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Design Methodology of Communication & Control Device for Smart Grid Power Facility based on DSP and Raspberry Pi

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(1)

DSP와 라즈베리 파이를 기반으로 한

스마트 그리드 전력설비의 통신제어장치 설계 방법론

오세영*ㆍ이준혁*ㆍ이세인*ㆍ박창수*ㆍ고윤석**

Design Methodology of Communication & Control Device for Smart Grid Power Facility based on DSP and Raspberry Pi

Se-Young Oh*ㆍJun-Hyeok Lee*ㆍSae-In Lee*ㆍChang-Su Park*ㆍYun-Seok Ko**

요 약

본 논문에서는 스마트 그리드 전력설비 간 통신을 통해 고장구간을 자율적으로 판단, 분리하기 위한 기반기 술인 통신제어장치를 설계하였다. 통신제어장치에서 제어모듈은 3상 전압, 전류를 계측할 수 있도록 DSP, 통 신모듈은 전력설비 간 통신을 통해 고장구간을 판단, 고장구간 분리를 실현할 수 있도록 라즈베리 파이로 설 계되었다. DSP와 라즈베리 간 통신은 SPI 통신방식을 기반으로, 반면에 라즈베리 간 통신은 Wi-Fi 기반으로 설계되었다. 끝으로, 3개의 전력설비 통신제어 장치로 구성되는 성능 평가 시스템을 구축하였으며, 선로 상의 다양한 고장 이벤트들에 대한 모의 검증을 실시하였다. 평가 결과, 모든 시험경우들에 대해서 통신제어장치가 요구된 응답을 보임으로서 통신제어장치 설계 방법론의 유효성을 확인할 수 있었다.

ABSTRACT

In this paper, a power facility communication control device was designed to autonomously determine and separate the fault section through communication between power facilities in the smart grid distribution system. In the power facility communication control device, the control module was designed as a DSP to measure three-phase voltage and current, and the communication module was designed as an embedded-based Raspberry Pi to determine the fault section and realize the fault section separation through communication between power facilities. Communication between DSP and Raspberry Pi was designed by SPI communication, and communication between Raspberry Pi was designed based on Wi-Fi. Finally, a performance evaluation system based on three power facility communication control devices was built, and simulation verification was conducted for various fault events that may occur on the distribution line. As a result of the test evaluation, it was possible to confirm the effectiveness of the design methodology of the communication control device by showing the required response of the communication control device to all test cases.

키워드

Smart Grid, Distribution System, Two-Way Communication, Data Exchange, Distributed Autonomous Control 스마트 그리드, 배전 계통, 양방향 통신, 데이터 교환, 분산 자율 제어

* 남서울대학교 전자공학과([email protected], [email protected], [email protected], [email protected])

** 교신저자 : 남서울대학교 전자공학과:

ㆍ접 수 일 : 2021. 07. 04 ㆍ수정완료일 : 2021. 08. 25 ㆍ게재확정일 : 2021. 10. 17

ㆍReceived : Jul. 04, 2021, Revised : Aug. 25, 2021, Accepted : Oct. 17, 2021 ㆍCorresponding Author : Yun-Seok Ko

 Dept. of Electronic Engineering, Namseoul University, Email : [email protected]

http://dx.doi.org/10.13067/JKIECS.2021.16.5.835

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Ⅰ. 서 론

전력 시스템에서 화력 발전은 에너지 변환효율이 높고 유연한 출력제어의 장점 때문에 전력 수요를 효 율적으로 관리하는데 있어 중추적인 역할을 담당해왔 다. 그러나 최근, 화석연료가 지구온난화의 주범으로 밝혀지면서 이산화탄소 배출량을 줄이기 위한 노력들 이 전 세계적으로 이루어지고 있는데, 특히, 전력 사 업자들은 태양광 발전, 풍력 발전은 물론 수소 연료전 지 발전 등 신재생 에너지를 전력계통에 도입함으로 서 화석연료 사용량을 줄이고, 더 나아가 기존 전력망 에 디지털 통신망을 도입하여 전력 사업자와 신재생 에너지 생산자간의 유연한 전력 거래 및 전력 제어가 가능하도록 스마트 그리드를 적극적으로 추진하고 있 다[1-12].

스마트 그리드는 전력 시스템 전 영역에서 도입되 고 있는데, 배전 영역에서는 중앙집중제어 방식에서 분산, 자율적 제어방식으로 전력 공급 신뢰도를 개선 하고자 하는 방법론들이 새롭게 제시되고 있다. 참고 문헌 [4]에서는 스마트 그리드 상에서 배전 보호기기 가 자율적으로 보호기기간 양방향 통신을 통해 고 임 피던스 고장(High Impedance Fault : HIF) 구간을 탐 색, 분리하는 방법론을 제시하며, 참고문헌 [5]에서는 네트워크 기반 배전계통에서 보호기기간 통신을 통 고장구간을 분산, 자율적으로 분리하는 이론적 방법론 을 제안함으로서 스마트 그리드 전력설비의 분산, 자 율제어의 가능성을 제시한다.

따라서 본 논문에서는 스마트 그리드의 통신능력을 기반으로, 배전계통 설비 간 고장정보 교환을 통해 고 장구간을 자율적으로 판단, 분리하기 위한 기반 기술 인 전력설비 통신제어장치(Communication & Control Device : CCD) 설계 방법론이 제안된다. 전력설비 통 신제어장치는 제어모듈과 통신모듈로 구성되는데, 제 어모듈은 3상 전압, 전류를 계측할 수 있도록 DSP로 설계되며, 통신모듈은 와이파이를 기반으로 전력설비 간 통신을 통해 고장구간을 판단, 고장구간 분리를 실 현할 수 있도록 라즈베리 파이로 설계된다. 끝으로, 시험 평가 시스템이 구축되며, 선로상의 다양한 이벤 트들에 대한 모의 검증을 통해서 DSP와 라즈베리 파 이를 기반으로 하는 통신제어장치의 적용 가능성이 검증된다.

II. 배전계통 분석 2.1 배전계통 구성

배전계통은 2차변전소에서 수용가에 전력을 공급 하기 위해 폭 넓게 분포되는 4-6개의 22.9kV 3상 4선 식 배전 선로들로 구성된다. 각 배전 선로들은 부하지 역을 폭넓게 경유함으로서 고장에 자주 노출되기 때 문에 전력 공급 신뢰도가 심각하게 저하될 수 있다.

따라서 배전계통은 전력 공급 신뢰도를 제고하기 위 해 구분 개폐기들과 연계 개폐기들에 의해 분리 또는 연계될 수 있는 다분할 다연계 구조로 설계된다.

그림 1. 대표적인 배전계통 구성 Fig. 1 Typical configuration of distribution system

특히, 배전계통은 가공선로와 지중선로가 결합되는 복합형 선로구조를 가진다. 그림 1은 가공선로와 지중 선로가 결합된 다분할, 다연계 구조의 대표적인 배전 선로의 구성을 보인다. 그림 1에서, ■, □는 CB나 R/C의 투입, 개방 상태를, 반면에 ●, ◌는 구분개폐 기나 연계 개폐기의 투입, 개방 상태를 표시한다.

2.2 고장전류 해석

일반적으로 배전계통 상에서 발생할 수 있는 이벤 트들은 3상 단락고장, 상간 단락고장 그리고 단상 지 락고장으로 구분될 수 있는데, 그림 2는 고장 유형들 을 설명하기 위해서 A상 지락고장, B-C상간의 상간 단락고장 그리고 3상 단락고장의 경우를 각각 보인다.

그림 2에서 기술된 각 고장유형에 대한 고장전류의 크기는 식 (1)-(3)을 통해 계산될 수 있다[6].

(3)

그림 2. 배전선로 상의 고장유형 Fig. 2 Fault type on distribution line

먼저, 3상 단락고장의 경우는 정상성분 전류만 이 흐르기 때문에 식 (1)로 표시될 수 있다.



 

 



식 (1)에서 Z1, E1은 각각 정상 임피던스, 정상성분 전압을 나타낸다. 상간 단락 고장의 경우, 고장전류는 식 (2)로 표시할 수 있는데 3상 단락 고장 전류의 약 86.6%에 해당한다.



 

 



단상 지락 고장전류는 식 (3)으로부터 얻을 수 있 다. 식 (3)에서, Z0, Z1, Z2는 각각 영상 임피던스, 정상 임피던스 그리고 역상 임피던스를 표시한다.

  

 

 

 



2.3 고장특성 해석

수지 상 배전선로 상에서 그림 2에 보인 고장 유형 들 중 임의의 고장이 발생하면 3상 단락고장의 경우 식 (1), 선간 단락고장의 경우 식 (2), 단상 지락고장

의 경우 식(3)으로 표시되는 고장전류 If가 전원 측에 서 고장 위치까지 흐르게 된다. 그림 3에서 고장위치 fx에서 임의의 고장이 발생한 경우를 보이는데, 이 경 우 선로구간들 LS1, LS2,...,LSn-1에는 고장전류 If가가 흐르지만 선로구간 LSn에는 고장전류가 흐리지 않는 다. 따라서 개폐기 S1,...,Sm-3, Sm-1은 고장전류를 경험 하지만 개폐기 Sm은 고장전류를 경험하지 않는다.

그림 3. 배전계통 고장전류 방향 Fig. 3 Fault current direction of distribution system 위에서 언급된 고장전류의 크기와 방향 특성을 고 려하면 고장을 판단하기 위한 고장판단 규칙 RULE 1과 고장구간을 판단하기 위한 고장구간 판단 규칙 RULE 2가 다음과 같이 설계될 수 있다.

RULE 1) 고장판단 규칙

If the any phase current of protective device Si exceeds the minimum operating current of the protective device, it is judged as a fault current.

RULE 2) 고장구간 결정 규칙

If any switch Si experiences a fault current and all switches in its load section do not experience a fault current, Si‘ load section is the fault section.

2.4 보호기기 네이버 구간 모델링

앞에서 개발된 고장구간 판단 규칙 RULE 2를 적 용하여 임의의 고장에 대해 고장구간을 분산 자율적 으로 판단, 분리하기 위해서는 선로상의 보호기기들간 에 자유로운 양방향 통신이 가능해야 한다. 이 목적을

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실현하기 위해서 각각의 보호기기에 대해 [4-5]에서 제시되는 공급구간(Source Zone)과 수전구간(Sink Zone)으로 구분되는 2개의 이웃 구간(Neighbor Zone : NZ)들이 정의된다. 임의의 보호기기에 대해 공급구 간은 전력을 공급하는 구간이고 반면에, 부하구간은 전력을 수전하는 구간이다. 예로서 그림 4에서 개폐기 S3에 대한 공급구간은 {S2, S4}, 수전구간은 {S6, S7}로 정의된다.

그림 4. 보호기기의 네이버 구간 모델링 Fig. 4 Neighbor zone modelling of protective device

III. 통신제어장치 설계

스마트 그리드 보호기기가 고장전류 크기와 방향에 관한 지식을 기반으로 고장 판단, 고장구간 결정 및 분리를 자율적으로 실현하기 위해서, 보호기기에 상호 간 고장정보 교환이 가능하도록 하는 통신제어장치 CCD(: Communication & Control Device)가 설계된 다. 제어장치는 3상 데이터에 대한 고속연산이 가능한 DSP를 기반으로, 반면에 통신장치는 임베디드 OS를 가지는 라즈베리 파이를 기반으로 설계된다. DSP와 라즈베리 파이 간 아날로그 및 디지털 IO 데이터를 송수신하기 위해서 SPI 통신방식이 채택되며, 라즈베 리 파이 간 고장정보 교환을 위해서 와이 파이 무선 통신방식이 채택된다.

3.1 SPI 통신

제어장치와 통신장치 간 통신에는 SPI(: Serieal Peripheral Interface) 통신이 채택되는데 SPI는 주로 주변 장치와 시리얼 방식의 통신 인터페이스이다.

SPI 통신은 I2C와 같이 널리 사용되고 있다. I2C는

2선을 사용하지만 SPI는 3-4개의 선이 필요하다. 데 이터를 전송하고 수신하는 선이 따로 있기에 전송과 수신이 동시에 이루어질 수 있어서 송수신이 하나의 선으로 이루어지는 I2C에 비해 SPI 통신 전송속도가 빠르다. SPI 통신에서 필수로 필요로 하는 구성요소 는 SCLK(: Serial Clock), MISO(: Master In Slave Out), MOSI(: Master Out Slave In), SS(: Slave Select)이다. 통신 실행 시 마스터는 SS로 슬레이브를 선택하고, 클럭을 생성한다. 클럭이 생성되면 이에 맞 추어서 데이터가 전송된다. 클럭의 설정에 따라서 상 승 또는 하강에지에서 데이터를 읽도록 할 수 있다.

그림 5 SPI 통신 타이밍도 Fig. 5 Timing diagram of SPI communication SPI통신에서는 MOSI 신호선을 통해 마스터 데이 터가 클럭에 맞추어 보내지면 동시에 MISO 신호선으 로 슬레이브의 데이터 송신이 가능하다. 마스터의 MSB 비트가 한번의 클럭에 슬레이브의 LSB 비트로 전송이 되고 슬레이브의 데이터들은 한비트씩 쉬프트 된다. 슬레이브의 MSB 비트는 마스터의 LSB로 전송 된다[13].

3.2 소켓 통신

통신장치 간 통신은 와이파이 기반의 소켓 통신을 통해서 구현된다. 소켓 통신이란 서버(Server)와 클라 이언트(Client) 간의 효율적인 양방향 통신을 실현하 기 위한 구조를 제공한다. 기존의 서버와 클라이언트 간의 통신은 대부분 HTTP를 통해 이루어졌다. 서버 와 클라이언트간의 소켓이 영구적인 연결이 되어있지 않고 클라이언트 쪽에서 요청할 때만 서버가 응답을 하는 방식으로 통신이 진행되는 한 방향 통신이다. 한

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방향 통신은 서버 쪽 데이터가 바뀌어도 클라이언트 쪽에 화면은 변경된 데이터가 업데이트되지 않는 문 제가 발생하지만 서버 통신은 서버와 클라이언트 간 에 연결을 유지해서 언제든 양방향 통신 또는 데이터 전송이 가능하다. 소켓 통신에는 역할에 따라 서버 소 켓과 클라이언트 소켓으로 구분된다. 각 소켓마다 역 할은 다음과 같다.

서버 소켓은 클라이언트 소켓의 연결 요청을 대기 한 후, 연결 요청이 오면 클라이언트 소켓을 생성하여 통신을 가능하게 한다. socket() 함수를 사용하여 소 켓을 생성하고 bind() 함수로 IP와 PORT 번호를 설 정하게 된다. listen() 함수로 클라이언트의 접근 요청 에 수신 대기열을 만들어 몇 개의 클라이언트를 대기 시킬지 결정하고 accept() 함수를 사용하여 클라이언 트와의 연결을 기다린다. 클라이언트 소켓은 실제로 데이터 송수신이 일어나는 소켓이다. 그림 7은 소켓 통신 흐름도를 보인다.

그림 6. 소켓 통신 흐름도 Fig. 6 Socket communication flow diagram 3.2 와이파이 통신

와이파이 통신이란 IEEE 802.11 기반에 무선기술 을 접목한 것으로 무선 접속장치가 설치된 곳의 일정 거리 안에서 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선

랜 기술을 말한다. 와이파이는 초고속 인터넷과 연결 되는 AP를 통해 무선인터넷이 가능한 국제표준기술 이며 와이파이 AP(: Access Point)는 비 면허 주파수 인 2.4GHz 대역과 5GHz 대역의 주파수에서 누구나 설치하여 사용 가능하다 와이파이의 통신 프로토콜은 IEE 표준 802.11에 정의되어 있으며 정의된 표준에 대한 개정 작업이 계속 이루어지면서 규격별로 통신 속도가 다른 프로토콜이 보급되고 있다[14].

3.4 고장검출 및 고장구간 판단 방법론 설계 보호기기 제어장치는 1차 측 3상 전압 및 전 류 값, 2차 측 3상 전압 값을 연속, 계측하며 임의의 상전류가 최소동작전류보타 크면 고장으로 결정한다.

그림 7. 통신장치의 고장구간 판단 및 분리 흐름도 Fig. 7 Fault zone determination and separation flow

chart of communication device

일단, 보호기기 Si의 제어장치가 고장전류를 경험 한 것으로 판단하면 SPI 통신을 통해서 고장정보를 통신장치에 전송한다.

보호기기의 통신장치는 제어장치로부터 고장정보

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를 수신하면 인접한 개폐기 통신장치들과 양방향 통 신을 통해 고장정보를 수집한 후, 고장구간 결정 및 고장구간 분리를 실행한다. 이때, 양방향 통신을 실현 하기 위해 통신장치 내에는 그림 4에서 정의되는 2개 의 네이버 구간들이 적용된다. 그림 7은 CCD의 통신 제어장치가 통신을 통해 수집한 고장정보에 RULE 2 를 적용하여 고장구간을 결정, 분리하는 절차를 보인 다. 그림 8에서, SZSS는 보호기기의 수전구간 개폐기 들의 집합(Sink Zone Switch Set)을 의미한다. 그림 4에서 개폐기 S3의 수전구간 상에서 고장이 발생하는 경우, 개폐기 S1의 경우는 S1의 수전구간에 대한 SZSS의 개폐기 {S2}가 고장전류를 경험했기 때문에, 개폐기 S2의 경우는 S2의 수전 구간에 있는 SZSS의 개폐기 {S3, S4} 중 개폐기 S3가 고장전류를 경험하기 때문에 고장구간 탐색에 실패한다.

반면에 개폐기 S3는 수전 구간의 SZSS에 속하는 개폐기들 {S6, S7}이 모두 고장전류를 경험하지 않았 기 때문에 부하구간을 고장구간으로 결정하게 된다.

따라서 개폐기 S3는 먼저, 자기 제어장치 S3에게 개방 을 명령한 후, 순차적으로 S6, S7에게 개방을 명령함 으로서 고장구간 분리를 자율적으로 실현하게 된다.

VI. 실험 및 평가 4.1 시험 평가 시스템 구성

본 논문에서 제안되는 DSP와 라즈베리파이를 가지 는 전력설비간의 통신을 통한 자율적 고장구간 탐색 및 결정을 위한 기본적인 방법론의 유효성을 확인하 기 위해서 시험 평가 시스템을 구성한다.

시험 평가 시스템은 3개의 개폐기 S1, S2, S3와 2개 의 선로구간 LS1, LS2를 모의할 수 있도록 CCD를 구 성한다. 본 논문에서 목표로 하는 3개의 개폐기와 2개 의 선로구간을 모의하기 위해서는 3개의 CCD 즉 3개 의 SC(DSP)와 3개의 CD(라즈베리 파이)가 요구되지 만 DSP와 라즈베리 파이 연동 실험요건 상, 현실적 으로 허용 가능한 범위 내에서 그림 8에 보인바와 같 이 1개의 SC와 3개의 CD들로 구성한다.

그림 8. 시험 평가 시스템 구성 Fig. 8 Configuration of test evaluation system 그림 9는 그림 8의 구성에 따라 1개의 DSP와 3 개의 라즈베리 파이를 이용하여 실제로 구축한 시험 평가 시스템을 보인다. 통신장치에서 그림 7에 보인 고장구간 분리를 위한 양방향 통신 프로그램은 파이 선의 소켓 라이브러리를 이용하여 구현된다.

그림 9. 실제 시험 평가 시스템 Fig. 9 Real test evaluation system 4.2 시험 평가 시나리오

표 1은 본 논문에서 제시된 8가지의 시험 경우를 보인다. 고장 상태(F)와 정상상태(N)가 모의되는데, 경우 1에서 경우 7까지는 고장인 경우, 경우 8에서는 정상인 경우가 모의된다.

고장타입에서 3S는 3상 단락고장, 2S는 상간 단락 고장, 1G는 단상 지락고장을 의미하며, A-B, B-C, C-A는 AB상간, BC상간 그리고 CA상간 단락고장, A-G, B-G, C-G는 A상 지락고장, B상 지락고장 그

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리고 C상 지락고장을 각각 의미한다. 상 전류는 각각 의 고장 경우에 대한 3상 전류 값을 표시하는데, 보호 기기의 최소 동작전류 Imoc를 고려하여 설정된다. 여 기서 Imoc는 450A로 한다. FC는 각 고장경우들에 대 한 고장코드를 표시한다.

Case

#

System State

Fault Type

Phase Current(A) A B C FC 1

F

3S A-B-C 1800 1800 1800 1 2

2S

A-B 1500 1500 100 2

3 B-C 80 1000 1000 3

4 C-A 1200 110 1200 4

5

1G

A-G 1300 220 220 5

6 B-G 180 1200 180 6

7 C-G 60 60 1500 7

8 N - - 140 140 140 8

표 1. 시험 평가 시나리오 Table 1. Test evaluation scenario

4.3 시험 평가 결과

개폐기 제어기 SC2는 고장을 발생시키는 고장 발 생기 역할을 하는데, SC2에 표 1에 보인 8가지 시나 리오들이 순차적으로 적용함으로서 성능을 평가할 수 있다. 표 2는 시험 평가 결과를 보인다.

Case SC2 CD2 CD1 CD3 CD2

1 F 1 F 1 x x N 8 LS2

2 F 2 F 2 x x N 8 LS2

3 F 3 F 3 x x N 8 LS2

4 F 4 F 4 x x N 8 LS2

5 F 5 F 5 x x N 8 LS2

6 F 6 F 6 x x N 8 LS2

7 F 7 F 7 x x N 8 LS2

8 N 8 - - - - -

표 2. 시험 평가 결가 Table 2. Test evaluation result

Case 1) 3상 단락고장 모의

개폐기 제어장치 SC2의 A상, B상, C상 전류를 각 각 1,800(A), 1,800(A) 그리고 1,800(A)로 설정된 경우 이다. 이 경우, A, B, C상 전류가 모두 최소동작전류 450A를 초과하기 때문에 개폐기 제어장치 SC2는 RULE 1에 근거하여 표 2에 보인비와 같이 시스템 상태를 고장 ‘F’, 고장코드를 3상 단락고장을 의미하 는 ‘1’로 결정하고 그 추론 결과를 저장한다.

다음, SC2는 그 추론결과를 대응하는 통신장치 CD2에 이벤트를 전송한다. 이때, 고장정보 (‘F’, ‘1’)을 수신한 CD2는 CD2의 SZSS인 {CD3}에게 와이 파이 통신을 통해 고장정보를 요청하고 그 결과를 수집한 다. 이때 수집된 고장저정보가 (‘N’, ‘8’)이므로 CD3에 대응하는 개폐기가 고장전류를 경험하지 않음을 확인 함으로서 RULE 2를 만족한다. 최종적으로 CD2는 수 전구간 LS2가 고장구간 임을 판정하고 SC2에게 개방 을 명령한 후, {CD3}에게 통신을 통해 순차적으로 개 방을 명령한다.

Case 5) A상 지락고장 모의

개폐기 제어장치 SC2의 A상, B상, C상 전류를 각 각 1,300(A), 220(A) 그리고 220(A)로 설정된 경우이 다. 이 경우, A상 전류만 최소동작전류 450A를 초과 하기 때문에 표 2에 보인바와 같이 RULE 1에 근거 하여 개폐기 제어장치 SC2는 시스템 상태를 고장 ‘F’, 고장코드를 A상 지락고장을 의미하는 ‘5’로 결정하고 그 추론 결과를 저장한다. 다음, SC2는 그 추론결과를 대응하는 통신장치 CD2에 이벤트를 전송한다. 이때, 고장정보 (‘F’, ‘5’)을 수신한 CD2는 CD2의 SZSS인 {CD3}에게 와이 파이 통신을 통해 고장정보를 요청하 고 그 결과를 수집한다. 이때 수집된 고장정보가 (‘N’,

‘8’)이므로 CD3에 대응하는 개폐기가 고장전류를 경험 하지 않음으로서 RULE 2를 만족한다. 따라서, CD2는 수전구간 LS2가 고장구간 임을 판정하고 SC2에게 개 방을 명령한 후, {CD3}에게 통신을 통해 순차적으로 개방을 명령한다.

V. 결론

본 논문에서는 스마트 그리드 배전계통에서 전력설 비 간 통신을 통해 고장구간을 자율적으로 판단, 분리

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하기 위한 기반 기술로서 단일방향 기반의 전력설비 통신제어장치 설계 방법론이 개발되었다. 통신제어장 치에서 제어모듈은 3상 전압, 전류를 계측할 수 있도 록 DSP로 설계하였으며, 통신모듈은 전력설비 간 통 신을 통해 고장구간을 판단, 고장구간 분리를 실현할 수 있도록 라즈베리 파이로 설계하였다. DSP와 라즈 베리 간 통신은 SPI 통신방식, 라즈베리 간 통신은 Wi-Fi 기반으로 설계하였다. 끝으로, 1개의 DSP와 3 개의 라즈베리 파이로 구성되는 성능 평가 시스템을 구축하였으며, 선로 상의 고장 이벤트들에 대한 모의 검증을 실시하였다. 그리고 결과로서 모의 경우들에 대해 고장구간을 정확하게 추론함으로서 제안된 전력 설비들 간의 통신을 기반으로 하는 방법론의 유효성 을 확인할 수 있었다.

하지만, 본 논문에서는 고장을 경험한 하나의 SC 가 단일방향 통신을 통해 고장구간을 결정하는 고장 전류 기반의 고장구간 탐색 법을 적용하였다. 따라서 차후, 고장을 경험한 n개의 SC들이 고장구간 결정을 위해 개별적으로 SZSS의 CD들과 양방향 통신을 시 도하여, 고장정보를 수집하고 고장구간을 결정하는 방 법론들에 대해서 연구되어야 하겠다.

References

[1] T. Vijayapriya1 and D. Kothari, “Smart Grid: An Overview”, Smart Grid and Renewable Energy, vol. 2, no. 4, 2011, pp. 305-311.

[2] C. Lo and N. Ansari, “The Progressive Smart Grid System from Both Power and Communications Aspects, ”IEEE Communic -ations Surveys & Tutorials, vol. 13, no. 3, Aug.

2012, pp. 799-821.

[3] I. Alotaibi, M. A. Abido, M. Khalid, and A. V.

Savkin, “A Comprehensive Review of Recent Advances in Smart Grids: A Sustainable Future with Renewable Energy Resources, “Energies, vol. 13, no. 23, 2020, pp. 1-41.

[4] Y. Ko, T. Kang, H. Park, H. Kim, and H. Nam,

“A Self-Isolation Method for the HIF Zone Under the Network-Based Distribution System,

”IEEE Trans. Power Delivery, vol. 24, no.2, Mar.

2009, pp. 884-891.

[5] Y. Ko, T. Kang, H. Park, H. Kim, and H. Nam,

“The FRTU-Based Fault-Zone Isolation Method in the Distribution Systems, ”IEEE Trans. Power Delivery, vol. 25, no.2, Apr. 2014, pp. 1001-1009.

[6] Y. Ko, S. Oh, H. Kim, and I.Kim, “A Study on the Fault Analysis for a Micro Smart Grid Simulator Design Using MEMS' Miniaturization Technology, “A Study on the Synchronization Methodology for Grid-connection of Three Phase Inverter,” J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 2, Apr. 2017, pp. 315-324.

[7] Y. Ko, "A Study on the Agent (Protective Device)-based Fault Determination and Separation Methodology for Smart Grid Distribution System," J. of the Electrical Engineering and Technology, vol. 10, no. 1, Jan.

2015, pp. 102-108.

[8] Y. Ko, “A Study on the Effective Downscaling Methodology for Design of a Micro Smart Grid Simulator," J. Electr. Eng. Technol., vol. 13, no.

4, Jul. 2018, pp. 1425-1437.

[9] Y. Ko, “A Study on the Miniaturization of Protective Device for Micro Smart Grid Simulator," J. Electr. Eng. Technol., vol. 13, no.

4, Jul. 2018, pp. 1425-1437.

[10] B. Lim, J. Lee, H. Nguyen, V. Tran, and Y. Ko,

“A Study on the Synchronization Methodology for Grid-connection of Three Phase Inverter,” J.

of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 14, no. 5, Oct. 2019, pp. 951-958.

[10] Y. Ko and J. Park, “A Study on the Voltage Control of a Single Phase Full-bridge Inverter using SPWM Driving Method,” J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol.

12, no. 5, Oct. 2017, pp. 851-858.

[11] J. Joo and J. Oh, “Efficient Grid-Independent ESS Control System by Prediction of Energy Production Consumption,” J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 14. no.

1, Feb. 2019, pp. 155-160.

[12] J. Park, “AMI System Using Smart Electricity Meter Embedded with Home Concentrate Unit,”

J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 14, no. 3, June 2019, pp. 537-546.

[13] H. Lee and S. Jun, "A Study on the SPI Communication Readable and Writable Simultaneously," In Proc. of the Korean Institute of Communications and Information Sciences 2009

(9)

Summer Conference, Jeju. Korea, Jun. 2009.

[14] S. Na, G. Kang, and J. Jeong "A Study on the Effective Diffusion Strategy of Wi-Fi,"

Information and Communications Magazine, vol.30, no. 6, 2013, pp. 3-12.

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저자 소개

오세영(Se-Young Oh) 2016년 3월~ 남서울대학교 전자 공학과 4학년 재학 중

※ 주 관심분야 : 자동제어, 마이 크로프로세서

이준혁(Jun-Hyeok Lee) 2015년 3월~ 남서울대학교 전자 공학과 4학년 재학 중

※ 주 관심분야 : 자동제어, 회로 이론

이세인(Sae-In Lee) 2018년 3월~ 남서울대학교 전자 공학과 4학년 재학 중

※ 주 관심분야 : 전자기학, 마이 크로프로세서

박창수(Chang-Su Park) 2015년 3월~ 남서울대학교 전자 공학과 4학년 재학 중

※ 주 관심분야 : 회로이론, 전자 회로

고윤석(Yun-Seok Ko) 1984년 2월 광운대 공대 전기공학 과 졸업(공학사).

1986년 2월 광운대 대학원 전기공 학과 졸업(석사).

1996년 2월 광운대 대학원 전기공학과 졸업(공학박사).

1986년~1996년 한국전기연구소 선임연구원.

1996년~1997년 포스코 경영연구소 연구위원.

1997년~현재 남서울대학교 전자공학과 교수.

2012년~2013년 University of Utah 방문교수 ※ 관심분야 : 전력시스템 자동화, 배전자동화, 스

마트그리드, 주택자동화, 인공지능, 로봇제어

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수치

그림  2.  배전선로  상의  고장유형 Fig.  2  Fault  type  on  distribution  line
그림  5    SPI  통신  타이밍도 Fig.  5  Timing  diagram  of  SPI  communication SPI통신에서는  MOSI  신호선을  통해  마스터  데이 터가  클럭에  맞추어  보내지면  동시에  MISO  신호선으 로  슬레이브의  데이터  송신이  가능하다

참조

관련 문서