전력·에너지 공학 · 변전소 자동화(IEC 61850)
컴파일된 변전소
대표적인 110/20 kV 변전소를 위해 저희가 작성한 IEC 61850-6 파일이 그대로 토폴로지, 인터록, 조류, 3D 구내가 됩니다.
개요
자체적으로 설정한 대표 변전소의 SCL 파일을 직접 작성했습니다. 이 변전소는 선로 두 회선, 모선 연락 차단기, 40 MVA 변압기 두 대를 갖춘 110 kV 이중 모선과 20 kV 메탈클래드 배전반으로 구성되며, 파일은 공식 IEC 61850-6 스키마 검증을 통과합니다. 저희 파서는 이 파일을 node-breaker 그래프로 읽어 들입니다. 컴파일러는 이 그래프로부터 모든 개폐기의 인터록을 도출합니다. 인터록은 개폐기 위치만을 변수로 하는 불(Boolean) 방정식이며, 전류는 결코 쓰지 않습니다. 단로기는 한쪽이 무전압이거나 닫힌 병렬 경로가 있을 때만 조작할 수 있습니다. 접지 개폐기는 열린 단로기로 분리된 구간에서만 투입할 수 있습니다. 어떤 베이가 두 모선에 동시에 연결되어 있는 동안에는 모선 연락 차단기를 개방할 수 없습니다. 중간 위치이거나 품질이 불량한 위치 신호는 개방도 투입도 아닌 것으로 간주하므로, 조작을 막는 쪽으로만 작용합니다. 이는 저희가 작성한 일반적인 규칙이며, 특정 전력회사의 방식이 아닙니다. 컴파일러는 이 방정식을 각 베이 제어기의 GOOSE 구독 정보와 함께 파일에 다시 기록합니다. 각 제어기는 자신의 방정식이 읽는 위치 신호만 정확히 구독합니다.
저희 SCL 파일에는 임피던스가 없으므로 별도 파일로 이를 제공합니다. 선로, 변압기, 케이블에는 pandapower 표준 타입을 사용했습니다. 길이와 부하는 저희가 정했으며, 두 선로 너머의 110 kV 계통은 단순한 등가 계통입니다. 차단기와 단로기 36개의 모든 조합은 각 선로가 급전되거나 접지된 경우를 포함해 서로 다른 전기적 토폴로지 2,965개 중 하나에 대응하며, 각 토폴로지는 미리 AC 조류 계산으로 풀어 두었습니다. 그래서 변전소가 즉시 응답합니다. 이어서 기호적 검사기(symbolic checker)가 도달 가능한 모든 개폐 상태, 즉 1.17 × 10¹³개 전부를 검사해 다음 네 가지를 확인했습니다.
- 허용된 단로기 조작은 충전부를 연결하거나 분리하지 않습니다. 모선 전환 중 전류를 전환(commutation)하거나, 무전압 구간에서 움직일 뿐입니다.
- 접지된 구간은 변전소의 나머지 부분과 분리된 상태를 유지합니다.
- 두 모선이 단로기만으로 연결되는 일은 없습니다.
- 모든 상태는 초기 상태로 되돌아갈 수 있습니다.
선로의 상대단은 파일 범위 밖에 있으므로, 선로는 운영 절차에 따라 상대단이 개방된 뒤에만 접지됩니다. 이때 저희 모델은 해당 선로를 무전압으로 취급합니다.
구내는 파일 자체의 구조로부터 파일에 기술된 순서대로 생성됩니다. 빛은 오직 전류뿐이며, 그 폭은 전류 크기(A)에 비례합니다. 영상에서는 선로 2의 모선 단로기를 개방하려는 시도가 거부되고, 도출된 조건이 화면에 표시됩니다. 이어서 선로는 인터록이 허용하는 순서, 즉 연락 차단기, Q2, Q1 순으로 부하가 걸린 채 모선 2로 옮겨집니다. 선로 차단기는 한 번도 움직이지 않습니다. 저희 모델에서는 모든 단자가 처음부터 끝까지 같은 전기적 노드에 머물기 때문에, 계산된 선로 전류는 모든 단계에서 똑같이 233 A입니다.
구현 내용
- 자체적으로 설정한 대표 110/20 kV 변전소의 IEC 61850-6 SSD 및 SCD(SCL 2007B4). 개폐 장치 56개와 베이 제어기 14개를 포함합니다.
- SCL 파서, 그리고 토폴로지로부터 위치 신호만 쓰는 인터록(개폐기당 CILO 하나)을 도출하는 컴파일러. 방정식과 그에 필요한 GOOSE 구독 정보를 SCD에 기록합니다.
- 도달 가능한 모든 개폐 상태에 대한 인터록 전수 검사. 340만 회의 무작위 교차 검증과 저희가 작성한 개폐 시퀀스 일곱 개로 이를 뒷받침했으며, 모두 예상대로 동작합니다.
- 개폐기가 만들 수 있는 전기적 토폴로지마다 하나씩 미리 계산해 둔 AC 조류 계산 격자, 그리고 임의의 개폐 상태를 전류로 바꿔 주는 브라우저용 토폴로지 프로세서.
- 파일로부터 생성되고 계산된 전류만으로 빛나는 3D 야간 구내, 그리고 어떤 개폐기든 조작할 수 있는 인터랙티브 뷰.
기술 스택
IEC 61850-6 SCL(2007B4 스키마), Python, lxml과 xmlschema, pandapower(AC Newton–Raphson), 이진 결정 다이어그램(dd), 맞춤형 라인 라이트 셰이더를 적용한 three.js, 결정적(deterministic) 캡처를 위한 Playwright.
주요 수치
| 수치 | 측정 방법 |
|---|---|
| SCL 요소 3,076개 | 저희 SCD에 포함된 요소 수입니다. SSD와 SCD 모두 서로 독립된 검증기 두 개에서 공식 IEC 61850-6 2007B4 스키마에 대해 오류 0건으로 검증을 통과합니다. |
| 인터록 방정식 112개 | 개폐기 56개의 EnaOpn과 EnaCls로, 토폴로지로부터 도출했습니다. 이 중 85개는 자명하지 않은 식이며, 나머지 27개는 항상 참인 차단기 허가 조건입니다. 각 CILO는 위치 신호를 품질 정보와 함께 읽습니다. 입력은 478개이며, 그중 256개는 다른 베이에서 GOOSE로 받습니다. |
| 도달 가능한 개폐 상태 1.17 × 10¹³개 | 이진 결정 다이어그램으로 위의 네 가지 속성에 대해 전수 검사했습니다. 일부러 오류를 넣은 규칙 집합은 같은 검사에서 실패합니다. |
| 교차 검증 3,392,988회 | 최종 파일에 기록된 방정식을 규칙의 독립적인 평가와 대조한 결과이며, 불일치는 0건입니다. |
| 전기적 토폴로지 2,965개 | 접지된 선로를 포함해 차단기와 단로기의 모든 조합을 포괄합니다. pandapower에서 조류 계산 2,965건이 모두 수렴했으며, 총 33.9 s가 걸렸습니다. |
| 233 A | 부하 상태 모선 전환의 모든 단계에서 선로 2에 흐르는 전류입니다. 이 값은 저희가 가정한 등가 계통, 선로 길이, 부하를 적용하고 변압기 탭을 중립에 고정한 조류 계산에서 나왔습니다. |
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