변화, 발전하는 IT기술과 디지털 기술, 그리고 네트워킹 기술 등에 따라 변전소의 운용 및 자동화 부문에 있어서도 적지 않은 변화가 일어나고 있다. 변전소의 건설 및 운용 면에 있어서도 예외가 아니며, 관련된 관심 사항으로는 시스템 구축 및 운용 시의 경제적인 측면, 시스템의 신뢰성, 그리고 유지보수 및 설비 관리의 효율성 등을 언급할 수 있다. 최근의 기술 추세는 Ethernet 통신 기반의 Network Device를 근간으로 하는 시스템으로의 변신을 주장하고 있으며, 세계 유수의 전력 설비 Maker에서도 이에 부응하기 위한 Network Device를 개발, 출시하고 있는 실정이다. 당소에서도 이와 같은 기술 추세에 부응하여 소위 미래형 변전소에서 요구되는 각종 ND의 개발을 추진하고 있으며, 그 첫번째 결과물로 154kV GIS의 운용 시에 요구되는 각종 제어 및 감시를 위한 Digital Control Unit(이하 DCU)을 개발하였다. 두 번째로 이와 같은 DCU와 연계하여 기존의 Remote Control 기능을 구비하고 상위시스템과 연결되며 변전실내에서 운용되는 Remote Control Unit(이하 RCU)을 개발하였다. 마지막으로 예방진단 시스템과 관련하여 주요 전력 설비의 상태 정보를 취합하는 Serial 통신 기반의 Static Type의 Diagnostic Analysis Unit(이하 DAU)을 하나의 Network Device로 개발함으로써 감시, 진단, 제어 등의 요구기능이 일체화 된 네트워크 기반의 미래형 변전소 자동화 시스템 구축에 한걸음 다가가는 기반을 마련하였다.
전기기기의 설계, 제작기술 및 재두의 발달에 따라 근래의 발.변전 설비의 고장발생빈도는 매우 낮은 편이다. 그러나 이들 설비에 일단 고장이 발생하면 손상이 클 뿐 아니라 복구에 장기간이 소요될 경우가 많아 전력공급에 차질을 빚게 된다. 따라서 예상되는 각종 고장과 이상상태에 대비한 보호계전장치가 필요하게 되며 개별적인 보호장치에 적용 여부는 원칙적으로 그 고장에 대한 보호장치의 시설, 운전, 보수비용과 효과를 보호장치를 구비하지 않았을 경우 그 고장에 따른 위험성과 비교하여 판단하게 되나 실제로는 발.변전설비의 종류 및 특성, 용량등에 따라 경험적으로 선정되는 경우가 많다. 발.변전설비의 용량은 대체오 수백 KVA급으로부터 500MVA 또는 1000MVA정도의 대용량기기까지를 대상으로 보호계전기술을 서술한다.
전력 규제완화, 지구환경문제 등의 사회환경 변화와 IT화를 비롯한 기술혁신으로 전력시스템을 둘러싼 환경이 크게 변화하고 있다. 이러한 동향을 두 개의 축으로 구분하여 분석해 보고자 한다. 하나의 축은 사회제도의 변화축이고 또 하나의 축은 전력의 공급측과 수용가측으로의 분류이다. 이 두 개의 축으로 나눌 수 있는 4개의 분야별로 새로운 비즈니스 동향과 그에 맞는 기술개발의 방향을 소개한다. 전력거래를 위한 시스템 개발, 수용가토털서비스의 인프라 만들기, ESCO 등의 에너지절약 비즈니스. 기설기기의 라이프사이클을 통한 코스트다운 등이 각 분야에 대응한 니즈라고 할 수 있을 것이다. 이러한 가운데 전력시스템을 구성하는 네트워크 중 노드에 해당하는 변전소의 역할에 대한 변혁이 요구되고 있으며, 사회적 니즈인 라이프사이클을 통한 코스트다운을 지향한 변전소의 설계를 실시하기로 하였다. 기기의 코스트는 주어진 기능수에 대하여 비선형 특성을 갖고 있다. 그 때문에 기능 삭감에 의한 코스트다운은 참뜻의 코스트저감으로 이어지는 것은 아니다. 필요한 기능만을 쌓아올리는 설계가 필요하다. 이제까지, 하드웨어만으로 구성되어 있던 변전소에 소프트웨어를 도입하여 시스템으로서의 인텔리전스를 부가하도록 요망되고 있다. 어디까지 소프트웨어를 늘릴 수 있는지 그 최적화도 검토하고 있다. 변전소의 인텔리전트화의 니즈를 살펴보았다.
한국전력은 IEC 61850 기반 변전소자동화(SA)시스템을 구축하기 위하여 2005년부터 단계별로 시범사업을 하면서 문제점을 개선하여왔다. 이러한 일련의 과정을 거쳐 2012년 후반부터는 신설 변전소에는 IEC61850기반 변전소자동화(SA) 시스템을 적용하기에 이르렀다. 이에 따라 IEC61850 기반 변전소 자동화에 대한 변전자동화 전문기술 양성을 위한 체계적인 로드맵을 수립하였고, 실설비와 연계된 모의고장시뮬레이터가 구비된 실습 시스템 구축이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 KEPCO의 SA(Substation Automation) 전문인재 양성을 위한 IEC61850기반 SA 실습시스템 구축사례를 제시하였다. 본 SA 실습시스템을 활용하여 실제 변전소와 동일한 환경에서 교육을 수행함으로써 IEC 61850 SA 전문인재를 체계적이고 효율적으로 양성하여, IEC61850 SA 시스템을 조기에 정착할 수 있을 것으로 기대된다.
현재 한전의 변전소자동화시스템은 SCADA 및 EMS 둥을 중심으로 상당한 발전을 하였으나 세계적인 자동화기술 발전추세에 부응하고, 전력설비의 운용비용 절감 및 효율적 관리를 도모코자 새로운 변전소 종합자동화시스템을 구축하였다. 따라서 154kV변전소에 이 시스템을 1년간 시범운전하여 적용기기의 성능, 신뢰성, 상호 결합성 적합여부 등을 확인하였다. 본 논문에서는 변전소 종합자동화시스템의 $국내\cdot외$ 기술현황과 시스템 구성을 소개하며 시범적용결과 도출된 문제점과 대책 및 실 적용시 적합한 시스템 구성에 대하여 기술한다.
디지털 및 정보통신 기술의 급속한 발전은 전력계통 안정화를 위한 전력계통 운영의 제반 환경에 혁명적인 변화를 예고하고 있다. 이미 선진국에서는 이러한 디지털 및 정보통신 기술에 기반하여 IED 및 변전 시스템을 개발 설치 운영하고 있다. 본 논문에서는 우리나라의 현재 전력자동화시스템 및 변전시스템을 살펴보고, 차세대 전력자동화시스템을 구축하기 위해 필요한 SCC 운영시스템, 변전시스템, IED의 개발 및 구축 방향에 대해 고찰한다.
현재 변전소 자동화를 위해서는 국제 표준인 IEC 61850 통신규약이 사용되어지고 있고, 국내에서도 2007년도부터 시험 적용과 연구개발을 통해 2013년부터 신규 건설되는 변전소는 IEC 61850 기반의 디지털변전소로 준공되어 지고 있다. 하지만 기존 변전 설비들(변압기, T/L GIS, D/L GIS 등)은 그대로 사용하면서 기존 RTU 기반의 변전소 운영 시스템을 IEC 61850 기반의 SA 변전소 운영시스템으로 전환한 사례는 거의 없다. 따라서 기존 변전설비의 IEC 61850 도입은 기존 설비 재사용으로 변전소의 지속가능성을 증대시키고 또한 최신 도입되는 타 변전소와의 상호운영성을 개선하고 기존 변전소를 무인화 운전에 적합한 시스템으로 전환할 수 있는 이점이 있다. 본 논문에서는 기존의 RTU 기반 변전소 운영시스템을 IEC 61850 기반의 현장정보처리반, 이더넷 스위치반, SA 운영시스템을 이용하여 디지털 변전소화한 사례를 소개하고, 패킷 분석 툴인 IEC 61850 클라이언트 인증 프로그램과 Wireshark를 사용하여 IEC 61850 적합성 및 그 타당성을 실증을 통하여 검증하였다.
PICOM (Piece of Information for COMmunication)은 논리노드 간에 교환되는 정보를 기술하기 위하여 정의되어 있다. 변전소의 기능은 여러 논리노드로 분할되어 서로 상호작용하며 동작한다. 변전소 자동화 시스템 검사는 단일 IED만의 기능 시험이 아니며 IED들간에 메시지를 교환을 통하여 변전소 기능을 정의된 성능을 만족하며 수행하는지 검사하는 것이다.
변전소 보호, 제어, 감시와 자동화 능력을 선진화하면서 송변전설비 건설, 보수, 운영 및 관리비용을 확실하게 줄이기 위한 계획과 노력이 진행 중이다. 그러나 통신기술이 변화할 때 마다 새로운 통신 표준을 채용하거나 변전소 자동화시스템을 전체 교체하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 IEC61850통합으로 기능과 변전소 데이터를 생성과 서버제공, SCADA, 보호응용, 상태 감시의 IED 광역보호 장치 통을 고려해 본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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