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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 그림 1과 같이 한국기술교육대학교캠퍼스 내에 설치된 50kW태양광발전시스템을 원격(약1KM)에서 감시, 제어할 수 있는 유·무선네트워크 감시제어장치를 제작하였다.
- 본 논문에서는 50kW태양광발전시스템에서 실시간으로 출력되는 전력에 관련된 데이터를 모니터링하고, 운용상의 문제점 발생 시 50kW태양광발전시스템을 제어하기 위한 유·무선 감시제어장치를 제작하였다.
제안 방법
- HMI를 이용한 감시장치는 각 장치간의 통신 프로토콜을 설정하여 유·무선 컨버터와 공유기, HMI소프트웨어간의 통신을 하도록 구성하였다.
- 이때 A접점의 동작으로 외부전원이 MC에 투입되어 동작하게 된다. PLC 프로그램의 LD 동착형태는 동시동작 방지를 위해 REMOTE일 경우 자동모드로 구성하고 ROCAL 일 경우는 수동모드인 상태로 REMOTE가 동작 되지 않도록 시퀀스에 인터록을 설정하였다. 그리고 HMI(Autobase)와의 통신에 따른 제어 변수선언은 내부변수 %M을 사용하였으며 이 신호에 따라 출력을 내보낼 수 있도록 %Q로 출력변수를 지정하였다.
- PLC를 이용한 제어장치는 Autobase제어 신호가 PLC 내부 접점을 동작시켜 LADDER에 의한 출력 접점이 ON 될 수 있도록 구성하였다. 이때 외부 전원(DC24V)이 MC(차단기 대용)전원을 제어할 DC 24V 릴레이(hr705)로 전류를 유입하도록 그림 4와 같이 PLC, 릴레이(hr705), SMPS 등을 사용하여 제작하였다.
- 또한, 무선으로 감시 및 제어를 하기위해 Ethernet통신과 Serial 통신을 이용, 원격지점에서 감시 및 제어가 가능하도록 구성하였다. 구체적으로 이 장치는 한국기술교육대학교 캠퍼스 내에 설치되어 있는 50kW 태양광발전시스템을 원격(약 1KM에서 유무선 네트워크를 이용하여 실시간으로 출력되는 전압, 전류데이터를 장거리 전송하여, HMI 프로그램인 AutoBase로 실시간 모니터링 하도록 제작하였고, PLC를 이용하여 태양광전원의 개폐기(MC)를 ON/OFF 제어를 할 수 있도록 구성하여, 실 계통에서 운용이 가능할 수 있도록 기술적인 대안을 제시하였다.
- PLC 프로그램의 LD 동착형태는 동시동작 방지를 위해 REMOTE일 경우 자동모드로 구성하고 ROCAL 일 경우는 수동모드인 상태로 REMOTE가 동작 되지 않도록 시퀀스에 인터록을 설정하였다. 그리고 HMI(Autobase)와의 통신에 따른 제어 변수선언은 내부변수 %M을 사용하였으며 이 신호에 따라 출력을 내보낼 수 있도록 %Q로 출력변수를 지정하였다.
- 다음으로 무선기기(CSW-H80)를 컴퓨터와 연결한 후, 그림 7과 같이 ezTCP Manager프로그램을 실행하여 프로토콜을 설정한다. IP는 같은 네트워크번지를 사용하지만 마지막 번지수는 유무선공유기와 다르게 설정해준다.
- 이 시험장치는 50KW 태양광전원장치, HMI를 이용한 감시장치, PLC를 이용한 제어장치로 구성된다. 또한, 무선으로 감시 및 제어를 하기위해 Ethernet통신과 Serial 통신을 이용, 원격지점에서 감시 및 제어가 가능하도록 구성하였다. 구체적으로 이 장치는 한국기술교육대학교 캠퍼스 내에 설치되어 있는 50kW 태양광발전시스템을 원격(약 1KM에서 유무선 네트워크를 이용하여 실시간으로 출력되는 전압, 전류데이터를 장거리 전송하여, HMI 프로그램인 AutoBase로 실시간 모니터링 하도록 제작하였고, PLC를 이용하여 태양광전원의 개폐기(MC)를 ON/OFF 제어를 할 수 있도록 구성하여, 실 계통에서 운용이 가능할 수 있도록 기술적인 대안을 제시하였다.
- 본 논문에서는 원격지점에서 50KW태양광전원을 감시 및 제어할 수 있도록 유·무선 감시제어 시험 장치를 제작하였다.
- 무지향성 안테나는 모든 방향으로 출력을 보내지만 반경거리가 짧고 실내 무선네트워크에 적합하다. 본 시험은 약 1M의 원거리 통신을 하기 위해 24dBi 지향성안테나를 이용하여 데이터 수집 및 송신 장소에 설치하고, 15dBi무지향성 안테나는 데이터수집 및 모니터링 장소에 설치하여 데이터 전송이 가능하게 구현하였다.
- PLC를 이용한 제어장치는 Autobase제어 신호가 PLC 내부 접점을 동작시켜 LADDER에 의한 출력 접점이 ON 될 수 있도록 구성하였다. 이때 외부 전원(DC24V)이 MC(차단기 대용)전원을 제어할 DC 24V 릴레이(hr705)로 전류를 유입하도록 그림 4와 같이 PLC, 릴레이(hr705), SMPS 등을 사용하여 제작하였다.
- 이러한 배경 하에, 본 논문에서는 신재생에너지에서 실시간으로 출력되는 전력에 관련된 정보를 수집 및 분석하여, 계통의 역조류 발생에 의한 배전계통에 전압관리나 전력품질 등의 계통 운용상의 문제점을 감시 및 제어할 수 있는 유·무선 감시제어장치를 제작하였다.
- 본 논문에서는 원격지점에서 50KW태양광전원을 감시 및 제어할 수 있도록 유·무선 감시제어 시험 장치를 제작하였다. 이장치는 현존의 시스템과는 달리 날씨에 따른 역조류에 의한 배전계통의 악영향을 사전에 방지하기 위한 제어까지 고안하였고 무선컨버터(CSW-H80)에 지향성 안테나 유무선 공유기에 무지향성 안테나를 장착해 원거리 통신이 가능하도록 구현하였으며 그로인해 태양광발전장치나 풍력발전장치 근방에서 확인할 필요 없이 원거리에서 간편하게 감시 및 제어 할 수 있도록 하였다. 또한, 태양광출력량을 HMI S/W데이터 저장 기능을 활용하여 날짜별로 저장된 데이터를 통해 내일의 전력량을 사전에 예측할 수 있어, 향후 지능형전력망(SmartGrid)의 인프라 구축에 기여할 수 있음을 확인하였다.
- 본 논문에서는 50kW태양광발전시스템에서 실시간으로 출력되는 전력에 관련된 데이터를 모니터링하고, 운용상의 문제점 발생 시 50kW태양광발전시스템을 제어하기 위한 유·무선 감시제어장치를 제작하였다. 즉, 태양광전원에서 발생되는 전력을 무선으로 모니터링하고, 원격으로 제어하기 위해, 그림 2와같이 데이터 수신 및 감시제어 장소와 데이터 수집 및 송신 장소로 구성하였다.
대상 데이터
- 본 시험에서 사용된 계통연계용 인버터의 입력 및 출력 값은 표 1과 같으며, 인버터 내부의 PCB 통신보드에서 RS232 Serial통신을 통하여 데이터를 송출하도록 구성하였다.
- 이러한 배경 하에, 본 논문에서는 신재생에너지에서 실시간으로 출력되는 전력에 관련된 정보를 수집 및 분석하여, 계통의 역조류 발생에 의한 배전계통에 전압관리나 전력품질 등의 계통 운용상의 문제점을 감시 및 제어할 수 있는 유·무선 감시제어장치를 제작하였다. 이 시험장치는 50KW 태양광전원장치, HMI를 이용한 감시장치, PLC를 이용한 제어장치로 구성된다. 또한, 무선으로 감시 및 제어를 하기위해 Ethernet통신과 Serial 통신을 이용, 원격지점에서 감시 및 제어가 가능하도록 구성하였다.
성능/효과
- 그림 10은 차단신호를 무선으로 송출시 릴레이에 24V가 인가되어 MC를 제어하는 것을 MyDAQ를 사용하여 측정한 것이다. 그림과 같이 MC를 작동하였을 경우 릴레이 출력전압이 24V고 평상시는 그림11과 같이 출력전압이 0V이므로 본 논문에서 제작한 제어장치의 작동이 원활하게 이루어짐을 알 수 있다.
- 이장치는 현존의 시스템과는 달리 날씨에 따른 역조류에 의한 배전계통의 악영향을 사전에 방지하기 위한 제어까지 고안하였고 무선컨버터(CSW-H80)에 지향성 안테나 유무선 공유기에 무지향성 안테나를 장착해 원거리 통신이 가능하도록 구현하였으며 그로인해 태양광발전장치나 풍력발전장치 근방에서 확인할 필요 없이 원거리에서 간편하게 감시 및 제어 할 수 있도록 하였다. 또한, 태양광출력량을 HMI S/W데이터 저장 기능을 활용하여 날짜별로 저장된 데이터를 통해 내일의 전력량을 사전에 예측할 수 있어, 향후 지능형전력망(SmartGrid)의 인프라 구축에 기여할 수 있음을 확인하였다.
- 또한, 표 5는 유무선 감시제어장치를 설치하지 않았을 경우 시간당 최소 임금 4320원(일인을 기준으로 하루 24시간)으로 하여 인건비를 계산하였을 경우 드는 비용이며 표 6은 본 장치의 설치비용이다. 본 장치의 설치비용은 비록 적은 액수는 아니지만 유무선 감시제어장치를 실 계통에 연결하여 장기간 사용하였을 경우 인건비가 거의 들지 않고 반영구적으로 사용할 수 있다는 점을 감안하였을 때 많은 비용을 절감할 수 있음을 확인 할 수 있다.
- 그림 12는 Autobase를 이용하여 1KM 지점의 태양광 출력량을 원격제어시스템으로 감시한 그래프이다. 이 결과는 Autobase데이터 저장 기능을 활용하여 날짜별로 전력량의 데이터를 기록한 것이고, 발생된 전력량은 12시에서 15시에서 최대 출력량을 기록하였으며 이 데이터 분석으로 당일의 전력량을 사전에 예측하여 태양광의 운용을 보다 효율적으로 할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- 한편, 본 논문에서 제시한 유무선 감시제어 장치는 현존하는 태양광발전시스템과는 달리 독립적인 네트워크를 이용하여 통신을 하므로 산간지역, 섬과 같은 외딴 지역 등 인터넷이 설치되지 않은 지역에서 사용이 가능하며, IPv6가 보급되지 않은 상황에서 인터넷을 기반으로한 원격감시제어장치가 상용화 될 경우 각 측정기기마다의 IPv4주소를 할당 하여야 하므로 세계적인 문제점으로 대두되고 있는 IPv4주소의 고갈을 더욱 가속화 할 수 있지만 본 논문에서 제작한 유무선 감시제어장치는 인터넷을 사용하지 않기 때문에 이런 문제점에 대해 고려할 필요가 없으므로 높은 경쟁력을 가질 것이다.
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