디지털변전소를 위한 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼 개발에 관한 연구 :

박유영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박유영 (강릉원주대학교, 강릉원주대학교 대학원)

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

디지털변전소 상호운용성 검증시스템 개발

박유영 , 이남호 , 김남대 외 2명 전기학회논문지 2020.11 학술저널

디지털변전소 시험을 위한 신호발생장치 개발에 관한 연구

박유영 , 이남호 , 김우중 외 6명 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2020.07 학술대회자료

디지털변전소를 위한 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼 개발에 관한 연구

박유영 전기공학과 2020.01 학위논문

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IEC 61850 표준은 기존의 통신 프로토콜에서 다루지 못한 데이터 모델에 새로운 의미를 부여하고, XML 기반으로 작성된 변전소 구성언어(SCL)로 변전소의 구성을 정의하여 사용자에 친근한 객체 지향적 데이터 모델을 사용하는 것이 특징이다. IEC 61850 표준이 적용된 제품과 기술을 사용하면 상호운용성(IOP)이 용이하여 엔지니어링 노력을 최소화 할 수 있다. 또한, 설치, 시험 등의 변전소 구축 시간을 감소시켜 동일한 시간 동안 더 많은 변전소를 구축할 수 있다. 여기서, 상호운용성은 하나의 시스템이 동일 또는 다른 시스템과 서로 호환되어 시스템 운영에 아무런 제약이 없고 하나의 시스템처럼 사용할 수 있는 성질을 의미한다.
2003년 IEC 61850 표준이 제정·발간되었고 국제표준의 기본전제인 상호운용성 확보를 위하여 이는 세계적으로 도입되어 개선되고 있다. 하나의 변전소 내에 여러 제작사의 장치가 존재하여도 장치가 IEC 61850으로 구현된 경우, 운영에는 문제가 없다는 것이 IEC 61850 표준의 설명이다. 그러나 이 표준 내에서 확보하지 못한 일부 불명확한 부분 때문에 종종 상호운용성으로 인한 통신장애가 발생할 가능성이 제기되었다.
변전소의 통신장애는 디지털변전소를 구성하는 장치의 오동작과 밀접한 관계가 있으므로 전력을 안정적으로 공급하기 위하여 이를 예방하는 시험기술이 요구된다. 신규 제작사 및 신제품을 이용하여, 디지털변전소를 최신 기능과 새로운 시스템 조합으로 도입하더라도, 운영상의 정상 동작과 상호호환성을 사전 검증함으로써 디지털변전소의 운영을 보다 안정적이고, 정보 교환을 최적화할 필요가 있다.
따라서 본 논문에서는 디지털변전소의 상호운용성 확보, 시험 방법 개선 및 인적 실수 감소를 통한 변전소 운영 신뢰성 향상을 위하여, 디지털변전소의 핵심지식 및 경험을 기반으로 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼을 제시·설계하고자 한다. 즉, 상호운용성 기술로 체계화하고, 변전 자동화 시스템을 구성하는 지능형 전자장치(IED)와 상위운영시스템에 대해 디지털 정보를 해석하고, 복잡한 시험 내용을 단순화 및 자동화함으로써 상호운용성 확보를 위하여 본 시험 자동화 플랫폼을 제시하고자 한다. 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼을 설계하기 위하여, 먼저 변전 자동화 시스템과 관련하여 축적된 과거에 수행한 다양한 시험 결과 및 방법을 참고하고 현장에서 발생한 상호운용성 이슈 사례와 분석 과정에서 얻은 경험과 제작사 및 전력회사의 시험담당자로부터의 의견을 종합하여 시험 요구사항을 분석한다. 다음으로, 상호운용성 시험을 위한 시험 방법을 객체 지향 기법과 그래픽 심벌을 사용하는 모델 주도로 도출하고 이를 기반으로 하는 시험 자동화 플랫폼을 제안한다. 제안된 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼은 디지털변전소를 구성하고 있는 상용품을 이용하여 실제 운영조건과 동일한 작업을 수행하는 시스템 환경에서 구현한다. 끝으로, 구축된 Test-bed에서 제시한 플랫폼을 이용하여 변전 자동화 시스템의 상호운용성을 시험함으로써 본 연구가 이론적인 내용만을 다루는 것이 아니라 실제 적용 가능함을 검증한다.
이에 따라 본 논문의 성과는 변전소 운영의 신뢰성 향상, 시험 시간과 비용을 대폭 감소할 뿐만 아니라, 디지털변전소의 상호운용성 시험 표준안과 시험 자동화 시스템에 대한 세계기술을 선도할 수 있는 수준의 기술이라 기대된다.

IEC 61850 standard is characterized by using a user-friendly object-oriented data model by giving new meaning to data models that are not covered by conventional communication protocols, and defining substation configurations with XML-based substation configuration language(SCL). Using devices and technologies applied with IEC 61850 standard facilitates interoperability and minimizes engineering effort. In addition, this reduces substation construction time and allows more substations to be built over the same time. Here, interoperability refers to the property that one system is compatible with the same or other systems so that there is no restriction on the operation of the system and can be used as a single system.
In 2003, IEC 61850 standard was enacted and published to secure interoperability, which is the basic premise of international standards, it is being introduced and improved worldwide. It is the explanation of IEC 61850 standard that there is no problem in operation when the device is implemented in IEC 61850 even if there are devices from multiple manufacturers in one substation.
However, due to some uncertainty not secured within the standard, the possibility of communication failures due to interoperability has been frequently raised.
Communication failures in substation are closely related to malfunctions of devices constituting digital substation, so test techniques to prevent them are required to enable stable power supply. Even if digital substation is introduced with the latest functions and a new system combination, by using new manufacturers and new devices, it is necessary to make the operation of digital substation more stable and optimize information exchange by verifying operational normal operation and interoperability in advance.
Therefore, in this paper, in order to secure interoperability of digital substation, improve test methods, and make better substation operation reliability through reduction of human error, it is intend to present and design the model driven interoperability testing automation platform based on the core knowledge and experience of digital substation. In other words, this presents a testing automation platform to secure interoperability by systematizing interoperability technology, analyzing digital information about intelligent electronic device(IED) and operation system constituting substation automation system, and simplifying and automating complex test contents. To design the model driven interoperability testing automation platform, refer to the results and methods of various tests performed in the past accumulated in relation to substation automation system. And analyze test requirements by synthesizing cases of interoperability issue that occurred in the field, experience gained in the analysis process and opinions from test personnel of manufacturers and power companies. After that, this is to derive a test method for interoperability testing with the model driven approach using object-oriented techniques and graphical symbols, and propose a testing automation platform based on it.
The proposed model driven interoperability testing automation platform is implemented in a system environment that performs the same tasks as actual operating conditions using commercial products that make up digital substation. Finally, by testing interoperability of substation automation system using the presented platform in test-bed constructed, this study seeks to prove that it can be applied in practice as well as theoretical content.
Accordingly, the paper introduced to be a technology that can lead the world technology for the interoperability testing standard and testing automation system of digital substation, as well as improving the reliability of substation operation, significantly reducing test time and cost.

국문초록 i
목 차 iii
표 목 차 v
그림목차 vii
I. 서론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 동향 및 필요성 4
3. 논문의 내용 및 구성 6
II. 디지털변전소 변전 자동화 시스템 및 모델 주도 시험 방법 7
1. 디지털변전소 변전 자동화 시스템의 개요 및 기능 7
2. 상호운용성 시험 기술 동향 10
3. 모델 주도 시험 방법 개요 14
III. 상호운용성 시험 자동화 모델 및 시험 케이스 설계 19
1. 디지털변전소 상호운용성 시험 요구사항 분석 19
2. 디지털변전소 상호운용성 시험 자동화 모델 22
3. 모델을 이용한 시험 케이스 설계 26
IV. 시험 자동화 모델을 이용한 상호운용성 플랫폼 구현 29
1. 디지털변전소 상호운용성 시험 자동화 플랫폼 구성 및 설계 29
2. IOP 검증장치 구현 31
3. IOP 관리시스템 구현 68
4. 시험 자동화 모델 실행을 위한 스크립트 설계 73
5. 디지털변전소 상호운용성 Test-bed 구축 80
6. 시험 자동화 플랫폼 성능 검증 83
V. 사례연구 96
1. 모델 주도 상호운용성 시험 자동화 플랫폼 적용사례 96
2. 종래의 시험 방법과 시험 자동화 플랫폼 비교 126
3. 구현 결과 및 고찰 131
VI. 결론 132
참고문헌 135
영문초록 138
감사의 글 141

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