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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 최근 AMI(Advanced Metering Infrastructure)i지 기술로 많은 관심을 받고 있는 지능형 원격검침 시스템에 대해 알이.보고자 한다.
- 보고자 한다. 특히 지난 수년간 KEPCO에서 연구해온 지능형 원격검침 시스템에 대한 기술규격, 관련 기술개발, 시범사업의 성과 부가 서비스 및 사업화중인 지능형 원격검침 시스템을 소개하고 향후 발전방향과 해외 사례에 대해 논의하기로 한다.
제안 방법
- 통합검침 시스템은 전기, 가스, 수도 및 열량 등의 검침 데이터를 동시에 통합하여 검침하는 시스템이다. KEPCO는 통합검침 시스템 구축을 위해 전자식 전력량계에 삽입되는 기존의 PLC 통신 모듈에 수도 계량기와 통신을 수행할 수 있는 RF 모듈을 내장한 HCU(Home Concentrator Uni"®를 개발하였다. HCU는 424Mhz 대역을 사용하는 RF 통신을 통해 수도 검침 값을 주기적으로 취득하고 이를 PLC 통신을 통해 데이터 전송장치로 전달할 수 있게 하였다.
- 대안 기술로 상용화된 무선기술이 검토되었으며, 이때 선정된 무선 기술이 B-CDMA (Binary CDMA)이다. B-CDMA는 ISM(Industry, Scientific, Medical) 대역인 2.4GHz 주파수 대역을 사용하여, 최대 55Mbps 속도 제공이 가능하며, 특히 ISM 주파수 대역을 사용하지만 CDMA 기술을 활용하기 때문에 전력시스템에서 중요하게 논의되고 있는 데이터 보안에서 장점을 제공한다. 데이터 전송장치에 내장된 B-CDMA 단말은 master 단말과 slave 단말로 구분되는데 master 단말은 검침 데이터를 운영시스템으로 전송하기 위한 전용회선과 연계되어 있다.
- 이에 반해 G-Type叩은 8KW 이상의 계약 전력을 사용하는 상가 맟 소규모 공장<44% 점유율)등에 설치된다. G-typee 유효/무효전력량, 최대 수요전력, 역률, TOU 기능 15분 간격의 2 charnel LP 생성, 정전보상, 자기 진단 및 보안 등의 기능이 있으며, 108개의 OBIS 코드와 검침 데이터 표현 방법을 정의 했다. 스마트 그리드용으로 관심 있게 논의되고 있는 S-Typee 현재 관련 규격 및 기술이 개발 중에 있으며, 계약전력 100KW 이상의 전력을 사용하는대수용가(1% 점유율)를 대상으로 활용할 예정이다.
- PLC 통신은 사용되는 주파수 및 속도에 따라 저속 (9Khz~450Khz 대역, 100Kbps 이하) 및 고속(2Mhz ~30Mhz 대역, 100Kbps 이상)으로 구분되며, KEPCO 에서는 검침 인프라를 통한 다양한 사업 확장성을 고려하여 원격검침 기능에 부가 서비스까지 확장할 수 있는 고속 PLC 통신 방식으로 결정했다.
- 유효/무효 전력량 및 LP를 생성한다. 데이터 전송 장치는 변압기가 공급할 수 있는 전력보다 더 많은 전력을 고객이 사용할 경우 운영시스템에 통보함으로써 과부하에 의한 변압기 소손과 정전을 방지 할 수 있으며, 변압기 2차 측에서 공급하는 전력량과 고객의 전력량계들로부터 수집한 전력량의 합을 비교하여 통상적인 변압기 2차 측에서의 전력 손실 관리와 도전감시를 수행한다.
- 두 번째는 application layer에서 검침 데이터 요청 . 응답 같은 서비스를 수행하는 xDLMS(extended DLMS) parameter률 AARQ (Application Associate Request)/AARE (Application Associate Response)프레임을 통해 설정 후 get/set 같은 xDLMS 서비스를 통해 검침 데이터를 요청하고 수신한다. DLMS/COSEM 프로토콜은 layerl(PHY) 에서 별도의 통신방식을 규정하고 있지 않으므로 어떤 통신방식도 수용 가능하다.
- 또한 그림 5와 같이 단말 관리의 효율성을 높이고자 지리정보시스템(GIS)을 활용하여 단말의 상태관리를 수행 중에 있으며 스마트폰과 3D기반 증강현실 도입을 통해 현장 전력설비의 장애 관리 및 설계 효율화를 진행 중에 있다. 이와 더불어 각 단말의 상태뿐만 아니라 실시간으로 통신망 성능을 측정하여 망 운영의 안정성을 보장하도록 설계 하였다. 특히 대규모 사업에 따른 운영 효율성을 높이기 위해 단말의 현장 설치 시 자동등록기능을 통해 단말 설치 및 셋팅 시간을 획기적으로 줄였으며, 더 나아가 데이터 전송장치의 손쉬운 유지보수 및 다양한 서비스 제공을 위해 SyncML 기반으로 펌웨어 및 소프트웨어 업데이트를 수행하는 DM (Device Management) 기능을 개발 중에 있다.
- 저가의 E-Type田전력량계는 7KW 이하의 계약 전력을 사용하는 일반 가정을(55% 점유율) 대상으로 10 개의 OBIS 코드를 정의 했으며 누적된 순방향 유효전력량과 1시간 간격의 1 channel LP(Load Profile)를생성하고 기록한다. 이에 반해 G-Type叩은 8KW 이상의 계약 전력을 사용하는 상가 맟 소규모 공장<44% 점유율)등에 설치된다.
- 검침 데이터 수집 절차를 보여준다. 첫 번째로 SNRM(Set Normal Response Mode)프레임을 보내고 UA(Urmumbered Ack)프레임을 수신함으로써 data link layer에서 필요한 HDLC parameter 설정 후 링크를 연결 한다. 두 번째는 application layer에서 검침 데이터 요청 .
대상 데이터
- 추출하는 역할을 하는 고압 비접촉식 커플러의 가격 때문에 사업성이 없다고 판단하였다. 대안 기술로 상용화된 무선기술이 검토되었으며, 이때 선정된 무선 기술이 B-CDMA (Binary CDMA)이다. B-CDMA는 ISM(Industry, Scientific, Medical) 대역인 2.
- 데이터 전송장치에 구현된 DLMS/COSEM 기반의 검침 엔진은 polling 방식으로 15분 이내에 최대 200 대 전자식 전력량계로부터 검침 데이터를 수집한다. 전자식 전력량계에의(G-type 기준 통상적인 LP 기록 주기는 15분으로서 최대 200대의 전자식 전력량계에서 수집된 검침 데이터를 운영시스템에 바로 전달하기에는 상대적으로 어려움이 있다.
- 통신기술이 존재한다. 이 중 PLC 통신과 ZigBee 기술이 가장 적합하다고 판단되었으며 2005년 KEPCO에서는 3, 000호를(각 l, 500i) 대상으로 실증시험을 수행하였다. ZigBee기반의 경우 ZigBee Alliance 에서 다양한 표준화 활동 및 ZigBee Profile 제공에 따른 단말 간 상호 호환성 제공 등의 장점을 갖고 있는 반면, IEEE 802.
이론/모형
- 전자식 전력량계는 고객의 전력 인입선에 설치되어 CT(Current Transfomer)/PT(Potential Transformer) 로측정한 전류전압값을 활용하여 유효/무효 전력량, 현월 검침값, 최대 수요전력 등을 계산하고 기록하는 역할을 한다. KEPCO의 전자식 전력량계의 표준 기능은 KS C 1214에 기반 하였으며, 데이터 모델링 및 검침용 통신 프로토콜은 IEC-62056(DLMS/COSEM, Device Language Message Specification/COmpanion Specification for Energy Metering) 국제 표준을 수용했다. 대규모 수용가를 대상으로 구축하는 지능형 원격검침 시스템은 다수의 제조사 참여가 예상되며, 각기 다른 제조사에서 제작된 기기들을 하나의 시스템에 연동시키기 위해서는 기기 간 정확한 규격 제정을 통해 상호 호환성을 이루도록 하였다.
- 검침용 PLC 통신 칩은 고속의 데이터 전송을 위해 2.15Mhz~23.15Mhz 주파수대역 사岛 DMT(Discrete Multi-Tone) 변복조 기술 및 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision avoidance) multiple access protocol을 기반으로 설계 하였다. KEPCO 주도하에 개발한 PLC 통신 칩은 최대 속도 24Mbps, 자체 repeating 기능, 128 bit AES(Advanced Encryption Standard) 암호화 기능이 있으며, 개발된 기술은 2009 년 7월 ISO/IEC 12139-1 국제표준으로 등록되었다.
성능/효과
- 2007년도에는 고속 PLC 통신방식을 기반으로 사업성 검증을 위해서 대구, 대전과 같은 대도시와 의정부, 순천, 고성 같은 소도시를 대상으로 5, (XX)호에 대한 시범사업을 수행하였다. 시범사업의 통신 성공률은 99%이며 검침 데이터의 취득률은(재전송 포함)100%로 검증되었다’ 또한 시범사업은 대규모 사업을 하기위한 기술 검증뿐만 아니라 유지보수와 같은 운영 측면까지 검증하였다. KEPCO는 지금까지의 연구개발 및 시범 사업 결과를 토대로 2015년까지 약 1, 700만 고객을 대상으로 지능형 원격검침 사업을 계획하고 있으며, 2009년에 10개 도시 5만호를 대상으로 지능형 원격검침사업을 진행하였고 乂 올해는 50만호를 대상으로 사업을 추진 중에 있다.
- 데이터 전송장치에 내장된 B-CDMA 단말은 master 단말과 slave 단말로 구분되는데 master 단말은 검침 데이터를 운영시스템으로 전송하기 위한 전용회선과 연계되어 있다. 하나의 master 단말은 평균 3개의 slave 단말과 통신을 수행하여, 전용회선 임대비용을 줄이는 효과를 가져와 지능형 원격검침 시스템 운용비용을 크게 줄이고 있다.
후속연구
- 스마트 그리드용으로 관심 있게 논의되고 있는 S-Typee 현재 관련 규격 및 기술이 개발 중에 있으며, 계약전력 100KW 이상의 전력을 사용하는대수용가(1% 점유율)를 대상으로 활용할 예정이다. 현재 규격 제정 및 기술 개발 중인 S.Typee G-Type 기능에 수저송전 양방향 계량 기느 RTP(Real Time Pricing), CPP(Critical Peak Pricing), 펌웨어 업그레이드, 원격 전력 차단공급 도전 방지, 다양한 통신인터페이스 및 신뢰성 있는 보안 기능이 추가 될 예정이다
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