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차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법{CONTROL UNIT FOR CIRCUIT BREAKER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 명세서는 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 전력 계통 설비 중 차단기 및, 개폐기 등의 각종 스위치류에 모듈 형태로 부착하거나 독립 모듈로 형성하여, 상기 스위치류에 대한 제어 및 감시 기능을 제공하는 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통은, 제어하고자 하는 차단기와, 상기 차단기를 제어하는 IED 또는 계전기가 하나의 쌍으로 설치되어 운영된다. 이러한 상기 IED/계전기와 상기 차단기 사이에는, 상기 차단기 동작을 위한 여자 코일에 전류를 공급하지 위한 전원 장치와, 상기 IED/계전기와 상기 차단기를 연결하는 접점 신호선으로 구성되어 연결된다. 상기 접점 신호선의 길이는, 상기 IED/계전기와 상기 차단기 사이의 거리를 근거로 수 미터(m) ~ 수백 미터일 수 있으며, 상기 IED와 상기 차단기에 개별로 설치하여야 하고, 선로의 공유가 불가능하다. 또한, 서로 다른 건물에 상기 IED와 상기 차단기가 설치될 경우, 상기 접점 신호선은, 건물과 건물 사이로 포설되어야 하며, 이 경우, 낙뢰 및, 접점 신호선 피복 불량으로 인한 신호선의 접지화 등의 발생으로 신뢰성 있는 제어 동작에 어려움이 발생한다. 또한, 하나의 IED의 제어 명령 접점의 용량 제한 등으로 인해, 상기 하나의 IED를 통해 하나 또는 두 개의 차단기만 제어 가능하며, DC 전압을 이용한 신호선으로서 너무 장거리로 설치될 경우, 허전압 등으로 인산 신호의 신뢰성 확보에 어려움이 있다.
한국 특허 출원 번호 제10-2005-0107805호
본 명세서의 목적은, IEC 61850 변전소 자동화의 GOOSE 통신 프로토콜을 통해, IED/계전기와 제어 유닛 간의 신호 송/수신을 통해, 접점 신호선의 사용을 최소화하는 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법을 제공하는 데 있다. 본 명세서의 다른 목적은, 하나의 IED/계전기를 통해 복수의 차단기를 제어하거나, 복수의 IED/계전기를 통해 특정 차단기를 제어하는 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛은, IED/계전기와 차단기와 연동하는 차단기용 제어 유닛에 있어서, 이더넷 통신으로 연결된 상기 IED/계전기로부터 전달되는 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 수신하는 이더넷 드라이브; 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛과 관련된 메시지일 때, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 전달하는 MCU 모듈; 및 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기를 동작시키는 제어 모듈;을 포함한다. 본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호는, 제어 명령, 접점의 상태, 품질 및, 시각을 포함할 수 있다. 본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 IED/계전기는, 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 이더넷 통신으로 연결된 하나 이상 또는 복수의 임의의 제어 유닛에 브로드캐스트할 수 있다. 본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 이더넷 통신은, 광(FX) 통신 또는, 트위스티드 페어(TX) 통신일 수 있다. 본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어 모듈은, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기에 포함된 여자 코일과 배터리와 상기 제어 유닛으로 폐루프를 형성하여, 상기 여자 코일에 전류를 인가하며, 상기 여자 코일은, 상기 인가된 전류를 통해, 상기 여자 코일이 동작하여 상기 차단기의 차단 동작을 수행할 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛의 제어 방법은, IED/계전기와 차단기와 연동하는 차단기용 제어 유닛의 제어 방법에 있어서, 이더넷 통신으로 연결된 상기 IED/계전기로부터 전달되는 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛과 관련된 메시지인지 확인하는 단계; 및 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛과 관련된 메시지일 때, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기를 동작시키는 단계;를 포함한다. 본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기를 동작시키는 단계는, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기에 포함된 여자 코일과 배터리와 상기 제어 유닛으로 폐루프를 형성하여, 상기 여자 코일에 전류를 인가하는 과정; 및 상기 여자 코일에 인가된 전류를 통해, 상기 여자 코일이 동작하여 상기 차단기의 차단 동작을 수행하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법은, IEC 61850 변전소 자동화의 GOOSE 통신 프로토콜을 통해, IED/계전기와 제어 유닛 간의 신호 송/수신을 통해, 접점 신호선의 사용을 최소화함으로써, IED와 차단기를 연결하는 하드와이어(hardwire)를 제거할 수 있어 설치 편의성을 향상시키고, 비용 절감을 얻을 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛 및 그의 제어 방법은, 하나의 IED/계전기를 통해 복수의 차단기를 제어하거나, 복수의 IED/계전기를 통해 특정 차단기를 제어함으로써, 전체 시스템의 운용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 전체 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 전체 시스템(10)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 전체 시스템(10)은, IED/계전기(100), 제어 유닛(200) 및, 차단기(300)로 구성된다. 도 1에 도시된 전체 시스템(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 전체 시스템(10)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 전체 시스템(100)이 구현될 수도 있다. 상기 IED(Intelligent Electronic Device)(또는, 상기 계전기)(100)는, 계통 보호 및, 원방 제어 명령 등의 수행을 위해서, IEC 61850 GOOSE 통신 프로토콜을 근거로 제어하고자 하는 임의의 차단기를 제어하기 위한 제어 명령(또는, 제어 상태)을 포함하는 제어 신호를 GOOSE 메시지(또는, GOOSE 데이터) 형태로 생성한다. 여기서, IEC 61850(또는, 상기 IEC 61850 GOOSE 통신 프로토콜)은, 변전소 자동화용 국제 표준 통신 프로토콜로, 기존의 DNP 및, MODBUS 등 전력 계통에서 운영되는 통신 프로토콜의 IED 업체간 데이터 비호환성을 극복하기 위해 전력 계통 내의 각종 장치 데이터 등에 객체 지향의 이론을 적용하여 만든 국제 표준 통신 프로토콜이다. 또한, 상기 IEC 61850은, 서버-클라이언트 간 통신을 위해서 MMS, 인터락(Interlock)을 위한 IED 간 통신을 위해서 GOOSE 및, 전압과 전류의 파형 신호를 위한 SV 프로토콜 등을 제공한다. 또한, 상기 IED/계전기(100)는, 상기 생성된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 IED/계전기(100)와 이더넷 통신 연결된 하나 이상의(또는, 복수의) 임의의 제어 유닛(예를 들어, 상기 제어 유닛(200) 등 포함)에 브로드캐스트한다. 여기서, 상기 이더넷 통신은, 광(FX) 통신 및, 트위스티드 페어(TX) 통신 등일 수 있다. 또한, 상기 IED/계전기(100)는, 이더넷 통신 연결된 하나 이상의(또는, 복수의) 임의의 제어 유닛을 제어하기 위한 임의의 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 생성할 수도 있다. 또한, 상기 IED/계전기(100)는, 상기 생성된 임의의 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 이더넷 통신을 통해 브로드캐스트할 수도 있다. 상기 제어 유닛(200)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 상태 모듈(210), 이더넷 드라이브(220), MCU 모듈(230) 및, 제어 모듈(240)로 구성된다. 도 2에 도시된 제어 유닛(200)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 제어 유닛(200)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 제어 유닛(200)이 구현될 수도 있다. 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 차단기(300) 내부에 모듈 형태로 장착되는 구조로 형성(또는, 설치)한다. 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 차단기(300) 외부에서 독립된 모듈 형태로 형성(또는, 설치)한다. 상기 상태 모듈(210)은, 상기 제어 유닛(200)과 연결된 상기 차단기(300)의 동작 상태를 관리한다. 상기 이더넷 드라이브(220)는, 광(FX) 통신 및, 트위스티드 페어(TX) 통신 등을 포함하는 상기 이더넷 통신을 위한 이더넷 드라이브일 수 있다. 또한, 상기 이더넷 드라이브(220)는, 상기 이더넷 통신을 통해 연결된 상기 IED/계전기(100)로부터 브로드캐스트되는 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 수신한다. 여기서, 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호는, 상기 제어 명령뿐만 아니라 접점의 상태, 품질 및, 시각 등의 정보를 포함한다. 또한, 상기 이더넷 드라이브(220)는, 상기 이더넷 통신을 통해 연결된 하나 이상의(또는, 복수의) 임의의 IED/계전기(예를 들어, 상기 IED/계전기(100) 등 포함)로부터 브로드캐스트되는 임의의 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 수신할 수도 있다. 상기 MCU 모듈(230)은, 상기 이더넷 드라이브(220)를 통해 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지인지 확인(또는, 판단)한다. 또한, 상기 MCU 모듈(230)은, 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지인 경우, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 제어 모듈(240)에 전달(또는, 전송)하여, 상기 제어 모듈(240)에 신호의 상태를 반영한다. 또한, 상기 MCU 모듈(230)은, 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지가 아닌 경우, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 삭제(또는, 폐기)한다. 상기 제어 모듈(240)은, 상기 제어 유닛(200)의 전반적인 제어 기능을 수행한다. 또한, 상기 제어 모듈(240)은, 상기 MCU 모듈(230)로부터 전달되는 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 제어 모듈(240)과 연결된 상기 차단기(300)를 동작시켜, 상기 차단기(300)의 차단 동작을 수행한다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 상기 MCU 모듈(230)로부터 전달되는 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기(300)에 포함된 여자 코일(310)과 배터리(320)와 상기 제어 유닛(200)(또는, 상기 제어 모듈(240))으로 폐루프를 형성하여, 상기 여자 코일(310)에 전류를 인가한다. 상기 여자 코일(310)에 인가된 전류를 통해, 상기 차단기(300)의 차단 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(200)에 포함되는 상기 상태 모듈(210)과 상기 제어 모듈(240)의 수는, 상기 제어 유닛(200)을 통해 제어하고자 하는 차단기(300)의 수에 따라 변경할 수 있다. 또한, 상기 IEC 61850 GOOSE 통신 모듈의 구현은, 상기 MCU 모듈(230) 또는 전용 칩(또는, 전용 모듈)을 통해 구현할 수 있다. 또한, 상기 MCU 모듈(230)의 구동을 위한 회로의 구성은, 상기 MCU 모듈(230)의 종류에 따라 변경할 수 있다. 상기 차단기(300)는, 상기 제어 유닛(200)의 제어를 근거로 상기 차단기(300)의 차단 여부를 결정한다. 또한, 상기 차단기(300)는, 상기 도 1에 도시한 바와 같이, 여자 코일(310) 및, 배터리(320)를 포함한다. 상기 여자 코일(310)은, 상기 제어 유닛(200)의 제어에 의해, 상기 여자 코일(310)과 상기 배터리(320)와 상기 제어 유닛(200)(또는, 상기 제어 모듈(240))으로 폐루프가 형성될 때, 상기 배터리(320)로부터 공급되는(또는, 제공되는) 전류를 근거로(또는, 통해) 상기 차단기(300)의 차단 동작을 수행한다. 상기 배터리(320)는, 상기 제어 유닛(200)의 제어에 의해 상기 폐루프가 형성될 때, 상기 여자 코일(310)에 전류(또는, 전원)를 인가한다. 또한, 상기 배터리(320)는, DC 전류(또는, DC 전원)를 상기 여자 코일(310)에 인가한다. 이와 같이, IEC 61850 변전소 자동화의 GOOSE 통신 프로토콜을 통해, IED/계전기와 제어 유닛 간의 신호 송/수신을 통해, 접점 신호선의 사용을 최소화할 수 있다. 또한, 이와 같이, 하나의 IED/계전기를 통해 복수의 차단기를 제어하거나, 복수의 IED/계전기를 통해 특정 차단기를 제어할 수 있다. 이하에서는, 본 명세서에 따른 차단기용 제어 유닛의 제어 방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차단기용 제어 유닛의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 먼저, IED/계전기(100)는, 계통 보호 및, 원방 제어 명령 등의 수행을 위해서, IEC 61850 GOOSE 통신 프로토콜을 근거로 제어하고자 하는 특정 차단기(예를 들어, 상기 차단기(300))의 제어를 위한 제어 명령(또는, 제어 상태)를 포함하는 제어 신호를 GOOSE 메시지(또는, GOOSE 데이터) 형태로 생성한다(S310). 이후, 상기 IED/계전기(100)는, 상기 생성된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 상기 IED/계전기(100)와 이더넷 통신 연결된 하나 이상의(또는, 복수의) 임의의 제어 유닛(예를 들어, 상기 제어 유닛(200) 등 포함)에 브로드캐스트한다. 여기서, 상기 이더넷 통신은, 광(FX) 통신 및, 트위스티드 페어(TX) 통신 등일 수 있다(S320). 이후, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 IED/계전기(100)로부터 브로드캐스트되는 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 수신한다. 여기서, 상기 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호는, 접점의 상태, 품질 및, 시각 등의 정보를 포함한다. 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지인지 확인(또는, 판단)한다(S330). 이후, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지인 경우, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기(300)를 동작시켜, 상기 차단기(300)의 차단 동작을 수행한다. 즉, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지인 경우, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 근거로 상기 차단기(300)에 포함된 여자 코일(310)과 배터리(320)와 상기 제어 유닛(200)으로 폐루프를 형성하여, 상기 여자 코일(310)에 전류를 인가한다. 이후, 상기 여자 코일(310)에 인가된 전류를 통해, 상기 여자 코일(310)이 동작하며, 상기 여자 코일(310)의 동작을 근거로 상기 차단기(300)의 차단 동작을 수행한다(S340). 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 확인 결과, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호가 상기 제어 유닛(200)과 관련된 메시지가 아닌 경우, 상기 수신된 GOOSE 메시지 형태의 제어 신호를 삭제(또는, 폐기)한다(S350). 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, IEC 61850 변전소 자동화의 GOOSE 통신 프로토콜을 통해, IED/계전기와 제어 유닛 간의 신호 송/수신을 통해, 접점 신호선의 사용을 최소화하여, IED와 차단기를 연결하는 하드와이어를 제거할 수 있어 설치 편의성을 향상시키고, 비용 절감을 얻을 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 IED/계전기를 통해 복수의 차단기를 제어하거나, 복수의 IED/계전기를 통해 특정 차단기를 제어하여, 전체 시스템의 운용 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전체 시스템 100: IED/계전기
200: 제어 유닛 300: 차단기
210: 상태 모듈 220: 이더넷 드라이브
230: MCU 모듈 240: 제어 모듈
310: 여자 코일 320: 배터리(320) |
