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KR102771212B1 - 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR102771212B1 KR1020190081205A KR20190081205A KR102771212B1 KR 102771212 B1 KR102771212 B1 KR 102771212B1 KR 1020190081205 A KR1020190081205 A KR 1020190081205A KR 20190081205 A KR20190081205 A KR 20190081205A KR 102771212 B1 KR102771212 B1 KR 102771212B1
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Abstract

본 발명은 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 전력설비의 동작 감시 장치는, AC 전력계통으로부터 3상 전압의 위상을 아날로그 회로로 검출하는 아날로그 위상 검출부; AC 전력계통에 연계된 디지털 제어설비로부터 디지털 회로를 통해 검출된 위상을 입력받는 디지털 위상 입력부; 및 아날로그 위상 검출부로부터 검출된 아날로그 위상과 디지털 위상 입력부로부터 입력된 디지털 위상을 비교하여 위상의 일치여부를 기반으로 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MONITORING OPERATION OF POWER SYSTEM EQUIPMENTS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AC 전력계통에서 아날로그 회로로 검출한 아날로그 위상과 디지털 제어설비로부터 입력된 디지털 위상을 서로 비교하여 디지털 제어설비의 사이버 공격을 감시하는 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통은 전기 수요에 응하여 발전소, 변전소 및 부하를 송전선으로 연결하여 전력의 발생에서 소비까지 이루어지는 하나의 시스템이다.
전력계통은 전력의 발생과 소비의 동질성으로 수요와 공급이 평형을 이루어야 하기 때문에 전력수요의 감시가 지속적으로 이루어져야 한다.
초기의 소규모 계통에서는 감시가 용이하였으나 점차 산업의 고도화, 정보화로 전력수요가 증가되고 신재생에너지를 이용한 발전이 증가됨에 따라 전력설비도 대규모화, 복잡화되어 지금까지 수행하여 온 인위적인 방법으로 계통을 효과적으로 운용하기에는 한계점에 도달하였다. 따라서 컴퓨터로 정보를 수집, 처리, 분석 및 제어하는 기능과 통신기능을 응용하여 전력계통 운용업무의 효율적인 수행을 위한 설비 종합자동화가 급속히 추진되고 있다.
또한, AC 전력계통의 경우 발전기에서 정해진 상을 가진 즉, P1, P2, P3(절대 상)의 위상차(각 상별 Sin 120°의 차이)를 가진 전력을 상(P1, P2, P3) 별로 구분하여 송전하고 변전소에서는 발전소로부터 송전된 전력을 배전에 필요한 전압으로 감압하여 발전기에서 구분된 상 별로 배전한다.
따라서 전력계통에서 상 전원의 배전반 및 부하별로 발생되는 전압 전류의 순시 불평형 상태를 모니터함으로써, 불평형을 야기할 우려가 있는 부하를 조기에 파악하고 대처하고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제1223420호(2013.01.17. 공고, 3상 전원의 평형 상태 감시 시스템 및 그 방법)에 개시되어 있다.
이와 같이 전력계통이 대규모화 복잡화되면서 전력계통의 운용업무를 효율적으로 수행하기 위해 통신을 이용하여 정보를 수집, 처리, 분석 및 제어하고 있고, 발전기, SCADA, 송전선로, 보호 계전기 및 배전망이 통신에 의해 모니터링 되고, 제어되고 있는 상황이다.
따라서 AC 전력망에 포함된 디지털 제어설비에 대한 사이버 공격을 탐지하고 대처하기 위한 보안 및 대책이 필요한 실정이다.
사이버 공격으로는 시간지연 함수를 주입하거나, 같은 정보를 반복적으로 주입하거나, 잘못된 신호를 주입하여 시스템을 교란시키는 방식 등이 있을 수 있다.
이와 같은 사이버 공격을 원천적으로 제거할 수도 있으나, 사이버 공격이 인가된 경우 이를 감지하고 시스템이 안정적으로 유지되도록 할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 AC 전력계통에서 아날로그 회로로 검출한 아날로그 위상과 디지털 제어설비로부터 입력된 디지털 위상을 서로 비교하여 디지털 제어설비의 사이버 공격을 감시하는 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전력설비의 동작 감시 장치는, AC 전력계통으로부터 3상 전압의 위상을 아날로그 회로로 검출하는 아날로그 위상 검출부; AC 전력계통에 연계된 디지털 제어설비로부터 디지털 회로를 통해 검출된 위상을 입력받는 디지털 위상 입력부; 및 아날로그 위상 검출부로부터 검출된 아날로그 위상과 디지털 위상 입력부로부터 입력된 디지털 위상을 비교하여 위상의 일치여부를 기반으로 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 아날로그 위상 검출부는, 아날로그 PLL을 이용하여 위상을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 PLL은, DSOGI(Double Second Order Generalized Integrator) PLL을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 디지털 제어설비는, 디지털 PLL을 이용하여 위상을 검출하는 디지털 위상 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제어부에서 판단한 동작 상태에 따라 알람을 발생시키는 경고부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제어부에서 판단한 동작 상태에 따라 디지털 제어설비의 작동을 정지시키기 위한 트립신호를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전력설비의 동작 감시 방법은, 제어부가 아날로그 위상 검출부로부터 검출한 아날로그 위상을 입력받는 단계; 제어부가 디지털 위상 입력부를 통해 디지털 제어설비에서 검출한 디지털 위상을 입력받는 단계; 및 제어부가 아날로그 위상과 디지털 위상의 일치여부를 판단하여 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하여 위상차가 발생한 경우 알람을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하여 위상차가 발생한 경우 디지털 제어설비로 트립신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법은 AC 전력계통에서 PLL을 이용하여 아날로그 회로로 검출한 아날로그 위상과 디지털 제어설비로부터 입력된 디지털 위상을 서로 비교하여 위상차를 기반으로 디지털 제어설비의 사이버 공격을 감시함으로써, 알람을 발생시키고 디지털 제어설비를 정지시키기 위한 트립신호를 출력하여 사이버 공격에도 시스템이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전력설비의 동작 감시 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 장치는, 아날로그 위상 검출부(10), 디지털 위상 입력부(70) 및 제어부(20)를 비롯하여 경고부(30) 및 출력부(40)를 포함할 수 있다.
아날로그 위상 검출부(10)는 AC 전력계통으로부터 3상 전압을 입력받아 PLL 방식의 아날로그 PLL을 이용하여 아날로그 위상을 검출하여 제어부(20)에 제공할 수 있다.
여기서, PLL(Phase Lock Loop)은 어떠한 PLL을 사용하여도 무방하나, 고조파와 계통의 이상상태에서 강인한 특성을 갖는 DSOGI(Double Second Order Generalized Integrator) PLL을 기본으로 적용하는 것이 바람직하다.
디지털 위상 입력부(70)는 AC 전력계통에 연계된 디지털 제어설비(50)로부터 디지털 회로를 통해 검출된 디지털 위상을 입력받아 제어부(20)에 전달할 수 있다.
여기서 디지털 제어설비(50)는 AC 전력계통에 연계되어 AC 전력계통을 모니터링하고 제어할 수 있는 전력설비를 포함하며, 디지털 PLL을 이용하여 위상을 검출하는 디지털 위상 검출부(60)를 포함하는 것이 바람직하다.
제어부(20)는 아날로그 위상 검출부(10)로부터 검출된 아날로그 위상과 디지털 위상 입력부(70)로부터 입력된 디지털 위상을 비교하여 위상의 일치여부를 기반으로 디지털 제어설비(50)의 동작 상태를 판단할 수 있다.
정상상태에서는 아날로그 위상과 디지털 위상이 서로 동일한 값을 갖게 되지만, 디지털 제어설비(50)가 사이버 공격 등을 받아 위상이 변하게 되면, 아날로그 위상과 디지털 위상 간 위상차가 발생하게 되고, 그 위상차가 설정오차 이상 발생할 경우 사이버 공격으로 판단할 수 있다.
따라서 제어부(20)는 위상의 일치여부를 기반으로 디지털 제어설비(50)의 동작 상태를 판단하여 알람을 발생시키거나 트립신호를 출력할 수 있다.
경고부(30)는 제어부(20)에서 판단한 동작 상태에 따라 즉, 위상차가 설정오차 이상 발생하여 사이버 공격이 발생한 것으로 판단할 경우 알람을 발생시킬 수 있다.
출력부(40)는 제어부(20)에서 판단한 동작 상태에 따라 즉, 위상차가 설정오차 이상 발생하여 사이버 공격이 발생한 것으로 판단할 경우 디지털 제어설비(50)를 정지시키기 위한 트립신호를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전력설비의 동작 감시 장치에 따르면, AC 전력계통에서 PLL을 이용하여 아날로그 회로로 검출한 아날로그 위상과 디지털 제어설비로부터 입력된 디지털 위상을 서로 비교하여 위상차를 기반으로 디지털 제어설비의 사이버 공격을 감시함으로써, 알람을 발생시키고 디지털 제어설비를 정지시키기 위한 트립신호를 출력하여 사이버 공격에도 시스템이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비의 동작 감시 방법에서는 먼저, 제어부(20)가 아날로그 위상 검출부(10)로부터 검출한 아날로그 위상을 입력받는다(S10).
여기서, 아날로그 위상 검출부(10)는 AC 전력계통으로부터 3상 전압을 입력받아 PLL 방식의 아날로그 PLL을 이용하여 아날로그 위상을 검출하여 제어부(20)에 제공할 수 있다.
S10 단계에서 아날로그 위상을 입력받고, 제어부(20)는 디지털 위상 입력부(70)를 통해 디지털 제어설비(50)에서 검출한 디지털 위상을 입력받는다(S20).
여기서, 디지털 제어설비(50)는 AC 전력계통에 연계되어 AC 전력계통을 모니터링하고 제어할 수 있는 전력설비로써, 전력설비의 동작을 감시하기 위해 본 실시예에서는 디지털 제어설비(50)에 포함된, 디지털 PLL을 이용하여 위상을 검출하는 디지털 위상 검출부(60)로부터 디지털 위상을 입력받는다.
S20 단계에서 디지털 위상을 입력받은 후 제어부(20)는 아날로그 위상과 디지털 위상의 일치여부를 판단한다(S30).
정상상태에서는 아날로그 위상과 디지털 위상이 서로 동일한 값을 갖게 되지만, 디지털 제어설비(50)가 사이버 공격 등을 받아 위상이 변하게 되면, 아날로그 위상과 디지털 위상 간 위상차가 발생하게 되고, 그 위상차가 설정오차 이상 발생할 경우 사이버 공격으로 판단할 수 있다.
S30 단계에서 아날로그 위상과 디지털 위상의 일치여부를 판단하여 일치하는 경우, 즉 위상차가 설정오차 미만인 경우에는 정상상태로 S10 단계로 리턴하여 위의 과정을 반복할 수 있다.
반면, S30 단계에서 아날로그 위상과 디지털 위상의 일치여부를 판단하여 일치하지 않는 경우 즉, 위상차가 설정오차 이상 발생한 경우, 제어부(20)는 디지털 제어설비(50)에 사이버 공격이 발생한 것으로 판단하고 경고부(30)를 통해 알람을 발생시키고, 출력부(40)를 통해 디지털 제어설비(50)를 정지시키기 위한 트립신호를 출력한다(S40).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전력설비의 동작 감시 방법에 따르면, AC 전력계통에서 PLL을 이용하여 아날로그 회로로 검출한 아날로그 위상과 디지털 제어설비로부터 입력된 디지털 위상을 서로 비교하여 위상차를 기반으로 디지털 제어설비의 사이버 공격을 감시함으로써, 알람을 발생시키고 디지털 제어설비를 정지시키기 위한 트립신호를 출력하여 사이버 공격에도 시스템이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 아날로그 위상 검출부 20 : 제어부
30 : 경고부 40 : 출력부
50 : 디지털 제어설비 60 : 디지털 위상 검출부
70 : 디지털 위상 입력부

Claims (9)

  1. AC 전력계통으로부터 3상 전압의 위상을 아날로그 회로로 검출하는 아날로그 위상 검출부;
    상기 AC 전력계통에 연계된 디지털 제어설비로부터 디지털 회로를 통해 검출된 위상을 입력받는 디지털 위상 입력부; 및
    상기 아날로그 위상 검출부로부터 검출된 아날로그 위상과 상기 디지털 위상 입력부로부터 입력된 디지털 위상을 비교하여 위상의 일치여부를 기반으로 상기 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부에서 상기 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하여 상기 아날로그 위상과 상기 디지털 위상간 위상차가 설정오차 이상 발생하여 사이버 공격이 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 디지털 제어설비의 작동을 정지시키기 위한 트립신호를 출력하는 출력부;를 더 포함하고,
    상기 아날로그 위상 검출부는, 아날로그 PLL을 이용하여 위상을 검출하고,
    상기 아날로그 PLL은, DSOGI(Double Second Order Generalized Integrator) PLL을 포함하며,
    상기 디지털 제어설비는, 디지털 PLL을 이용하여 위상을 검출하는 디지털 위상 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비의 동작 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부에서 판단한 동작 상태에 따라 알람을 발생시키는 경고부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비의 동작 감시 장치.
  6. 삭제
  7. 제어부가 아날로그 위상 검출부로부터 검출한 아날로그 위상을 입력받는 단계;
    상기 제어부가 디지털 위상 입력부를 통해 디지털 제어설비에서 검출한 디지털 위상을 입력받는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 아날로그 위상과 상기 디지털 위상의 일치여부를 판단하여 상기 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하는 단계;를 포함하되,
    상기 제어부가 상기 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하여 상기 아날로그 위상과 상기 디지털 위상간 위상차가 설정오차 이상 발생한 경우, 상기 디지털 제어설비를 정지시키기 위한 트립신호를 출력하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 디지털 제어설비의 동작 상태를 판단하여 위상차가 발생한 경우 알람을 발생시키는 단계;를 더 포함하며,
    상기 아날로그 위상을 입력받는 단계는, DSOGI(Double Second Order Generalized Integrator) PLL을 포함하는 아날로그 PLL을 이용하여 검출한 아날로그 위상을 입력받고,
    상기 디지털 위상을 입력받는 단계는, 디지털 PLL을 이용하여 검출한 위상을 입력받는 것을 특징으로 하는 전력설비의 동작 감시 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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