Hierarchical Infra Design Strategy for WAMAC System based on Synchro-Phasor Data

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WAMAC 시스템을 위한 계층적 인프라 설계 기법

김지영^*, 김진환^*, 김상태^*, 조준희^**, 최미화^**

한전KDN(주)^*, 팜즈커뮤니케이션^**

Hierarchical Infra Design Strategy for WAMAC System based on Synchro-Phasor Data

Ji-Young Kim^*, Jin-Hwan Kim^*, Sang-Tae Kim^*, Jun-Hee Cho^**, Mi-Hwa Choi^**

KEPCO-KDN^*, Famz Communication^**

Abstract - Smart WAMAC (Wide Area Monitoring And Control) System, which supplements control function with the function of WAMS(Wide Area Monitoring System), is an intelligent system not only monitoring the wide area but controlling the power equipment according to defined procedure. This paper presents WAMAC system architecture for hierarchical Infra and considerations to design and implement.

1. 서 론

Smart WAMAC(Wide Area Monitoring And Control) 시스템은 전국 전력 계통에 대한 감시뿐만 아니라 이벤트나 정해진 Scheme에 따라 전 력계통 설비를 제어할 수 있는 시스템으로, WAMS(Wide Area Monitoring System) 기능에 제어 메커니즘을 추가한 지능형 시스템이 다. Smart WAMAC 시스템은 크게 GCC 계층의 Master System과 RCC 계층의 Sub System, 데이터 취득을 위한 변전소 단위의 PMU(Phasor Measurement Unit), 필드 계층의 다양한 전력 설비들로 구성되어 있다.

본 논문에서는 대용량 실시간 데이터를 처리하기 위한 WAMAC 시스 템 계층적 아키텍쳐를 제시하고, 설계 기법에 대해 설명한다.

2. 본 론

Smart WAMAC(Wide Area Monitoring And Control) 시스템은 크게 GCC 계층의 Master System과 RCC 계층의 Sub System으로 구성되어 있다. RCC 계층의 Sub System은 변전소에 설치된 PMU로부터 실시간 Phasor 데이터를 계측하여 관할 RCC로 취합한다. GCC 계층의 Master System은 RCC Sub System에서 취합한 데이터를 샘플링하여 사용자에 게 보여줄 데이터로 가공한다. 그림 1은 Smart WAMAC 시스템의 전체 구성도 이다. GCC 계층의 Master System과 RCC 계층의 Sub System 은 각 내부 LAN 네트워크로 설계 구성하였고, GCC 계층과 RCC 계층 은 WAN 네트워크로 전용망 형태로 설계하였다.

<그림 1> 시스템 구성도

GCC 계층의 Master System은 EMS, DMS, i-PAS, 송변전 레거시 시스템 등과 연동하여 실시간 PMU 데이터 뿐만 아니라 부가적인 정보 를 수신할 수 있도록 외부 시스템 연계 인터페이스를 제공한다. GCC 계층의 Master System 특성상 본사단위의 전국 전력계통을 관장하는

지역에 설치가 될 것이다. RCC 계층의 Sub System은 주요 변전소에 설치된 PMU로부터 데이터를 수신하여야 하기 때문에 PMU가 설치된 변전소를 관장하는 지역에 설치가 될 것이다.

2.1 시스템 아키텍쳐

그림 2는 WAMAC 시스템 개념도로써 RCC 계층의 Sub System과 GCC 계층의 Master System, Phasor 데이터 취득장치, GCC 계층의 HCI 클라이언트로 크게 나눌수 있다. Phasor 데이터 취득 장치는 주요 변전소의 CT, PT, CB 접점등의 정보를 실시간으로 계측하여 IEEE C37.118 프로토콜 기반으로 데이터를 상위로 전송한다.

RCC 계층의 Sub System은 PMU로부터 실시간으로 데이터를 취득하 여 데이터 검증 및 보정을 거쳐 실시간 데이터베이스에 삽입한다. 이 Raw 데이터는 실시간 데이터베이스에 일정시간 유지되고, File System 으로 백업한다. 또한 이 실시간 Raw 데이터는 적절한 샘플링 기법을 이용하여 데이터 사이즈를 압축하여 상위 시스템으로 전송된다. GCC 계층의 Master System은 RCC 계층의 Sub System으로부터 전송받은 샘플링 데이터를 이용하여 보호협조 진단, 저주파 진동검출, Hybrid 상 태추정 같은 PMU 기반의 응용 프로그램을 수행한다. 여기서의 결과값 은 GCC 계층의 HCI 클라이언트로 전송되어 사용자에게 디스플레이 된 다.

<그림 2> 시스템 개념도

2.2 GCC 계층의 시스템

GCC 계층의 Master System은 RCC 계층의 Sub System으로부터 샘 플링 된 데이터를 수신하여 어플리케이션에서 필요로 하는 Input 형태 로 데이터를 가공한다. 또한 EMS 등과 같은 외부 시스템과 데이터를 연계하기 위한 인터페이스를 제공한다. 그림 3은 GCC 계층의 Master System의 프로세스도이다.

Master System은 프로세스 모듈 별 Shared Memory를 두어 데이터 관리를 용이하게 하였다. Shared Memory는 가공되지 않은 Raw 데이터 를 위한 Shared Memory, 샘플링 된 Raw 데이터를 위한 Shared Memory, 이벤트 데이터 Shared Memory, 알고리즘 결과 데이터를 위한 Shared Memory 등이 있다. Phasor Raw Data Shared Memory는 PMU 로부터 수집 되는 Phasor 데이터를 Main Memory DB에서 주기적으로 로드하여 가져온다.

2011년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2011. 7. 20 - 22

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<그림 3> GCC 계층의 Master System

Phasor Shared Memory는 RCC 계층의 Sub System 통신 인터페이스 모듈을 통해 샘플링 된 데이터를 전송받아 일정시간 동안 유지하면서 필요한 어플리케이션 모듈에게 데이터를 제공한다. 이 부분은 GCC 계 층의 어플리케이션들이 수행되기 위한 입력 조건에 따라 가장 적합한 인터페이스 형태로 개발 될 것이며, 서버의 성능 및 네트워크 Bandwidth에 따라 프로세스 성능이 좌우 되는 가장 중요한 부분이라고 할 수 있다. Event Data Shared Memory는 다양한 모듈에서 발생하는 이벤트를 수집하여 HCI 클라이언트에게 제공하는 기능을 수행한다.

<그림 4> 데이터 추출 과정

그림 4는 PMU에서 취득한 실시간 동적 데이터 및 EMS(Energy Management System), i-PAS(integrated Protection Assistant System) 와 같은 외부시스템에서 취득한 정적 데이터들을 추출하여 의미있는 데 이터로 생성해가는 과정을 설명한 그림이다. 사용자 화면에 보여지는 데 이터는 단순 취득데이터 뿐만 아니라 비정형 데이터를 분석하여 계통 운전에 유용한 정보를 줄 수 있는 Rule-Base 엔진을 개발하여 제공 될 예정이다.

2.3 RCC 계층의 시스템

<그림 5> RCC 계층의 Sub System

그림 5는 RCC 계층의 Sub System 모듈 구성도를 간략화 한 것이다.

Sub System은 먼저, 제작사별로 다른 PMU로부터 데이터를 처리하기

위한 통신 처리 모듈을 거쳐 데이터를 정합하고 검증한다. 이렇게 검증 된 데이터는 RTDB에 Insert 되고 10분간 저장된다. 또한, 검증 된 데이 터는 데이터 샘플링 모듈을 통해 1초에 10～30샘플로 가공된 후 GCC 계층의 Master System으로 전송된다.

Sub System은 실시간 데이터 처리가 주요 기능이기 때문에 시스템 성능에 무리가 갈 수 있는 다른 어플리케이션 탑재를 배제 하였다. 또 한, PMU 설치 개소가 증가하게 되면 단일 Sub System으로 처리가 가 능하지 않기 때문에 RCC를 분리 확장 할 수 있도록 프로그램 모듈을 컴포넌트 화하여 Loosely-Coupled 하게 설계 하였다.

RCC 계층의 Sub System은 고속, 실시간 데이터를 처리하기 위해 실 시간 데이터베이스(Real-Time Database)를 적용하였다. 실시간 데이터 베이스는 디스크 I/O를 줄이고 메인 메모리와 직접 연산하여 고속 처리 가 가능하고 범용 데이터베이스가 제공하는 사용자 정의함수 등 일반적 인 기능을 제공하기 때문에 우리 시스템의 성능을 보장할 수 있는 적합 한 솔루션으로 판단되었다. 실시간 데이터베이스는 데이터가 메인 메모 리에 로드되기 때문에 시스템이 Shut Down 될 경우 메일 메모리의 특 성상 데이터가 손실될 우려가 있을 수 있다. 그러나, 트랜잭션 로그 파 일, Check Point 파일을 디스크에 별도 저장하기 때문에 데이터 복구가 가능하며 데이터 손실에 대한 위험도를 줄일 수 있다.

2.4 시스템 인스펙션

소프트웨어 테스트는 응용 프로그램 또는 시스템의 동작, 성능 안정성 이 요구하는 수준을 만족하는 지 확인하기 위해서 소프트웨어에 내재되 어 있는 결함을 발견하는 메커니즘이다. 소프트웨어 테스트는 소프트웨 어 개발 과정의 오류를 최소화 하고 소프트웨어 품질 향상과 신뢰도 향 상을 위해 필수적이다. 본 시스템 설계 단계 중 정기적인 테스트 기법 중 하나인 인스펙션을 통해서 설계 단계의 오류를 최소화하고 개발자 간, 이해 관계자 간 의사소통을 원활하게 할 수 있었다. 개발 단계에서 도 단계별 인스펙션을 통해 프로그램 개발에 대한 오류를 최소화 하고 사용자 요구사항이 명확히 반영될 수 있도록 개발할 예정이다.

<그림 6> 인스펙션 활동 내용 3. 결 론

Smart WAMAC 시스템은 선행과제인 한국형 광역계통 감시시스템 (K-WAMS)[1]의 후속과제로 개발되는 시스템이다. 선행과제의 경험상 이전 단계의 잠재된 오류가 해결되지 않으면, 다음 단계까지 파급되어 개발 시간과 노력이 예상보다 많이 투입되었던 것을 알 수 있었다. 따라 서 Smart WAMAC 시스템 설계 시에는 개발자 및 이해관계자들 간의 정기적인 인스펙션 과정을 통하여 요구사항 정의나 설계에 대해 확인하 는 작업을 거쳐 오류를 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 RCC-GCC 계층적 구조를 통하여 대용량 데이터를 지역적으로 분산하여 관리함으로써 H/W 스펙 및 네트워크 부하를 줄일 수 있도록 하였다.

추후, Smart WAMAC 시스템은 PMU가 전국에 설치되는 하드웨어적 인 확장과 사용자의 요구사항이 증가하는 소프트웨어적인 확장 모두 용 이할 수 있도록 제반 사항을 고려하여 개발하여야 할 것이다.

본 연구는 2010년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원 (KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구과제입니다.

(No. 2010T100200301) [참 고 문 헌]

[1] 김상태, 김지영, 이정현, 장수형, “345kV 계통에서의 K-WAMS 구축 및 실증”, 전력산업컨퍼런스 2009, 2009.12

[2] Synchro-Phaosr 기반의 Smart WAMAC 인프라 개발 1차년도 연차

보고서 2011.05