보호릴레이 설비, 계통제어 설비의 기술개발 변천과 향후 전망

개요 일본의 전력계통은 경제의 성장과 함께 수많은 변천을 거쳐 발전하여, 현재 계통의 규모·신뢰도·기술 레벨 등에 있어서 세계 최고의 수준이 되었다. 그 발전에 크게 공헌한 것이 전력계통을 안정시키고 정상으로 유지·운전시키기 위한 계통보호 시스템 및 급전 시스템이다. 본장에서는 전력계통의 발전과 함께 걸어온 계통 보호시스템 및 급전 시스템의 기술적인 변천에 대해 설명한다. 계통보호 기술의 변천과 현황 계통보호 시스템은 전력계통에 발생한 사고를 신속하게 제거하고, 사고범위와 설비의 손상을 최소화하면서 전력계통을 안정하고 정상적으로 운전·운용하기 위한 중요한 설비이다. 이런 설비는 전력공급 신뢰도에의 사회적 요청에 있어 항상 요구되는 보호성능을 실현하기 위해, 고기능화·고신뢰도화를 모색하여 그 구성을 변화시켜왔다. (1) 계통보호 시스템의 기본구성과 기능 계통보호 시스템은 전력계통에 사고가 발생했을 때, 피해를 경감시켜 파급되지 않도록 하는 것이 목적으로, 사고 시 전력계통에 발생한 전압·전류 등의 전기량으로 판정한다. 즉, 전력계통의 전기량을 계측용 변성기(VT) 및 계기용 변류기(CT)로 계통보호 시스템에 입력하여, 보호대상이 이상하다고 판단되는 경우 차단기로 하여금 비켜가도록 출력하는 것이다.<그림 1>은 계통 보호 시스템의 전기적 회로도를 나타낸 것이다.

(2) 계통보호 시스템의 체계 송전선, 변압기, 모선, 발전기 등을 보호하는 계통보호 시스템은 사고제거 릴레이로서의 주보호릴레이·후비보호릴레이 및 사고파급방지릴레이로 구성된다. ① 주보호릴레이 주보호릴레이는 보호범위 내에 발생한 사고에 대해서 수십 ms에 신속하게 동작하여 필요 최소한 차단기에서 비켜가도록 출력, 전력계통에서 사고부분만 분리하는 작용을 한다. 또 보호범위는 무보호구간이 발생하지 않도록 설비마다 서로 겹치게 구성했다. ② 후비보호릴레이 후비보호릴레이는 주보호릴레이 혹은 차단기가 만에 하나 동작하지 않은 경우에 대비한 지원책으로 설치되어 있는 것이다. 동작시간은 수백 ms 정도이다. ③ 사고파급방지 릴레이 주보호릴레이나 후비보호릴레이에 의해 사고부분만을 전력계통에서 분리해도 루트 단절 등의 중대사고 시에는 전력계통의 안정 운전이 불가능하여, 전력계통에 과부하·전력동요·주파수 이상 등의 계통혼란이 발생할 수가 있다. 사고파급방지릴레이는 이러한 혼란에 대해 전력계통의 안정도를 유지하는 것이다. <그림 2>에는 계통보호 시스템의 체계도를 나타내었다. 1. 보호릴레이의 변천 (1) 보호릴레이의 시초 전력계통은 퓨즈 부착 차단기나 과전류 방지기구 부착 차단기에 의해 보호되어 왔는데, 20세기 초 미국에서 세계 최초로 플런저(Plunger)형 보호릴레이가 개발되었다. 당시 릴레이 방식은 전력계통이 발전소에서 부하까지 스트레이트로 접속하도록 한 단순한 꼬치형의 계통이었기 때문에 과전류릴레이 방식이 주류였다. 일본에서도 1907년에 플런저형 과전류릴레이를 시바우라(芝浦)제작소(현 도시바)가 국산화 보호릴레이로 처음 개발하여(<그림 3> 참조) 55kV 하츠사와선에 채용하였다. 플런저형은 가동철심(플런저)을 전자력으로 빨아올려 동작시키는 원리이다.

(2) 보호릴레이의 여명기

그 후 1914년에 미국, 1920년에는 일본에서 유도원판형 릴레이(<그림 4> 참조)가 개발되어 플런저형에 비교하면 동작감도나 동작시간 정밀도가 현저하게 향상되었다. 이 무렵, 전력계통도 전력수요의 증가에 따라 대전력을 송전하기 위한 송전계통의 확대와 대용량 발전소의 건설로 인해, 송전구성도 보다 높은 신뢰도를 얻었기 때문에 평행이회선 구성이 많이 채용되었다. 이에 따라 보호릴레이도 사고구간의 선택성이 중요시되었으며, 과전류 릴레이에서는 선택성을 충분히 얻을 수 없어, 보다 고도의 수단으로서 평형식 보호릴레이가 채용되었다.

이 평형식 보호릴레이는 <그림 5>와 같이, 평행이회선의 전류가 평상시 및 외부사고 시에는 거의 같은 전류가 평형으로 흐르는 것에 반해, 내부사고 시에는 사고발생회선 측에 큰 전류가 흘러 양회선의 전류평형이 무너지는 것에 착안하여 개발된 것이다. 이 방식은 현재 회선선택 릴레이로 불리는 부하공급 계통보호의 대표적인 보호방식이며, 세계적으로 실시예가 거의 없는 일본의 특징적인 보호방식이다. (3) 전후 부흥기의 보호릴레이와 고도화 플런저형·유도원판형으로 바뀌어 온 전자기계식 릴레이 기술은 전후가 되면 고속 동작·고정밀도·고기능 유도원통형 릴레이로 비약적인 발전을 이루게 된다. ① 모우(Mho)형 거리릴레이의 등장

유도원통형 릴레이의 구조를 <그림 6>으로 나타내었다. 중앙에 배치된 원통형 회전자 주위에 철심과 코일로 만들어진 자극이 있는데, 이 자극에 발생하는 회전자속에 의해 회전자가 동작하는 것이다. 회전자는 중공에서 관성 모멘트가 작기 때문에 고속 동작을 실현할 수 있다. 이 유도원통형에서 1951년 ‘모우형 거리릴레이’가 개발되었다. 이것은 사고점까지의 거리와 방향을 동시에 판정할 수 있는 릴레이로, 보다 선택성이 중요해진 송전계통으로 폭넓게 적용되었다. 모우형 거리릴레이는 현재 후비보호로 넓게 사용되고 있는 방식이다. ② 캐리어릴레이 방향비교 방식의 개발 전후 부흥기에 전력수요의 증가에 따른 기간계통 검토가 진행되어, 1952년에 토미야마(富山)현의 신(新) 아이모토(愛本)변전소와 오사카부의 히라카타(枚方)변전소 간 320km를 송전하는 275kV 신(新) 호쿠리쿠(北陸)간선이 건설되었다. 그 보호방식으로 채용된 것이 모우형 거리릴레이를 이용한 일본최초의 캐리어릴레이인 방향비교 방식(<그림 7> 참조)이다.

방향비교 방식은 <그림 8>과 같이 사고발생 시 송전선의 양단자가 함께 내부로 판정됐을 때, 전력계통에서부터 사고구간을 분리하는 방식으로, 양단자 간 방향판별결과를 전송하는 방법이 필요하다. 전송방법은 송전선 자체를 전송로로 하여 고주파로 정보 전송하는 전력선반송이 채용되었다. 방향비교 방식은 일본 기간계통의 보호로서 오랜 기간 계속 채용되어 왔다. 또한, 양단자 간의 전송방법으로서 1958년에 쿠시로(釧路)간선에 처음 마이크로파 전송이 채용되었다.

(4) 정지형 릴레이 시대 계통보호 릴레이는 주변기술의 혁신과 함께 발전하여, 1958년에 개발된 트랜지스터를 이용한 보호릴레이가 개발되었다. 이것은 전술의 가동부를 가진 전자기계형 릴레이에 대해 정지형 릴레이로 불린다. ① 전(全)정지형 캐리어릴레이의 개발 이 무렵의 전력계통은 고도성장기와 함께 전력수요가 늘어나 대용량 전원이 원격지에 건설되고, 이 원격지에서의 전력공급수단으로 후쿠시마(福島) 간선을 비롯한 500kV 송전선이 도입되었다. 계통구성도 전력을 개별로 송전하는 꼬치형 계통에서 꼬치형 계통을 연계한 루프 계통으로 변화하여 전력계통의 복잡화가 진행되었다. 보호릴레이도 1965년 뉴욕 및 미보로(御母衣)의 대정전을 계기로 신뢰도 향상에 관한 검토가 진행되었다. 고장상을 한정하여 건전상의 연계를 유지하기 위해 다상 재폐로방식을 채용한 전정지형 캐리어릴레이(<그림 9> 참조)가 개발되어 방향비교방식보다 선택성이 향상된 위상비교방식이 도입되었다. 이 위상비교방식은 선로의 양단전류의 위상이 송전선 내부사고 시에는 같은 방향이 되고, 외부사고 시 역방향이 되는 것에 착안한 방식이다.

② FM 전류차동방식의 등장 그 후의 전력계통은 점점 복잡화되고 3단자 이상의 다단자 송전선이 증가하였다. 3단자의 송전선에서는 내부사고에 관계없이, 전류유출을 수반하는 사고에 대해서는 위상비교방식에서 보호를 할 수 없었다. 그 때문에 보다 고도의 선택성을 실현한 전류차동방식이 개발되었다. 전류차동방식은 송전선 외부사고에 각 단자전류의 벡터 총화가 영(0)으로, 내부사고에는 사고점 전류와 같다는 점에 착안한 방식이다. 그러나 송전선 간 차동을 얻은 경우, 각 단자 간의 전류파형을 서로 전송할 필요가 있었는데 이 문제를 해결한 것이 바로 주파수 변조(FM) 기술이다. 이 FM 전류차동보호방식은 1977년 실용화된 이후, 일본 전국에 폭넓게 적용되어 현재의 주류 보호방식인 PCM 전류차동방식의 기초가 되었다. (5) 디지털형 릴레이의 실용화 마이크로컴퓨터는 계통보호 시스템에 큰 영향을 미쳐 일본에서도 마이크로컴퓨터를 이용한 디지털 릴레이의 연구가 1970년대에 활발히 진행되었다. 그 성과로 1980년대에 일본이 개발한 세계 최초 디지털 릴레이(<그림 10> 참조)가 실용화되었다.

① PCM 전류차동보호방식의 발전 이 당시 전력계통은 500kV 계통의 확장·복잡화가 더욱 진행되어, 전송로의 디지털화로 PCM(Pulse Code Modulation) 전송을 이용한 PCM 전류차동방식이 검토, 디지털 릴레이의 개발에 맞춰 실용화되었다. 이것이 세계 최초의 PCM 전류차동방식이다. PCM 전류차동방식에서는 각 단자의 전류 데이터의 샘플링 동기를 얻어야 했으므로, 당시 데이터의 다중화와 샘플링 동기제어를 실행하는 신호단국이 이용되었다. 현재는 보호릴레이 측에서 샘플링 동기제어를 실행하고 있다. 또한, 각 단자의 전류 데이터 이외에도 기기의 정보나 모선전압 데이터의 상호전송이 가능해져, 본래의 전류차동방식 이외에 탈조검출기능도 구비한 것이 큰 특징이었다. 현재는 기간계통에서부터 부하공급계통까지 폭넓게 채용되어 가장 신뢰도가 높은 보호방식으로서 그 지위를 확보하고 있다. ② 디지털 릴레이의 발전 디지털 릴레이는 그 후 거리릴레이 및 기기보호 릴레이, 사고파급방지 릴레이 등에도 적용이 확대되어, 1995년 무렵에는 주변기술의 발전에 따라 보다 고정밀도·고신뢰도를 실현한 제2세대 디지털 릴레이로 더욱 발전하였다. 2. 사고파급방지 릴레이의 변천 전력계통은 사고제거 릴레이에 의해, 사고부분만을 전력계통에서 분리해도 루트 단절과 같은 중대한 사고나 사고제거의 지연 등으로 운용 중 계통구성이 크게 변화한다. 이때 전력계통에 과부하·전력동요·주파수 이상 등의 이상 현상이 발생하는 경우가 있다. 사고파급방지 릴레이는 이런 이상 현상이 전 계통으로 확대 파급되는 것을 방지하고 계통의 안정운전을 유지할 수 있도록 하는 것이다. (1) 전력계통의 이상 현상 전력계통에서의 이상 현상으로 인해, 결과적으로 전원탈락에 이르러 정전범위가 확대될 우려가 있다. ① 탈조현상 전력계통에서 사고가 발생하여 발전기의 에너지 밸런스가 무너지면 발전기 사이의 동기운전이 불가능해져 불안정한 상태가 된다. 이 상태로 운전을 계속하면 연쇄적으로 탈조를 일으켜 영향범위를 확대시키게 된다. ② 전압불안전 현상 계통의 전압은 발전기의 운전 상태, 부하의 특성 및 계통구성, 조상설비의 운전상황 등에 의해 결정된다. 계통에 사고 등의 혼란이 생기면 전압이 새로운 평형점으로 이동하는데, 조류나 무효전력의 언밸런스가 크면 전압붕괴에 이르게 되는 전압불안정 현상이 발생하게 된다. ③ 주파수 이상 현상 사고의 영향에 의해 전원탈락이나 부하탈락이 발생하면, 유효전력의 수급 밸런스가 무너져 계통전체의 주파수가 변동된다. 이 변동이 큰 상태에서 운전을 계속하면 더욱 대규모로 전원이나 부하 탈락이 발생하여 계통붕괴에 이르게 된다. ④ 과부하 현상 사고 등에 의해 설비의 일부가 정지한 경우, 정지 전의 전력이 건전측의 설비로 이행하면 정격을 넘는 과부하 상태가 될 경우가 있다. 이 상태로 운전을 계속하면 연쇄적으로 과부하 상태가 늘어나 결국 계통붕괴로 발전한다. <표 1>은 이상 현상이 원인이 된 대규모 정전의 한 예이다. 사고파급방지 릴레이는 이러한 대정전을 사전에 방지하는 것을 목적으로 안정도 대책이나 주파수 이상 대책 등을 실행하는 것이다. (2) 사고파급방지 릴레이의 기술적 진보 초기의 사고파급방지 릴레이로는 국소적인 탈조분리 릴레이나 주파수 릴레이가 설치되었을 뿐이었다. 그러나 1965년에 발생한 대규모 정전을 계기로, 사고에 의한 이상 현상이 전력계통 전체로 확대되지 않도록 하는 사고파급방지 릴레이의 필요성이 부각되어 본격적으로 도입을 진행시켰다. ① 안정도 대책 안정도 대책은 고속으로 사고 제거하는 것이 효과적이지만, 확실하게 사고가 제거되어도 탈조를 방지하는 것이 어려운 경우가 있다. 이런 상태를 안정화시키기 위해서는 발전기의 탈조현상을 미연에 방지하는 것이 효과적이다. 이 때문에 각종 시스템이 개발되고 있다. ㄱ. 오프라인 사전 연산형 시스템 상정한 사고에서의 안정도 계산을 오프라인에서 행하고 정정치 및 사전 조류 등에 의해 전원제한대책을 미리 결정해 두는 시스템으로 1970년대에 개발되었다. 개발된 당시에는 정지형 릴레이를 적용하여 제어방식으로도 간단하고 쉬운 것이었지만, 현재 디지털화나 통신 인프라의 정비에 따라 제어방법도 고도화되고 있다. ㄴ. 사후 연산형 시스템 디지털 릴레이의 개발과 고속 데이터 통신이 가능해진 1980년대에 대상계통의 데이터를 수집하여 복잡한 알고리즘을 채용한 사후 연산형 시스템이 개발되었다. 이것은 사고의 영향·안정도의 엄격함을 계통의 동요현상에서 정확하게 판단하는 방식에 기초하여, 사고발생 후 모든 전기량을 실시간으로 수집·연산하여 수백 ms 정도에서 탈조를 예측하고 안정도를 유지할 수 있는 최적 전원제한대상을 판정한다. ㄷ. 온라인 사전 연산형 시스템 주변기술이 더욱 진보하여 계산기 처리속도의 향상과 통신 인프라가 계통전체에 정비되면, 계통상태를 온라인으로 파악하여 상정 사고의 과도 안정도 계산을 일정주기로 실시하여 전원제한대상을 결정하는 온라인 사전 연산형 시스템(<그림 11> 참조)이 1995년에 세계 최초로 개발되어 주부(中部)전력(주)에 도입되었다. 이것은 계통전체의 상황을 실시간으로 파악할 수 있기 때문에 계통구성이나 운용 상태에 맞춘 최적 안정화 제어가 가능하다.

② 주파수 이상 대책 주파수 이상에 대한 시스템은 1960년대부터 설비화되어 왔지만, 연계선의 사고파급방지를 목적으로 주파수 릴레이를 설치하여 국소적인 제어만을 실행해왔다. 전력계통의 대용량화·대규모화가 진행되면 계통분리 시 주파수를 유지시키는 것이 어렵다. 때문에 사전조류와 계통용량에서 주파수 변동을 예측하여 주파수 이상이 발생하기 전에 전원제한·부하제한을 실행하는 시스템이 1968년에 개발되어 광역적인 시스템으로 발전해왔다. 또한 디지털화 기술이 도입되면 전압저하에 따른 부하 탈락량을 추정하는 기능이나 주파수 이상대책과 함께 케이블계 루트 단절 시 등의 전압이상대책을 실시하는 시스템으로 정밀도 향상을 모색해왔다. (3) 사고파급방지 릴레이와 안정도 해석의 중요성 사고파급방지 릴레이에서는 전력계통에서 발생하는 이상 현상을 정확하게 파악하는 것으로, 적절한 연산방법을 이용하여 안정도 유지대책을 실행해왔다. 따라서 해석 프로그램이나 해석 시뮬레이터를 이용하여 사전에 전력계통의 이상 현상을 확인하는 것이 중요하다. ① 해석 프로그램 일본에서 안정도 해석 툴로 일반적으로 사용되는 것은 1977년에 개발된 전력중앙연구소 Y법이다. 이것은 전력계통을 구성하는 각종 설비를 모델화하여 계통 내에서 발생하는 사고나 혼란에 대한 전력계통의 거동을 시간축 표현에서 해석하는 것으로, 현재 주로 이용되는 시뮬레이션 프로그램이다. ② 해석 시뮬레이터 해석 시뮬레이터는 실계통을 모의하여 계통현상을 실시간으로 재현할 수 있다. 이에 따라, 이상 현상에 대한 사고파급방지 릴레이의 반응을 사전에 확인할 수 있다. <표 2>에 아날로그 시뮬레이터와 디지털 시뮬레이터의 특징을 비교해보았다. 급전·제어기술 계통제어 시스템은 네트워크로서 전력유통경로(전력계통)를 감시제어 하는 것이지만, 그 시작은 전기의 상태를 미터(meter)나 램프로 감시하거나 교체하기 위한 배전반이었다. 당초 발전기나 변압기의 부속물로 시작한 배전반은 전력계통이 대규모화·복잡화됨에 따라, 복수의 발전소나 변전소를 합쳐 감시제어 하는 독립된 시스템으로 성장해왔다. 계통제어 시스템에는 각 소의 상황을 파악하여 발전을 수요에 맞춰 조정하면서 전기를 원활하게 보내는 ‘자동급전’과 원방의 발·변전소를 무인화하고 그 기기상태를 안전하게 감시제어 하는 ‘집중제어’가 있었다. 둘 다 1965년 이후 계산기를 적용하면서 본격적으로 발전하기 시작했지만, 그 이전에는 계산기를 계통제어에 적용시키는 것은 시기상조였기 때문에, 여러 가지 하드웨어를 연구하면서 이용하여 계통제어기능, 예를 들어 AFC(자동주파수 제어), 전력계통해석 계산, 텔레컨트롤(원방감시제어) 등을 실현하였으며, 이것은 이후 계통제어 시스템 발전의 기초가 되었다. 1. 자동급전 시스템의 변천 (1) 초기단계 (아날로그 방식에 의한 수력발전소 AFC 제어) 1956년 일본 최초의 본격적인 수력발전소 AFC 시스템이 큐슈(九州)전력에 도입되었다. 이 시스템은 셀신(selsyn)이라고 하는 축의 회전위치를 계측제어하는 다상 회전기를 이용하여 AFC의 제어신호를 전송하는 것이었다. 가미시이바(上椎葉) 발전소와 주변의 수력발전소는 셀신으로 연결되었고, 각 수력발전소는 큐슈전력관 내의 주파수와 주고쿠(中國)전력과의 연계전력을 소정의 값으로 유지하기 위해 온라인으로 제어되었다. 이것이 자동급전 시스템의 툴이 되었다. (2) 계산기를 적용한 자동급전 시스템의 진보 ① 계산기를 적용한 중급 시스템의 개발 계산기를 적용한 자동급전 시스템은 일본에서는 1965년 큐슈전력에 도입된 중급 시스템이 최초이다. 이 시스템은 앞서 언급한 AFC 장치와의 조합에 의해 각 발전소의 경제운영제어를 실현하였으며, 또한 세계 최초의 계산기에 의한 전압무효전력 최적제어를 실현했다. 그 후 각 전력회사의 중급에 계산기를 적용한 자동급전 시스템이 도입되었다.(<그림 12> 참조)

② 훈련 시뮬레이터 시스템의 개발 1965년과 77년에 일어난 미국 뉴욕 대정전의 교훈 중 하나는 중대 사고를 상정한 사전훈련의 중요성이었다. 그 때문에 81년에 일본 최초의 운전원 훈련 시뮬레이터 시스템이 주부전력에 도입되었다. 이 시스템은 5초간의 전력계통 현상을 중급 시스템의 대기 계산기를 이용해 5초 이내에서 계산 시뮬레이션하는 획기적인 시스템이다. 이것은 사전에 설정한 시나리오에 의한 변화 뿐 아니라 훈련원의 행동 지령제어 혹은 지도원의 보정제어 등도 반영한 것으로 현실감이 대단히 높은 훈련시스템이었다. 그 후 1990년대 세계 최초의 과도현상(사고 후 각 발전기의 단주기 동요 등)을 모의한 훈련 시뮬레이터가 호쿠리쿠 전력에 도입되었다. 이런 훈련 시뮬레이터 시스템은 빈도가 낮은 중대 사고를 정확하게 모의하여 운전원의 훈련을 실행하여 전력유통의 신뢰도향상에 크게 공헌하고 있다. ③ 온라인 전압안정성 감시 시스템의 개발 1987년 7월 수도권에서 대규모 정전이 일어나 820만kW의 전력이 손실되고 복구에 3시간이 넘게 걸렸다. 원인은 기록적인 맹서로 인해 기온이 크게 상승함에 따라, 부하가 예상 외로 급속도로 증가한 것에 의한 전압붕괴현상으로, 각 소의 전압유지와 그것을 위한 전력공급이 한계에 달해 계통붕괴가 일어난 것이었다. 그때까지는 전압붕괴를 이론적으로는 알고 있었지만, 대규모 계통에서 실제로 일어난 것은 전 세계적으로도 처음 있는 일이었다. 이 현상과 원인의 구명을 실시하여 1990년에 세계 최초의 전압안정성 실시간 감시 시스템이 도쿄전력에 도입되었다. 2. 계통감시제어 시스템의 변천 (1) 초기단계 ① 수계계산기 집중제어 시스템의 개발 1971년 일본 최초의 계산기에 의한 본격적 수계 집중제어 시스템이 주부전력 카와베( )제어소에 도입되었다. 이 시스템은 소형 제어용 계산기에 의해 히다가와( ) 수계의 발·변전소군을 무인화하여 감시제어하는 것 외 복잡한 히다가와 수계의 최적운용계산도 실현하였다. ② 미니컴퓨터에 의한 집중제어 시스템의 적용확대 코스트 퍼포먼스가 뛰어난 미니컴퓨터에 의한 집중제어 시스템이 각 전력에 차례로 도입되었다. 특히 텔레컨트롤 시스템의 정보를 계산기에 소프트웨어 처리 하지 않고 다이렉트 메모리 액세스 방식(DMA 방식)으로 입력하는 것으로 집중제어 시스템의 대규모화가 용이해졌다. (<그림 13> 참조)

(2) 종합 자동화 대응 집중제어 시스템의 개발 앞서 언급한 미니컴퓨터 집중제어 시스템에서 계산기는 싱글구성이 보통이었다. 그러나 계통제어 시스템의 신뢰성 향상이 대두되자, 1970년대 후반부터 각 전력은 계산기를 2중화하여 신뢰도를 높여 집중제어의 규모 확대, 기능고도화, 자동급전과의 융합 등을 목표로 종합 자동화 연구를 몰두하였다. 1977년 주부전력이 도입한 메이호쿠(名北) 지방 제어소 시스템은 수십 군데의 발·변전소를 2중화 계산기로 감시제어하는 시스템으로, 그 후 일본 종합 자동화 시스템의 모델이 되었다. (<그림 14> 참조)

3. 시스템 구성의 변천 (1) 시스템 구성의 변천 계산기에 의한 전력계통제어의 창성기에는 제어용 계산기를 중심으로 한 집중형 감시제어 시스템이 주가 되었지만 그 후 시스템이 대규모화되어 집중형 시스템의 성능이나 보수성의 문제가 늘어나자, 그것을 해결하기 위한 기능 분산형 시스템이 도입되었다. 또한 국제표준 혹은 업계표준의 범용기술을 취입하여 소프트의 이식성이나 시스템의 상호운용성의 실현성을 목적으로 한 오픈 분산형 시스템이 도입되었다. (2) 시스템 신뢰성 향상 계산기의 2중화, 3중화 구성, 기능을 각 계산기로 분산시켜 시스템의 신뢰성을 향상시켜 왔지만, 1994년 주부전력이 도입한 기간급제 시스템은 동사 중급 시스템과의 상호 백업 기능을 갖춰, 그 후의 중요 시스템 간 상호 백업의 모델이 되었다. 중급 피재 시 혹은 시스템의 중대사고 정지 시 기간급제 시스템이 중급 주요기능을 백업해 주기 때문에, 전력유통의 신뢰도는 두드러지게 향상되었다. 2002년에는 홋카이도(北海道)전력 사츠마키타(札幌北) 제어소로 계속 팽창하고 있는 사츠마권(圈)의 전력계통을 사츠마 계통 제어소 시스템과 분담하여 운전하는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 홋카이도에서 사츠마권(圈)의 중요성을 감안하여 보통때보다 더욱 운전신뢰성을 향상시키기 위한 것으로, 양 시스템은 고속 시스템 링크로 연결되어 상시 전 정보를 공유하고 어떤 제어소 전체가 피재한 경우의 시스템 백업, 계산기 정지 시 맨머신(man-machine) 백업, 텔레컨트롤 등 전송장치 고장의 경우 전송장치 채널 백업을 가능하게 하였다. 이로 인해, 양 제어소의 정보 공유, 다양한 상호 백업 방식이 가능해졌다. (<그림 15> 참조)

(3) 시스템 구성 요소 기술의 진전 ① 주계산기 초기 계산기 시스템의 주계산기는 프로세스 컴퓨터 등의 고성능 대형 컴퓨터였지만, 계산기 하드웨어의 고성능화, 저가격화에 의해 범용 워크스테이션, IA(Intel Architecture) 서버가 이용되었다. ② 주기억장치·보조기억장치 초기 계산기 시스템의 주기억장치·보조기억장치는 대형·소용량·고가였기 때문에 작은 용량을 효율적으로 사용해왔지만, IC기술의 진보에 의해 소형·대용량·저가격화가 진행되어 대용량 장치를 채용하게 되었다. 또 최근에는 반도체 소자가 채용되었다. ③ 계통반 계통반의 초기에는 계통도를 각인하여 표시기를 장착한 다공식이 주를 이루었지만, 이후 보수 유지의 용이성에 의해 블록 단위로 교환 가능한 모자이크 방식이 보급되었다. 그 후, 정보를 멀티로 표시하는 방법으로서 스크린 프로젝터, 액정 디스플레이, 그리고 DLP(Digital Light Processing) 방식이 채용되고 있다. 이것은 모두 계통반 표시의 다양화 요구에 의해 복수의 화면을 짜맞추거나 단체에서 각종 정보를 표시할 수 있는 방식이다. 최근에는 시인성(視認性) 향상과 안길이의 공간을 축소화하는 DLP 방식이 많이 채용되고 있다. ④ 디스플레이 주계산기가 프로세스 컴퓨터를 채용해 온 시대 및 워크스테이션 채용의 초기는 브라운관 방식이었다. 브라운관 방식 초기는 캐릭터 CRT(모노크롬), 세미그래픽 CRT(컬러)가 채용되어 표시가능한 문자종류·글자수가 제한되어 사용하기 어려웠다. 그 후 컬러그래픽 CRT가 개발되어 좀 더 사용하기 쉬워졌다. 최근에는 설치 공간 축소, 경량화로 인해 액정 모니터가 주류가 되고 있다. ⑤ 포인팅 디바이스 주계산기가 프로세스 컴퓨터를 채용한 시대에는 포인팅 디바이스로 라이트펜, 스타일러스펜, 태블릿(tablet)이 사용되었지만, 주계산기에 워크스테이션, 컴퓨터가 채용되어 마우스가 사용되게 되었다. ⑥ 원방감시제어 장치(텔레컨트롤) ㄱ. CDT(Cyclic Digital Data Transmission Equipment) 방식 텔레컨트롤 CDT 방식 이전의 프로토콜은 모두 제조업체 독자의 것이었다. 따라서 중급 및 제어소와 원격지의 발·변전소 사이를 다른 제조업체의 텔레컨트롤로 결합할 수 없는 상황이었다. 1970년대에 CDT 방식 프로토콜을 채용하여 소자(素子)도 트랜지스터에서 IC에 바꾼 CDT 방식 IC형 텔레컨트롤을 각 전력회사가 도입했다. (<그림 16> 참조) 그 후, 이 CDT 방식은 업계표준으로 인정되었고, 이에 따라 다른 제조업체의 텔레컨트롤 및 계산기를 함께 쓰는 계통제어 시스템의 구축이 가능해져, 일본 계통제어 시스템의 발전과 보급에 크게 기여했다. ㄴ. 마이크로컴퓨터 응용 텔레컨트롤 1970년대 후반부터 텔레컨트롤은 마이크로컴퓨터 응용이 중심이 되어, 사용되는 마이크로프로세서는 8비트, 16비트, 32비트로 시대의 변화에 따라 고성능으로 바뀌었다. 더욱이 메모리 공간의 대용량으로 인해 텔레컨트롤의 대용량화, 고기능화, 보수성의 향상 등을 실현되었다. ㄷ. 인텔리전트 텔레컨트롤 1987년에 프로토콜을 CDT방식에서 당시 통신업계의 최신 프로토콜인 HDLC(High-level Data Link Control Procedure) 방식으로 하고, 게다가 기존의 원방감시제어의 기본기능(표시, 계측, 선택제어)과 함께 SOE(Sequence of events, 발·변전소 각 기기의 상태변화를 밀리초 단위로 기록하여 사고현상 해석 등의 역할을 하는 기능) 등의 인텔리전트 기능을 탑재한 신형 텔레컨트롤이 도입되었다. 그 후, 이 HDLC 방식은 업계표준이 되어, 현재 일본의 텔레컨트롤은 전 전력회사가 이 방식으로 바꾸고 있다. (<그림 17> 참조) ㄹ. IP(Internet Protocol) 텔레컨트롤 IP 텔레컨트롤은 인터넷 상의 IP 어드레스를 가진 텔레컨트롤에서, 텔레컨트롤 자체가 인터넷 단말로 인터넷의 정보 네트워크와 연결할 수 있으므로 원방감시제어장치(텔레컨트롤)로 폭넓게 적용되고 있다. 단, 안전 보안을 확보하기 위해 범용의 인터넷이 아닌 전력회사 내에서의 전용 인트라넷으로 이용하고 있다. 계통보호·제어설비의 전망 1. 계통보호 시스템의 전망 일본의 계통보호 시스템은 전력계통의 발전과 함께 진행되어 그 때마다 요구에 맞게 대응해왔다. 오늘날 디지털화 된 계통보호 시스템은 범용적인 통신네트워크와의 접속이 가능해져, 전력계통에서 정보를 배신(配信)하는 정보단말로서의 역할을 맡는 것도 가능해졌다. 즉, 단순한 로컬적인 보호에서 네트워크를 매개로 한 광역보호 및 보다 정밀도 높은 광역의 안정화 시스템이 가능해져 본격적으로 도입되는 시대에 가까워졌다고 볼 수 있다. 2. 계통제어 시스템의 전망 기존의 계통제어 시스템은 제어소가 담당하는 업무를 자동화, 성력화(省力化)하기 위한 것으로 각 제어소에 시스템이 도입되고 있다. 네트워크 기술의 전망에 의해 기존의 개념을 처리하여 시스템 및 시스템에 탑재되는 소프트웨어나 데이터베이스, 그리고 감시제어 대상설비까지도 특정한 제어소에 속하지 않고 복수의 제어소에서 공유하는 네트워크형 시스템으로 발전해 갈 것으로 전망된다. (<그림 18> 참조) 이처럼 네트워크의 발전에 의해 계통보호 시스템 및 급전 시스템은 전력계통을 안정하고 정상적으로 유지·운전하는 하나의 거대한 시스템으로 발전해가리라 예상된다.