[논문]스마트그리드 운영을 위한 표준 기반 데이터 관리 및 통신 인프라에 관한 연구

최승환; 신진호; 김준성

doi:10.5370/kiee.2013.62.9.1209

스마트그리드 운영을 위한 표준 기반 데이터 관리 및 통신 인프라에 관한 연구
A Study on Data Management and Communication Infrastructure Based Upon Standards for Smart Grid Operation 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.9, 2013년, pp.1209 - 1216

최승환 (KEPCO Research Institute) , 신진호 (KEPCO Research Institute) , 김준성 (KEPCO Research Institute)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there is a rising interest in smart grid operating system which manages various types of distributed generation, smart meters, and electric vehicles with power grid. Considering the features of smart grid environment, the interoperability should be one of the important factors to build smart grid environment successfully. To secure interoperability, smart grid operating system should conform to some standards in terms of the data representation and communication. CIM and OPC-UA are the international standards widely used in smart grid domain for enabling interoperability. They provide common information model and the unified architecture for communicating between each systems or applications. In this paper, we illustrate a smart grid operating system that we have developed to secure interoperability between not only applications but also numerous legacy systems(applications) by implementing CIM based information model and OPC-UA based communication interface services.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 전력분야에서 기 구축되어 운영되고 있는 다양한 레거시시스템과 풍력, 태양광, 에너지저장장치 등 스마트그리드 구성요소들의 통합운영을 지원하는 표준정보모델 시스템을 제시한다. 제안된 표준정보모델 시스템은 정보모델로써 CIM 표준을, 표준 통신아키텍처로 OPC-UA를 준용하였다.
본 논문에서는 향후 전력분야의 다양한 시스템들 간의 정보교환 체계를 구축하기 위해 IEC 61970/61968 CIM 표준을 기반으로 정보모델을 도입하고, IEC 62541 OPC-UA 통신아키텍처를 도입하여 스마트그리드 표준정보모델 시스템을 구현하였다. 그 과정에서 다양한 레거시 시스템의 데이터를 CIM 기반 모델링을 통해 표준정보모델 데이터베이스를 구축하였고, CIM 모델을 관리하는 표준정보모델 시스템을 구현하였다.
이번 절에서는 송·변전 설비 중 주변압기(M.Tr)의 모델링 예를 통하여 우리가 수행한 CIM 기반 데이터 모델링 기법을 설명하고자 한다.

제안 방법

본 논문에서는 향후 전력분야의 다양한 시스템들 간의 정보교환 체계를 구축하기 위해 IEC 61970/61968 CIM 표준을 기반으로 정보모델을 도입하고, IEC 62541 OPC-UA 통신아키텍처를 도입하여 스마트그리드 표준정보모델 시스템을 구현하였다. 그 과정에서 다양한 레거시 시스템의 데이터를 CIM 기반 모델링을 통해 표준정보모델 데이터베이스를 구축하였고, CIM 모델을 관리하는 표준정보모델 시스템을 구현하였다. 그리고 OPC-UA를 기반으로 표준 인터페이스를 제공하는 표준인터페이스 시스템을 구현하였다.
그러나 IEC 61970-502-8의 기본 매핑규칙은 CIM 모델의 PropertyVariableType, DataVariableType, IECTC57References: ReferenceType, EnumDataType, StructureDataType 등을 충분하게 지원하지 못하기 때문에, 본 연구에서 확장 규칙을 제안 하였다. 그림 12의 붉은색 부분은 본 연구에서 제안하는 확장 제안 규칙이다.
또 사용자가 CIM 모델링 및 편집·이용 등을 수월하게 수행할 수 있도록 지원하는 표준정보모델 관리시스템을 구현하였다. 그리고 CIM 기반으로 모델링된 정보를 OPC-UA 규격을 기반으로 통신할 수 있도록 지원하는 표준인터페이스 시스템을 구현하였다.
그 과정에서 다양한 레거시 시스템의 데이터를 CIM 기반 모델링을 통해 표준정보모델 데이터베이스를 구축하였고, CIM 모델을 관리하는 표준정보모델 시스템을 구현하였다. 그리고 OPC-UA를 기반으로 표준 인터페이스를 제공하는 표준인터페이스 시스템을 구현하였다. 향후 표준정보모델 시스템이 풍력, 태양광, 에너지저장장치 등 많은 애플리케이션 및 시스템을 구성원으로 하는 스마트그리드 종합운영시스템에 적용될 경우, 애플리케이션 및 시스템 간 유연하고 손쉬운 시스템 통합이 가능할 것이다.
그렇기 때문에 기존 시스템들의 운영에 지장을 주지 않으면서 변화를 최소화 하는 것이 꼭 필요하다. 따라서 우리는 CIM 기반 메시지를 교환하기 위해 표준 인터페이스 서버가 CIM 메시지 구성 및 전송 기능을 대신할 수 있도록 표준정보모델 시스템 아키텍처를 구성하였고, 기존 레거시시스템이 보유한 데이터를 CIM 기반으로 저장하는 CIM 데이터베이스를 별도로 구축하였다.
또 사용자가 CIM 모델링 및 편집·이용 등을 수월하게 수행할 수 있도록 지원하는 표준정보모델 관리시스템을 구현하였다.
본 연구에서 주로 적용한 CIM은 완전한 패키지들의 집합으로 구성되어 있으며, 패키지 내 클래스는 다른 패키지의 클래스들과 그림 2와 같은 연관관계를 갖는다. 현재까지 정의된 CIM은 표 1과 같으며, 각 애플리케이션은 다수의 패키지로부터 공통정보모델 클래스들을 활용할 수 있다.
제안된 표준정보모델 시스템은 데이터 및 정보 교환을 위해 IEC 62541 OPC-UA 표준 통신 아키텍처를 지원하고, 표준 통신 아키텍처는 서버와 클라이언트로 구성된다 [5,6].
제안된 표준정보모델 시스템은 정보모델로써 CIM 표준을, 표준 통신아키텍처로 OPC-UA를 준용하였다. 표준정보모델 시스템 구축 과정에서 우리는 우선 통합 운영 될 다양한 시스템의 데이터를 분석하고 CIM 기반 모델링을 통해 표준정보모델 데이터베이스를 구축하였다. 또 사용자가 CIM 모델링 및 편집·이용 등을 수월하게 수행할 수 있도록 지원하는 표준정보모델 관리시스템을 구현하였다.

대상 데이터

본 연구에서 CIM기반 데이터 모델링[3,4]은 전력시스템을 구성하는 송·변전 및 배전 설비, 전력소비자, 신재생에너지 및 에너지저장장치와 휴·정전관리시스템 등 기존 레거시 시스템을 대상으로 한다.
송·변전 설비는 변전소 설비를 대상으로 하고 배전 설비는 배전선로 상의 다양한 개폐기 및 주상변압기를 대상으로 한다.

이론/모형

그래서 CIM 모델을 CIM RDF 스키마로 변환하는 과정이 필요한 것이다. 본 연구에서는 RDFs의 생성을 위해 CIM User Group에서 배포하는 CIMTool을 사용하였다. 그림 9는 CIM Meta 정보화 및 RDFs 변환과정, 그리고 해당 RDFs 파일을 CIM 데이터베이스에 적재하는 과정을 나타낸다.
본 논문에서는 전력분야에서 기 구축되어 운영되고 있는 다양한 레거시시스템과 풍력, 태양광, 에너지저장장치 등 스마트그리드 구성요소들의 통합운영을 지원하는 표준정보모델 시스템을 제시한다. 제안된 표준정보모델 시스템은 정보모델로써 CIM 표준을, 표준 통신아키텍처로 OPC-UA를 준용하였다. 표준정보모델 시스템 구축 과정에서 우리는 우선 통합 운영 될 다양한 시스템의 데이터를 분석하고 CIM 기반 모델링을 통해 표준정보모델 데이터베이스를 구축하였다.

성능/효과

그러나, 현재 OPC-UA에서의 Address Space들은 그림 4의 하단 그림처럼 서로 통합적이다. 따라서 개발자는 노드에 접근 시 OPC-UA에서 제공하는 10개의 서비스 집합을 통하여 Address Space의 노드 및 Reference에 손쉽게 접근하고, 노드를 삽입, 추가, 변경, 삭제할 수 있다.
향후 표준정보모델 시스템이 풍력, 태양광, 에너지저장장치 등 많은 애플리케이션 및 시스템을 구성원으로 하는 스마트그리드 종합운영시스템에 적용될 경우, 애플리케이션 및 시스템 간 유연하고 손쉬운 시스템 통합이 가능할 것이다. 또한, 기 검증된 OPC-UA의 도입으로 상호운용성 뿐만 아니라 보안성 및 통신성능 향상 등의 부수적인 효과도 얻었다.
제안된 표준정보모델 시스템은 스마트그리드를 구성하는 최근 스마트그리드 기술의 급격한 발전 및 고객의 니즈에 따라 다양하고 빠르게 출시 및 진화되고 있는 신규 서비스 및 시스템을 보다 쉽게 통합할 수 있는 기반환경을 제공할 것이다. 또한, 정보교환 시, 기 검증된 표준 통신 아키텍처 기반의 인터페이스 기술을 활용함으로써 보안성, 성능, 확장성 등을 보장한다.
OPC-UA는 앞서 언급한 기존 OPC가 가지고 있던 한계점들을 해결하기 위하여 만들어졌다. 플랫폼에 종속적이었던 기존 OPC에 Web Service 및 SOA(Service Oriented Architecture)패러다임을 도입하여 플랫폼 독립성을 확보하였고, 정보모델을 대폭 강화하여 풍부한 정보의 표현을 가능케 하였다. 또 기존 OPC에서 약점으로 지적되었던 보안 및 확장성을 보강하여 DCS, MES, ERP 등 산업 전반에 걸쳐서 널리 쓰이게 되었다.

후속연구

따라서 급격하게 진화중인 스마트그리드 환경 및 시장을 고려할 때 빠르게 출시되는 신규 서비스 및 애플리케이션을 유연하게 통합할 수 있도록 시스템 자체의 유연성 및 확장성을 반드시 갖추어야 한다. 본 논문에서 제안한 표준정보모델 시스템은 향후 스마트그리드 종합운영 시스템에 적용되어 다양한 애플리케이션 및 시스템과 서로 상호운용 될 수 있는 환경을 제공할 것이다.
제안된 표준정보모델 시스템은 스마트그리드를 구성하는 최근 스마트그리드 기술의 급격한 발전 및 고객의 니즈에 따라 다양하고 빠르게 출시 및 진화되고 있는 신규 서비스 및 시스템을 보다 쉽게 통합할 수 있는 기반환경을 제공할 것이다. 또한, 정보교환 시, 기 검증된 표준 통신 아키텍처 기반의 인터페이스 기술을 활용함으로써 보안성, 성능, 확장성 등을 보장한다.
그리고 OPC-UA를 기반으로 표준 인터페이스를 제공하는 표준인터페이스 시스템을 구현하였다. 향후 표준정보모델 시스템이 풍력, 태양광, 에너지저장장치 등 많은 애플리케이션 및 시스템을 구성원으로 하는 스마트그리드 종합운영시스템에 적용될 경우, 애플리케이션 및 시스템 간 유연하고 손쉬운 시스템 통합이 가능할 것이다. 또한, 기 검증된 OPC-UA의 도입으로 상호운용성 뿐만 아니라 보안성 및 통신성능 향상 등의 부수적인 효과도 얻었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 풍력, 태양광, 에너지저장장치, 스마트미터와 전기자동차 및 충전시스템 등이 활발히 보급됨에 따라 이들을 전력망에 효율적으로 연계 및 운용하는 무엇의 필요성이 증대되고 있는가?	최근 풍력, 태양광, 에너지저장장치, 스마트미터와 전기자동차 및 충전시스템 등이 활발히 보급됨에 따라 이들을 전력망에 효율적으로 연계․운용하는 스마트그리드 통합운영기술의 필요성이 증대되고 있다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 스마트그리드 환경은 다양한 장치 및 시스템으로 구성되고, 이들은 기 구축되어 운영되고 있는 송·변전 운영, 배전 운영, 신재생 운영 및 영업/수요 운영시스템 등 다양한 레거시 시스템과 공존한다.
	스마트그리드 기술은 무엇에 초점이 맞춰져왔는가?	그러나 스마트그리드 기술은 아직 초기로, 그간 상호운용의 측면보다는 각 개별 애플리케이션에 대한 개발기술의 실증에 초점이 맞춰져왔다. 이러한 애플리케이션이 시스템에 연계될 경우, 연계과정에서 동일한 데이터 및 정보의 중복, 필요 데이터 및 정보의 누락 등이 발생할 수 있기 때문에 데이터의 정합성에 문제가 발생한다.
	Common Information Model이란?	최근 전력분야에서는 정보모델 관련 표준으로 CIM(Common Information Model), 통신아키텍처로 OPC-UA(Unified Architecture)가 활발히 활용되고 있다. CIM은 전력분야에서 발생하는 다양한 정보를 클래스 형태로 모델링하여 표현하는데 목적이 있는 추상적 정보모델로 IEC 61970 TC57 및 IEC61968 WG14에서 표준화 작업을 주관하고 있다. OPC-UA는 IEC62541에서 표준화 작업을 주관하고 있는 통신 아키텍처로 CIM으로 표현된 정보들을 이종의 시스템 혹은 애플리케이션이 어떻게 교환할 것인가에 대하여 기술한 표준이다.

참고문헌 (12)

NIST, "Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards", 2010.
IEC, Draft IEC/TR 62357 second edition: TC 57 Architecture - Part 1: Reference Architecture for TC 57, 2009.
EPRI Technical Report, "Common Information Model Primer", 2011.
M. Uslar, M. Specht, S. Rohjans, J. Trefke and J. M. V. Gonzalez, "The Common Information Model CIM", 2012.
IEC, "IEC 62541-1 Ed. 1.0: OPC Unified Architecture Specification - Part 3: Address Space Model", 2007.
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IEC, "IEC 61970-402-8 Ed. 1.0: Energy Management System Application Program Interface (EMS-API) - Part 502-8: Web Services Profile for 61970-4 Abstract Services", 2009.
S. Rohjans, M. Uslar, and H. J. Appelrath, "OPC-UA and CIM: Semantics for the smart grid," in Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2010 IEEE PES, 2010, pp. 1-8.
MKE, "1st Smart grid Basic Plan", 2012
IEC, "IEC 61968-11 Ed. 1: System Interfaces for Distribution Management - Part 11: Distribution Information Exchange Model", 2008.
IEC, "IEC 61970-301 Ed. 1: Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common information model (CIM) base", 2007.
IEC, "IEC 62541-1 Ed. 1.0: OPC Unified Architecture Specification - Part 1: Overview and Concepts", 2008.

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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