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IEC 61970 CIM을 기반으로 한 Wide Area Monitoring And Control system 모델 적용 연구
조준희*, 오영석*, 최미화*, 신승희*, 김지영**
(주)팜즈커뮤니케이션*, 한전KDN(주)**
IEC 61970 CIM based Study on the application of model for Wide Area Monitoring And Control System
Jun-Hee Cho*, Young-Suk Oh, Mi-Hwa Choi*, Seung-Hee Shin*, Ji-Young Kim**
Famz Communication*, Korea Electric Power Data Network CO,. LTD**
Abstract – The exchange of information with legacy systems is a main issue in the era of SMARTGRID. Because WAMAC(Wide Area Monitoring and Control) system has monitoring function, as well as control function, it is very necessary for WAMAC to exchange data and information with SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) / EMS(Energy Management System). IEC 61970 CIM(Common Information Model) is an abstract model that represents all the major objects in an electric utility enterprise typically involved in utility operations. In this paper, a proposal that adopting CIM to WAMAC model be submitted so that the integration of various legacy system and application for itself be able to be flexible.
1. 서 론
스마트그리드란 전력망에 정보기술을 접목하여 전력공급자와 소비자 가 양방향으로 실시간 정보를 교환, 에너지효율 최적화하는 차세대 전력 망으로서 주요 이슈 중 하나가 바로 기존의 전력망과 IT와의 융합이다.
Smart WAMAC(Wide Area Monitoring And Control) 시스템은 NERC(North America Electric Reliability Council)에서 대정전 방지를 위하여 제안하여 개발된 WAMS(Wide Area Monitoring System)에 제 어 메커니즘을 추가한 지능형 전력감시제어 시스템이다.
현재 전 세계적으로도 WAMS와 함께 지능형 제어 시스템 개발 분야 와 이에 따르는 인프라 구축에 대한 연구가 활발하게 이루어 지고 있다.
인프라를 구축하기 위하여 우선적으로 해결되어야 할 것이 바로 레거시 시스템 (SCADA/EMS/MOS/DAS)과의 연계방안이라고 하겠다.
IEC 61970 CIM(Common Information Model)은 전력 시스템의 모든 환 경 기반을 포함하는 데이터 모델들의 추상 정보 클래스들의 모음이다.
전력 시스템 및 시스템 운영을 포함 하는 전반적으로 사용되는 전력시 스템 객체들을 표현하는 표준 추상 모델이며 발전분야, 배전분야, EMS, SCADA와 같은 운용영역이 다른 계통들 간의 연계 및 응용프로그램 통 합을 지원한다.[1]
본 연구에서는 Smart WAMAC 시스템을 IEC 61970 CIM 으로 설계 함으로써 기존 레거시 시스템과의 유연한 연계 방안을 모색하고 차세대 SCADA[5] 등의 새로이 구성되는 전력시스템과의 유연한 연계에 대한 초석을 만들고자 한다. 특히 WAMS를 CIM 으로 설계한 모델[2]을 기 반으로 하여 실제 구현시 추가되어야 할 PMU의 속성을 제시 하였으며 시스템 제어를 위한 전초 단계인 이벤트/오류 알람 시스템을 추가로 구 성하여 보았다.
2. 본 론
2.1 WAMAC(Wide Area Monitoring And Control)의 구조
<그림 1> WAMAC의 시스템 구성도
그림 1은 Smart WAMAC 시스템의 구조를 보여주고 있는데[4] 각 변 전소에 설치된 PMU로부터 Phasor Data를 16ms 마다 취득하여 지역단 위로 구분된 RCC 계층의 Sub System으로 전송 후 저장되게 된다. 저 장된 raw 데이터를 초당 10∼30회로 샘플링하여 GCC 계층의 Master System으로 전송하게 된다. GCC 계층에서는 각각의 RCC 계층으로부 터 전달 받은 데이터를 통합하여 저주파진동, Hybride SE 등의 알고리 즘을 수행하여 이벤트/오류 등을 포함하는 결과 값과 샘플링 데이터 등 의 트랜드 데이터를 HCI 클라이언트로 전송하여 운영자 및 사용자가 감시/제어 할 수 있는 인터페이스를 제공한다.
2.2 PMU(Phasor Measurement Unit)의 구조
PMU는 발전소, 변전소 등의 전력 계통에 설치되어 전압, 전류의 크 기, 위상각을 실시간으로 측정하며 이를 기반으로 하여 전력, 주파수 등 을 연산하는 장치이다. GPS 시각에 동기화 되어 측정이 이루어지며 이 러한 동기화된 Phasor를 측정하고 전송하기 위해서 PC 37.118 표준이 사용된다. 이 표준은 동기 Phasor data를 전송하기 위한 메시지 형식을 포함하는 데이터 통신 프로토콜을 정의 한다.
2.3 WAMAC 과 SCADA연동
SCADA는 전력 설치 운영에 대한 신뢰성과 안정성을 확보하기 위하 여 전력의 운전상태 감시와 제어기능을 수행하며 실시간으로 현장의 데 이터를 수집, 처리, 분석하여 설비 운영을 최적화를 하는 감시제어시스 템이다. WAMAC 시스템의 전력계통의 감시 제어를 위하여 SCADA와 의 데이터 교환은 불가피 하다. 하지만 현재의 SCADA의 경우 제조사 마다 비 표준화된 모델이 사용되고 있어서 정보 교환의 많은 문제점을 안고 있다. SCADA 역시 IEC 61970 CIM 을 적용하기 위한 연구와 설 계가 이루어지고 있으며 향후 Smart WAMAC 시스템의 CIM 모델과 연계하여 유연하고 안정적인 정보의 교환을 이루어 낼 수 있을 것이다.
2.4 CIM을 이용한 WAMAC 정보 모델 설계
전력 계통에서 개발되어 사용되는 어플리케이션과 어플리케이션 간에 주고받을 데이터를 정의하기 위하여 현재 IEC 61970 표준화 작업이 이 루어지고 있다. WAMS와는 달리 WAMAC 에서는 제어부분이 추가되 었기 때문에 레거시 시스템과의 정보교환이 필요해 졌으며 이로 인하여 새로운 CIM모델링이 필요하다.
WAMAC 클래스 다이어그램은 WAMS를 CIM으로 설계한 모델[2]을 기반으로 하여 WAMS 클래스 다이어그램에서 PMU부분을 추가 하고 제어메커니즘을 위한 부분과의 연계를 위한 이벤트클래스들을 추가하였 다.
Equipment
PMU
EquipmentContainer 0..1
0..*
SubControlArea
SubStation +MemberOf
+Contains 1..*
1 PowerSystemResource
SCADA Package
<그림 2> WAMAC의 GCC, RCC 개념을 표현한 클래스 다이어그램 2011년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2011. 7. 20 - 22
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WAMAC 시스템은 전국 각 지역에 위치한 변전소의 데이터를 수집, 제어를 하기 위한 중앙제어센터가 필요하게 된다. 이를 위해서 SubControlArea 클래스를 추가하여 이를 표현하였으며, 변전소를 표현 하기 위해 SubStation 클래스를 사용하였다.
각 SubStation은 EquipmentContainer 클래스를 가지고 있으며, 이 클 래스를 이용하여 여러 개의 PMU 장치를 담고 있다. SubStation에서 주 로 하는 일은 PMU 장치로부터 전송되는 데이터 프레임을 수신하고 이 를 분석하여 이벤트가 발생할 경우 상위인 SubControlArea로 통지를 하 게 된다. 이러한 이벤트의 종류는 크게 PMUEvent, SCADAEvent 2가지 로 나타낼 수 있다. 이러한 이벤트들은 IEC 61970에 정의되어 있는 AlarmGroup 클래스를 상속받아서 만들어졌으며, 이벤트 클래스들은 각 각의 이벤트마다 대응해야 하는 정책 정보를 담고 있다.
PMU
ScanBlock +Contains
+MemberOf 1
1..*
Mesurement
MesurementValue +MemberOf +Contains 1..*
0..1
Telemetry +DataSourceFor +AssociateWith
0..1 0..1
AlarmGroup +Contains +MemberOf
1..* 0..*
PMUEvent SCADAEvent
Control SetPoint StatusInput
+OperatedBy +Operates
0..*
+Operate_Control+OperatedBy0..*
SubStation +MemberOf +Contains0..1 0..*
<그림 3> WAMAC의 제어 및 알람과 관계된 클래스 다이어그램
<표 1> 추가된 Class와 속성
Class Name Type
PMUEvent
eventType (String) occurLocation (Address) countermovement (String) Description (String)
SCADAEvent
eventType (String) countermovement (String) Description (String)
PMU
vendor (String)
multicastSupport (Boolean) multicastIP (Address) objectAddress (Address)
pmuType (String)
pmuProtocol (Name) controlCenterAddress (Address)
name (String)
aliasName (String) description (String)
TimeSync ... ...
위 표는 WAMAC 시스템을 설계하면서 추가된 클래스들의 속성 값을 나타낸 것이다. PMU에서 발생되는 Triggered 이벤트 및 SCADA로부터 발생되는 이벤트를 위하여 PMUEvent, SCADAEvent 클래스로 정의하 였다. 이벤트 클래스 들은 각각 이벤트의 종류를 나타내는 이벤트 타입 정보, 이벤트에 대응되는 정책 정보들을 가지고 있으며 PMUEvent 클래 스의 경우 어떤 PMU에서 이벤트가 발생했는지에 대한 정보를 가지고 있다. PMU 클래스의 경우 기존에 WAMS에서 추가되어 사용되는 클래 스에서 PMU의 제조사 정보를 나타내는 vendor와 Multicast 지원여부 및 Multicast에 쓰이는 IP정보 등을 더 추가하였다. Multicast의 경우 하 나의 물리적인 PMU 장치의 데이터 프레임을 여러 변전소에서 필요로 할 경우, 이를 효율적으로 송수신하기 위한 방안이 될 수 있고, 또한 이 를 지원하는 PMU 장치를 표현할 필요가 있어서 Multicast에 대한 정보 들을 추가하게 되었다. TimeSync는 Measurement 장비의 동기화를 담 당하는 장치를 나타내는 클래스로써, GPS 시각 동기화에 관한 정보를
보여주는데 사용된다. 속성은 WAMS 모델에서 사용된 클래스와 동일하 게 설계하여서 표1에는 나타내지 않았다.
2.5 WAMAC 정보 모델을 이용한 전력시스템 적용
WAMAC 시스템의 핵심은 PMU와의 연동 및 EMS/SCADA를 보완 하고 실시간으로 계통의 정보전달, 계통의 상태추정, 사후분석, 지능형 계통보호, 실시간 자동제어 등을 하는 시스템을 구축하는 것이다.
WAMAC 시스템은 EMS(Energy Managerment System) 및 차세대 SCADA와 연동하여 앞서 언급했던 지능형 전력시스템을 구축하는 것이 목적이며, 차세대 SCADA 시스템[5]이 CIM기반으로 모델링 및 개발이 진행 중이며 이들과 연동하기 위해서는 WAMAC 시스템도 CIM기반의 모델링을 적용함으로써 IEC 61970 표준방식으로 데이터 교환 및 정보교 환을 할 수 있게 될 것이다.
<그림 4> CIM을 이용한 Data 및 정보교환 방식
위 그림에서 보는 것처럼 WAMAC시스템과 SCADA시스템은 서로 CIM 기반으로 모델링 됨으로써 표준 인터페이스를 가지게 되고, 추가적 인 어플리케이션 개발도 쉽고 유연하게 진행될 수 있게 된다.
3. 결 론
Smart WAMAC 시스템은 전국의 전력 계통의 감시와 제어를 담당하 게 될 시스템이며 이러한 감시와 제어를 위하여 상태추정, 부하차단 등 의 감시 알고리즘과 제어모듈이 탑재되어야 하고 전력시스템의 제어를 위하여 기존의 레거시 시스템과의 유기적인 연계가 필수적이다. Smart WAMAC 시스템에서 이벤트가 발생하였을 경우 SCADA, EMS 등 기 존 레거시 시스템과의 연계를 통하여 제어 처리가 진행될 것이다. 현재 대부분의 전력 계통 시스템들이 차세대 기술 개발을 수행하고 있으며 유연성과 안정성을 위하여 IEC 61970 CIM 표준을 사용하고 있다. 본 연구에서는 Smart WAMAC을 CIM 기반으로 모델링하여 적용하는 연 구를 수행하였다. 향후 연구 방향으로 SCADA, EMS 등과의 통합적인 설계가 이루어진다면 시스템의 확장과 변화에 유연히 대처함은 물론 다 양한 레거시 시스템 환경을 통합할 수 있는 기반을 제공할 수 있을 것 이라 사료된다.
본 연구는 2010년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원 (KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구과제입니다.
(No. 2010T100200301)
[참 고 문 헌]
[1] IEC, IEC, 61970-301 Ed. 1:Energy Management System application program interface(EMS-API) Part 301:Common Information Model(CIM) base, 2007.
[2] Jinzhang Cao, Mingwei Peng, Chuangxin Guo, Weng Sun and Jianbo Xin, “CIM-based Information Model for WIde Area Measurement SyStem”, Sustainable Power Generation and Supply, 2009.
[3] 김지영,우덕제,김상태,최미화,김용광, “Synchro-Phasor 기반의 Smart WAMAC 인프라 아키텍쳐 설계”, 대한전기학회 논문지 59권 9호, 2010.
[4] Synchro-Phasor 기반의 Smart WAMAC 인프라 개발 1차년 도 연차보고서, 2011
[5] 장병태,이남호,박장범,김종관,김진희, “CIM 기반 SCADA 시 스템의 상호운영성 시험 방안”, 대한전기학회 춘계학술대회, 2011.
