[논문]스마트그리드 통신망 구축 및 운영방안 연구

양호욱; 황우현

스마트그리드 통신망 구축 및 운영방안 연구
Study on Construction and operation of the Smart Grid Communication Network 원문보기

양호욱 , 황우현

스마트그리드 통신망은 발전, 송전, 배전, 소비자 등의 각 도메인들이 상호운영성을 확보할 수 있도록 시스템과 시스템, 시스템과 단말, 단말과 단말간에 유무선 통합통신망을 구축하는 것이다. 현재 제주도 실증단지 스마트그리드 통신망은 기존 송전선로 OPGW와 4개 배전선로에 첨가 광케이블을 이용하여 각 시스템이 연계될 수 있도록 구축했다. 이에 현재 설치된 현황을 살펴보고 미래 스마트그리드로 가기 위한 통신망 구축과 운영방안을 제시하고자 한다.

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문제 정의

이에 본고에서는 현재 운영 중인 전력망 원격감시시스템의 SCADA, DAS 시스템 통신망과 통신기술에 대하여 살펴보고 본 과제인 전력IT 실증과제 성과물을 실증하기 위한 통신망 구축 현황을 기술하고 앞으로 운영방안을 도출하고 개선점에 대해 살펴봄으로써 미래 스마트그리드 통신망 구성에 대하여 제시하고자 한다.

제안 방법

SA 시스템은 변전소 내부시스템으로 IEC 61850 기반의 통신 네트워크는 Dual Hybrid방식의 구조를 적용하였으며 통신케이블은 온도, 습도, 전자기적인 환경을 고려하여 멀티모드의 광케이블을 포설하여 100Mbps 네트워크를 구성하였다(backbone switch간 1Gbps로 구성). SA 시스템의 네트워크는 실시간성 보장과 더불어 네트워크의 안정성을 확보하였다.
SA시스템과 상위시스템(SCADA, DAS, PGOMS)의 통신은 DNP 프로토콜을 사용하는 SCADA와 DAS는 기존과 동일한 방식을 사용했으며 PGOMS와는 LAN을 이용한 고속망으로 구축하였다.
제주도 스마트그리드 실증단지 구축 사업은 2009년 12월 제주도 구좌읍에 시작되었으며 최초 출발은 전력IT 10개 과제를 통합 실증하여 해외시장에 진출하고자 2008년 12월 전력IT 통합실증기술개발 및 Test Bed 구축하는 과제이다. 결국 5개 분야로 분리되었고 발전과 소비자의 도메인을 뺀 송전, 변전, 배전을 중심으로 한 파워그리드에 전력IT 성과물을 설치하여 실증하게 되었다.
SA시스템의 통신네트워크가 보장해야 하는 성능은 신뢰성과 더불어 표준에서 정의된 서비스가 규정된 시간에 수행되어야 하는 실시간성이다. 네트워크 지연시간을 최소화할 수 있는 네트워크 구조와 GOOSE 메세지 등의 실시간 전송 서비스를 위한 이더넷 스위치를 설치하였다.
17 RPR 즉 Resilient Packet Ring 국제규격을 기반으로 한 지능형 다기능 단말장치들의 정보데이터, 제어신호와 기존 TDM 전용서비스, NG-SDH기반의 Ethernet 서비스를 단일 플랫폼에서 1Gbps의 초고속으로 동시에 전송할 수 있는 장치를 지원하기 위해서 배전선로에 첨가 광케이블을 포설하여 네트워크를 구축하였다. 또한 설계시 모든 배전선로는 변전소에서 인출되는 관계로 변전소를 허브 개념으로 두고 COT를 변전소에 설치하였으며 상위로는 기존 송전선로를 이용하여 구축되어 있는 OPGW 나 광케이블, 광전송장비를 이용함으로써 네트워크의 안정성과 신뢰성을 확보하였다.
배전지능화 시스템 기본적으로 IP 기반의 광전송과 IEEE802.17 RPR 즉 Resilient Packet Ring 국제규격을 기반으로 한 지능형 다기능 단말장치들의 정보데이터, 제어신호와 기존 TDM 전용서비스, NG-SDH기반의 Ethernet 서비스를 단일 플랫폼에서 1Gbps의 초고속으로 동시에 전송할 수 있는 장치를 지원하기 위해서 배전선로에 첨가 광케이블을 포설하여 네트워크를 구축하였다. 또한 설계시 모든 배전선로는 변전소에서 인출되는 관계로 변전소를 허브 개념으로 두고 COT를 변전소에 설치하였으며 상위로는 기존 송전선로를 이용하여 구축되어 있는 OPGW 나 광케이블, 광전송장비를 이용함으로써 네트워크의 안정성과 신뢰성을 확보하였다.
아울러 GOOSE의 실시간성을 보장하기 위해서 GOOSE 메시지의 우선순위는 4로 설정하여 일반적인 MMS 메시지보다는 더 높은 우선순위로 처리될 수 있게 함으로써 지연 시간을 최소화하였다. 여기서, 스위치는 802.1q와 802.1w를 지원할 수 있는 managed switch를 사용했으며, VLAN 구성은 GOOSE를 통한 응용에 맞춰 구성하였다. SA시스템의 통신네트워크가 보장해야 하는 성능은 신뢰성과 더불어 표준에서 정의된 서비스가 규정된 시간에 수행되어야 하는 실시간성이다.
기존에 파워그리드를 운영하기 위하여 각종 자동화 설비를 설치하였는데 송▪변전에서는 SCADA 시스템, 배전에서는 배전자동화 시스템을 구축하여 현장 전력설비를 원격 감시 제어하고 있다. 전력IT 과제에서는 송전선로에 각종 센서를 설치하여 무선으로 정보를 취득하고 변전소는 설비에 IEC61850기반의 IED를 광 네트워크로 정보를 유통시키며, 배전선로 기기는 지능화하여 각종 정보 및 고장파형을 취득할 수 있는 초고속 통신망을 사용할 수 있는 광케이블을 배전선로에 첨가하여 구축하였다. 이러한 전력IT 과제를 통합 실증하기 위한 시스템을 구축하게 되는데 이 시스템이 PGOMS이다.

이론/모형

1단계에 구축한 능동형텔레메트릭스는 네트워크와 데이터의 호환성을 위해 통신프로토콜 단일화와 이더넷 기반의 네트워크를 구축하였으며 통신프로토콜은 향후 전력분야에 확대 적용이 예상되는 IEC61850 표준으로 통일하였고 무선센서네트워크는 IT분야에서 도로, 항만에 적용되고 있는 IEEE1451의 표준을 적용하였다. 센서와 센서간에는 Zigbee 방식, 센서와 LNB는 WLAN방식, LNB와 서버간에는 광통신선로(OPGW)를 사용하였다.
1단계에 구축한 능동형텔레메트릭스는 네트워크와 데이터의 호환성을 위해 통신프로토콜 단일화와 이더넷 기반의 네트워크를 구축하였으며 통신프로토콜은 향후 전력분야에 확대 적용이 예상되는 IEC61850 표준으로 통일하였고 무선센서네트워크는 IT분야에서 도로, 항만에 적용되고 있는 IEEE1451의 표준을 적용하였다. 센서와 센서간에는 Zigbee 방식, 센서와 LNB는 WLAN방식, LNB와 서버간에는 광통신선로(OPGW)를 사용하였다.

성능/효과

Access switch와 backbone switch와 회선장애 및 backbone switch간의 장애 등에 대해 RSTP에 의해서 백업 경로와 다른 backbone switch 를 사용함으로써 장애를 복구할 수 있다. 아울러 GOOSE의 실시간성을 보장하기 위해서 GOOSE 메시지의 우선순위는 4로 설정하여 일반적인 MMS 메시지보다는 더 높은 우선순위로 처리될 수 있게 함으로써 지연 시간을 최소화하였다. 여기서, 스위치는 802.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

스마트그리드 통신망이란?

스마트그리드 통신망은 발전, 송전, 배전, 소비자 등의 각 도메인들이 상호운영성을 확보할 수 있도록 시스템과 시스템, 시스템과 단말, 단말과 단말간에 유무선 통합통신망을 구축하는 것이다. 현재 제주도 실증단지 스마트그리드 통신망은 기존 송전선로 OPGW와 4개 배전선로에 첨가 광케이블을 이용하여 각 시스템이 연계될 수 있도록 구축했다.

지능형송전의 특징은 무엇인가?

지능형송전은 철탑이나 송전선로 상에 센서와 카메라를 부착하여 송전선 상태나 기상상태, 낙뢰 등의 데이터를 센싱하고 송전선로 주변의 상태를 화상정보로 전송하는 기능을 하며 실증과제로는 송전선로 감시 시스템과 능동형텔레메트릭스가 있다.

DAS시스템은 현장 감시 제어 대상인 배전설비에 무엇을 설치하여 원격에서 운영하고 있는가?

변전소 원격감시, 제어를 하는 SCADA 시스템은 한정된 장소와 설비의 군집성으로 RTU에서 취합하는 것과 달리, DAS시스템은 배전선로가 복잡하게 구성되어 있으며 감시 제어하고자 하는 개폐기가 현장에 산재 되어 있다. 현장 감시 제어 대상인 배전설비에 FRTU가 설치하여 원격에서 운영하고 있다. 원격 감시 제어를 위한 통신 프로토콜은 전력자동화의 산업표준인 DNP3.

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