현대중공업 - LabVIEW를 이용한 사고파형 분석 프로그램 제작

Author(s):
박창선 연구원 - 현대중공업(주) 기계전기연구소

Industry:
Electronics

Products:
LabVIEW, Report Generation Toolkit

The Challenge:
사고파형을 분석하는 프로그램의 핵심은 그래픽적으로 분석하는 기능이다. 그러나 기존의 프로그램을 이용하였을 경우에는 다양하고 고차원의 그래픽 작업을 하는 방법이 어려웠을 뿐 아니라 시간도 많이 들었다.

The Solution:
IED의 사고파형 분석 프로그램으로 사고 당시의 파형을 세밀하게 분석하기 위한 다양하고 독창적인 기능들을 LabVIEW의 장점을 이용하여 구현되었다. 이를 통해 사고의 원인을 정확하게 분석하고 사고 현장의 불량 원인을 신속하게 제거할 수 있다.

요약
송, 배전설비의 고장 감시와 계통 보호 및 종합적인 모니터링을 위해 다양한 보호 요소와 계측 요소를 가지고 있는 다기능 디지털 전력 보호 장치의 개발이 요구되는 현재 상황에서 국내 및 외국의 기업들은 여러 종류의 IED들을 출시하고 있다. IED의 가장 중요한 기능은 정밀한 계측과 정확한 계전 요소의 동작이라 할 수 있지만 사고 발생 시 원인 분석 또한 매우 중요한 기능 중 하나이다. 최근의 IED들은 계전 요소가 동작할 시점의 파형을 저장하여 사고 시 파형을 분석할 수 있도록 하고 있다. 본 개발 시스템은 IED의 사고파형 분석 프로그램으로 사고 당시의 파형을 세밀하게 분석하기 위한 다양하고 독창적인 기능들을 LabVIEW의 장점을 이용하여 구현되었다. 이를 통해 사고의 원인을 정확하게 분석하고 사고 현장의 불량 원인을 신속하게 제거할 수 있다.

개발 배경
사고파형을 분석하는 프로그램의 핵심은 그래픽적으로 분석하는 기능이다. 그러나 기존의 프로그램을 이용하였을 경우에는 다양하고 고차원의 그래픽 작업을 하는 방법이 어려웠을 뿐 아니라 시간도 많이 들었다. 하지만 LabVIEW를 이용하자 그래픽 기능을 강화할 수 있었고, 시간도 줄일 수 있었으며 Report Generation Toolkit을 이용하여 자동으로 리포트를 생성할 수 있어서 고급 프로그램을 제작할 수 있었다.

본론
본 프로그램은 PC 상에서 IED의 계전 요소의 정정치 변경을 수행하고 이벤트 정보를 분석하며, 각종 사고 기록 데이터를 전송 받아 파형을 분석하는 기능을 가진 IED 운용 소프트웨어이다. 현장 및 원격으로 동시에 작동할 수 있으며, 현장에서는 RS232 인터페이스로 작동하고, 원격에서는 UDP 인터페이스로 작동할 수 있도록 구현하였다. 또한, 사고파형은 사고가 발생하거나 사고파형을 프로그램에서 다운로드 할 때 파일로 자동 저장하도록 파일 관리 기능을 추가하여 사용자가 현장, 상단, 연구소 등 어디에서든지 본 프로그램을 이용하여 사고파형을 분석할 수 있도록 하였다. 프로그램의 화면 구조는 그림 1과 같으며 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 LabVIEW의 그래픽 기능을 최대한 살린 편리한 GUI를 제공하였다.

그림 1. 사고파형 분석 프로그램의 전체 화면 구조

그림 2. 사고파형 분석 기능 (Tab 기능 사용)

사고파형을 분석하기 위해서는 그림 1에서 보는 바와 같이 파형 그래프와 그에 따른 벡터도, 고조파율이 동시에 보여지는 것이 사용자가 분석하기 편리할 수 있는데 이는 LabVIEW에서 제공되는 Floating 기능을 사용하여 구현하였다.
본 프로그램을 통하여 사고파형을 분석할 수 있는 기능은 다음과 같고 이는 그림 2에 표시하였다.
(1) 전류/전압/Digital 값을 확인할 수 있는 기본 기능 - Time Plot
(2) 임의로 파형을 Multi-Plot 할 수 있는 확장 기능 - Dynamic Plot
(3) RMS 값을 분석할 수 있는 기능 - RMS Plot
(4) Phase 정보를 분석할 수 있는 기능 - Vector Diagram
(5) 고조파 함유율을 분석할 수 있는 기능 - Harmonic Histogram
(6) 모든 정보를 한꺼번에 표현해 주는 기능 - Table Display

사고 파형을 쉽게 분석하기 위하여 2개의 커서를 두어 시간적으로 파형의 값을 비교할 수 있는 기능을 갖추었고, 사용자 임의대로 X, Y축 확대/축소 기능이 있어서 세밀하게 관찰해야 할 부분에서는 확대하여 볼 수 있도록 하였다. 또한 사용자 임의대로 전류/전압을 선택하여 하나의 그래프에 전류와 전압을 동시에 표현할 수 있는 기능을 가지며 이를 통해 사고 당시의 전류와 전압에 대하여 한 그래프에 두고 비교 분석을 간단하게 할 수 있다. 게다가 오른쪽 클릭 메뉴를 추가하여 그래프를 생성/삭제할 수 있도록 하였다. 그뿐만 아니라 그래프의 색상, 선 스타일, 넓이 등을 변경할 수 있도록 하여 최대한 다이나믹하게 사용자의 설정에 따르도록 하였다.
사고파형에서 분석하고자 하는 시점에서의 벡터도와 고조파 함유율을 그림으로 표시하였고 RMS를 계산하여 당시의 RMS 값을 나타내었다. 사고파형 데이터는 자동적으로 지정된 폴더에 파일로 저장되며 이는 추후에 프로그램을 통하여 파일로 읽어 들여 분석할 수 있어 사용자가 어디에서 작업을 하던지 관계없이 사고파형을 분석할 수 있다. 또한 사고파형이 Comtrade Standard(C37.111)에 의거하여 국제 표준 파일 형식인 Comtrade 파일로 변환하여 저장된다. 이는 추후에 Comtrade를 Import할 수 있는 장치와 연동하여 사고파형을 입력하여 사고 상황을 재연할 수 있다.
그림 3은 본 프로그램의 메인 블록다이어그램을 보여준다.

그림 3. 사고파형 분석 블록다이어그램

LabVIEW Report Generation Toolkit과 연동하여 Office 및 Excel과 연동하여 리포트를 생성할 수 있는 기능을 가진다. 본 프로그램에서는 이를 이용하여 사고파형 분석한 결과를 Excel 리포트로 출력할 수 있도록 하여 사용자가 별도로 사고 보고서를 작성하지 않아도 될 수 있도록 구성하였다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
본 프로그램에서는 다양한 기능을 갖는 IED 사고파형 분석 프로그램을 통하여 사고의 원인을 효과적으로 분석하는 기법을 개발하였다. 프로그램은 사고파형을 현장 및 원격에서 언제든지 다운로드 받을 수 있는 구조로 설계하였고 파일 입/출력 기능이 있어 어디에서나 사고파형을 분석할 수 있도록 사용자 편의성을 갖추었다. 또한 2개의 커서를 이용하여 시간적으로 데이터 비교를 쉽게 하였고, 사용자 임의대로 원하는 데이터를 동시에 두고 세밀한 비교 분석을 가능하도록 하였으며 RMS, 벡터도, 고조파율 등을 한눈에 확인 할 수 있도록 하여 사고 파형 분석을 정밀하게 할 수 있다.
LabVIEW를 이용하여 이와 같이 정밀한 프로그램을 단시간에 개발할 수 있었고 LabVIEW의 강력한 그래픽 기능을 바탕으로 고급의 프로그램을 만들 수 있었다.

NI 솔루션이 채택된 이유
1. 사고파형을 분석하기 위해서는 그래픽 기능이 뛰어나야 하는데 LabVIEW의 그래픽 기능이 타 프로그램보다 막강하기 때문이다.
2. 빠른 시간 내에 개발이 필요한 상황에서 LabVIEW는 사용자가 구현하기 쉽도록 블록다이어그램 방식의 그래픽 기반 프로그래밍 언어이므로 시간 단축이 용이하다.
3. LabVIEW는 다양한 모듈들을 기본적으로 제공하고 있고 웹 및 전화 등을 통해 고객 솔루션을 지원하고 있기 때문에 고급의 분석 기능을 사용할 수 있다.

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박창선 연구원
현대중공업(주) 기계전기연구소

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