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디지털 변전소의 효율적인 SCL Engineering Tool 방안
김경호 LS산전, 전력연구소
Efficient SCL Engineering Tool method for the digital substation
Kyung-Ho Kim
Power R&D Center*, LS Industrial Systems**
Abstract - IEC-61850 기반의 디지털 변전소 자동화시스템을 구축하 기 위해서는 전체 변전소의 네트워크 구성 정보와 개별 IED들의 정보를 연계 처리할 엔지니어링 툴이 필요하다. 상위 시스템 벤더에 따른 개별 적인 SCL(Substation Configuration Description Language) 엔지니어링 툴이 아닌 표준화된 기능들을 갖는 범용툴의 적용은 향후 디지털 변전 소자동화 시스템의 필수 요소라 하겠다. 본 논문에서는 실제 변전소에 적용했던 SCL 엔지니어링 툴을 기반으로 필수적인 사항들에 대한 조건 을 제시하였고, 복수의 IED의 ICD파일 정보와 전체 변전소 시스템에서 적용되는 정보를 처리하고 기존 SCADA와의 호환성을 위한 기능도 적 용하였다. 다양한 전력시스템 벤더들에 따른 개별적인 엔지니어링 툴이 아닌 IEC-61850 프로토콜 표준이 적용된 디지털 변전소에 적합한 효율 적인 SCL 엔지니어링 툴의 표준을 만드는데 도움이 되고자 한다.
1. 서 론
현재 변전소 시스템은 국제 표준인 IEC-61850 프로토콜이 적용되어 디지털화되고 있다. 그런데 이러한 변전소 자동화시스템을 구축하기 위 해서는 실계통 변전소의 적용을 위한 엔지니어링이 필수이다. 여러 계전 기 제작사에서는 각사의 제품을 위해 ICD 툴을 제공하고 있지만 전체 변전소를 통합하는 SCL 엔지니어링 툴에 대한 입출력 데이터의 종류, 데이터 속성등에 대해서는 표준화되지 않았다. 해외 선진사들은 기존의 자체 소프트웨어를 이용해서 개별적으로 이러한 기능을 지원하고 있다.
또한 변전소의 통신 표준화를 목표로 하는 IEC-61850 프로토콜에서는 기존의 프로토콜과의 호환성을 위해 새로운 표준들을 만들고 있다. 예로 IEC 60870-5-101/104 프로토콜을 IEC-61850과 호환되기 위한 규격으로 IEC-61850-80-1 표준을 제정하였고 DNP3.0과의 호환성에 대한 표준화 작업도 진행이다. 이에 IEC-61850을 적용하는 디지털 변전소 자동화시 스템을 위한 효율적인 SCL 엔지니어링 툴에 대한 방안에 대해 고찰하 고자 한다. 단지 디지털 변전소의 현실적인 적용을 위해 완전한 IEC-61850 프로토콜 적용보다는 기존 변전소 프로토콜과의 호환성이 유 지되면서 IEC-61850 프로토콜이 적용되는 방안을 집중적으로 고려하였 다. 이는 상위 레벨의 HMI, SCADA, DAS등이나 중간 레벨의 Gateway 등에서 IEC-61850을 적용할 경우에 기존 프로토콜과의 연계성을 제외하 고는 표준화된 방안을 고려하는 것이 사용자에게는 더욱 효율적인 방안 이라 생각한다. SCL 엔지니어링 툴의 구현을 위해서는 여러 가지 기능 적인 측면과 더불어 기존 시스템과의 연계에 필요한 통신기술 및 운영 관리측면에서의 요구사항을 만족시켜야 하고, 사용자가 최소한의 엔지니 어링 작업으로 디지털 변전소 시스템에 적용할 수 있어야 한다. 이는 IEC-61850 프로토콜이 Edition2로 업그레이드되고 해외 선진사들의 제 품에 적용이 된 시점에서는 국내 업체들의 차별화 방안으로도 가능하다.
본론에서는 SCL 엔지니어링의 방법에 대한 IEC-61850 프로토콜에서 의 표준에 대해 설명하고, 기존 프로토콜과의 호환성 적용을 위해 IEC-61850 엔지니어링 툴에서 고려할 사항에 대해 논의하고자 한다.
2. 변전소 엔지니어링 툴
2.1 IEC-61850에서 SCL 표준화 방안
IEC-61850은 XML을 이용하여 변전소 시스템의 전반적인 구성을 SCL을 통해 나타내고 있다. SCL은 IED에 연결된 변전소 내의 통신을 위한 구성언어로 정의된다. 이 변전소 구성 언어는 여러 제조사들의 호 환성 있게 제조한 IED 엔지니어링과 시스템 엔지니어링 요소들간의 표 준형 인터페이스를 위해 채택되었다. 변전소 구성언어인 SCL은 XML(eXtensible Markup Language) 기반의 언어이다. SCL에서는 4가 지 종류의 파일을 포함하고 있다.
- SSD: System Specification Description
- SCD: Substation Configuration description Description - ICD: IED Capability Description
- CID: Configuration IED Description
SSD는 변전소 자동화 시스템 단위의 특성 정보를 포함하고 있고, ICD 는 IED 특성에 대한 정보, SCD는 변전소 구조에 대한 정보, 그리고 CID는 IED 내부 구조에 대한 정보를 담고 있다. 이러한 파일들의 운영 에 대한 IEC-61850에서의 제안하는 방법은 다음과 같다.
<그림 1> IEC-61850 규격에서의 SCL 방안
2.1.1 디지털 변전소를 위한 SCL 적용 방안
SCL은 기본적으로 Substation, Product(IED), Communication 의 세가지 파트로 구성된다.
- Substation 파트는 변전소의 Topology를 나타내는 One-line Diagram을 포함하며, IEC61346-1에 근거해 장비나 기능들의 명 칭 부여와 기기간의 연결관계를 표현한다.
- Product 파트는 변전소 자동화와 관련된 IED들이나 LN구현과 같은 모든 오브젝트들을 가리킨다. 이 product 오브젝트 모델은 SCL에서 묘사에 사용되는 오브젝트이다.
- Communication 파트는 통신과 관련 오브젝트 타입들을 포함 한다. 이 오브젝트 타입들에는 Sub-network와 Communication Access Point가 있다. Communication은 클라이언트-서버와 같이 LN(Logical Node)들 사이에서 통신 경로에 대한 기본으로써 IED들 사이에서 통신 연결들을 나타낸다. SCL에서의 Object 모 델링은 다음과 같다.
<그림 2> SCL의 Object 모델링
2011년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2011. 7. 20 - 22
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디지털 변전소 엔지니어링을 위해서는 표1의 SSD와 ICD 정보가 효율적으로 모델링이 되어 SCD 파일이 생성되어야 하는데 다수 의 제작사들이 지원하는 ICD 파일을 parsing하여 변전소의 네트 워크 정보를 결합하는 과정이 필요하다. 이러한 과정은 사용자의 편리를 위한 GUI 지원과 자동화 작업이 필수이다. Parsing과정 에서 발생되는 오류와 제작사만을 위한 LN, CDC를 처리하여 사 용자에게 인지시키고 XML 형태를 처리할 방법이 필요하다.
SCL은 Header 섹션과 변전소의 기능적인 구조를 표현하고, Primary 장치의 확인과, 그들의 전기적인 연결을 보여주는 Substation 섹션, 개별 IED의 정보를 담고 있는 IED Description 섹션(General 섹션, IED 섹션, Services 섹션)등으로 구성이 되어 야 한다. 따라서 디지털 변전소의 엔지니어링 툴은 다수의 IED 제작사에서 개별적으로 제공되는 ICD파일에 변전소의 네트워크 정보들이 효율적으로 혼합된 방법이 필요하게 된다.
2.2 기존 프로토콜과의 호환성 연계 방안
IEC-61850이 적용되는 디지털 변전소 이전의 종합 감시시스템은 DNP3.0 프로토콜을 사용하였다. LN과 CDC(Common Data Class)등으 로 표준화된 IEC-61850보다는 약하지만 기존의 DNP3.0에서는 데이터들 을 Object와 Variation으로 약한 표준화를 적용하였다.
기존의 측정, 감시, 알람, 제어, 시각동기등의 기능을 위해 IEC-61850 프 로토콜과 기존에 적용된 프로토콜들(DNP3.0, Modbus, IEC60870)과의 효율적인 연계 방안도 디지털 변전소의 엔지니어링 필요한 기능이 된다.
이에 본 논문에서는 DNP3.0을 예로 연계방안에 대해 제안한다.
<그림 3>은 IED 제조사에서 제공되는 ICD 파일을 parsing하여 사용자 에게 보여준다. 사용자는 IED각각에 대해 ⑴에 네트워크 정보와 이름, 동작 특성등의 설명을 기입할 수 있다.
<그림 3> ICD 파일들의 parsing 결과 화면
[그림 4]는 개별 IED들의 ICD 파일을 parsing한 결과에 대해 사용자 가 선택한 데이터들에 대해서 IEC-61850과 DNP3.0의 연계 화면이다.
사용자의 편리성을 위해서 엔지니어링 툴은 자동으로 이러한 작업이 진 행되어야 한다. 이렇게 디지털 변전소에 적합하게 설정된 DB는 HMI나 SCADA/DAS를 위한 데이터로 사용이 가능하다.
<그림 4> IEC-61850과 DNP3.0 연계 방안
디지털 변전소의 엔지니어링 툴은 이러한 데이터 작업뿐만 아니라 상
태감시, 예방 진단, SNMP(Simple Network Management Protocol)이나 하위 기기의 동작 상태를 사용자에게 확인시켜 줄 수 있는 기능도 필요 하고 또한 이더넷에서 발생되는 다양한 통신오류에 대한 온라인 처리, 원격제어 기능등도 필요하다.
<그림 5>는 엔지니어링 툴에서 네트워크 상태와 실시간 측정 데이터 에 대한 사용자 모니터링 화면이다.
<그림 5> 실시간 데이터 모니터링 기능
또한, <그림 6>은 디지털 변전소에서 발생된 이벤트 이력에 대한 엔 지니어링툴에서의 이력관리 기능이다.
<그림 6> 이벤트 이력관리 기능
본 논문에서는 IEC-61850 프로토콜이 적용된 디지털 변전소의 SCL 엔지니어링 툴의 필요한 기능과 효율적인 방안에 대해 간략하게 적용한 결과와 함께 예시하였다.
3. 결 론
디지털 변전소에 IEC-61850의 적용을 위해서는 사용자를 위해 SCL 사용의 편리성과 효율적인 엔지니어링 방안이 필요하다. IEC-61850은 XML과 표준화된 데이터 모델링 방법을 적용하고 있기에 스테이션 레 벨에서도 디지털 변전소 관리를 위한 표준화 방안이 요구된다. SCL 엔 지니어링 툴은 IEC-61850 규격에서 제안하고 있는 SSD파일과 ICD파일 의 정보처리 기능뿐만 아니라 추가적으로 기존 프로토콜과의 연계방안, 이벤트 이력관리 방안, 실시간 모니터링 기능등이 필요하다. 이러한 엔 지니어링의 효율적인 표준화 방안은 국내 전력산업에 대해 안정적이고 신뢰성 있는 설비 운영에 도움이 되며 해외 선진사들로부터 자국의 전 력시장을 보호하는 방법이 될 수 있다. 본 논문에서는 현장에 적용되어 운영중인 SCL 엔지니어링 툴의 사례를 통해 향후 디지털 변전소의 SCL 엔지니어링이 필요한 기능에 대해 열거해 보았고 향후에는 네트워 크 보안기능, 정밀 시각동기 기능, 데이터 모니터링 기능등의 다양한 운 영 기능들에 대해 고려하고자 한다.
[참 고 문 헌]
[1] Communication networks and systems in substation - IEC61850 Part 1~9, IEC, 2003
[2] 최영준 외 3명, “IEC 61850 자동화 변전소에 SCL 기반 HMI 개발 방법 연구”, 대한전기학회 Vol 59, p255~261, 2010.
[3] 우천희 외 1명, “IEC61850용 게이트웨이 개발 및 성능시험”, 대한전 기학회 Vol 59, p35~39, 2010.
[4] 한정열 외 3명, “IEC 61850 기반의 IED 통합 엔지니어링 툴 개발”, 대한전기학회 Vol 24, p101~108, 2010
[5] Triangle MicroWorks Inc., "ICD Editor", Product manual, Ver2.0, 2009.
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