SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) System

컴퓨터 제어는 전력 시스템 네트워크의 신뢰성, 최적 작동, 지능형 제어 및 보호를 개선하기 위한 가장 비용 효율적인 솔루션 중 하나입니다. 고급 데이터 수집 기능을 갖춘SCADA 시스템은 전력 시스템 운영에서 중요한 역할을 합니다.

일반적으로 배전 측면에서 SCADA는 전체 배전 네트워크를 자동화하고 스마트 그리드 시스템에서와 같이 배전 구성 요소를 원격 모니터링, 조정, 제어 및 운영함으로써 단순히 데이터를 수집하는 것 이상의 작업을 수행합니다.

 

 

SCADA란?

Supervisory Control and Data Acquisition(SCADA)은 광범위한 지리적 영역을 포괄하는 데이터 수집, 모니터링 및 제어 시스템에 사용할 수 있는 솔루션 중 하나입니다. 데이터 수집과 원격 측정의 조합을 나타냅니다.

 

 

SCADA 시스템은 주로 발전소, 석유 및 가스 정제, 물 및 폐기물 제어, 통신 등과 같은 여러 산업 분야에서 장비 또는 플랜트의 모니터링 및 제어 시스템을 구현하는 데 사용됩니다.

 

 

이 시스템에서는 원격 터미널 장치 수에 따라 공장의 현장 또는 공정 수준에서 측정이 이루어진 다음 데이터가 SCADA 중앙 호스트 컴퓨터로 전송되어 보다 완전한 공정 또는 제조 정보를 원격으로 제공할 수 있습니다.

이 시스템은 수신된 데이터를 여러 개의 작업자 화면에 표시하고 필요한 제어 조치를 공정 공장의 원격 터미널 장치에 다시 전달합니다.

 

일반적인 SCADA 시스템의 구성 요소

SCADA 시스템의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

 

원격 단말 장치(RTU)

RTU는 제어 환경과 관련된 다양한 센서, 미터 및 액추에이터와 직접 연결되는 SCADA 시스템의 주요 구성 요소입니다.

 

이 RTU는 원격 스테이션 정보를 모뎀이 데이터를 전송할 수 있도록 디지털 형식으로 적절하게 변환하고 액추에이터 및 스위치 박스를 통해 공정 장비를 제어하기 위해 마스터 장치에서 수신 된 신호를 변환하는 실시간 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러 (PLC)에 지나지 않습니다.

 

마스터 터미널 유닛(MTU)

중앙 호스트 서버 또는 서버를 마스터 터미널 장치라고 하며 때로는 SCADA 센터라고도 합니다. 예약된 스캔 중에 읽기 및 쓰기 작업을 수행하여 여러 RTU와 통신합니다. 또한 제어, 경보, 다른 노드와의 네트워킹 등을 수행합니다.

 

통신 시스템

통신 네트워크는 중앙 호스트 컴퓨터 서버와 필드 데이터 인터페이스 장치 및 제어 장치 간에 데이터를 전송합니다. 전송 매체는 케이블, 라디오, 전화, 위성 등 또는 이들의 조합일 수 있습니다.

 

운영자 워크스테이션

이들은 표준 HMI(Human Machine Interface) 소프트웨어로 구성된 컴퓨터 터미널이며 중앙 호스트 컴퓨터와 네트워크로 연결되어 있습니다. 이러한 워크스테이션은 원격 필드 매개변수를 모니터링하고 제어하기 위해 정보를 요청하고 호스트 클라이언트 컴퓨터로 보내는 운영자 터미널입니다.

 

배전 시스템의 자동화

최신 SCADA 시스템은 자동화된 장비로 배전 시스템에서 배전 작업 및 수동 프로세스를 수행하기 위해 수작업을 대체합니다. SCADA는 운영에 대한 실시간 보기, 데이터 추세 파악 및 로깅, 원하는 전압, 전류 및 역률 유지, 경보 생성 등과 같은 기능을 제공하여 배전 시스템의 효율성을 극대화합니다.

 

 

SCADA는 지능형 전자 장치(RTU)를 사용하여 배전 시스템의 다양한 장비를 자동으로 모니터링, 보호 및 제어합니다. 고장 상태 동안 전원 서비스를 복원하고 원하는 작동 조건을 유지합니다.

SCADA는 정전 기간을 줄여 공급의 신뢰성을 향상시키고 배전 시스템의 비용 효율적인 운영을 제공합니다. 따라서 배전 SCADA는 전체 배전 시스템을 감독합니다. SCADA의 주요 기능은 다음과 같은 유형으로 분류할 수 있습니다.

• 변전소 제어
• 피더 제어
• 최종 사용자 부하 제어

 

SCADA를 이용한 변전소 제어

변전소 자동화 시스템에서 SCADA는 버스 전압 제어, 버스 부하 분산, 순환 전류 제어, 과부하 제어, 변압기 오류 보호, 버스 오류 보호 등과 같은 작업을 수행합니다.

SCADA 시스템은 변전소의 다양한 장비의 상태를 지속적으로 모니터링하여 원격 제어 장비에 제어 신호를 보냅니다. 또한 변전소의 이력 데이터를 수집하고 전기 사고 또는 고장 발생 시 경보를 생성합니다.

 

 

위의 그림은 일반적인 SCADA 기반 변전소 제어 시스템을 보여줍니다. 변전소 장비에 연결된 다양한 입출력(I/O) 모듈은 스위치, 회로 차단기, 변압기, 커패시터 및 배터리의 상태, 전압 및 전류 크기 등을 포함한 현장 매개변수 데이터를 수집합니다. RTU는 I/O 데이터를 수집하고 네트워크 인터페이스 모듈을 통해 원격 마스터 장치로 전송합니다.

 

중앙 제어 장치 또는 마스터 장치는 정보를 수신 및 기록하고, HMI에 표시하고, 수신된 데이터를 기반으로 제어 동작을 생성합니다. 이 중앙 컨트롤러는 또한 추세 분석, 중앙 집중식 경보 및 보고를 생성합니다.

 

데이터 히스토리언, 워크스테이션, 마스터 터미널 장치 및 통신 서버는 제어 센터에서 LAN으로 연결됩니다. 표준 프로토콜 통신을 통한 WAN(Wide Area Network) 연결은 현장 사이트와 중앙 컨트롤러 간에 정보를 전송하는 데 사용됩니다.

따라서 변전소 제어를 위해 SCADA를 구현함으로써 궁극적으로 네트워크의 신뢰성을 향상시키고 측정 및 제어 명령의 고속 전송으로 다운 타임을 최소화합니다.

 

SCADA를 사용한 피더 제어

이 자동화에는 피더 전압 또는 VAR 제어 및 피더 자동 전환이 포함됩니다. 피더 전압 제어는 전압 조정 및 커패시터 배치 작업을 수행하는 반면 피더 스위칭은 다양한 피더의 원격 스위칭, 오류 감지, 오류 위치 식별, 절연 작동 및 서비스 복원을 처리합니다.

 

이 시스템에서 SCADA 아키텍처는 다양한 공급 스테이션에 배치된 무선 결함 감지기 장치를 사용하여 결함과 위치를 지속적으로 확인합니다. 또한 원격 회로 스위칭과 피더 매개변수 및 해당 상태의 이력 데이터 수집을 용이하게 합니다. 아래 그림은 SCADA를 사용한 피더 자동화를 보여줍니다.

 

 

위의 일반적인 SCADA 네트워크에서는 정전 횟수와 지속 시간을 줄이기 위해 다양한 피더(지하 및 오버헤드 네트워크)가 모듈식 및 통합 장치로 자동화됩니다. 지하 및 오버헤드 결함 감지 장치는 일시적 및 영구적 결함에 대한 정확한 정보를 제공하므로 원격 측에서 결함 반복성을 줄이기 위해 예방 및 시정 조치를 수행할 수 있습니다.

 

지하 및 오버헤드 네트워크의 링 메인 유닛 및 원격 제어 유닛(RTU)은 원격 부하 스위칭, 커패시터 뱅크 삽입 및 전압 조정과 같은 유지 보수 및 운영 업무를 담당합니다. 전체 네트워크는 중앙 모니터링 스테이션에서 원격 에너지 관리를 용이하게 하기 위해 통신 매체와 연결됩니다.

 

SCADA에 의한 최종 사용자 부하 제어 자동화

사용자 측에서 이러한 유형의 자동화는 원격 부하 제어, 자동 검침 및 청구 생성 등과 같은 기능을 구현합니다. 대규모 소비자의 에너지 소비와 수요 또는 시간대에 따라 적절한 가격을 제공합니다. 또한 에너지 미터 변조 및 도난을 감지하여 원격 서비스의 연결을 끊습니다. 문제가 해결되면 서비스를 다시 연결합니다.

 

위의 그림은 SCADA를 사용하는 중앙 집중식 계량기 데이터 관리 시스템을 보여줍니다. 청구 목적으로 에너지 미터 데이터를 자동화하기 위한 쉽고 비용 효율적인 솔루션입니다.

 

여기에서 통신 장치가 있는 스마트 미터는 에너지 소비 정보를 추출하여 중앙 제어실과 로컬 데이터 저장 장치에서 사용할 수 있도록 합니다. 중앙 제어실에서 AMR 제어 장치는 모든 미터 데이터를 자동으로 검색, 저장 및 변환합니다.

각 미터의 모뎀 또는 통신 장치는 중앙 제어 및 모니터링실과 원격 사이트 간의 안전한 양방향 통신을 제공합니다.

 

배전을 위한 SCADA 시스템 구현의 장점

• 고장을 적시에 인지함으로써 장비 손상을 방지
  
• 원격 위치에서 지속적인 분산 네트워크 모니터링 및 제어 수행
  
• 배전 장비의 수동 작동을 제거하여 인건비 절감
  
• 시스템 전체를 모니터링하고 경보를 생성하여 문제를 신속하게 해결함으로써 운영 중단 시간 단축
  
• 장애 발생 후 서비스를 복원하여 서비스의 연속성 향상(일시적)
  
• 역률 보정 및 VAR 제어를 통해 전압 프로파일을 자동으로 개선합
  
• 기록 데이터를 다양한 방식으로 쉽게 확인
  
• 계량기 판독에 필요한 인력을 줄임으로써 인건비 절감