[논문]스마트 그리드를 위한 원격검침 표준 프로토콜 인증 시스템 구축과 표준화에 관한 연구

최인지; 박병석; 최효열; 명노길; 이상염

doi:10.7840/kics.2012.37b.1.75

스마트 그리드를 위한 원격검침 표준 프로토콜 인증 시스템 구축과 표준화에 관한 연구
Case Study on Auto Meter Reading Protocol Certificate System for Smart Grid and Standardization 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.37B no.1, 2012년, pp.75 - 85

최인지 (한국전력공사 전력연구원 녹색성장연구소) , 박병석 (한국전력공사 전력연구원 녹색성장구조) , 최효열 (한국전력공사 전력연구원 녹색성장구조) , 명노길 (한국전력공사 전력연구원 녹색성장구조) , 이상염 (한국전력공사 전력연구원 녹색성장구조)

초록
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본 논문에서는 스마트 그리드의 대표적 서비스인 원격검침을 위한 국제 표준 프로토콜 DLMS(Device Language Message Specifications)의 도입에서부터 정착까지 한국전력공사의 원격검침 인증 시스템 구축내용과 연구개발의 현황을 살펴보고자 한다. 현재 운용 중인 55만 저압고객에 대한 고속 PLC를 활용한 원격검침 시스템은 전력회사의 자체 통신 인프라를 활용하여 고속 데이터 전송이 가능한 시스템으로써, 전 세계적으로도 사업화에 빠르게 적용한 케이스이다. 여기에는 국제 표준 기반 원격검침 프로토콜을 탑재한 전자식 전력량계와 원격검침 핵심 기기 간 프로토콜의 적합성을 평가하기 위한 인증 시스템의 적기 구축이 큰 성공요인으로 볼 수 있다. 이처럼 한국전력공사에서는 DLMS 표준 기반 인증 시스템의 구축을 통하여 국내의 원격검침 서비스와 관련된 장비의 품질을 높이고, 시장의 확장을 선도하였으며, 스마트 그리드의 초창기 사업화 안착에도 많은 기여를 하였다. 또한, 전력선통신 분야 원천기술 개발의 지속 추진을 통한 각종 IPR의 확보 및 표준화 활동을 통하여 스마트 그리드 기술을 고도화하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we introduce the case study on the certificate system for Auto Meter Reading protocol, Device Language Message Specification which is a common language between metering devices and protocol with compatibility and conformance to the IEC 62056 standards. KEPCO has contributed to improve interoperability between different devices of multi vendors through the DLMS standard tests and led the smart metering industry in Korea. KEPCO has AMR system and successful business model for 550 thousands of households based on 24Mbps broadband powerline communications using its infrastructure. We have plan to continue on standardization activities stratagemically by participating in IEC working groups for the purpose of occupying the core technology of Smart Gird.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

전력산업의 경우, 급변하는 IT 기술의 표준화와는 다르게 안정화된 기술을 활용한다는 점에서는 한국전력공사의 PLC를 활용한 원격검침 사업의 경우가 좋은 예가 되고 있다. 따라서 PLC 기술의 물리 계층과 MAC 계층을 IEC 62056의 통신 프로파일로 제안하고자 한다. 이를 위해 IEC 12139-1의 기술을 IEC 62056-8-y(가칭)의 항목으로 확장 편입 시키는 작업, IEC 62056-61 및 IEC 62056-62 의 COSEM 객체 및 OBIS 코드 추가 작업이 필요하다.
본 논문에서는 스마트 그리드를 대비한 개방형 원격검침 프로토콜의 도입과 인증 체계 구축을 통한 산업의 선도와 영향력에 대해 살펴보았다. 이에 더 나아가, 스마트 그리드의 원격검침 시스템에 관한 연구개발과 표준화 활동 현황을 기술하였다.
본 시험은 한전의 원격검침 사업에 사용할 자재의 단가 계약을 목적으로 하는 자격시험으로서, 통신 프로토콜뿐 아니라 계량기의 원격검침 기능을 함께 검증하기 위한 목적으로 가장 엄격한 시험 기준을 적용한다.
본 장에서는 한전이 원격검침 프로토콜로 채택한 IEC-62056 시리즈의 DLMS 규격에 대한 개괄적인 내용을 소개한다. IEC 62056-53 응용 계층에 따르면, DLMS는 연결이 보장된 서버-클라이언트 통신 모델을 표방하고 있다.
본 논문에서는 스마트 그리드를 대비한 개방형 원격검침 프로토콜의 도입과 인증 체계 구축을 통한 산업의 선도와 영향력에 대해 살펴보았다. 이에 더 나아가, 스마트 그리드의 원격검침 시스템에 관한 연구개발과 표준화 활동 현황을 기술하였다. 한국전력공사에서는 원격검침사업에 있어 통신 프로토콜 인증 시스템 구축을 통해 원격검침 시스템의 품질을 향상시키고, 국내 산업의 표준화를 이끌었다.
다시 말해 나라별로 허용하고 있는 주파수 대역이 다르며, 특히 IEC 62056 표준화를 주도하고 있는 유럽에서는 원격검침 분야에 협대역 주파수를 사용하여, 저속으로 데이터 처리할 수밖에 없는 한계가 있다. 이의 대안으로, IEC 12139-1의 물리 계층 기술 중에 DMT 변복조 방식을 제안하고자 한다. DMT는 OFDM처럼 멀티 캐리어를 사용하면서, 채널(tone)별로 비트 할당을 1~3bit 로 적응적으로 할 수 있어서, 저 주파수 대역 사용 시 발생하는 낮은 속도 처리율을 극복할 수 있는 좋은 방안이 될 것이다.
한국전력공사에서는 원격검침사업에 있어 통신 프로토콜 인증 시스템 구축을 통해 원격검침 시스템의 품질을 향상시키고, 국내 산업의 표준화를 이끌었다. 한편, 다년간의 기술개발을 통한 원천기술 확보 및 표준화 경험을 바탕으로 스마트 그리드 핵심 기술의 국제 표준화 추진을 추진, 국내 기술의 세계화에 앞장서고자 한다. IEC 62056 도입과 산업선도, 고속 PLC 기술 개발과 IEC 12139-1 표준화 활동의 결과물은 스마트 그리드 시대를 향한 요구 조건 하에 적절한 시기에 만나 새로운 표준 창출의 결과로 이어져야 할 것이다.

제안 방법

이 시험의 방식으로는 CTT가 계량기로 데이터 전송 요청을 보내면 이에 대한 응답을 보내고, CTT는 메시지의 문법 및 응답 속도 등을 체크하여 적합 여부로 판단하게 된다. CTT는 HDLC, APPLICATION, COSEM 테스트 순으로 시험을 진행한다.
본 시스템에는 24Mbps 급 광대역 전력선 통신을 기반으로 한 SoC를 개발하여 집중장치에 CPU로 활용하였다.^[8][9] 통신망 구성을 보면, 변압기와 고객 간의 NAN은 약 100m 이내에 위치한다.
^[10]계량기는 DLMS/COSEM 서버-클라이언트 모델에 의거 서버 역할을 하고, 데이터 집중장치는 클라이언트 역할을 수행한다. 이때 시스템은 KEPCO-dlms 인증을 취득한 전자식 전력량계를 사용함으로 시스템의 품질을 확보하였다.
전자식 계량기는 COSEM 객체, OBIS 코드를 통하여 원격검침 뿐 아니라 다양한 스마트 그리드 부가 기능을 구현하였기 때문에, COSEM 객체 별로 데이터 값과 그에 따르는 기능을 검증해야 한다. 이에 따라, DLMS를 채택한 한국전력공사 원격검침 통신 프로토콜 시험의 의미로 KEPCO-dlms라 명명한 자체 인증체계를 구축 하게 되었다.

대상 데이터

이에 대한 첫 실행 전략으로 전 고객의 원격검침화를 위해 최종 단말인 전력계량기를 디지털 칩을 사용한 전자식 계량기로 교체해 가고 있다. 2020년까지 2,400만 저압 전 고객이 대상이다. 2011년까지 55만 가구에 대한 원격검침 사업이 착수되었고, 정기 검침일에 서버에 고객의 전력사용량 데이터가 도착한 것을 기준으로 한 원격검침 성공률은 99%에 달한다.
DLMS는 COSEM(Companion Specifications for Energy Metering) 이라는 정보구조를 이용하여 객체 기반의 정보표현을 가능하여, 검침 분야의 메시지 정의에 있어 강점이 있는 프로토콜이다. IEC-62056-53에 정의된 응용계층의 프로토콜을 호출하고, 3계층 통신 프로파일을 통해 캡슐화 과정을 거치며 도착지까지 도달하게 될 데이터 정의는 IEC 62056-62의 인터페이스 클래스를 활용한다.^[4]인터페이스 클래스는 일종의 구조체로 된 라이브러리이다.

이론/모형

원격검침 시스템은 계기간의 통신을 통해 주기적인 스케줄에 의해 데이터를 수집, 가공, 전달하기 때문에 응용 계층에서의 프로토콜의 역할이 중요하다. 특히, NAN구간에는 응용 프로토콜로 IEC-62056 기반의 DLMS를 적용하였고, WAN 구간은 DLMS의 OBIS와 계량기 ID를 참조하여 작성된 집중장치의 업무 정의서인 Task_script라는 응용 프로토콜을 사용한다.^[10]계량기는 DLMS/COSEM 서버-클라이언트 모델에 의거 서버 역할을 하고, 데이터 집중장치는 클라이언트 역할을 수행한다.

후속연구

이의 대안으로, IEC 12139-1의 물리 계층 기술 중에 DMT 변복조 방식을 제안하고자 한다. DMT는 OFDM처럼 멀티 캐리어를 사용하면서, 채널(tone)별로 비트 할당을 1~3bit 로 적응적으로 할 수 있어서, 저 주파수 대역 사용 시 발생하는 낮은 속도 처리율을 극복할 수 있는 좋은 방안이 될 것이다.
한편, 다년간의 기술개발을 통한 원천기술 확보 및 표준화 경험을 바탕으로 스마트 그리드 핵심 기술의 국제 표준화 추진을 추진, 국내 기술의 세계화에 앞장서고자 한다. IEC 62056 도입과 산업선도, 고속 PLC 기술 개발과 IEC 12139-1 표준화 활동의 결과물은 스마트 그리드 시대를 향한 요구 조건 하에 적절한 시기에 만나 새로운 표준 창출의 결과로 이어져야 할 것이다.
표준화 대상으로는 국내 표준과 국제 표준으로 크게 나뉜다. 먼저, 국내 표준으로는 한국의 고속 PLC 규격인 KS-4600-1규격의 65bit DES 암호화 기술을 128bit AES 암호화 기술로 보완하거나 변조 방식을 DMT에서 OFDM과 같은 기술로 보완하는 등의 개정이 필요할 것이며, 한편에서는 Class A와 Class B장치간의 공존에 대해서도 KS 규격으로 추진해야할 것이다. 또한, 현재 단체표준으로 등록된 고속 PLC장치 시험 기준도 KS 등록으로 추진해야 한다.
최근에는 DLMS 통신 프로토콜 분야로는 어느 정도 산업계의 기술이 무르익고, 원격검침 사업도 안정화됨에 따라 해마다 대규모 단가계약을 통해 중소기업과의 동반 성장도 이끌어 내었다. 뿐만 아니라, 수십억 규모의 사우디아라비아의 원격검침 컨설팅을 수주하여 원격검침 프로토콜 제정, 원격검침 시스템 자문을 수행하고 있으며, 차후 더 큰 규모로 인증센터 구축에 참여할 예정으로, 국내DLMS 프로토콜 인증 시스템 구축의 경험과 기술력이 해외 사업이라는 성과로 이어졌음을 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DLMS란 무엇인가?	DLMS(Device Language Message Specification)란 원격검침을 위한 전자식 전력량계 통신 프로토콜로서 IEC-62056 국제 표준의 약칭이다. 최근 전력시장은 개방과 지능화를 표방하는 스마트 그리드 환경으로 변화하고 있다.
	스마트 그리드란 무엇인가?	최근 전력시장은 개방과 지능화를 표방하는 스마트 그리드 환경으로 변화하고 있다. 스마트 그리드란 전력망에 정보망을 더하여 전력 시스템의 진화가 가능한 지능화된 전력 인프라를 의미한다. 전 세계가 차세대 성장 동력으로 스마트 그리드에 투자와 연구개발을 동시에 진행 중이다.
	IED로 대체 되면서 소비자와 쌍방향 정보전달 하기 위해 중요한 요소는 무엇인가?	최근에는 강전(强電)을 다루며 낙후되었던 전력 기기 및 설비들이 스마트 그리드 내에 위치하여 직접 전력 정보를 생성, 전달, 유통하는 IED(Intelligent Electronic Devices)로 대체되어 가면서 전기 뿐 아니라 정보 전달 역할도 담당하고 있다. 이렇듯 기존 전력회사 중심의 전력 공급의 환경에서 벗어나 소비자와 쌍방향 전력정보 교환이 가능하게 하기 위해서는 계기 간 통신프로토콜에 기반 데이터의 중단 없는 전달이 중요하다. 뿐만 아니라 스마트 그리드의 원겨검침 최종 단말인 전력량계와의 통신을 위해서는 국제 표준에 의거다수 제조사와 다수 사용자 간의 호환성이 마련되어야 한다.

참고문헌 (10)

기후변화 G8 확대정상 회의, "한국, 스마트 그리드 선도국 지정", 스마트그리드 국제협의체 (ISGAN), 2009
IEC 62056-53, "Electricity metering- Data exchange for meter reading, tariff and load control- Application layer", Device Language Message Specifications/Companion Specifications for Energy Metering, 2006.
IEC 62056-46, "Electricity metering- Data exchange for meter reading, tariff and load control- Data Link Layer using HDLC protocol", Device Language Message Specifications/ Companion Specifications for Energy Metering, 2006.
IEC 62056-62, "Electricity metering- Data exchange for meter reading, tariff and load control- Interface Classes", Device Language Message Specifications/ Companion Specifications for Energy Metering, 2006.
IEC 62056-61, "Electricity metering- Data exchange for meter reading, tariff and load control- Object Identification System", Device Language Message Specifications/ Companion Specifications for Energy Metering, 2006.
박병석, 최인지, "DLMS/COSEM 적합성 시험 절차서(KEPRI-TP-001)", KEPCO Research Institute, 2006.
Sung-Hwan Bae, Ja-Hee Kim, Han-Seung LEE, "A Study on New Power Business Model Using Power Information Technology," Journal of Electircal Engineering & Technology Vol.5, No.3 pp. 379-388, 2010.

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박병석,김영현,명노길,최인지, "유비쿼터스 PLC SoC기반의 AMI용 집중장치 개발", ICIS, 대한전기학회, 2010.
최인지,박병석,윤명용, "고속 PLC 융합기술을 이용한 스마트 그리드 통신장치 개발과 실증시험", 동계 종합학술대회, 한국통신공학회, 2011.
최인지,박병석,유현우,윤명용,이상염,윤종호, "스마트 그리드를 위한 지능형 원격검침 프로토콜 설계 및 구현", 하계 종합학술대회, 대한전자공학회, 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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