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최근 배전자동화 시스템과 기술개발 동향
2007년 3월 2일 (금) 14:28:00 |   지면 발행 ( 2007년 2월호 - 전체 보기 )

서론배전부문에서는 복잡·방대해지는 배전계통 신뢰도 확보, 고객 서비스 향상 및 업무의 성력화를 꾀하기 위해 배전자동화를 적극적으로 추진했다. 특히 신뢰도 향상, 업무효율화를 목표로 1980년대 중반 경에 세계 처음으로 본격적인 지도 데이터베이스에 따른 배전자동화 시스템을 개발하고, 운용을 개시했다.최근에 워크스테이션(이하 WS라고 함) 성능이 눈에 띄게 향상해서 종래의 제어용 계산기에 사용해왔던 고가의 미니·컴퓨터(이하 미니컴이라고 함)를 대신해 저가의 고성능 WS를 제어용으로 활용한 저비용·소형화·고성능의 배전자동화 시스템이 개발되어 1990년대 후반에 도입되었다. 이에 따라 배전자동화 비용 저감을 도모함과 함께 배전의 일반적 업무에 적용하고 고기능화에 따른 계통운용 업무를 한층 효율화했다.또한 미래 배전업무의 고도화, 도시부를 중심으로 부설되어 온 광파이버케이블 이용 및 도입한지 이미 20년 이상 경과한 현행통신선(메탈) 원방감시제어방식의 경년열화에 대응하기 위한 현지정보의 고속·대용량 전송이 가능한 광 네트워크와 IP(Internet Protocol)통신을 적용한 차세대 광 원방감시제어 시스템이 개발되고 있다.이 시스템에 따라 현행 전송방식보다 더 고속·대용량의 실측 데이터 전송과 고속상변검출이 실현 가능하다. 앞으로 실측 데이터를 전산기에 축적, 적극적으로 활용함으로 고품질의 전력공급과 계통운영의 고속화에 덧붙여 설비형성과 보전 등 배전업무 전반에 걸친 효율화를 도모하는 것이 가능하다.아래에 배전부문에 있어서 배전자동화 시스템의 현상과 최근 기술개발 동향에 대해 나열한다.배전자동화 시스템 개발경위배전부문에서 배전자동화 대처는 1950년대 후반에 도입된 배전선 고장구간 검출장치부터 시작하여 그 후 이 배전선 고장정보를 전송하는 SV(Super Vision : 원방감시), TM(Tele Meter : 원격계측)장치의 개발, 선로용 개폐기의 원방제어장치의 개발과 진행, 1970년대 중반에는 제어용 계산기를 사용한 자동제어시스템의 실험 플랜트가 도입됐다. 이 때 실험 플랜트를 베이스로 실용화 시스템 개발을 진행, 1986년에 영업소 관내의 모든 배전선을 자동 제어하는 배전자동화 시스템이 도입됐다.또 1990년대 중반부터는 대규모 재해시의 배전선로도(그래픽) 표시기능과 작업계획, 유지보수 등 오프라인 업무의 처리속도 향상을 도모하기 위해 조작테이블에 WS를 적용한 기능분산형 배전자동화 시스템을 개발·도입하고, 제어용 계산기에 WS를 적용한 ALL WS 배전자동화 시스템이 개발됐다.이 WS 시스템에는 클라이언트/서버방식을 채용함으로 타 시스템과 다른 메이커간의 데이터 연계가 가능하고, 확장성이 높은 오픈화 시스템이 됐다. 현재는 사내 네트워크 회선을 활용한 거점집중형의 배전자동화 시스템이 도입되고 있다(<표 1>).배전자동화 시스템 변천종래의 배전자동화 시스템은 1대의 미니컴으로 감시제어, 표시처리 등을 행하여 업무처리속도와 비상재해시의 표시속도 등에 문제가 있었다.이 문제를 해결하기 위해 1990년경부터 조작테이블 부분에 WS를 도입하여 미니컴의 부담을 경감한 기능분산형 시스템이 개발됐다.게다가 1990년대 중반부터 하드웨어 비용대비 성능의 비약적인 향상을 배경으로 제어용계산기도 WS화를 도모하고, IP를 이용한 저비용, 소형화, 고성능의 클라이언트/서버방식 시스템이 개발됐다. 또 최근에는 Web 기술과 PC로 네트워크를 연결해 감시제어 서버를 원방으로 설치함으로 조직과 시스템 구성 변화에 유연히 대응 가능한 거점집중형 배전자동화 시스템이 도입됐다. <그림 1>에 이 배전자동화 시스템 구성경위에 대해 표시한다.

1. 거점집중형 배전자동화 시스템 개발배경Web 기술 동향은 인터넷을 지지하는 중핵기술로 급속히 발전하고, 이제는 비즈니스만이 아니라 회사활동 전반에서 정보전달을 담당하는 기술(IT기술)로써 진화를 계속하고 있다. 또 통신네트워크를 활용함으로 종래의 클라이언트·서버시스템에서 더욱 편의성을 늘린 씬 클라이언트 방식이 주류가 되고 있다.PC 아키텍처에서는 WS와 비교해 판매대수가 막대하기 때문에 벤더 간의 경쟁이 심해지고, 저가화와 CPU 고성능화가 진전하고 있다. 게다가 PC는 WS 기술을 적극적으로 대처함으로 기술격차는 줄어들고 있고, 본격적 서버 이외는 PC로 다운사이징 되고 있다.2. 거점집중형 배전자동화 시스템 구성거점집중형 배전자동화 시스템은 지점 직할영업소 등의 거점에 감시제어용 WS를 설치하고 거점주변 영업소에는 사내 네트워크를 연결해 조작단말 PC로 구성된다. 메인CPU는 이중화함으로 신뢰성 향상을 도모하고 있다. 시스템 구성도를 <그림 1>에 나타낸다.이 시스템을 적용하여 조직체제와 시스템구성 변경에 유연히 대응할 수 있어, 하드웨어·소프트웨어 모두 교체와 보수비용이 억제된다. 또한 미래 고도화 운용에도 유연히 대응할 수 있는 확장성이 높은 시스템이다.3. 업무 효율화와 설비이용 향상 활용최근 배전자동화 시스템은 대폭으로 처리능력이 향상하여 시스템이 갖는 광대한 배전계통 데이터를 활용하고, 자동제어만이 아닌 배전 일반업무에 적용함으로 설비투자 억제 및 업무처리 효율화를 도모한다.또 현재 자동화 시스템에 더해 범용화의 진행 정보통신기술과 GA(유전적 알고리즘), 터부서치 등의 모던 휴리스틱 방법을 이용함으로 온라인 처리 기능을 개량했다. 이에 따라 공급신뢰도와 설비이용률 향상이 도모되고 있다. <표 2>에 지금까지 개발된 배전 일반업무 기능과 고기능화의 구체적 항목과 내용을 나타낸다.광 IP 통신방식의 개폐기 원방감시제어의 적용배전부문에는 1970년경부터 배전선 반송에 주상개폐기 제어를 개시하고 1980년대 중반부터 통신선(전용)으로 원방감시제어 방식이 도입됐다. 또 1990년대 말부터 배전계통의 전압·전류감시와 사고검출이 가능한 센서 내장개폐기가 도입되고 있다.현재는 배전업무의 고도화에 따른 정보량 증대에 대응하기 위해 통신 네트워크로 부설되어온 고속·대용량 전송이 가능한 광 네트워크와 IP 통신방식을 적용한 차세대 원방감시제어 시스템이 개발·도입되고 있다.1. 시스템 구성 및 개요이 시스템은 <그림 2>에 나타나듯이 원방감시제어 중앙국, 광 원방감시제어 지방국, 광 변환기, 통신선(메탈) 원방감시제어 지방국(현용품)으로 구성된다.

(1) 광 원방감시제어 중앙국광 원방감시제어 중앙국은 상위계(제어서버) 통신처리, 광 지방국간 통신처리(지방국 폴링·선택제어·센서계측 정보수집 등) 및 지방국 SV 상변검출처리(실장 광 지방국에 대해 고속 주기(100ms주기)로 폴링을 실행) 등이 가능하다.(2) 기능고도화 중앙국군(ⅰ) 회선감시 서버회선감시 서버는 광 원방감시제어 회선루트 통신(링크)상태를 감시하고, 데이터 표시 단말에 광회선 장해 데이터 등 감시정보를 표시함과 함께 회선장해와 광기기 이상 시에는 최적 루트로의 변경 등을 자동으로 제어하는 서버다.(ⅱ) 파형 데이터 수집 서버파형 데이터 수집 서버는 센서내장 개폐기의 파형 데이터의 임의·정주기계측에 더해, 미지기(V0 : 영상전압, I0 : 영상전류변화시), 프리카(전압변동) 등 광자국의 계통변화검출시의 파형데이터 수집을 행하는 서버이다.(ⅲ) 계측 데이터 수집 서버계측 데이터 수집 서버는 센서 내장개폐기 데이터를 임의·정주기 계측하는 외에 사고 시 데이터 계측과 1초 단위의 임시값 데이터 연속계측 등을 행하는 서버이다.(ⅳ) 고도화 데이터 보존 서버고도화 데이터 보존 서버는 각 고도화 서버에서 수집된 광 회선감시 데이터, 파형 등 계측 데이터 등의 각종 데이터를 보존·관리함과 함께 상위 장치와의 데이터 연계와 일부 데이터 가공·해석을 행하는 서버이다.(3) 광 원방감시제어 지방국광 원방감시제어 지방국은 개폐기 제어유닛·광 IP 네트워크 접속용 스위칭허브 등을 실장하고, 광 중앙국에서 제어요구 실행 및 다음 지방국으로 광신호 중계·분기를 행한다. 센서내장개폐기와 조합하는 것으로 각종 센서 계측정보의 수집과 파형해석 등 각종고도화 기능을 부가할 수 있다. 또 변형 검출 시에는 광 지방국에서 광 중앙국으로 자기발호에 따라 통지한다.(4) 광 변환기광변환기는 광 IP 통신방식에서 통신선(메탈) 방식으로 신호를 변환하고, 광 네트워크가 미치지 않는 지역에서 종래의 통신선 방식 지방국을 광 IP 네트워크로 대처한다. 통신선방식 1CH분의 원방감시제어 지방국(최대 230대)에 대응가능하고, 광 중앙국과는 광 지방국과 동일한 인터페이스, 부하의 통신선 방식 지방국과는 종래의 통신선 방식의 인터페이스로 통신을 한다.2. 네트워크 구성광 IP 네트워크는 광통신 모듈을 탑재한 범용 스위칭허브의 캐스케이드 다단 접속구성을 기본으로 한다.(1) 광 원방감시제어 간선광 원방감시제어 간선은 광 원방감시제어 중앙국에 내장한 2장의 NIC(Network Interface Card)를 사용하여 한쪽의 NIC에서 광 네트워크상의 광 원방감시제어 지방국을 경유하여 다른 NIC로 이르는 루프구성을 취한다. 2개의 NIC에서 동시에 신호를 송신함으로 광케이블 절단 시에도 회선을 자르지 않고 통신 루트를 확보할 수 있다.광 원방감시제어 지방국은 정전 시에 광신호를 바이패스하기 위한 광스위치를 내장한 타입(배터리 없는 타입)을 기본으로 하고, 광루트 분기 개소나 광신호 증폭이 필요한 개소에는 배터리내장 타입을 설치하는 것으로 정전시의 신호분기·합류를 보상한다.(2) 광 원방감시제어 지선광 케이블루트 분기개소에 설치한 배터리 내장타입 광 원방감시제어 지방국에서 분기하여 가능한 다른 분기 개소에 이르는 루프 구성을 취한다(서브루프). 루프구성이 불가능한 지선에서는 수지상 구성을 취한다.(3) 메탈회선광 케이블 루트가 정비되지 않은 영역의 현행 메탈 케이블상의 통신선 방식의 지방국을 광 변화기를 사용함으로 광 IP 네트워크에 대처한다.기술동향과 앞으로의 대처1. 전력품질의 정밀도 향상현재 변전소 인출구에서 실시간으로 계측한 송출전압·전류 및 피크시기에 계측한 역률을 이용해 배전선의 전압 부하관리를 행하지만 분산형전원의 연계와 고압 고객 역률개선용 콘덴서 등의 증대로 변전소 인출구의 1점 계측만으로는 적정한 전압관리가 어렵게 됐다.또 상기 방법으로는 고압상간 부하 언밸런스를 실시간으로 계측할 수 없고, 불평균으로 배전 로스 해소도 불가능하다. 따라서 전력품질의 정밀도 향상을 위해 각종 현지 데이터(전압, 전류, 역률, 사고정보 등) 계측을 가능하게 하는 센서내장 개폐기가 도입되었다.현지센서 정보의 활용으로써 분산형전원과 특수부하에 따른 급격한 전압변화 검출에 따른 전압제어, 부하패턴 인식에 따른 부하 밸런스 제어와 단선검출 등 실시간 계측 타입에 기초하는 전압제어가 필요하다. <그림 3>에 전압부하관리·로스 저감면에서 기본적인 활용 이미지를 나타낸다.2. 계통제어·운용 효율화광 IP 통신방식으로 센서내장 개페기의 사고전류 등(V0, I0정보)을 고속으로 검출함으로 변전소측의 CB가 차단되기 전에 지락검출 정보를 읽어, 사고구간군을 특정하는 것이 가능하다. 사고구간 검출의 고속화에 따른 재폐로 후의 건전 정전구간의 중복 정전을 피하고, 정전구간·시간의 극소화를 도모한다.또 지락순시의 V0, I0의 파형해석으로 사고원인(금속지락, 수목지락, 애자 불량, 케이블 불량 등)을 추정하고, 사고 개소를 발견하기 위한 순시업무의 효율화를 가능하게 한다. 결론앞으로는 풍력발전과 태양광발전 등의 분산형전원이 배전계통으로 연계 증가되면 배전게통의 전압관리와 정전시의 융통조작이 복잡해지고, 종래의 과거 통계 데이터 주체로 관리부터 현지 모니터링데이터를 주체로 한 배전계통관리로 이행할 필요성이 높아지고 있다.이것을 실현하기 위해 고속·대용량 전송을 가능하게 하는 광 네트워크와 IP 통신방식을 활용함으로 종래 개폐기제어에 덧붙여, 사고구간의 조기검출, 실시간 전압제어 등 배전업무의 고도화 및 효율화를 가능하게 하는 감시제어 시스템을 개발해 간다.

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