디지털 변전소란 무엇인가요?

디지털 변전소란, 기존의 구리 신호 배선 대신 IEC 61850 표준을 사용하는 이더넷 기반 통신 네트워크를 통해 주 설비, 보호 장치 및 제어 시스템 간의 데이터 교환이 이루어지는 변전소를 말합니다.

디지털 변전소와 기존 변전소의 차이점은 무엇인가요?

가장 큰 차이점은 신호가 전송되는 방식입니다. 기존 변전소는 장비 간 신호 전송을 위해 각 신호마다 전용 구리 케이블을 사용합니다. 반면 디지털 변전소는 신호를 발생원에서 디지털화한 후, IEC 61850 프로토콜을 사용하여 공통 이더넷 네트워크를 통해 공유합니다. 이를 통해 케이블 배선을 줄이고 인프라를 간소화하며, 여러 장치에서 동시에 데이터를 이용할 수 있게 됩니다.

디지털 변전소의 주요 장점은 무엇인가요?

디지털 변전소는 물리적 설치 공간을 줄이고, 설치 및 유지보수 비용을 절감하며, 향후 업그레이드에 대한 유연성을 높이고, 소프트웨어를 통해 구성 가능한 보호 방식을 통해 보호 기능을 강화합니다. 또한 중앙 집중식 보호 및 제어를 가능하게 하여 유연성을 높이고, 투자 비용을 절감하며, 운영을 간소화할 수 있습니다.

디지털 변전소에서 프로세스 버스는 무엇인가요?

프로세스 버스는 변전소를 제어실로 연결하는 이더넷 네트워크입니다. 이 버스는 디지털화된 전류 및 전압 측정값과 보호 신호를 전송하며, 기존에 1차 설비를 보호 및 제어 장치에 연결하던 구리 배선을 대체합니다.

하이브리드 디지털 변전소란 무엇인가요?

하이브리드 디지털 변전소는 기존 아키텍처와 완전 디지털 아키텍처의 요소를 결합한 것으로, 주로 단계적 현대화 과정에서 도입됩니다. 예를 들어, 전력 회사는 새로운 베이에는 프로세스 버스를 도입하는 한편, 기존 베이에서는 유선 연결 방식을 유지하며, 이를 단일 자동화 플랫폼을 통해 관리할 수 있습니다.

기존 변전소를 디지털 변전소로 개조할 수 있습니까?

네. 기존 변전소는 기존 설비와 병행하여 병합 장치, 프로세스 버스 세그먼트, IEC 61850 규격을 준수하는 IED를 도입함으로써 단계적으로 업그레이드할 수 있습니다. 통합 SCADA/HMI 플랫폼을 활용하면 전환 기간 동안 기존 베이와 디지털 베이 모두를 관리할 수 있으므로, 설비를 전면 교체할 필요가 없습니다.

디지털 변전소에는 어떤 표준이 적용되나요?

IEC 61850는 디지털 변전소 통신을 규정한 국제 표준입니다. 이 표준은 서로 다른 제조사의 장치 간 상호 운용성을 가능하게 하는 데이터 모델, 통신 프로토콜 및 엔지니어링 프로세스를 정의합니다.

zenon은 디지털 변전소 아키텍처와 호환되나요?

네. zenon은 IEC 61850과 기본적으로 연동되어, 운영자 제어를 위한 HMI 및 SCADA 기능, 상위 제어 센터와의 통신을 위한 게이트웨이 기능, 그리고 GOOSE 기반 방식을 위한 보호 신호 모니터링 기능을 제공합니다.

디지털 변전소란 무엇인가?

디지털 변전소란 1차 및 2차 장비(예: 전류 변압기, 전압 변압기, 보호 장치 등) 간에 신호 및 측정값의 교환이 고정된 구리 배선 대신 고속 프로토콜 통신을 통해 이루어지는 변전소를 말합니다.

이러한 변화는 지능형 전자 장치(IED)가 공통 언어를 사용하여 통신하는 방식을 정의하는 국제 표준인 IEC 61850에 의해 가능해졌으며, 이를 통해 IEC 61850 디지털 변전소 아키텍처가 구현되었습니다. COPA-DATA의 zenon 소프트웨어 플랫폼은 네이티브 IEC 61850 통합을 통해 디지털 변전소를 모니터링하고 제어하기 위한 HMI, SCADA 및 게이트웨이 기능을 제공합니다.

주요 내용: 디지털 변전소란 무엇인가?

디지털 변전소는 구리 신호 배선을 주로 광섬유를 기반으로 한 프로토콜 기반 통신으로 대체함으로써, 변전소 건설 및 유지보수에 소요되는 물리적 공간, 설치 인력, 자재 비용을 절감합니다.
이른바 ‘프로세스 버스(Process Bus)’가 가장 결정적인 변화입니다. 변전소 내 모든 장비에서 관련 베이 레벨 장비(예: 중앙 제어 캐비닛 또는 분산형 릴레이 패널)까지 전용 구리 케이블을 연결하는 대신, 디지털화된 측정값과 신호가 모든 장치가 접근할 수 있는 공유 네트워크에 게시됩니다.
IEC 61850 표준이 공통 언어를 제공합니다. 표준화된 프로토콜과 통합된 데이터 모델을 통해 서로 다른 제조사의 장치들도 프로토콜 변환기나 맞춤형 엔지니어링 없이도 함께 작동할 수 있습니다.
디지털 변전소는 중앙 집중식 보호, 물리적 개입 없이 수행되는 시스템 내 테스트, 고장 시 신속한 장치 교체 등 유선식 변전소에서는 불가능한 기능을 실현합니다.
zenon은 네이티브 IEC 61850 통신을 통해 디지털 변전소를 지원하며, 단일 플랫폼에서 운영자 인터페이스, 데이터 게이트웨이 및 엔지니어링 도구를 제공합니다.

디지털 변전소는 기존 변전소와 어떻게 다른가요?

디지털 변전소와 기존 변전소를 비교해 보면, 가장 큰 차이점은 신호 전송 방식에 있습니다. 점대점 배선을 사용하는 아날로그 구리 케이블 대신, 광섬유를 통한 디지털화된 네트워크 통신이 도입되었습니다.

기존 변전소는 구성 요소 간 모든 신호를 전달하기 위해 구리 케이블에 의존합니다. 각 신호마다 전용 케이블이 필요하기 때문에 수천 개의 연결부, 케이블 트렌치, 배선 캐비닛이 필요합니다. 설치에는 많은 인력이 소요되며, 배선 결함을 찾으려면 현장 전체를 돌며 케이블을 직접 추적해야 합니다.

디지털 변전소는 이러한 유선 방식 대신 광섬유 케이블을 통한 이더넷 기반 통신으로 대체합니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다:

특징	기존 변전소	디지털 변전소
신호 전송	구리선을 통한 아날로그 신호, 선당 하나의 신호	광섬유 이더넷을 통한 디지털 신호 전송, 모든 신호가 동일한 네트워크를 공유
장비 연결 방식	점대점(Point-to-point): 각 장치가 특정 장비에 직접 유선으로 연결됨	네트워크 방식: 각 장치가 공유 네트워크에서 필요한 데이터를 수신
데이터 표준	독점 프로토콜, 공급업체별 배선 방식	IEC 61850 공통 데이터 모델, 모든 장치가 동일한 언어를 사용
물리적 설치 공간	대규모 케이블 트렌치, 마셜링 키오스크, 종단 캐비닛	케이블 배선 감소, 제어실 규모 축소
유연성	장치를 추가하려면 새로운 케이블 배선이 필요하며, 이로 인해 서비스 중단 시간이 발생할 수 있음	새로운 장치는 네트워크에 연결되어 사용 가능한 데이터 스트림에 접근합니다
테스트 및 유지보수	회로를 분리하고 테스트하기 위해 물리적 개입이 필요함	소프트웨어를 통한 시스템 내 테스트로 중단 시간 단축

디지털 변전소는 어떤 구성 요소들로 이루어져 있나요?

디지털 변전소는 크게 두 가지 부분, 즉 스위치야드에서 일어나는 일과 제어실에서 일어나는 일로 나눌 수 있습니다. IEC 61850은 이 두 부분을 연결하는 가교 역할을 합니다.

변전소 현장: 신호의 원천에서 디지털화

기존 변전소에서는 스위치야드에 설치된 계측 변압기가 전류와 전압을 측정하고, 그 측정값을 아날로그 신호로 변환하여 구리 케이블을 통해 제어실의 릴레이로 전송합니다. 각 측정값마다 별도의 케이블이 필요합니다.

디지털 변전소에서는 머징 유닛(merging unit)이라 불리는 장치가 1차 설비 근처에 설치되어 아날로그 측정값을 바로 원천에서 디지털 데이터로 변환합니다. 이렇게 디지털화된 데이터는 ‘디지털 변전소 프로세스 버스’라고 불리는 광섬유 네트워크를 통해 전송됩니다. 개폐장에서 제어실로 수백 개의 구리 케이블을 연결하는 대신, 단 하나의 광섬유 연결로 모든 데이터를 전송합니다.

이는 기존 변전소 설계와 비교했을 때 가장 큰 변화입니다. 이는 다음과 같은 의미를 갖습니다:

구매, 설치 및 유지보수가 필요한 구리 케이블의 양이 줄어듭니다
케이블 매설 도랑과 종단 캐비닛 수가 줄어듦
유선으로 연결된 장치뿐만 아니라 네트워크상의 모든 장치가 데이터에 접근 가능
전기적 간섭과 접지 전위 상승 문제를 제거하는 광섬유 절연

제어실: 보호, 제어 및 시각화

제어실에는 변전소를 보호하고 제어하는 지능형 전자 장치(IED)와, 운영자가 운영을 모니터링하고 관리하는 데 사용하는 HMI 및 SCADA 시스템이 설치되어 있습니다.

IED는 마이크로프로세서 기반 컨트롤러로, 고장 감지, 회로 차단기에 대한 트립 명령 발행, 전압 및 전류 모니터링, 전력망 사건 발생 시 장애 데이터 기록 등 변전소의 핵심 기능을 수행합니다. 디지털 변전소에서 IED는 개별 구리 배선 대신 IEC 61850을 사용하여 이더넷을 통해 통신하며, 프로세스 버스에서 필요한 디지털화된 데이터를 수신합니다.

zenon이 작동하는 HMI 및 SCADA 계층은 운영자 인터페이스를 제공합니다. 여기에는 변전소의 실시간 상태를 보여주는 단선도, 문제를 감지하고 대응하기 위한 경보 관리, 사고 후 분석을 위한 이벤트 로깅, 그리고 지역 및 국가 제어 센터로 데이터를 전달하기 위한 게이트웨이 기능이 포함됩니다.

디지털 변전소에서 IED는 어떤 역할을 하나요?

지능형 전자 장치(IED)는 변전소 장비를 보호, 모니터링 및 관리하는 제어 장치입니다. 디지털 변전소에서는 IED가 개별 구리 신호선을 통하는 대신 IEC 61850 표준을 사용하여 이더넷을 통해 통신합니다.

IED가 수행하는 네 가지 주요 기능은 다음과 같습니다.

보호: 과전류나 단락과 같은 고장을 감지하고 회로 차단기에 트립 명령을 내리며, 최종적으로 인접한 보호 장치에 이를 알립니다.
제어: 차단기 및 분리기에 대한 개폐 명령을 실행하고, 자동 전환 순서를 관리합니다.
감시: SCADA 시스템을 위해 전압, 전류, 전력 및 주파수 측정값을 수집
고장 기록: 고장 후 조사를 위해 전력망 이상 발생 시 고해상도 파형 데이터를 저장

IED는 IEC 61850 표준을 준수하므로 공통 데이터 모델을 공유하며, 이를 통해 zenon은 별도의 드라이버 없이도 해당 표준을 준수하는 모든 IED의 데이터를 표시할 수 있습니다.

프로세스 버스란 무엇이며, 왜 중요한가요?

프로세스 버스는 디지털 변전소에서 변전소를 제어실로 연결하는 이더넷 네트워크입니다. 이 버스는 디지털화된 계측 데이터와 보호 신호를 전송하며, 기존에 1차 설비와 보호 및 제어 장치를 연결하던 구리 배선을 대체합니다.

프로세스 버스에는 두 가지 유형의 데이터가 전송됩니다:

측정값 스트림: 계측 변압기에서 나온 디지털화된 전류 및 전압 값으로, 네트워크상의 모든 장치가 이에 접근할 수 있도록 지속적으로 전송됩니다.
이산 보호 신호: 트립, 인터로킹, 차단기 고장 감지 등의 기능을 위해 보호 계전기 간에 전송되는 고속 메시지

프로세스 버스가 실제로 가져오는 변화

케이블과 인프라가 줄어듭니다. 변전소와 제어실 사이의 단일 광섬유 연결이 수백 개의 구리 케이블을 대체함으로써 자재 비용을 절감하고, 설치를 간소화하며, 변전소의 설치 면적을 축소합니다. 또한 광섬유는 전기적 간섭에 영향을 받지 않아 계측 정확도와 안전성을 향상시킵니다.
데이터는 지점 간(point-to-point) 방식이 아닌 공유 방식으로 전송됩니다. 기존 변전소에서는 전류 변압기 측정값이 단일 릴레이에 배선됩니다. 반면 프로세스 버스에서는 측정값이 한 번 디지털화되어 네트워크에 게시되므로, 해당 데이터가 필요한 모든 장치가 동일한 데이터 스트림을 구독합니다.
보호 방식은 소프트웨어를 통해 구성할 수 있게 됩니다. 이전에는 릴레이 간 전용 배선이 필요했던 보호 기능을 네트워크 메시징을 통해 구현할 수 있어, 변전소 운영 기간 동안의 수정 작업에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.
테스트에 필요한 가동 중단 시간이 줄어듭니다. 디지털 변전소에서는 소프트웨어 기반 테스트 모드를 사용하여 개별 장치를 격리하고 테스트할 수 있으므로, 정기 유지보수 및 시운전 시의 정전 시간을 단축할 수 있습니다.
중앙 집중식 보호가 가능해집니다. 모든 변전소 데이터가 공유 네트워크에서 이용 가능해지면, 보호 기능을 개별 베이(bay) 수준 릴레이에 분산시키는 대신 중앙 집중식 컨트롤러로 통합할 수 있습니다. 이는 중앙 집중식 보호 및 제어(CPC) 아키텍처의 기반이 되며, zenon은 HMI 및 SCADA 계층을 제공하고, 장치 유지보수 중에도 보호 신호를 모니터링하여 보호 방식의 연속성을 보장함으로써 이를 지원합니다.

디지털 변전소 구축

디지털 변전소를 구축할 때 어떤 점을 고려해야 할까요?

IEC 61850 이해하기

디지털 변전소를 구축하기 위한 첫 번째 단계는 IEC 61850이 변전소 자동화를 어떻게 구성하는지 이해하는 것입니다. 이 표준은 장치가 사용하는 통신 프로토콜, 모든 장치가 정보를 동일한 방식으로 표현하도록 보장하는 데이터 모델, 그리고 표준화된 구성 파일을 기반으로 한 엔지니어링 프로세스를 정의합니다. 이러한 공통 프레임워크 덕분에 다중 벤더 간 상호 운용성이 실현됩니다.

다중 벤더 상호운용성

IEC 61850은 데이터 모델과 통신 서비스를 모두 표준화하므로, 서로 다른 제조사의 장치들이 동일한 변전소 내에서 함께 작동할 수 있습니다. 전력 회사는 자산의 수명 기간 동안 단일 장비 공급업체에 얽매이지 않아도 됩니다. 기존 독점 시스템과의 호환성보다는 성능과 비용을 기준으로 새로운 장비를 조달할 수 있습니다.

사이버 보안

변전소 통신을 전용 구리 배선에서 공유 이더넷 네트워크로 전환함에 따라, 유선 시스템에서는 존재하지 않았던 사이버 보안 고려 사항이 대두됩니다. IEC 62351 표준은 암호화 및 인증을 포함하여 전력 시스템 통신을 위한 보안 조치를 정의합니다. 디지털 변전소 자동화 플랫폼은 이러한 기능을 기본 기능으로 구현해야 합니다. zenon은 모든 IEC 61850 서비스에 걸쳐 암호화 및 인증 기능을 포함하고 있으며, IEC 62443-4-1 인증을 받은 보안 개발 라이프사이클에 따라 개발되었습니다.

zenon은 어떤 지원을 제공하나요?

zenon은 디지털 변전소 구축을 어떻게 지원합니까?

기능	zenon 기능
HMI 및 SCADA	단선도 기반의 실시간 시각화, 경보 관리, 이벤트 로깅 및 역할 기반 운영자 제어 기능을 제공합니다. IEC 61850 표준을 준수하는 모든 IED와 연동됩니다.
GOOSE 통합	장치 간 보호 신호를 모니터링하여 보호 시스템 상태를 파악할 수 있습니다. 장치 유지보수 또는 고장 시 누락된 신호를 대체할 수 있습니다.
변전소 게이트웨이	표준 프로토콜을 사용하여 데이터를 지역 및 국가 제어 센터로 전달하며, 변전소 수준과 제어 센터 수준의 통신을 중개합니다.
고장 기록 관리	변전소 전역의 IED에서 고장 기록을 수집하며, 사고 후 분석을 위한 통합 뷰어를 제공합니다.
시운전 및 유지보수 지원	시운전 전 테스트를 위해 장치를 시뮬레이션하고, 시험 가동 중 통신 상태를 모니터링하며, 장비 고장 시 신속한 장치 교체를 지원합니다.

전력 회사가 이러한 기술로 전환하는 과정을 더 자세히 알아보시려면, 기존 변전소에서 디지털 변전소로 전환하는 방법에 대한 당사의 블로그 기사를 참조하십시오 .

자주 묻는 질문

디지털 변전소에 관한 자주 묻는 질문

디지털 변전소란, 기존의 구리 신호 배선 대신 IEC 61850 표준을 사용하는 이더넷 기반 통신 네트워크를 통해 주 설비, 보호 장치 및 제어 시스템 간의 데이터 교환이 이루어지는 변전소를 말합니다.
디지털 변전소는 물리적 설치 공간을 줄이고, 설치 및 유지보수 비용을 절감하며, 향후 업그레이드에 대한 유연성을 높이고, 소프트웨어를 통해 구성 가능한 보호 방식을 통해 보호 기능을 강화합니다. 또한 중앙 집중식 보호 및 제어를 가능하게 하여 유연성을 높이고, 투자 비용을 절감하며, 운영을 간소화할 수 있습니다.
하이브리드 디지털 변전소는 기존 아키텍처와 완전 디지털 아키텍처의 요소를 결합한 것으로, 주로 단계적 현대화 과정에서 도입됩니다. 예를 들어, 전력 회사는 새로운 베이에는 프로세스 버스를 도입하는 한편, 기존 베이에서는 유선 연결 방식을 유지하며, 이를 단일 자동화 플랫폼을 통해 관리할 수 있습니다.
IEC 61850는 디지털 변전소 통신을 규정한 국제 표준입니다. 이 표준은 서로 다른 제조사의 장치 간 상호 운용성을 가능하게 하는 데이터 모델, 통신 프로토콜 및 엔지니어링 프로세스를 정의합니다.

가장 큰 차이점은 신호가 전송되는 방식입니다. 기존 변전소는 장비 간 신호 전송을 위해 각 신호마다 전용 구리 케이블을 사용합니다. 반면 디지털 변전소는 신호를 발생원에서 디지털화한 후, IEC 61850 프로토콜을 사용하여 공통 이더넷 네트워크를 통해 공유합니다. 이를 통해 케이블 배선을 줄이고 인프라를 간소화하며, 여러 장치에서 동시에 데이터를 이용할 수 있게 됩니다.
프로세스 버스는 변전소를 제어실로 연결하는 이더넷 네트워크입니다. 이 버스는 디지털화된 전류 및 전압 측정값과 보호 신호를 전송하며, 기존에 1차 설비를 보호 및 제어 장치에 연결하던 구리 배선을 대체합니다.
네. 기존 변전소는 기존 설비와 병행하여 병합 장치, 프로세스 버스 세그먼트, IEC 61850 규격을 준수하는 IED를 도입함으로써 단계적으로 업그레이드할 수 있습니다. 통합 SCADA/HMI 플랫폼을 활용하면 전환 기간 동안 기존 베이와 디지털 베이 모두를 관리할 수 있으므로, 설비를 전면 교체할 필요가 없습니다.
네. zenon은 IEC 61850과 기본적으로 연동되어, 운영자 제어를 위한 HMI 및 SCADA 기능, 상위 제어 센터와의 통신을 위한 게이트웨이 기능, 그리고 GOOSE 기반 방식을 위한 보호 신호 모니터링 기능을 제공합니다.

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