KR101376659B1

KR101376659B1 - 디지털 보호 계전기 및 이의 시리얼 통신 방법

Info

Publication number: KR101376659B1
Application number: KR1020130008810A
Authority: KR
Inventors: 최창영
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-03-20

Abstract

통신선 이상 시 발생할 수 있는 연속적인 노이즈 신호들을 처리할 수 있는 시리얼 통신 장치, 시리얼 통신 방법 및 디지털 보호 계전기가 개시된다. 본 발명의 실시 예들은, 연속적으로 수신한 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하고, 비교 결과 수신 데이터의 크기가 기준 크기를 초과하면 통신 모듈을 초기화함으로써 통신선 이상 시에 발생하는 연속적인 노이즈 신호를 안정적으로 처리하고, 이에 따라 오버플로우 발생에 의한 장치 오동작을 방지한다.

Description

디지털 보호 계전기 및 이의 시리얼 통신 방법{DIGITAL PROTECTIVE RELAY AND COMMUNICATING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 시리얼 통신을 수행하는 장치, 특히 디지털 보호 계전기에서 발생하는 통신 이상을 처리하는 방법에 관한 것이다.

전력계통은 발전기에서 생성된 전력을 수용가에 공급하기 위하여 다양한 송수전 설비를 갖추고 있고, 송수전 설비 중 전력량을 계측하고 표시하는 기기에는 일반적으로 전력량계와 디지털 보호 계전기가 있다.

도 1은 전력계통에서 수전설비의 단선 접속을 간략하게 보인 도이다. 도 1을 참조하면, 전력 공급원(10)에서 전력이 공급되는 전력선(11)에 변압 변류기(Metering Out Fit; MOF)(20)가 접속되고, 변압 변류기(20)에 전력량계(30)가 연결되어 변압 변류기(20)에서 변환된 전압과 전류는 전력량계(30)로 입력된다. 또한, 전력선(11)에 계기용 변압기(Potential Transformer; PT)(40)와 계기용 변류기(Current Transformer; CT)(50)가 접속되고, 상기 계기용 변압기(40)와 계기용 변류기(50)에 디지털 보호 계전기(60)가 연결되어 계기용 변압기(40)에서 변환된 전압과 계기용 변류기(50)에서 변환된 전류는 디지털 보호 계전기(60)로 입력된다.

디지털 보호 계전기(60)는 계기용 변압기(40)와 계기용 변류기(50)로부터 입력받은 전압과 전류로 전력량을 산출한다. 디지털 보호 계전기(60)는 송배전 선로에서 발생하는 과전류, 단락사고, 지락사고 등의 각종 사고로부터 계통(부하)을 보호하는 기기로, 각종 사고 발생시에 차단기에 차단신호를 보내 계통과 사고 발생 선로를 분리한다. 또한, 디지털 보호 계전기(60)는 전력계통 및 전력 설비 보호 기능뿐만 아니라, 전압과 전류를 계측하여 이를 통해 역률, 전력 및 전력량을 표시하는 계측기의 기능을 가진다.

이러한 디지털 보호 계전기는 감시반(원방 감시 장치)과 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하고 시리얼 통신을 수행한다. 이러한 시리얼 통신 장치에는 통신 안정성을 확보하고 장치의 오동작을 방지하는 기술들이 필요한데, 그중 하나로 오 프레임 제거 기술이 있다. 시리얼 통신선, 즉 RS-485 라인의 두 선 중 한 선에 절단이나 이탈, 혹은 선간 쇼트와 같은 이상이 일어날 경우, 노이즈 신호나 이상 신호가 발생하고, 장치들은 이 신호들을 통신 신호로 인식하여 수신 버퍼(RX Buffer)에 저장한다. 이때, 수신 버퍼에 계속해서 들어오는 노이즈 데이터들은 다른 레지스터 영역까지 침범하게 되고, 장치의 이상을 일으키거나 통신 불능 상태를 만들기도 한다.

도 2는 원방 감시 전용 프로토콜의 하나인 모드버스(MODBUS) 프로토콜의 처리 순서도이다. 도 2를 참조하면, 시리얼 통신 장치는, 통신 프레임 수신 완료 후에 CRC 체크를 통해 유효성을 판단한다. 또, 시리얼 통신 장치는, 각 단계별로 데이터의 유효성을 판별하고, 수신 프레임에 이상이 없을 경우에 응답 데이터를 작성한 후 송신한다. 각 단계별로 유효성을 판단한 결과, 이상이 있을 경우에는 예외 응답을 송신하게 된다.

도 2는 최초에 온전한 통신 프레임을 시리얼 통신 장치가 외부 서버(감시반)로부터 수신가능하다는 가정 하에 처리 프로세스를 나타내고 있다. 이때 통신선의 결선에 문제가 생겨 무한정한 노이즈 신호가 발생할 경우, 다음 진행이 불가할 뿐만 아니라 계속되는 노이즈 데이터들을 시리얼 통신 장치가 받아들여 버퍼에 쌓게 된다. 이때, 노이즈 데이터들이 모드버스의 수신 버퍼를 넘어 다른 레지스터 영역을 침범하여 장치의 오작동이나 동작 불능 상태를 유발할 수 있고, 해당 신호의 수신이 끝날 때까지 대기하여 통신 기능이 마비될 가능성이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 CPU에서 제공하는 기능을 사용하여 수신 버퍼의 크기를 제안하여 버퍼가 다 찼을 때 다시 처음의 버퍼에서부터 데이터들을 저장하도록 하는 기능을 사용한다. 그러나, 이 경우에도 통신 기능이 마비될 수 있고, 매우 빠른 속도로 노이즈 데이터가 CPU에 입력될 경우에는 오버플로우(overflow)가 발생하여 장치가 오동작할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 통신선 이상 시 발생할 수 있는 연속적인 노이즈 신호들을 처리하는 시리얼 통신 방법, 이를 구비한 시리얼 통신 장치, 및 디지털 보호 계전기를 제공하는 데에 일 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 시리얼 통신 장치는, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되고 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신하는 통신 모듈을 포함하는 시리얼 통신 장치에 있어서, 연속적으로 수신한 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하고, 비교 결과 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 시리얼 통신 장치는, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 수행한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시리얼 통신 방법은, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되어 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 수신하는 단계와, 정지 비트를 수신하면 상기 데이터의 수신을 완료하는 단계와, 상기 데이터의 수신이 완료되면, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하는 단계와, 상기 비교하는 단계의 비교 결과, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 시리얼 통신 방법은, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기는, 전력 계통을 감시하는 디지털 보호 계전기에 있어서, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되고 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신하는 통신 모듈과, 상기 통신 모듈이 정지 비트를 수신하면, 상기 데이터의 수신을 완료하고, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하여 비교 결과를 근거로 통신 프로세스를 수행하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하고, 상기 통신 프로세스를 다시 시작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들에 따라, 간단한 알고리즘을 이용하여 통신선 이상 시에 발생하는 연속적인 노이즈 신호를 안정적으로 처리할 수 있고, 이에 따라 오버플로우 발생에 의한 장치 오동작을 방지할 수 있다.

도 1은 전력계통에서 수전설비의 단선 접속을 간략하게 보인 도;
도 2는 일반적인 모드버스 처리 흐름도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시리얼 통신 방법을 개략적으로 보인 흐름도;
도 4는 도 3을 상세히 보인 흐름도;
도 5는 디지털 보호 계전기의 일 예의 외관을 보인 도; 및
도 6은 디지털 보호 계전기의 구성을 개략적으로 보인 블록도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 시리얼 통신 장치, 시리얼 통신 방법, 및 디지털 보호 계전기를 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시리얼 통신 장치는, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되고 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신하는 통신 모듈(110)을 포함하는 시리얼 통신 장치에 있어서, 연속적으로 수신한 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하고, 비교 결과 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈(110)을 초기화하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 시리얼 통신 장치는, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 수행한다.

상기 원방 감시 전용 프로토콜은, 적어도 모드버스 프로토콜(MODBUS Protocol)을 포함하는 원방 SCADA 프로토콜이다. 또, 원방 감시 전용 프로토콜은 DNP(Distributed Network Protocol) 등일 수 있다. 원방 감지 전용 프로토콜은 전력계통의 정보 취득을 위해 사용되는 산업용 표준 프로토콜이다. 이때, 상기 시리얼 통신 장치는 통신 모듈과 감시 장치(감시반)와 연결하는 역할을 수행하는 포트를 포함할 수 있다.

상기 수신 데이터의 크기는, 정지 비트(STOP Bit)가 도착하여 데이터의 수신 완료를 알리기 전까지 연속적으로 수신한 데이터의 크기를 의미한다. 또, 기준 크기는 미리 설정될 수 있는데, 예를 들어 10 바이트로 정해질 수 있다. 정상적인 모드버스(MODBUS) 프로토콜의 request의 경우에 CRC와 패러티 비트를 추가하더라도 10 바이트를 넘지 아니하므로, 10 바이트로 설정될 수 있다. 상기 시리얼 통신 장치는, 이를 근거로 기준 크기 이상, 즉 10 바이트 이상의 크기를 가지는 request 프레임이 수신되면 바로 통신 모듈을 초기화한다.

도 3 및 도 4는 연속된 노이즈 프레임을 처리하는 로직을 포함하는 시리얼 통신 방법을 도시한 것이다. 통신선 이상에 의해 발생하는 노이즈를 처리하기 위해 기준 크기 이상의 수신 데이터가 들어올 경우에 통신 모듈을 초기화하여 수신 버퍼(Rx Buffer)의 오버플로우(overflow)를 방지할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시리얼 통신 방법은, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되어 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 수신하는 단계(S100)와, 정지 비트를 수신하면 상기 데이터의 수신을 완료하는 단계(S110)와, 상기 데이터의 수신이 완료되면, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하는 단계(S200)와, 상기 비교하는 단계의 비교 결과, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하는 단계(S300)를 포함하여 구성된다.

상기 시리얼 통신 방법은, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 수행하는 단계(S400)를 더 포함하여 구성된다.

상기 원방 감시 전용 프로토콜은, 적어도 모드버스 프로토콜(MODBUS Protocol)을 포함하는 원방 SCADA 프로토콜이다. 또, 원방 감시 전용 프로토콜은 DNP(Distributed Network Protocol) 등일 수 있다. 상기 수신 데이터의 크기는, 정지 비트(STOP Bit)가 도착하여 데이터의 수신 완료를 알리기 전까지 연속적으로 수신한 데이터의 크기를 의미한다. 또, 기준 크기는 미리 설정될 수 있는데, 예를 들어 10 바이트로 정해질 수 있다. 정상적인 모드버스(MODBUS) 프로토콜의 request의 경우에 CRC와 패러티 비트를 추가하더라도 10 바이트를 넘지 아니하므로, 10 바이트로 설정될 수 있다. 상기 시리얼 통신 장치는, 이를 근거로 기준 크기 이상, 즉 10 바이트 이상의 크기를 가지는 request 프레임이 수신되면 바로 통신 모듈을 초기화한다.

도 4는 도 3의 구체적인 실시 예를 보인 흐름도이다. 시리얼 통신 장치는, 먼저 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되어 원방 감시 전용 프로토콜, 즉, 모드버스 프로토콜을 사용하여 데이터, 즉 MODBUS Request Frame을 수신한다(S100). 그런 다음, 정지 비트가 도착하여 데이터의 수신이 완료되면, MODBUS Request Frame의 크기를 일정 기준 크기와 비교한다(S200). 비교 결과, MODBUS Request Frame의 크기가 기준 크기, 예를 들어 10 바이트를 초과하면, 통신 모듈을 초기화한다(S300).

한편, MODBUS Request Frame의 크기가 기준 크기 이하이면, 시리얼 통신 장치는, 수행중인 통신 프로세스를 그대로 수행한다(S400). 도 4에 도시한 바와 같이, 시리얼 통신 장치는 CRC 유효성을 체크하고(S410), 기능 코드(Function Code)가 지원되는지(Supported) 여부를 판단한다(S420). 판단 결과 지원되지 아니하면 에러 코드(Exception Code)를 발생한다(S471). 그런 다음, 시리얼 통신 장치는 레지스터 크기가 유효한지(S430), 레지스터 영역이 유효한지(S440)를 판단한다. 각각 판단 결과 유효하지 아니하면, 에러 코드를 발생할 수 있다(S472, S473). 레지스터 크기가 유효하고 레지스터 영역이 유효하면 시리얼 통신 장치는 Request를 처리하고(S450), MODBUS Response를 감시 장치(감시반)에 전송한다(S460). 반면, 기능 코드가 지원되지 아니하거나, 레지스터 크기가 유효하지 아니하거나, 또는 레지스터 영역이 유효하지 아니하여 에러 코드가 발생한 경우, 시리얼 통신 장치는 MODBUS Exception Response를 감시 장치에 전송하게 된다(S480).

도 5 및 도 6은 시리얼 통신 장치의 일 예로 디지털 보호 계전기를 설명한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기는, 전력 계통을 감시하는 디지털 보호 계전기에 있어서, 시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되고 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신하는 통신 모듈(110)과, 상기 통신 모듈(110)이 정지 비트를 수신하면, 상기 데이터의 수신을 완료하고, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하여 비교 결과를 근거로 통신 프로세스를 수행하는 제어 모듈(120)을 포함하여 구성된다.

상기 제어 모듈(120)은, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈(110)을 초기화하고, 상기 통신 프로세스를 다시 시작하는 것을 특징으로 한다.

상기 디지털 보호 계전기는, 상기 기준 크기와, 상기 통신 프로세스를 저장하는 저장 모듈(130)을 더 포함할 수 있다. 저장 모듈(130)은 각종 버퍼, 예를 들어 상기한 수신 버퍼(Rx Buffer)를 포함한다. 저장 모듈(130)은 읽기/쓰기가 가능한 모든 형태의 메모리를 사용할 수 있다. 저장 모듈(130)은 계전기의 보호 프로그램, 구동 프로그램을 저장한다.

상기 수신 데이터의 크기는, 정지 비트(STOP Bit)가 도착하여 데이터의 수신 완료를 알리기 전까지 연속적으로 수신한 데이터의 크기를 의미한다. 또, 기준 크기는 미리 설정될 수 있는데, 예를 들어 10 바이트로 정해질 수 있다. 정상적인 모드버스(MODBUS) 프로토콜의 request의 경우에 CRC와 패러티 비트를 추가하더라도 10 바이트를 넘지 아니하므로, 10 바이트로 설정될 수 있다. 제어 모듈(120)은, 이를 근거로 기준 크기 이상, 즉 10 바이트 이상의 크기를 가지는 request 프레임이 수신되면 바로 통신 모듈을 초기화한다.

통신 모듈(110)은 감시 장치(감시반)와 통신 포트를 통해 연결될 수 있고, 감시 장치에 감시 데이터를 전송하고, 감시 장치로부터 제어 데이터를 수신한다.

디지털 보호 계전기는 상태나 데이터를 화면에 표시하는 디스플레이 모듈(140)을 더 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(140)은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마표시패널(Plasma Display Panel), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

디지털 보호 계전기는 입력 모듈(150)을 더 포함할 수 있는데, 입력 모듈은 복수의 문자 키와 숫자 키, 방향 키 등을 구비하고, 사용자들이 키들을 이용하여 정보를 입력하거나 설정을 변경, 이동 등의 조작을 할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 시리얼 통신 장치, 시리얼 통신 방법, 및 디지털 보호 계전기는, 연속적으로 수신한 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하고, 비교 결과 수신 데이터의 크기가 기준 크기를 초과하면 통신 모듈을 초기화함으로써 통신선 이상 시에 발생하는 연속적인 노이즈 신호를 안정적으로 처리하고, 이에 따라 오버플로우 발생에 의한 장치 오동작을 방지한다.

100: 시리얼 통신 장치, 디지털 보호 계전기
110: 통신 모듈 120: 제어 모듈

Claims

전력 계통을 감시하는 디지털 보호 계전기에 있어서,
시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되고 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신하는 통신 모듈;
상기 통신 모듈이 정지 비트를 수신하면, 상기 데이터의 수신을 완료하고, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하여 비교 결과를 근거로 통신 프로세스를 수행하는 제어 모듈;을 포함하되,
상기 제어 모듈은,
상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하고, 상기 통신 프로세스를 다시 시작하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 계속해서 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 기준 크기와, 상기 통신 프로세스를 저장하는 저장 모듈;을 더 포함하는 디지털 보호 계전기.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 데이터의 크기는, 정지 비트가 도착하여 데이터의 수신 완료를 알리기 전까지 연속적으로 수신한 데이터의 크기인 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
제4 항에 있어서,
상기 원방 감시 전용 프로토콜은, 적어도 모드버스 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
시리얼 통신선을 통해 외부의 감시 장치와 연결되어 원방 감시 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 수신하는 단계;
정지 비트를 수신하면 상기 데이터의 수신을 완료하는 단계;
상기 데이터의 수신이 완료되면, 수신 데이터의 크기와 일정 기준 크기를 비교하는 단계; 및
상기 비교하는 단계의 비교 결과, 상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기를 초과하면 상기 통신 모듈을 초기화하는 단계;를 포함하는 디지털 보호 계전기의 시리얼 통신 방법.
제6 항에 있어서,
상기 수신 데이터의 크기가 상기 기준 크기 이하이면, 수행중인 통신 프로세스를 수행하는 단계;를 더 포함하는 시리얼 통신 방법.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 기준 크기는, 10 바이트인 것을 특징으로 하는 시리얼 통신 방법.
제8 항에 있어서,
상기 원방 감시 전용 프로토콜은, 적어도 모드버스 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 시리얼 통신 방법.