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모뎀 모듈 장착형 배전자동화용 단말장치 개발한국전력공사(www.kepco.co.kr) 경북지사 전력공급팀_최태일 팀장(054)850-2270 / taeil@kepco.co.kr개요1. 연구 목표배전자동화 시스템은 데이터 송수신의 주체가 되는 배전자동화용 단말장치, 통신장치 그리고 주장치로 구성된다. 단말장치와 통신장치는 제어함 내에 완전히 분리된 별도의 기기 형태로 설치, 운영되고 있다. 배전자동화용 단말장치와 달리 통신장치는 현재 사용되는 통신 방식별로 크기가 제각각이며, 특히 지중용의 경우 제어함 내에 통신장치를 제대로 설치할 공간이 없는 실정이다.이에 두 개의 장치를 제어함 내에서 ‘일체화’된 개념으로 설치하여 운영할 수 있는 모델 모듈 장착형 배전자동화용 단말장치를 개발했다.2. 연구 필요성 현재 통신장치는 능동적인 기능 없이 배전자동화용 단말장치를 위한 데이터 송수신만을 담당하고 있다. 따라서 현장 단말장치에 문제가 발생했을 때 아무런 동작도 수행하지 못하게 되므로, 통신 불량이 발생하면 그 원인이 단말장치인지 통신장치인지 전혀 판단할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 단말장치와 통신장치 양측에 능동적으로 상호 진단할 수 있는 기능과 특히 단말장치에 문제가 생긴 경우 통신장치는 단말장치 진단결과를 능동적으로 주장치로 전송하는 기능을 적용하는 것이 필요하다. 따라서 통신방식에 관계없이 각 통신장치의 외관 및 인터페이스 규격 등을 표준화하고, 이렇게 표준화된 통신장치 및 통신장치와 일체화된 형태로 설치 운영할 수 있으며, 능동적인 자기진단 기능을 적용한 배전자동화용 단말장치 및 통신장치 개발이 반드시 필요하다.고장 해석 및 원인 분석을 보다 원활히 하려면 정확한 시각 정보를 획득해야 하는데, 이를 위해서는 배전자동화용 단말장치에 GPS 수신 모듈을 내장시키는 것이 필요하다. 또한 배전자동화용 시스템을 구성하는 각 장치의 진단기능을 강화하여 오류발생 여부 및 가능성을 감소시키고, 신속한 조치를 가능케 함으로써 정전을 최대한 빨리 복구할 수 있는 환경을 구축하는 것도 필요하다. 이런 연구가 성공하면 배전자동화용 단말장치와 통신장치를 일체형으로 운용할 수 있게 됨으로써 해외수출에 보다 유리한 기술 및 제품을 확보할 수 있게 되어 해외수출 증진에도 기여할 수 있다.
 [그림 1] 가공용 단말장치 블록 다이어그램3. 연구개발 추진계획연구개발 과정의 시행착오를 줄이고자 배전자동화 시스템 납품, 설치 및 유지 보수를 전담 수행하고 있는 한전KDN㈜와 공동참여를 통해, 기존 단말장치 및 모뎀제작 보유기술을 최대한 활용하고 관련분야 종사자들과 긴밀한 협조와 운영사례를 검토해 체계적인 개발과정을 계획했다.배전자동화용 단말장치와 표준형 모뎀 모듈 간 인터페이스는 배전자동화 시스템 운영사례 분석을 통해 편리성을 제고하고, 그 분야에 전문적인 기술을 보유한 S/W 기술 인력을 활용하여 운용이 편리하다. 또한 가공용 및 지중용 배전자동화용 단말장치 공통 적용이 가능해져 유지 보수 또한 편리하다. 뿐만 아니라 단말장치와 표준형 모뎀 모듈을 위한 능동형 진단 기능을 수용하여, 시스템 운영자가 주장치에서 신속하게 장애유형을 판단함으로써 고장복구 시간이 단축되고 유지 보수가 효율적으로 이루어진다.개발된 제품은 국가공인 인증기관을 통해 내환경시험을 받은 후 개발과 동시에 현장운영이 가능하도록 했다. 현장에 직접 설치하여 실제 운영되는 상태를 파악하고 관련기술 전문가로 구성된 평가위원단을 통하여 검증을 실시했다.
 [그림 2] 지중용 단말장치 블록 다이어그램배전자동화용 단말장치와 표준형 모뎀 모듈 간 인터페이스 1. 가공용 단말장치 블록 다이어그램가공용 단말장치의 전체 구성은 4개 파트로 나뉘며 MAIN, HMI, SURGE, 모뎀으로 구성된다.Main은 디지털(Digital) 처리를 위한 CPU 모듈과 계측을 위한 DSP 모듈로 구성되어 있고, HMI는 상태 표시 및 설정을 위한 LCD 및 KEY 부분과 디버깅을 위한 예비포트로 구성된다. 그리고 SURGE는 개폐기 인터페이스(Interface)를 위한 상태, 제어, 계측, 전원, 모뎀 연결 커넥터가 있고 외부로부터의 노이즈에 대비한 서지 프로텍션 파트(Surge Protection Part)가 있다.2. 지중용 단말장치 블록 다이어그램지중용 단말장치의 전체 구성은 6개 파트로 나뉘며 MCU, HMI, IOU, PSU, BPU, 모뎀으로 구성된다. MCU는 디지털 처리를 위한 CPU 모듈과 계측을 위한 DSP 모듈로 구성되어 있고, HMI는 상태 표시 및 설정을 위한 LCD 및 KEY 부분과 디버깅을 위한 예비포트로 구성된다. 그리고 IOU는 개폐기 인터페이스를 위한 상태, 제어, 계측 연결 커넥터 및 외부로의 노이즈에 대비한 서지 프로텍션 파트가 있다. PSU는 단말장치 전원공급을 위한 DC/DC 컨버터(Converter)와 개폐기 공통접점 포트가 내장되어 있으며 BPU는 MCU, IOU, PSU, HMI, 모뎀 간 신호 연결을 위한 커넥터가 구비되어 있다.
 (a) 전면부  (b) 후면부[그림 3] 모뎀 모듈 전면부 및 후면부표준형 모뎀 모듈광모뎀은 1.2~9.6kbps의 RS-232 비동기신호를 DS-1E 광신호로 변환하여 다양한 망 구성으로 원거리 전송을 효율적으로 수행하는 장치다. 본 장치는 집중센터용 COT(Central Office Terminal)와 RING방식으로 광모뎀을 최대 30개 수용할 수 있는 OXU, 광모뎀에 수용된 RS-232(1.2~9.6kbps)의 신호를 OXU로부터 전달받아 운용국 서버에 10BASE-T 이더넷(Ethernet)으로 연결해 주는 터미널 서버(Terminal Server) 기능을 담당하는 LIU가 한 개의 시스템으로 구성된다. 한 개의 COT는 많게는 5개의 시스템을 구성하여 최대 150개의 광모뎀을 수용할 수 있다. 이러한 모뎀을 새로운 구조와 신규 기능을 추가하여 가공용 및 지중용 배전자동화용 단말장치에 공통 적용 및 상호 인터페이스가 가능한 구조로 제작했다.
 [그림 4] 가공용 배전자동화용 단말장치표준형 모뎀 모듈 장착형 배전자동화용 단말장치1. 가공용 배전자동화용 단말장치가공용 단말장치에서 형상 설계를 결정하는 가장 중요한 요인은 제어함에서의 설치 편의성이며, 그 다음으로는 기존 제어함을 그대로 유지할 수 있는 구조라고 할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 통신모듈을 전면에 삽입하는 구조로 통신모듈을 삽입해도 단말장치 전체 크기에 변화가 없도록 제작했다.
  [그림 5] 지중용 단말장치 전면 및 후면 구성도2. 지중용 배전자동화용 단말장치 지중용 배전자동화용 단말장치의 경우 기존에는 4회로 고정형이었다. 그러나 신규 개발품은 모듈 형태로 최대 6회로까지 확장할 수 있는 모듈 방식 단말장치로, 모뎀 모듈을 장착할 수 있는 구조다. 모뎀 모듈은 후면에 장착하는 구조로 공통 제어부, 전원부 및 회로별 서지부가 모듈화되어 있고 표준형 모뎀 모듈을 장착할 수 있는 슬롯을 제공한다. 표준형 모뎀 모듈은 가공용 단말장치와 공용으로 사용해야 하므로 깊이에 제한이 있어, 단말장치 중간 정도 위치에서 커넥터 연결이 가능하도록 연결보드가 설치되어 있다.3. 소프트웨어 구성도 및 사양소프트웨어 구성도는 <그림 6>에, 그 사양은 <표 2>로 나타냈다.
 [그림 6] 소프트웨어 구성도4. GPS를 이용한 시각 동기 및 위치 정보FRTU는 GPS Locking 시 GPS Time과 시각 동기되고, GPS Unlocking 시 주장치와 시각 동기된다.GPS 위치 정보의 위도 및 경도를 WGS84 좌표의 도분 형식으로 주장치에 전송 가능하며 LCD로위치 정보를 표시한다.능동형 진단 기능능동형 진단 기능은 현장에서 통신불량 문제가 발생했을 때 단말장치와 통신장치 중 어느 쪽의 문제인지 전혀 알 수 없는 현행 시스템의 문제를 해결할 수 있는 필수 기능이다.현행 시스템에서는 배전자동화용 단말장치와 통신장치가 단순 시리얼 통신용 케이블로만 연결되기 때문에 데이터 송수신 외에 다른 기능을 적용하는 것이 까다롭다. 그러나 이번에 개발된 모뎀 모듈 장착형 시스템의 경우에는 데이터 송수신 라인 외에 다양한 신호선을 적용할 수 있기 때문에 진단 등의 다양한 기능을 개발 적용할 수 있다.특히 표준형 모뎀 모듈의 경우에는 주기적으로 배전자동화용 단말장치 상태를 점검하고, 만약 이상이 있는 경우에는 스스로 주장치에 정보를 전송하는 기능을 있어 기존의 통신장치가 가지고 있는 한계를 극복하고 운용의 효율성을 높일 수 있다.표준형 모뎀 모듈의 능동형 진단 기능으로는 단말장치 상태진단, 진단 결과 램프 표시, 단말장치 이상 시 주장치로의 자발적인 정보 전송 기능 등이 있다.1. FRTU 정상 동작 시① FRTU는 모뎀 모듈의 설정 데이터가 FRTU의 설정 데이터와 틀릴 경우 수정한다. 모뎀모듈은 자체 비휘발성 메모리에 저장하여 사용한다.(단말장치 이상 자발적 Unsol 전송 시에만 사용)② FRTU는 주기적으로 모뎀 모듈 상태를 데이터버스(Date Bus)를 통해 확인한다. 모뎀 모듈은 FRTU의 DNP 통신 데이터를 바이패스한다.2. FRTU 이상 시FRTU가 주기적으로 모뎀 모듈의 상태를 5분 이상 미확인하게 되면, 모뎀 모듈은 단말장치 이상을 자발적으로 1회 Unsol 전송한다. 또한 1분 후 1번씩 2회 Unsol 전송하여, 총 3회 전송한다. (5분 후 1회 ⇒ 1분 후 1회 ⇒ 1분 후 1회)3. 통신 이상 시① 모뎀 모듈과 FRTU 간 주기적인 상태를 확인하는 상태에서 FRTU 내부 RS232 통신라인 불량 시② 모뎀 모듈과 FRTU 간 주기적인 상태를 확인하는 상태에서 광라인 이상 시③ 모뎀 모듈이 FRTU에 상태 미갱신 시 (모뎀 모듈 이상)④ 모뎀 모듈 및 FRTU 이상 시
 [그림 7] 상관리 구성도주장치를 이용한 상관리 기능GPS를 이용한 상관리 기능은 GPS로부터 출력되는 1PPS신호를 기준으로 FRTU에 각 상 전압(A, B, C상)에 대한 위상을 계측하여, 기준이 되는 단말장치와 상 동기를 하고자 하는 대상 단말장치 간 위상을 비교함으로써 기준상 단말장치와 동일 상(A, B, C상)을 구분하여 배전선로에 상을 동일하게 관리할 수 있도록 하는 기능이다.결론 통신장치는 현재 배전자동화용 단말장치를 위한 데이터 송수신 기능만을 담당하고 있다. 즉, 능동적으로는 아무 것도 하지 못한다고 할 수 있다. 이렇게 되면 현장에서 단말장치에 문제가 발생했을 때 아무런 동작도 수행하지 못하게 되므로, 결국 통신 불량이 발생하면 그 원인이 단말장치인지 통신장치인지 전혀 판단할 수 없게 된다.따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 단말장치와 통신장치 양측에 능동적으로 상호 진단을 할 수 있는 기능을 추가하고, 특히 단말장치에 문제가 생긴 경우 단말장치 진단 결과를 능동적으로 주장치로 전송하는 기능을 적용함으로써 이러한 문제점들을 해소할 수 있다.모뎀 모듈 장착형 단말장치는 개발 초기단계에서 사용자 요구사항과 현장적용 시 개선사항을 중점적으로 파악하여 최대한 반영했고, 현장적용 후 운영상의 실효성을 재확인하고 향후 GPS기능 내장으로 다양한 응용기능 등에 대해서도 적용가능성을 확인할 수 있었다. 이번 개발로 인해 FRTU와 통신장치의 별도 설치로 인한 중복성 제거에 따른 설치 및 운용 편의성이 증대됐으며, 통신장치의 모뎀제어 기능을 FRTU가 흡수함으로써 고장발생 및 유지보수 편의성을 제공할 수 있게 됐다. 또한 FRTU와 통신장치 간 별도의 연결 케이블을 제거하여 제어함 내부 결선을 간략화시킬 수 있게 됐으며, 통신방식에 관계없이 각 통신장치의 외관 및 인터페이스 규격 등을 표준화하여 설치비용 및 유지 보수 비용 절감 효과는 물론 설비관리 효율성을 높일 수 있었다.자기 진단 기능을 적용하여 장애를 즉시 파악할 수 있으므로 고장처리가 가능해졌으며, 향후 사고로 인한 정전시간을 더욱 단축시켜 경제적인 손실을 최대한 방지할 수 있을 것으로 생각된다.최태일(崔泰一)1982년 한양대 전기공학과 졸업. 1993년 미국 펜실바니아 주립대 전자공학과 석사 졸업. 2008년 미국 펜실바니아 주립대 전자공학과 박사 졸업. 1982년 한국전력공사 입사. 현재 한전 경북지사 전력공급팀장.- 주요 근무처 : 한국전력 본사 배전처 배전자동화 담당과장, 포항지점 설비관리팀장, 서부지점 전력공급팀장, 고양지점 설비관리팀장 - 관심 분야 : 배전자동화, 인공지능, 분산전원 등· 참고 문헌1. 대한전기학회, ‘최신 배전시스템 공학,’ ㈜도서출판 북스힐, pp. 161~207, 377~405, 469~487, 20062. DNP USERS GROUP, ‘DISTRIBUTED NETWORK PROTOCOL,’ DNP 3.0 BASIC DOCUMENT SET3. 김덕성, 박건수, 송현선, ‘전력전송공학,’ 청문각, 2007. 24. 송길영, ‘최신 송배전공학,’ 동일출판사, 2006. 35. 이종범, 유인근, 설용태, 황갑주, ‘최신 전력전송공학,’ 청문각, 2007. 1
<Energy News>
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