전력 시스템 자동화

Power-system automation

전력계통 자동화는 계측제어장치를 통해 전력계통을 자동으로 제어하는 행위다. 변전소 자동화는 지능형 전자장치(IED)의 데이터, 변전소 내의 제어 및 자동화 기능, 원격 사용자의 제어 명령어를 사용하여 전력시스템 장치를 제어하는 것을 말한다.

완전한 변전소 자동화는 변전소 통합에 의존하기 때문에, 용어는 종종 서로 교환하여 사용된다. 전력 시스템 자동화에는 전력 생성 및 공급과 관련된 프로세스가 포함된다. 변전소와 전봇대에 있는 송전 시스템을 감시하고 제어하면 정전 발생을 줄이고 정전 발생 기간을 단축할 수 있다. IED, 통신 프로토콜 및 통신 방법은 전원 시스템 자동화를 수행하는 시스템으로서 함께 작동한다. "전원계통"이라는 용어는 전력을 발생, 전송, 분배하는 물리적 시스템을 구성하는 장치의 수집을 말한다. "계기제어(I&C)시스템"이란 전력계통을 감시·제어·보호하는 장치의 집합체를 말한다. 많은 전력 시스템 자동화는 SCADA에 의해 모니터링된다.

자동화 태스크

전력 시스템 자동화는 몇 가지 작업으로 구성된다.

데이터 수집
데이터 획득은 데이터를 획득하거나 수집하는 것을 말한다. 이 데이터는 측정된 아날로그 전류 또는 전압 값 또는 접촉점의 개방 또는 폐쇄 상태의 형태로 수집된다. 취득한 데이터는 그것을 수집하는 기기 내에서 로컬로 사용할 수 있고, 변전소의 다른 장치로 보내거나, 변전소에서 하나 또는 여러 개의 데이터베이스로 전송되어 운영자, 엔지니어, 기획자 및 행정에서 사용할 수 있다.
감독
컴퓨터는 수집된 데이터를 사용하여 전력 시스템의 상태와 상태를 처리하고 관리한다. 운영자와 엔지니어는 컴퓨터 디스플레이와 그래픽 벽면 디스플레이에서 원격으로 정보를 모니터링하거나 장치 로컬, 전면 패널 디스플레이 및 랩톱 컴퓨터에서 정보를 모니터링한다.
컨트롤
제어란 I&C 및 전원시스템 장치를 작동시키기 위해 장치에 명령 메시지를 보내는 것을 말한다. 기존의 SCADA(감독 제어 및 데이터 수집) 시스템은 운영자가 시스템을 감독하고 마스터 컴퓨터의 운영자 콘솔에서 명령을 개시하는 데 의존한다. 현장 요원은 또한 전면 패널 푸시 버튼이나 노트북 컴퓨터를 사용하여 장치를 제어할 수 있다.

또 다른 과제는 I&C 시스템과 원격 사용자 간에 데이터를 주고 받거나 주고 받는 행위인 전력 시스템 통합이다. 변전소 통합은 모든 I&C 데이터에 대해 변전소에 단일 접점이 있도록 IED의 로컬에서 변전소로 데이터를 결합하는 것을 말한다.

전력 시스템 자동화 프로세스는 데이터 수집에 의존한다. 전력 시스템 관리 및 전력 시스템 제어는 모두 조정된 자동 방식으로 함께 작동한다. 명령은 자동으로 생성된 다음 연산자가 시작한 명령과 동일한 방식으로 전송된다.

전원 시스템 자동화의 하드웨어 구조

데이터 수집 시스템

보호 계전기가 있는 계측기 변압기는 전원 시스템 전압 및 전류를 감지하는 데 사용된다. 이들은 물리적으로 동력계통장치에 연결되어 실제 동력계통신호를 변환한다. 변환기는 계측기 변압기의 아날로그 출력을 한 크기에서 다른 크기로 또는 AC 전류에서 DC 전압으로 변환한다. 또한 입력 데이터는 스위치 기어와 전원 시스템 제어 장비의 보조 접점에서 얻는다.

주처리 계측제어(I&C) 장치

마이크로프로세서를 사용하여 구축된 I&C 장치를 흔히 지능형 전자 장치(IED)라고 부른다. 마이크로프로세서는 컴퓨터처럼 데이터를 처리하고, 명령을 수용하며, 정보를 전달하기 위해 만들어진 장치들을 허용하는 단일 칩 컴퓨터다. 자동 공정은 IED에서 실행될 수 있다. 전력 시스템 자동화에 사용되는 일부 IED는 다음과 같다.

원격 터미널 유닛(RTU)
원격 터미널 유닛은 원격 위치에 설치할 수 있는 IED로, 현장 접점의 종단점 역할을 한다. 전용 구리 도체 쌍은 모든 접촉 및 변환기 값을 감지하는 데 사용된다. 이러한 도체는 전원 시스템 장치에서 발생하며 참호 또는 오버헤드 케이블 트레이에 설치되고 RTU 내의 패널에서 종료된다. RTU는 수집된 데이터를 다른 장치로 전송하고 다른 장치로부터 데이터와 제어 명령을 수신할 수 있다. 사용자 프로그래밍 가능한 RTU를 "스마트 RTU"라고 한다.
미터
미터는 전력계통 전류, 전압, 전력값의 정확한 측정에 사용되는 IED이다. 요구량 및 피크 등의 계량 값은 미터기 내에 저장하여 전력 시스템의 활동에 대한 과거 정보를 생성한다.
디지털 고장 기록기
디지털 고장 기록기(DFR)는 전원 시스템 장애에 대한 정보를 기록하는 IED이다. 전력계통에서 검출된 조건에 의해 트리거될 경우 디지털 형식으로 데이터를 저장할 수 있다. 고조파, 주파수, 전압은 DFR이 포착한 데이터의 예다.
프로그램 가능한 로직 컨트롤러(PLC)
프로그램 가능한 논리 제어기는 논리 제어를 수행하도록 프로그래밍할 수 있다. RTU와 마찬가지로 PLC 내의 패널에서 각 접촉 및 변환기 값에 대한 전용 구리 도체 쌍이 종료된다.주인이 내린 명령에 따라 일하는 일마 같다.
보호 계전기
보호 계전기란 전원 시스템 장애를 감지하고 I&C 시스템과 전원 시스템에 제어 조치를 자동으로 수행하여 인력과 장비를 보호하도록 설계된 IED이다. 릴레이는 각 접점의 구리 도체를 RTU와 연결된 중앙 종단 패널로 배선할 필요가 없도록 국부 종단부를 가지고 있다.

제어(출력) 장치

로드 탭 교환기(LTC)
로드 탭 교환기는 변압기의 탭 위치를 변경하는 데 사용되는 장치다. 이러한 장치는 자동으로 작동하거나 다른 로컬 IED 또는 원격 조작자 또는 프로세스로부터 제어될 수 있다.
은둔자 제어기
은둔자 제어기는 자동 은둔자와 스위치의 작동을 원격으로 제어한다. 이러한 장치는 전원 시스템 상태를 모니터링하고 저장하며 제어 작업을 수행할 시기를 결정한다. 또한 원격 운영자 또는 프로세스의 명령을 수신한다.

통신 장치

통신 프로세서
통신 프로세서는 많은 다른 I&C 장치의 기능을 하나의 IED에 통합하는 변전소 제어기이다. 여러 개의 동시 통신 링크를 지원하는 많은 통신 포트를 가지고 있다. 통신 프로세서는 다른 변전소 IED에 대한 데이터 수집과 제어를 수행하고 변전소 내부와 외부의 한 명 이상의 마스터에게 전송하기 위해 획득한 데이터를 집중시킨다.

적용들

과전류 보호

모든 라인 및 모든 전기 장비는 장기간 과전류로부터 보호되어야 한다. 과전류의 원인이 근처에 있으면 자동으로 전류가 즉시 중단된다. 그러나 과전류의 원인이 로컬 영역 밖에 있는 경우 적절한 시간 지연 후 백업 제공이 영향을 받는 모든 회로를 자동으로 차단한다.

안타깝게도 분리는 계단식 효과를 일으켜 다른 회로에서도 과전류를 유발할 수 있으므로 자동으로 분리가 이루어져야 한다는 점에 유의하십시오.

또한 이러한 보호 작동으로 인해 갑자기 부하가 손실된 발전기는 즉시 자동으로 종료되어야 하며, 시스템의 두 부분을 다시 연결하기 전에 적절한 동기화가 있어야 하기 때문에 시스템에서 수요와 공급 사이의 적절한 균형을 복구하는 데 많은 시간이 걸릴 수 있다.d

회로 차단기의 은둔 작동은 대개 자동으로 시도되며, 예를 들어 뇌우 때 성공하는 경우가 많다.

감독 통제 및 데이터 획득

주요 기사: SCADA

감독관제 및 데이터 수집 시스템(SCADA)은 프로세스 계측기와 장비로부터 명령이나 데이터를 송수신한다. 극에 장착된 스위치에서 전체 발전소에 이르는 전력 시스템 요소는 장거리 통신 링크를 통해 원격으로 제어할 수 있다. 원격 스위칭, 그리드의 텔레메터링(전압, 전류, 전력, 방향, kWh 등의 소비량 표시), 심지어 일부 전력 시스템에서는 자동 동기화가 사용된다.

광섬유

전력회사들은 지속적으로 감시함으로써 고압선을 보호한다. 이 감시는 모든 경보와 고장을 제어하면서 정확한 작동을 보장하기 위해 변전소 간 정보 전송을 요구한다. 기존 통신망은 금속선과 상호 연결됐지만 변전소 환경은 구리선을 교란할 우려가 있는 전자파장이 높은 것이 특징이다.

당국은 변전소가 서로 통신하여 고압선, 변압기, 원자로 및 기타 전기 발전소의 중요한 요소들의 결함을 선택적으로 분리할 수 있도록 원격 보호 체계를 사용한다. 이 기능성은 정확한 작동을 보장하기 위해 중요한 데이터의 지속적인 교환을 요구한다. 운용을 보증하기 위해서 통신망은 가용성, 성능, 품질 및 지연 측면에서 항상 완벽한 상태에 있어야 한다.

초기에는 이러한 네트워크는 금속 전도성 매체로 만들어졌지만 56–64 kbit/s 채널이 전자기 간섭, 신호 접지 루프 및 접지 전위 상승에 취약하여 전력 산업에 너무 신뢰할 수 없게 되었다. 전원 라인의 고전압과 전류로 인해 발생하는 강한 전자기장은 변전소에서 정기적으로 발생한다.

또한 고장 조건 중에는 전자파 섭동이 크게 증가하여 구리선에 기초한 통신 채널을 방해할 수 있다. 보호 릴레이를 연결하는 통신 링크의 신뢰성은 매우 중요하므로 고주파 유도 및 접지 전위 상승과 같은 고전압 영역에서 발생하는 영향에 대해 내성이 있어야 한다.

결과적으로, 전력 산업은 변전소에 설치된 다른 품목들을 상호 연결하기 위해 광섬유로 이동했다. 광섬유는 접지할 필요가 없으며 전기적 소음으로 인한 간섭에 면역이 되어 전기적 연결에서 흔히 볼 수 있는 많은 오류를 제거한다. IEEE C37.94에 의해 기술된 전원 릴레이에서 멀티플렉서로 가는 완전 광학 링크의 사용이 표준이 되었다.

보호 체계를 위한 보다 정교한 아키텍처는 내결함성 네트워크의 개념을 강조한다. 직접 릴레이 연결과 전용 섬유를 사용하는 대신, 중복 연결은 중요한 데이터 상호 교환의 가용성을 높임으로써 보호 프로세스를 더욱 신뢰할 수 있게 한다.

C37.94

C37.94 보호 아키텍처

IEEE C37.94는 전력회사의 원격 보호와 멀티플렉서 장비 사이의 N Times 64 Kilobit Per Second 광섬유 인터페이스를 위한 IEEE 표준으로 2002년에 발표된 IEEE 표준으로, 전력회사의 원격 보호 장치와 멀티플렉서 장치를 상호 연결하는 규칙을 정의하고 있다. 이 표준은 광학 상호연결을 위한 데이터 프레임 형식을 정의하고, 다중 모드 광섬유에 대한 물리적 커넥터에 대한 표준을 참조한다. 나아가 링크 고장 시 연결된 기기의 거동, 타이밍 및 광신호 특성 등을 규정한다.

원격 보호 시스템은 네트워크 손상과 정전을 방지하기 위해 결함을 매우 신속하게 격리해야 한다. IEEE 위원회는 C37.94를 프로그램 가능한 n x 64 kbit/s (n=1...12) 멀티모드 광섬유 인터페이스로 정의하여 최대 2 km 거리에 대한 원격 보호 계전기 및 멀티플렉서 사이의 투명한 통신을 제공하였다. 더 긴 거리에 도달하기 위해 전력 산업은 나중에 단일 모드 광섬유 인터페이스도 채택했다.

표준은 광섬유를 이용한 변전소 내부의 보호 통신 장비, 시계 회수 방법, 신호에 허용되는 지터 허용 오차, 물리적 연결 방법, 어떤 종류의 네트워크 이상 및 결함이 발생할 때 보호 장비가 따라야 하는 조치 등을 규정한다. C37.94는 이미 ABB, SEL, RFL, RAD와 같은 많은 보호 계전기 제조업체와 Net Research(NetProbe 2000), ALBEDO, VEEX와 같은 테스터 제조업체에 의해 구현되었다. 원격 보호 장비는 한때 광섬유 쌍을 통한 전송을 위한 IEEE C37.94 호환 광섬유 인터페이스와 G.703, 64kbit/s 동방향 및 E1 인터페이스와 같은 전송 인터페이스 선택권을 제공했다.

참조

참고 항목