전력기기 간의 로컬시각 동기 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR SYNCHRONIZING A LOCAL TIME BETWEEN POWER ELECTRONIC DEVICES}

본 발명은 다수의 지능형 전자장치(Intelligent Electronic Device; IED)와 같은 전력기기가 통신네트워크로 연결된 상태에서 다수의 IED 간의 로컬시각을 동기화하는 전력기기 간의 로컬시각 동기 방법에 관한 것이다.

지능형 전자장치(IED)에 기록되는 이벤트는 IED가 취득한 모니터링 데이터(전압, 전류, DI상태, DO상태 등)를 분석하기 위한 기준이 되며, 기본적으로 발생항목과 발생시간으로 구성된다. 추가로 연관된 항목들이 IED에 기록되기도 한다.

이벤트가 저장되는 기능을 가진 IED는 자체 타이머를 가지고 있어 이벤트를 기록할 경우에 발생한 시간이 기록된다.

이벤트에 기록되는 시간은 기록된 이벤트 간의 인과관계를 알 수 있고, IED의 동작 상태를 파악하는데 필요한 데이터 중 하나이다.

다수의 IED가 설치된 곳에서는 각각의 IED마다 이벤트를 기록하게 되는데, 시간의 흐름으로 파악해야 되는 이벤트는 기록되는 시간도 동기가 되어 동일해야 한다.

IED 간의 시각동기가 되지 않아 생기는 시각 불일치는 순차적으로 발생된 사고 및 경보 상황에 대한 신속한 분석을 어렵게 한다.

통신기능이 없고, 자체 타이머를 내장한 IED는 공장 출하시나 현장 설치 시에 사람이 직접 시간 설정을 한다.

한편, 통신기능을 가지고 있어 상위 감시반과 네트워크로 연결된 각 IED는 감시반을 통해서 시각동기명령을 수신하여 시각을 동기시키게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 다수의 IED 간의 시각동기화 방법을 나타낸 도면으로서, 다수의 IED(15~18)는 통신네트워크를 통해 상위 감시반(11)과 연결되어 있다.

상위 감시반(11)에서 시각 동기(Time Sync) 명령을 내리면, 다수의 IED(15~18)는 이를 수신하여 자체 타이머를 동기시키게 된다.

즉, 상기 감시반은 주기적으로 통신네트워크에 연결된 IED 장치에게 시각동기 명령을 전송한다. 이에 따라 감시반이 관할하는 동일 통신네트워크 상의 모든 IED 장치는 감시반의 시각과 동기된다.

시각동기 신호를 받은 IED는 자체 타이머를 동기시켜 시간정보가 필요한 데이터를 기록하는데 이용한다.

도 2는 종래기술의 다른 예에 의한 다수의 IED간의 시각동기화 방법을 나타낸 도면으로서, 인공위성으로부터 송신된 GPS 신호를 각 IED(21, 23, 25, 27)에 부 착된 GPS 모듈(22, 24, 26, 28)이 각각 수신하여 다수의 IED(21~27) 간의 자체 타이머를 동기시키게 된다.

도 2의 경우에는 GPS 모듈을 장착한 각 IED가 인공위성으로부터의 GPS신호를 수신하여 다수의 IED간의 시각동기화를 수행하게 된다.

종래의 IED의 시각 보정은 도 1과 같이 상위 감시반의 시각동기(Time Sync) 명령에 의해서 주로 이루어져 왔다. 다시 말해 통신상으로 상위 감시반과 연결되어 있지 않은 IED는 시각동기 명령을 받을 수 없다.

또한, IED에 GPS 모듈을 장착하여 위성으로부터 정확한 시간을 전송받는 방법도 있는데 이는 고가의 IED에 한정되어 적용되고 있는 실정이다.

신규로 건설되는 산업시설에 IED가 설치되나, 시운전 및 정식 운전을 하기까지에는 많은 성능 점검과 안전성 점검이 필요하여 오랜 기간동안 상위 감시반과 통신 연결이 안 되는 경우가 허다하다.

이 기간동안에는 현장에서 설치된 IED는 시각동기를 할 수 없어 IED 간의 시간 오차는 시간이 지남에 따라 커질 수 있다.

또한, 상위 감시반이 제공되지 않는 소규모 사업장에서는 IED의 시각동기가 이루어지지 않아 내장된 자체 타이머의 정확도에만 의존해야 한다. 이와 같은 경우에는 각 IED에 내장된 타이머의 정밀도가 높지 않는 경우에는 시간이 지날수록 IED 사이의 시간 오차가 커질 수 있어 이벤트와 같은 시간의 정확성이 요구되는 데이터의 신뢰성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 다수의 IED가 감시반과의 통신네트워크가 연결되지 않은 환경에서도 다수의 IED간의 시각 동기화를 수행할 수 있도록 하는 전력기기 간의 로컬시각 동기 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 다수의 IED 중 하나의 IED에만 GPS 수신기를 장착하여 다수의 IED간의 시각 동기화를 수행하는 전력기기 간의 로컬시각 동기 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 특정 IED(Intelligent Electronic Device)는 입력된 시각동기 마스터 모드와 시각동기 주기를 설정하는 단계; 상기에서 설정된 시각동기 주기가 되면, 내장된 타이머를 기준으로 시각동기 명령을 생성하는 단계; 및 상기에서 생성된 시각동기 명령을 통신네트워크를 통해 다른 IED로 전송하여 다수의 IED 간의 시각동기화를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 시각동기 마스터 모드는 사용자의 선택에 따라 온 또는 오프 설정이 가능하며, 시각동기 주기는 시간 또는 일 단위로 설정되는 것을 특징으로 하며, 상기 IED는 보호계전기인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내장된 타이머는 외부로부터 수신된 GPS 신호의 시각정보를 통해 시각동기화되는 것을 특징으로 하며, 상기 다수의 IED 중 시각동기 마스터 모드로 설정된 IED만 GPS 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 수집된 전력관련 데이터와 마스터 모드 및 시각동기 주기와 같은 각종 사용자 설정 데이터와 그 설정프로그램이 저장된 메모리; 마스터로서의 모드 선택과 시각동기 주기 등을 입력받는 키입력부; 소정의 제어신호에 따라 시각동기 마스터로서의 모드 설정과 시각동기 주기에 대한 설정 데이터를 디스플레이하는 표시부; 상기 키입력부를 통해 마스터 모드로 설정된 경우 내장된 타이머의 시각정보를 메모리에 미리 설정된 주기마다 통신네트워크를 통해 다수의 슬레이브 IED(Intelligent Electronic Device)로 전송하여 다수의 IED 간의 시각동기화를 시키는 제어부; 및 물리층 또는 물리층과 링크층을 담당하는 장치로, 통신네트워크 상의 통신 송수신 데이터를 상기 제어부에 연결시켜 주는 통신트랜시버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 인공위성으로부터 전송된 시각정보가 포함된 GPS 신호를 수신하여 제어부로 출력하는 GPS 수신기;를 더 포함하고, 상기 제어부는 GPS 수신기를 통해 입력된 시각정보를 이용하여 타이머의 시각을 동기화시키는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 GPS 수신기는 마스터 모드로 설정된 특정 IED에만 설치된 것을 특징으로 하며, 상기 IED는 보호계전기인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상위 감시반의 시각동기 명령없이도 다수의 IED 중 하나의 IED에 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능을 부여하여 일정 주기로 시각동기 명령을 다른 IED로 전송할 경우, 통신네트워크 상에 있는 IED 간의 동일한 시간정보를 유지하게 되어 IED가 기록하는 내용 중 시간정보를 이용하는 기록에 대한 분석이 정확하고 용이한 이점이 있다.

또한, GPS 수신기를 IED에 장착하는 경우, GPS 수신기를 하나의 IED에 장착하고 시각동기 마스터의 기능을 설정하면 다른 IED에 대해서도 정확한 시각동기가 가능하므로 비용과 관리면에서도 유리한 이점이 있고, 기존과 같은 상위 감시반과의 통신을 할 경우에는 IED의 설정 메뉴에서 시각동기 마스터의 기능을 '오프(OFF)'시키면 되므로, 현장 적용성이 우수한 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 의한 시각동기가 가능한 IED의 세부 구성을 나타낸 기능 블록도로서, 지능형 전자장치(IED; Intelligent Electronic Device)는 메모리(101)와 키입력부(102), 표시부(103), 통신트랜시버(104), GPS 수신기(105) 및 제어부(106)를 포함하여 이루어져 있다.

본 발명에 기재된 IED(100)는 예컨대, 보호계전기와 전력보호감시장치와 같은 전력감시용 또는 전력제어용 전력기기(Power Electronic Device)일 수 있다. 상기 보호계전기(protective relay)는 전기회로에 단락이나 맴돌이전류 등의 이상 상 태가 일어났을 때, 그 부분을 회로에서 절단시키는 명령기능을 갖춘 장치이다.

메모리(101)는 IED에서 수집한 전력관련 데이터와 마스터 모드 및 시각동기 주기와 같은 각종 사용자 설정 데이터와 그 설정프로그램이 저장되어 있다.

키입력부(102)는 마스터로서의 모드 선택과 시각동기 주기 등을 입력받도록 구성되어 있다.

표시부(103)는 소정의 제어신호에 따라 시각동기 마스터로서의 모드 설정과 시각동기 주기에 대한 설정 데이터를 디스플레이하는 LCD로 구성되어 있다.

통신트랜시버(104)는 물리층 또는 물리층과 링크층을 담당하는 장치로 통신네트워크 상의 통신 송수신 데이터를 제어부(106)에 연결시켜 주는 MAC컨트롤러 및 링크연결부 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 통신트랜시버(104)는 이더넷뿐만 아니라 RS 485, RS 232, USB, CAN 등의 물리층과 링크층에도 적용될 수 있다.

GPS 수신기(105)는 인공위성으로부터 전송된 시각정보가 포함된 GPS 신호를 수신하고, 수신된 신호의 노이즈를 제거한 후 증폭 출력하도록 구성되어 있다.

제어부(106)는 상기 제반 장치들의 작동을 제어하게 되는 데, 마스터 모드로 설정된 경우 타이머(107)의 시각정보 또는 GPS 수신기(105)를 통해 입력된 시각정보를 이용하여 동기화된 타이머(107)의 시각정보를 미리 설정된 주기마다 통신네트워크를 통해 다수의 슬레이브 IED(110~130)로 전송하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 제어부(106)는 타이머(107)와 시각동기제어부(108) 및 통신제어부(109) 등을 포함하여 구성되어 있는 데, 타이머(107)는 외부 시각정보에 따라 동기화될 수 있으며, 모든 이벤트에 대한 기준시각을 제공하는 시각발생기이다. 시각 동기제어부(108)는 GPS 수신기(105)로부터 입력된 시각정보에 타이머(107)의 시각을 동기화시킴과 아울러 메모리(101)에 마스터 모드로 설정된 경우 미리 설정된 주기마다 타이머(107)의 시각정보를 통신네트워크를 통해 다수의 다른 IED(110~130)로 전송하도록 구성되어 있다. 통신제어부(109)는 외부로부터 접속 요청시 통신용 소켓을 생성하여 접속을 허용함과 아울러 외부로부터 전송된 수신 프레임을 해석하여 송신 프레임을 생성하도록 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 통신기능을 가지고 있는 다수의 IED(100~130)가 감시반과 연결되지 않은 환경에서도 IED들 간의 시각동기가 가능하도록 한 것으로, 다수의 IED(100~130) 중 하나의 IED(100)에 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능을 부여하여 상위 감시반이나 현장 관리자가 시각동기를 하지 않아도 시각동기 마스터가 자동으로 나머지 IED(110~130)의 시각을 동기화할 수 있게 된다.

또한, 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능이 부여된 하나의 IED(100)에만 GPS 수신기(105)를 부착하면 다른 IED(110~130)도 정확한 시각동기가 가능하게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 마스터 모드 설정 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이 IED(100)의 설정 메뉴 중 시각동기 설정 메뉴는 시각동기 마스터(Time Sync Master)의 선택 여부와 시각동기 주기로 이루어져 있다.

시각동기 설정값은 키입력부(102)를 통해 입력받고, 설정 상태는 제어부(106)의 제어에 따라 디스플레이되는 표시부(103)를 통해 확인한다.

즉, 시각동기 신호를 보내는 IED(100)는 시각동기 설정 화면에서 사용함(USE)을 선택하고, 시각동기 주기를 예컨대, 시간 또는 일 단위로 설정하여 마스터 IED로서 동작하게 된다.

물론, 시각동기 신호를 수신하는 IED(110~130)는 시각동기 설정 화면에서 사용안함(not USE)을 선택 및 설정하여 슬레이브 IED로서 동작하게 된다.

각 IED(100~130)의 시각동기 마스터의 사용 여부에 대한 디폴트(default) 값은 사용안함(not USE)으로 세팅되어 있고, 마스터 모드 사용시에 시각동기 마스터 모드를 설정하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 IED(100~130)가 마스터 모드의 설정 여부에 따라 마스터 또는 슬레이브로 동작할 수 있음을 의미한다.

그리고, 각 IED(100~130)는 GPS 수신기(105)를 필요에 따라 연결할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하며, 마스터 모드로 설정된 IED(100)만 GPS 수신기(105)를 연결하도록 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 다수의 IED간의 시각 동기화 방법을 나타낸 도면으로서, 마스터 IED(100)와 다수의 슬레이브 IED(110~130)로 구성되어 있다.

상기 마스터 IED(100)와 다수의 슬레이브 IED(110~130)는 통신네트워크를 통해 서로 연결되어 있다. 마스터 IED(100)는 사용자에 의해 시각동기 마스터(Time Sync Master)로 설정되어 있는 경우이다.

상기 마스터 IED(100)는 미리 설정된 주기마다 내장 타이머(107)의 시각을 기준으로 시각동기(Time Sync) 명령을 다수의 슬레이브 IED(110~130)로 전송하고, 다수의 슬레이브 IED(110~130)는 마스터 IED(100)로부터 전송된 시각정보에 따라 시각 동기화를 수행하여 다수의 IED(100~130) 간의 시각동기를 하게 된다.

즉, 동일한 통신 프로토콜과 동일한 물리층 및 링크층으로 서로 연결되어 있는 다수의 IED(100~130)가 상위 감시반(미 도시됨)과는 연결되어 있지 않은 환경에서, 다수의 IED 중 특정 IED(100)에 도 4와 같이 시각동기 마스터(Time Sync Master)로서의 기능과 시각동기 주기를 시간 또는 일 단위로 각각 선택 및 설정하면, 설정된 시각동기관련 정보는 제어부(106)에 제어에 따라 메모리(101)에 저장되게 된다(S1, S2).

이어, 마스터의 기능이 부여된 마스터 IED(100)는 메모리(101)에 설정된 시각동기 주기를 검색하여 시각동기 시간이 되었는지를 판단하게 되고(S3), 시각동기 시간이 되었으면 내장된 타이머(107)를 기준으로 시각동기 정보를 생성하고, 생성된 시각동기 정보를 자체적으로 지원되는 통신 프로토콜의 브로드캐스팅 명령을 이용하여 통신네트워크로 전송한다(S4).

이때, 마스터로서의 기능이 설정되지 않은 다른 슬레이브 IED들(110~130)은 수신대기 모드에서 있다가 통신네트워크를 통해 시각동기 브로드캐스팅 명령을 수신하면, 자신의 타이머 정보를 시각동기 정보로 갱신한다(S5).

한편, 통신네트워크에 상위 감시반이 연결될 경우에는 마스터 IED(100)의 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능을 사용하지 않고 감시반으로부터 시각동기 신호를 받도록 하는 것이 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 다수의 IED간의 시각 동기 화 방법을 나타낸 도면으로서, 마스터 IED(100)와 다수의 슬레이브 IED(110~130)로 구성되어 있다.

상기 마스터 IED(100)와 다수의 슬레이브 IED(110~130)는 통신네트워크를 통해 서로 연결되어 있는 데, 상기 마스터 IED(100)에는 GPS 수신기(105)가 설치되어 있다.

즉, 인공위성으로부터 송신된 GPS 신호를 마스터 IED(100)에 장착된 GPS 수신기(105)가 수신하고, 수신된 GPS 신호에 포함된 시각정보를 이용하여 마스터 IED(100)는 자체적으로 시각을 동기시킨다. 이어, 시각동기 마스터로 설정된 마스터 IED(100)는 미리 설정된 주기마다 시각 동기화된 내장 타이머(107)를 기준으로 시각동기(Time Sync) 명령을 다수의 슬레이브 IED(110~130)로 전송하고, 다수의 슬레이브 IED(110~130)는 마스터 IED(100)로부터 전송된 시각정보에 따라 시각 동기화를 수행하여 다수의 IED 간의 시각동기를 하게 된다.

다시말해, 동일한 통신 프로토콜과 동일한 물리층 및 링크층으로 서로 연결되어 있는 다수의 IED(100~130)가 상위 감시반(미 도시됨)과는 연결되어 있지 않은 환경에서, 다수의 IED 중 특정 IED(100)에 도 4와 같이 시각동기 마스터(Time Sync Master)로서의 기능과 시각동기 주기를 시간 또는 일 단위로 각각 선택 및 설정하면, 설정된 시각동기관련 정보는 제어부(106)에 제어에 따라 메모리(101)에 저장되게 된다(S11, S12).

이어, 마스터의 기능이 부여된 마스터 IED(100)는 GPS 수신기(105)를 통해 GPS 신호를 수신하고, GPS 신호에 포함된 시각정보를 이용하여 내장 타이머(107)의 시각을 동기화시키게 된다(S13).

한편, 상기 마스터 IED(100)는 메모리(101)에 설정된 시각동기 주기를 검색하여 시각동기 시간이 되었는지를 판단하게 되고(S14), 시각동기 시간이 되었으면 GPS 신호에 의해 시각 동기된 타이머(107)를 기준으로 시각동기정보를 생성하고, 생성된 시각동기정보를 자체적으로 지원되는 통신 프로토콜의 브로드캐스팅 명령을 이용하여 통신네트워크로 전송한다(S15).

이때, 마스터로서의 기능이 설정되지 않은 다른 슬레이브 IED(110~130)들은 수신 대기 모드에서 있다가 통신네트워크를 통해 시각동기 브로드캐스팅 명령을 수신하면, 자신의 타이머 정보를 시각동기 정보로 갱신하게 된다(S16).

한편, 통신네트워크에 상위 감시반이 연결될 경우에는 마스터 IED(100)의 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능을 사용하지 않고 감시반으로부터 시각동기 신호를 받도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 정밀한 시각동기가 필요한 곳에서는 GPS 신호를 이용하여 시각동기를 하게 되는데, 설치된 IED 중 하나의 IED(100)에 GPS 수신기(105)를 장착하고, GPS 수신기(105)가 장착된 IED(100)를 시각동기 마스터로 설정하면, 마스터 IED(100)의 타이머(107)는 GPS 신호에 포함된 시각정보와 동기된다. 이어, 마스터 IED(100)는 GPS 신호와 동기된 시각정보를 미리 설정된 주기마다 통신네트워크를 통해 다른 슬레이브 IED(110~130)로 전송함에 따라 동일한 통신네트워크에 있는 모든 IED(100~130)를 시각 동기시킬 수가 있는 것이다.

로컬시각 동기에 이용할 수 있는 통신 프로토콜은 IED가 지원하는 통신 프로 토콜로서, MODBUS와 DNP 및 IED 60870 등의 표준 프로토콜뿐만 아니라 제작사 자체 프로토콜도 가능하다.

이에 따라 감시반과 통신네트워크가 연결되지 않은 사업장에서 동일 프로토콜과 동일 물리층 및 링크층으로 구성된 통신네트워크에 서로 연결되어 있는 다수의 IED 중 하나의 IED에 시각동기 마스터(Time Sync Master) 기능을 부여하여 일정 주기로 시각 동기를 내릴 경우, 통신네트워크 상에 있는 IED들은 동일한 시간정보를 유지하게 되어 IED가 기록하는 내용 중 시간정보를 이용하는 기록에 대한 분석이 용이하게 된다.

또한, GPS 수신기를 IED에 장착하는 경우, GPS 수신기를 하나의 IED에 장착하고 시각동기 마스터의 기능을 설정하면 다른 IED에 대해서도 정확한 시각동기가 가능하므로 비용과 관리면에서도 유리하다.

또한, 기존과 같은 상위 감시반과의 통신을 할 경우에는 IED의 설정 메뉴에서 시각동기 마스터의 기능을 '오프(OFF)'하면 되므로, 현장 적용성이 우수하다.

상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래기술에 의한 IED들 간의 시각동기화 방법을 나타낸 도면이다.

도 2는 종래기술의 다른 예에 의한 IED들 간의 시각동기화 방법을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 시각동기가 가능한 IED의 세부 구성을 나타낸 기능 블록도이다.

도 4는 본 발명에 의한 마스터 모드 설정 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 다수의 IED 간의 시각 동기화 방법을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 다수의 IED 간의 시각 동기화 방법을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 마스터 IED 101: 메모리

102: 키입력부 103: 표시부

105: GPS 수신기 106: 제어부

107: 타이머 110~130: 다수의 슬레이브 IED