 건전 여부를 판단할 수 있다.
이중화 통신장치 감시 진단장치(310)는 PRP-HSR 통신망을 위한 이중화 통신 장치, 예를 들면 RedBox를 감시 진단하는 기능을 수행할 수 있으며, 감시장치에서 건전성 진단 패킷을 전송 후 회신한 결과에 따라 건전성 여부를 판단할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 네트워크 운전을 최적화하는 기능을 수행할 수 있으며, MMS(message manufacturing specification), GOOSE(generic object oriented substation events), SV(sample value)와 같은 상위운영 시스템과 IED간 통신 표준, IED와 IED 간의 통신 표준 및 IED와 머징 유닛(merging unit)간 통신 표준에 따라 전송되는 프레임의 실시간 분석을 통해 이중화 통신 장치 또는 IED와 같은 네트워크 장치의 장애 요소를 정밀 판별하고, 장애 요소 판단 결과에 따른 메시지를 생성할 수 있으며, 관련 로그를 데이터 저장부(330)에 저장할 수 있다. 또한, 네트워크 최적화 제어부(320)는 이중화 통신장치 감시 진단장치(310)와 운전정보 감시 진단장치(30)로부터 수신한 네트워크 장애정보를 분석하여, GOOSE나 SV 또는 MMS 신호의 장애인지를 판별하고, GOOSE 장애 또는 SV 장애로 판별되면, 그 신호가 보호 요소인지 아니면 제어 요소인지를 판별하여 이벤트를 발생시켜 계통운영자로 하여금 보호계통을 디지털 방식에서 제어케이블을 사용하는 아날로그 방식으로 전환하여 변전소 보호기능이 정상적으로 기능하도록 최적화하여 운영할 수 있다.
데이터 저장부(330)는 네트워크 운전 최적화와 관련된 로그를 저장할 수 있으며, 건전여부 판단 결과, 장애 요소 판단 결과 및 이에 따라 생성된 메시지를 저장할 수 있다.
도 4는, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 최적화 제어부(320)의 최적화 프로세스의 일예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 최적화 프로세스를 수행하기 위하여, 동작 401에서, 네트워크 최적화 제어부(320)는 네트워크 정보를 획득할 수 있다. 네트워크 최적화 제어부(320)는 이중화 통신장치 감시 진단장치(310)와 운전정보 감시 진단장치(30)로부터 네트워크 정보를 수신함으로써 네트워크 정보를 획득할 수 있다. 네트워크 정보 획득은 제1 주기로 이루어질 수 있다. 여기서 제1 주기는 일실시 예에 따라 30초 또는 1분일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 임의로 설정할 수 있다.
동작 403에서, 네트워크 최적화 제어부(320)는 획득한 네트워크 정보를 분석하여, 장애가 발생하였는지를 판별할 수 있다. 장애는 GOOSE 장애, SV 장애, MMS 장애 또는 일반 장애일 수 있다.
동작 405에서, 네트워크 최적화 제어부(320)는 발생한 장애가 GOOSE 장애인지 또는 SV 장애인지를 판단할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 수신 패킷 내의 시퀀스 번호(sequence number)의 연속성으로 GOOSE 장애 여부를 판단할 수 있다. 네트워크 최적화 제어부(320)는 수신되는 GOOSE 패킷의 시퀀스 번호에 기초하여 일부 패킷의 수신 실패(drop)가 발생하면 GOOSE 장애가 발생하였다고 판단할 수 있다. 일실시 예로, 네트워크 최적화 제어부(320)는 GOOSE 패킷의 수신 주기가 1ms 간격이라면 2~4개의 패킷 수신 실패에 대하여는 장애로 판단하지 않고, 연속으로 5개의 패킷 수신이 실패한 경우엔 GOOSE 장애가 발생하였다고 판단할 수 있다. 다른 일실시 예로, 네트워크 최적화 제어부(320)는 수신 주기가 1초 간격이라면 1개의 패킷 수신 실패도 장애로 판단할 수 있다. 네트워크 최적화 제어부(320)는 GOOSE 장애 여부 판단을 위한 수신 패킷 손실의 개수를 임의로 정할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 패킷 내의 샘플 카운트(Sample count) 필드의 값에 기초하여 SV 패킷의 연속성을 확인하여 불연속시에는 SV 장애로 판단할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 405에서 GOOSE 장애 또는 SV 장애로 판단하면, 동작 407에서 장애가 발생한 신호가 보호 요소인지 아니면 제어 요소인지를 판별할 수 있다. 여기서, 보호요소라 함은 GOOSE 또는 SV 신호 중 전력계통 차단기의 차단(Trip) 신호, 기기간 인터록(Interlock) 신호, 차단 실패 초기화 신호(BFI, Break Failure Initiate)와 보호계전기의 판별 요소로 사용되는 전류 및 전압 신호일 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 407에서, 보호 요소 장애라고 판단하면, 동작 409에서 긴급 이벤트가 발생함에 따라 계통 운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 제어케이블을 사용하는 아날로그 방식으로 전환하도록 요청하는 메시지를 전송함으로써 변전소 보호기능이 정상적으로 기능하도록 최적화하여 운영할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 407에서, 보호 요소 장애가 아니라가 판단하면, 동작 411에서, 이벤트 발생 로그를 데이터 저장부에 저장하고, 계통 운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다.
네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 405에서 GOOSE 장애 또는 SV 장애가 아니라고 판단하면, 동작 413에서 MMS 장애인지를 판단할 수 있다.
동작 413에서 MMS 장애라고 판단하면, 네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 415에서 MMS 장애가 발생하였다는 알람 메시지를 전송하고, MMS 장애 알람 발생 로그를 데이터 저장부에 저장할 수 있다.
동작 413에서 MMS 장애가 아니라고 판단하면, 네트워크 최적화 제어부(320)는 동작 417에서 일반 장애가 발생하였다는 알람 메시지를 전송하고, 일반 장애 알람 발생 로그를 데이터 저장부에 저장할 수 있다.
도 4에 도시된 흐름도에 기초한 네트워크 최적화 제어부(320)의 동작은 GOOSE 장애, SV 장애, MMS 장애 또는 일반 장애에 대해 이벤트를 발생시켜 데이터 저장부(330)에 저장하고, 계통운영자게 알람을 전송함으로써 변전소 보호기능이 정상적으로 기능하도록 최적화하여 운영할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 디지털 변전소 시스템은 SA(substation-automation) 운영장치, 정보연계장치, 시각동기장치, 네트워크 감시진단 장치, 복수의 IED(intelligent electric device) 및 복수의 이더넷 스위치를 포함하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 HSR(high-availability seamless redundancy) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 복수의 이더넷 스위치 중 두 개의 이더넷 스위치는 각각 별개의 네트워크를 구성하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 두 개의 이더넷 스위치에 의해 구성되는 별개의 네트워크에 모두 연결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 복수의 이더넷 스위치 중 다른 두 개의 이더넷 스위치는 각각 별개의 네트워크를 구성하고, 상기 복수의 IED는 링 구조의 HSR 네트워크를 형성하여 상기 다른 두 개의 이더넷 스위치에 의해 구성되는 별개의 네트워크 모두에 연결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치, 상기 네트워크 감시진단 장치 및 상기 복수의 IED 각각은 전송할 패킷을 복사하여 상기 별개의 네트워크로 각각 전송할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치, 상기 네트워크 감시진단 장치 및 상기 복수의 IED 각각은 상기 별개의 네트워크를 통해 각각 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 무결한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 디지털 변전소 시스템은 SA(substation-automation) 운영장치, 주 정보연계장치, 예비 정보연계장치, 시각동기장치, 네트워크 감시진단 장치, 복수의 IED(intelligent electric device) 및 4개의 이더넷 스위치를 포함하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 4개의 이더넷 스위치 중 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제1 및 제2 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제1 및 제2 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 링(ring) 구조의 HSR(high-availability seamless redundancy) 네트워크를 형성하여 상기 4개의 이더넷 스위치 중 나머지 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제3 및 제4 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제3 및 제4 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 HSR 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치는 상기 제1 및 상기 제2 네트워크를 통해 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 무결한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 복수의 IED는 상기 제3 및 상기 제4 네트워크를 통해 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 무결한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 동일한 패킷은 수신한 패킷의 소스 어드레스(source address) 및 시퀀스 번호(sequence number)에 의해 결정될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 디지털 변전소 시스템 내의 장치간 통신을 감시하는 운전정보 감시 진단장치, 상기 PRP 통신방식 및 상기 HSR 통신방식 지원을 위한 이중화 통신 장치를 감시 진단하는 이중화 통신장치 감시 진단장치, 상기 이중화 통신 장치 또는 상기 복수의 IED와 같은 네트워크 장치의 장애 요소를 판단하고, 판단 결과에 따른 메시지를 생성하여 전송하는 네트워크 최적화 제어부 및 상기 네트워크 최적화 제어부에 의하여 수행되는 작업의 로그, 상기 네트워크 최적화 제어부의 판단 결과 및 판단 결과에 따른 메시지를 저장하는 데이터 저장부를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 네트워크 최적화 제어부는 상기 이중화 통신장치 감시 진단장치 및 상기 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하고, 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 상기 데이터 저장부에 저장할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 네트워크 최적화 제어부는, 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 GOOSE(generic object oriented substation events) 장애, SV(sample value) 장애, MMS(message manufacturing specification) 장애 또는 일반 장애의 발생 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, GOOSE 장애 또는 SV 장애가 발생한 경우에는, 보호 요소 장애인지 제어요소 장애인지를 판단하고, 보호요소 장애인 경우, 계통운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 아날로그 방식으로 전환을 요청하는 메시지를 전송하고, 제어요소 장애인 경우, 상기 계통운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 디지털 변전소 시스템의 네트워크 최적화 제어부의 동작 방법은 이중화 통신장치 감시 진단장치 및 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하는 단계, 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 상기 데이터 저장부에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하는 단계는 상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 GOOSE(generic object oriented substation events) 장애, SV(sample value) 장애, MMS(message manufacturing specification) 장애 또는 일반 장애의 발생 여부를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과, GOOSE 장애 또는 SV 장애가 발생한 경우에는, 보호 요소 장애인지 제어요소 장애인지를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 방법은, 보호요소 장애인 경우, 계통운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 아날로그 방식으로 전환을 요청하는 메시지를 전송하는 단계 및 제어요소 장애인 경우, 상기 계통운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1의 종래의 디지털 변전소의 네트워크 구성과 도 2에 개시된 본 발명에서 제시하는 디지털 변전소의 네트워크 구성을 비교하여 보면, 종래의 구성은 하나의 이더넷 스위치에 10대의 IED가 수용 중이고 최대 12대의 IED가 수용될 수 있는 반면에, 본 발명에서 제시하는 구성은 이더넷 스위치 1대당 IED 100대를 수용할 수 있다. 이에 따라, 디지털 변전소 네트워크 구성을 위해 필요로 하는 이더넷 스위치의 개수가 종래의 방식에 의하여 18개인 반면 본 발명에서 제시하는 구성에서는 4대로 충분할 수 있다. 종래의 구성은 이중화 방식으로 핫-스텐바이 방식의 RSTP를 사용하여 주 회선과 예비 회선 간의 절체 시에 통신 회복시간지연 및 데이터 손실이 발생할 수 있고, 핫-핫 이중화 방식만을 지원하는 일부 외산 IED에 대하여는 이중화가 불가할 수 있는 반면에 본 발명에서 제시하는 구성은 핫-핫 이중화 방식에 기반한 PRP-HSR을 사용하여 절체에 따른 패킷 전송 지연 및 손실이 없어, 보호 계전 신호를 네트워크 통신을 통해 전송할 수 있어 종래의 방식에서 요구되는 별도의 연결이 필요하지 않을 수 있다.
따라서 본 발명에서 제시하는 방식에 따른 네트워크 구성은 통신 신뢰도 향상, 네트워크 감시진단 고도화, 네트워크 구성비용의 절감과 전력계통 보호방식 고도화의 장점을 가질 수 있다.
Claims (18)
- 디지털 변전소 시스템에 있어서,
SA(substation-automation) 운영장치;
정보연계장치;
시각동기장치;
네트워크 감시진단 장치;
복수의 IED(intelligent electric device) 및
복수의 이더넷 스위치를 포함하고,
상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고, 상기 복수의 IED는 HSR(high-availability seamless redundancy) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 이더넷 스위치 중 두 개의 이더넷 스위치는 각각 별개의 네트워크를 구성하고, 상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 두 개의 이더넷 스위치에 의해 구성되는 별개의 네트워크에 모두 연결되는, 디지털 변전소 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 이더넷 스위치 중 다른 두 개의 이더넷 스위치는 각각 별개의 네트워크를 구성하고, 상기 복수의 IED는 링 구조의 HSR 네트워크를 형성하여 상기 다른 두 개의 이더넷 스위치에 의해 구성되는 별개의 네트워크 모두에 연결되는, 디지털 변전소 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치, 상기 네트워크 감시진단 장치 및 상기 복수의 IED 각각은 전송할 패킷을 복사하여 상기 별개의 네트워크로 각각 전송하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치, 상기 네트워크 감시진단 장치 및 상기 복수의 IED 각각은 상기 별개의 네트워크를 통해 각각 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 동일한 패킷은 수신한 패킷의 소스 어드레스(source address) 및 시퀀스 번호(sequence number)에 의해 결정되는, 디지털 변전소 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 네트워크 감시진단 장치는,
상기 디지털 변전소 시스템 내의 장치간 통신을 감시하는 운전정보 감시진단장치;
상기 PRP 방식 및 상기 HSR 방식 지원을 위한 이중화 통신 장치를 감시 진단하는 이중화 통신장치 감시진단장치;
상기 이중화 통신 장치 또는 상기 복수의 IED와 같은 네트워크 장치의 장애 요소를 판단하고, 판단 결과에 따른 메시지를 생성하여 전송하는 네트워크 최적화 제어부; 및
상기 네트워크 최적화 제어부에 의하여 수행되는 작업의 로그, 상기 네트워크 최적화 제어부의 판단 결과 및 판단 결과에 따른 메시지를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 네트워크 최적화 제어부는,
상기 이중화 통신장치 감시 진단장치 및 상기 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하고,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하고,
상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 상기 데이터 저장부에 저장하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 네트워크 최적화 제어부는,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 GOOSE(generic object oriented substation events) 장애, SV(sample value) 장애, MMS(message manufacturing specification) 장애 또는 일반 장애의 발생 여부를 판단하고,
상기 판단 결과, GOOSE 장애 또는 SV 장애가 발생한 경우에는, 보호 요소 장애인지 제어요소 장애인지를 판단하고,
보호요소 장애인 경우, 계통운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 아날로그 방식으로 전환을 요청하는 메시지를 전송하고,
제어요소 장애인 경우, 상기 계통운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송하는, 디지털 변전소 시스템.
- 디지털 변전소 시스템에 있어서,
SA(substation-automation) 운영장치;
주 정보연계장치;
예비 정보연계장치;
시각동기장치;
네트워크 감시진단 장치;
복수의 IED(intelligent electric device) 및
4개의 이더넷 스위치를 포함하고,
상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치 및 상기 네트워크 감시진단 장치는 상기 4개의 이더넷 스위치 중 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제1 및 제2 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제1 및 제2 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 PRP(parallel redundancy protocol) 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하고,
상기 복수의 IED는 링(ring) 구조의 HSR(high-availability seamless redundancy) 네트워크를 형성하여 상기 4개의 이더넷 스위치 중 나머지 2개의 이더넷 스위치에 의하여 구성되는 상이한 제3 및 제4 네트워크에 모두 연결되고, 상기 제3 및 제4 네트워크로 동일한 패킷을 전송하는 HSR 방식에 기초하여 데이터를 송, 수신하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제10항에 있어서,
상기 SA 운영장치, 상기 정보연계장치, 상기 시각동기장치는 상기 제1 및 상기 제2 네트워크를 통해 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 무결한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제10항에 있어서,
상기 복수의 IED는 상기 제3 및 상기 제4 네트워크를 통해 동일한 패킷을 수신하되, 먼저 수신한 무결한 패킷만 처리하고 나중에 수신한 패킷은 폐기하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 동일한 패킷은 수신한 패킷의 소스 어드레스(source address) 및 시퀀스 번호(sequence number)에 의해 결정되는, 디지털 변전소 시스템.
- 제10항에 있어서,
상기 네트워크 감시진단 장치는,
상기 디지털 변전소 시스템 내의 장치간 통신을 감시하는 운전정보 감시 진단장치;
상기 PRP 방식 및 상기 HSR 방식 지원을 위한 이중화 통신 장치를 감시 진단하는 이중화 통신장치 감시 진단장치;
상기 이중화 통신 장치 또는 상기 복수의 IED와 같은 네트워크 장치의 장애 요소를 판단하고, 판단 결과에 따른 메시지를 생성하여 전송하는 네트워크 최적화 제어부; 및
상기 네트워크 최적화 제어부에 의하여 수행되는 작업의 로그, 상기 네트워크 최적화 제어부의 판단 결과 및 판단 결과에 따른 메시지를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 네트워크 최적화 제어부는,
상기 이중화 통신장치 감시 진단장치 및 상기 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하고,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하고,
상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 상기 데이터 저장부에 저장하는, 디지털 변전소 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 네트워크 최적화 제어부는,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 GOOSE(generic object oriented substation events) 장애, SV(sample value) 장애, MMS(message manufacturing specification) 장애 또는 일반 장애의 발생 여부를 판단하고,
상기 판단 결과, GOOSE 장애 또는 SV 장애가 발생한 경우에는, 보호 요소 장애인지 제어요소 장애인지를 판단하고,
보호요소 장애인 경우, 계통운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 아날로그 방식으로 전환을 요청하는 메시지를 전송하고,
제어요소 장애인 경우, 상기 계통운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송하는, 디지털 변전소 시스템.
- 디지털 변전소 시스템의 네트워크 최적화 제어부의 동작 방법에 있어서,
이중화 통신장치 감시 진단장치 및 운전정보 감시 진단장치로부터 네트워크 정보를 획득하는 단계;
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과, 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하면, 네트워크 장애 이벤트가 발생하였다는 메시지를 데이터 저장부에 저장하는 단계를 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 네트워크 장애 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 획득한 네트워크 정보에 기초하여 GOOSE(generic object oriented substation events) 장애, SV(sample value) 장애, MMS(message manufacturing specification) 장애 또는 일반 장애의 발생 여부를 판단하는 단계 및
상기 판단 결과, GOOSE 장애 또는 SV 장애가 발생한 경우에는, 보호 요소 장애인지 제어요소 장애인지를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
보호요소 장애인 경우, 계통운영자에게 보호계통을 디지털 방식에서 아날로그 방식으로 전환을 요청하는 메시지를 전송하는 단계 및
제어요소 장애인 경우, 상기 계통운영자에게 제어계통의 점검을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190127654A KR102262385B1 (ko) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 디지털 변전소를 위한 고신뢰 저비용 차세대 네트워크 시스템 |
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