방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 Korea Communications Agency

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주희 호
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1 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 Korea Communications Agency

2 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 개요 최근계속되는전력난해결을위해새로운발전시설건립등의발전공급설비증대를통한해결방안보다는기존전력량의효율적사용과신재생에너지, 에너지전력저장장치의활용이강조되고있다. 그리고이를위해정보통신기술 (ICT) 을기반으로실시간모니터링과제어를가능하게하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure, 첨단검침인프라 ) 의역할과기능에많은관심이집중되고있다. 이에본고에서는국내외스마트그리드의기술현황과스마트그리드서비스제공의가장핵심기술인 AMI 시스템기술에대해살펴보고자한다. 1. 지능형전력망인스마트그리드 스마트그리드는기존의전력망 (Grid) 관리와제어를위해정보통신기술을적용하여전력공급자와소비자간에양방향으로실시간전력정보를교환함으로서피크전력을감소시키고에너지사용효율을최적화하면서고품질의전기를안정적으로공급하기위한차세대전략망기반의개방형시스템통합인프라기술이다. 즉스마트그리드는신재생에너지, 전기자동차등청정녹색기술의접목및확장이용이한개방형전력시스템으로기후변화대응및에너지효율향상을위한 신성장동력인프라 라고할수있다 [4]. 이러한스마트그리드는전세계적으로많은관심과투자가이루어지고있는데, 그중우리나라는세계최대규모의제주도스마트그리드실증단지구축을시작으로지속적으로스마트그리드사업을확장해나가고있다. 단계별추진방향 단계별목표 단계별완료시나리오 단계별사업화목표 1단계 (2010~2012) 2단계 (2013~2020) 3단계 (2021~2030) 실증단지구축및운용 광역단위확장 국가단위완성 ( 기술검증 ) ( 소비자측지능화 ) ( 전체전력망지능화 ) 실시간가격정보기반구축 AMI 기반 DR 시스템구축 AMI 기반자동전력거래 지능형홈전력관리 요금제등소비자선택다양화 HAN, 수용가포털, 스마트미터, 스마트가전, 그린홈, HEMS 지능형빌딩 / 공장전력관리 소비자의전력생산활성화 그린빌딩, 그린 IDC, 그린공장, BEMS, FEMS 제로에너지홈 / 빌딩 AMI 응용시스템 2

3 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 우리나라는국가발전의새로운패러다임으로지구온난화에대비한저탄소녹색성 장을제시하면서, 스마트그리드를전략산업으로집중육성하려는계획을가지고있 는데, 기후변화대응, 에너지효율성향상및신성장동력창출을위한목표로 2030 년까지세계최초로국가차원의스마트그리드를구축한다는청사진을가지고있다. 정부는스마트그리드 3 단계구축 ( 안 ) 을수립하였으며, 1 단계 (2010~2012 년 ) 에는실증단 지구축및운용을통한신기술을검증하고, 2 단계 (2013~2021 년 ) 에서는거점도시및 광역지구로확장하여소비자측의지능화를완료하며, 3 단계 (2021~2030 년 ) 는전체전력 망의지능화를통해국가단위의스마트그리드를완성하는것을목표로하고있다 [2]. 이에따라 월제주도구좌읍일대의약 6,000 호를대상으로제주실증사업단 지가조성되어최근마무리되었고, 그성과를토대로지역별특성을반영한스마트 그리드확산사업참여와중장기 AMI 구축사업시행등본격적인사업화를통한부 가가치창출계획을세우고있다. 해외에서도스마트그리드에대한관심과투자는지속적으로증가하고있는데, 미 국의경우 2009 년경기대책법 ARRA 1) 를근거로스마트그리드기술구축과녹색일 자리창출가속화를위해 45 억달러를투자한바있고, 최근에는소비자절감과운 용효율적측면에서이익창출에집중하고, 유틸리티들은에너지효율화와신재생통 합을더욱강조하고있다. 유럽은스마트그리드를위한통합요구사항에더욱집중하는투자가이루어지고 있는데, 특히유럽은미국과달리 AMI 구축을위해주로 PLC 와 GPRS 2) 를선호한다 는점에서미국과는차별화된다. 한편일본은소비자와저탄소에너지자원개발중 심으로스마트그리드를추진중인데, 특히홈기반의전력관리플랫폼과통신기술 개발에집중하고있으며, 마이크로그리드와전기차충전기를통합하여도시단위의 Community-Grid 를구축하고있는것이특징이다. 중국은 09 년 SGCC(State Grid Corporation of China) 가 Strong Smart Grid 개념을제안한이래 15 년까지 2,650 억달러이상을투자할계획을가지고있으며, SGCC 는 GE, 시스코, 지멘스등 의글로벌기업과 HVDC 3) 분야에서유기적으로협력작업을수행중이다. 그러나스마트그리드의도입을위해가장핵심적이면서도필수적이라할수있는 AMI 4) 구축은여전히미비한수준에그치고있다. AMI 시스템은유무선인터넷을통 해전력소비자와전력회사사이를연결해주는서비스인프라로서스마트그리드실 1) 2) General packet radio service, 무선통신망을기반으로데이터트래픽을전송하기위해확장된 2.5 세대이동통신표준 3) 4) 원격검침인프라 3

4 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 현에필수적인핵심인프라이며, 미래지능형전력망운용을위해최우선적으로구 축되어야할지능화전력망인프라이다 [5]. 본고에서는향후스마트그리드사업의활 성화및확장을위해필수적으로요구되는 AMI 기술에대해살펴보고자한다. 2. AMI 기술개요 (1) AMI(Advanced Metering Infrastructure) 의개념 AMI 기술은가스, 전기, 열, 온수, 수도등의유틸리티공급자가고객의에너지사용량을원격으로자동검침하고이에따라정확한에너지공급과과금, 보고등의서비스를제공하며, 스마트미터를기반으로소비자 / 생산자간양방향정보소통이가능하도록연결해주는네트워크시스템을말한다. 이러한 AMI는전력공급자와수요자의상호인지기반 DR시스템 5) 구현및운영을위한핵심수단으로, 다양한유형의분산전원체계, 배전지능화시스템등과의정보연계등미래스마트그리드운용을위해최우선적으로요구되는지능화전력망인프라이기도하다. 이러한 AMI는인력에의한기존검침방법의문제 ( 검침효율및정확성등 ) 를개선하기위해제안된방법으로, 최근에는검침이외의다양한분야에서관련서비스를확대해나가고있다. 5) Demand Response 4

스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 (2) AMI 네트워크구조 AMI는스마트미터를기반으로미터링디바이스와통신하여요구시또는주기적으로에너지사용량을측정, 수집, 분석하는시스템으로 H/W, S/W, 통신, 소비자에너지디스플레이및제어, 소비자관련시스템, 미터데이터관리소프트웨어, 공급비즈니스시스템을모두포함하고있다.

5 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 (2) AMI 네트워크구조 AMI는스마트미터를기반으로미터링디바이스와통신하여요구시또는주기적으로에너지사용량을측정, 수집, 분석하는시스템으로 H/W, S/W, 통신, 소비자에너지디스플레이및제어, 소비자관련시스템, 미터데이터관리소프트웨어, 공급비즈니스시스템을모두포함하고있다. 시스템구축을위해서는측정디바이스와비즈니스시스템사이의정보교환을위한양방향통신네트워크가필요한데, 이를 AMI 네트워크라하며, AMI 네트워크는소비자로부터운용센터에이르기까지 HAN 6), NA N 7), WAN 8) 으로구성된다 [4]. 먼저 HAN은스마트소비자의다양한역할참여및서비스제공을위한디지털디바이스들간통신전달네트워크기술로, 정보가전의제어와응용서비스를디스플레이하기위한통신네트워크이다. HAN내에서, AMI의핵심장치인스마트미터는전자식전력량계와통신네트워크단말기능을수행하는데, 스마트미터기에서체크하는전력사용량을 6) 7) 8) 5

6 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 PLC 9) 기술과 ZigBee 기술, WiFi 기술등근거리무선통신을통해모니터링할수있다. NAN은배전단내필드영역의모든컴포넌트연결을위한통신네트워크기술로, AMI에서는스마트미터와데이터집선장치 (Data Collection Unit; DCU) 사이의연계네트워크기술을의미한다. IEEE s WiFi 매시기술, PLC 기술, ZigBee 기술등이대표적인후보기술이다. WAN은 Core/Metro 및 Backhaul 네트워크로구성되며, 미터데이터수집단위에서운용센터로데이터를전달하는통신네트워크이다. 이더넷기반의유선네트워크를사용함으로써중계시스템간의연동이가능하고, 전력시스템과관리시스템간에는와이브로와 CDMA기술이사용가능하며, 최근에는 3GPP LTE 기술이핵심기술로등장하고있다 [4]. 3. AMI 통신기술 전기사용에대한원격검침, 사용정보획득, 개별기기에대한원격모니터링및제어, 전력공급자와소비자간정보교환이가능하게하는스마트미터및 AMI구축을위해서는전력공급자와소비자간에양방향통신인프라를구축하는것이필수적이며, AMI 네트워크에서는공급자단말, 사용자단말, 제어단말등각단위의사용환경에최적화된다양한기술들을적용하고있다. (1) 기존 AMI 통신기술 [4] 1 PLC PLC 기술은전력공급의전력선을매체로사용하는통신방식인데, 전력선을타고가정으로들어오는 50~60Hz 주파수대의교류전기가흐르는구리전기선에고주파통신신호를함께보내고, 모뎀을이용해전기선에서통신신호만을골라내인터넷통신을가능하게하는기술이다. 이기술은기존의무선통신방식에비해저렴하게단말기를공급할수있고, 기존전력선을활용함에따라투자비가저렴하며, 기존변압기를사용하기때문에공간점유비용이불필요하여설치비절감에효과적이다. 그러나제한된전송전력, 높은부하간섭과잡음 (High noise), 가변감쇠 (High 9) Power line communication, 전력선통신기술 6

7 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 attenuation), 임피던스레벨 (Impedance level) 잡음, 신호왜곡 (Signal distortion) 등은 해결되어야할문제이다. 2 IEEE s (Wifi Mesh) IEEE s 표준에근거한무선랜규격인 Wifi Mesh는멀티홉을기반으로하는근거리통신망을구성하고인터넷서비스및다양한산업분야에서통신서비스를제공하는근거리무선네트워크기술이다. 이기술은기존의 Wifi 보다넓은지역을커버할수있으며 Wifi보다상대적으로넓은공간에서적은단말들이존재하는동시에다른무선장비들에의한간섭이적은공간에활용될수있는기술이다. 이기술은네트워크확장이쉽고유지, 보수가용이한장점이있으며, 자동화된환경설정과낮은관리비용으로무선인터넷접속, 재난방지, 보안, 군등의다양한분야에서응용되고있으며대용량데이터가수시로발생하는스마트그리드의통신기간망구성에도적합한기술로거론되고있다. 3 IEEE (ZigBee) WPAN은개인주변영역을주동작범위로하여저가격, 저전력, 근거리, 소형화를추구하는네트워크이다. ZigBee는 868MHz, 902~928MHz 및 2.4GHz에서동작하는 WPAN 규격으로, ZigBee를사용하면 WPAN 내 50m이내거리에있는주변장치들간에는최고 250kbps 의속도로데이터를주고받을수있다. ZigBee는홈네트워크, 빌딩및산업기기의자동화, 가전제품제어, 물류, 재고관리, 환경모니터링, 컴퓨터주변장치연결, 동물관리, 자연재해관리, 군사, 보안, 지능형교통시스템 (ITS), 텔레매틱스, 건강관리 (Health Care) 나환자관리와같은휴먼인터페이스등다양한유비쿼터스컴퓨팅시장에폭넓게응용될수있는기술이다. 4 IEEE 802.3(Ethernet, 초고속통신망 ) 근거리통신망 (LAN) 네트워크내의 PC, 프린터등각종단말의연계성표준화를위해개발된이더넷표준은전력인프라및스마트미터, 개인의료기기, 사물인터넷등광범위한분야에적용되고있으며, IEEE는 2013년 4월대폭적인네트웍대역폭성장을지원할수있는 400Gb/s 이더넷표준개발을위한스터디그룹을출범하였다. 이더넷은오래전에개발된전통적인기술이지만타기술의개발과연동하여지속적으로응용되고있는데, 특히스마트그리및에너지효율화분야에서활용도가높은것으로평가되고있다. 7

8 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 (2) 새로운무선통신표준기술 현재스마트그리드에적용할수있는무선통신기술을위한국제표준활동이활발히진행되고있으며, 각국은세계시장선점을위해경쟁력있는기술분야에서표준화활동에참여하고있다. 특히독일은신재생및전기차분야에서, 프랑스는신재생및충전기분야에서기술력우위를점하고있으며한국은 IEEE 10) 의무선통신분야에서비교우위의기술력이있으며, IEEE에서는스마트그리드를위한무선통신에관한세부기술표준및가이드를제안하고있다. 아래에서설명하는 IEEE 802 표준규격은근거리및도시권통신망을관할하는 LAN에관한표준화기술이다. 1 IEEE g(SUN) IEEE g는 IEEE-SA에서발표한스마트미터, 스마트단말기등스마트그리드내의기기간의상호통신에사용되는무선네트웍에대한국제표준규격을말하며, 이표준을통해전세계수백만개가넘는다양한네트워크기기들을네트워크에연결하여통신사가제공하는서비스에준하는무선통신기능을수행할수있다. 기존전력망 ( 발전과배전에관련된 ) 을기반으로가정과상업지구에있는미터기, 가전기기, 공공시설및전기자동차의전력소비량계측과모니터링을능동적으로수행하 10) 국제전기전자기술자협회 8

9 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 기위해양방향통신을제공하고, 각가정에서사용중인전력량위주의수도 / 가스 등의양방향통합원격자동검침망을구축할수있다. 2 IEEE ah( 광역무선랜 ) 유선인터넷의기술규격인 IEEE 802.3과는달리무선랜통신환경기술을정의한것이며, 5GHz 대역의전파를사용하며 OFDM 기술을사용해최고 54Mbps 까지의전송속도를지원한다. 주된응용분야는 WiFi를이용하는스마트그리드와 M2M 통신, 센서네트워크, 셀룰러오프로딩 (cellular off-loading) 및광역무선랜서비스등이다. 3 IEEE (M2M) 현재 IEEE 워킹그룹은광대역이동통신표준기술기반에서공공안전, 재난구조통신, M2M 통신지원을위한무선접속기술국제표준을작성중이며, 전력절약의향상, 적은양의데이터전송, 다수단말제어를응용서비스특성으로하고있다. 기기간통신기반의시스템운영비절감과효율화, 생산성향상을목표로하는 M2M은텔레매틱스, 스마트그리드, 물류, 디지털사이니지등전방위영역으로확산되고있다. 4 IEEE b(TV White Space) TV White space 11) 을활용하기위해인지무선기술 (CR: Cognitive Radio) 을적용하는기술로서스마트그리드컨트롤에활용될수있으며, 특히국내의 ETRI에서는인지무선통신기술을반영한표준안을 IEEE에제안한바가있다. TV White space 는기존의 Wifi가사용하는주파수대역인 2.4GHz나 5GHz 주파수에비해전파특성이우수하고신호도달거리가넓기때문에저렴한비용으로네트웍을구축하는것이가능하며, 실시간모니터링이필요한스마트그리드나산불감시와같은녹색정보제공서비스에서의적용가능성이높은기술이다. 4. 시사점및결론 스마트그리드는기존의공급자위주의단순한전력망에 ICT 기술을접목하여전략 의생산, 공급, 소비의전과정에서전력공급자와수요자사이에양방향통신을가 11) 방송대역에서 방송을위해분배한주파수중에서사용하지않고비어있는주파수대역 9

10 방송통신기술이슈 & 전망 2014 년제 53 호 능하게함으로서전력사용에있어서가용성, 효율성, 안전성을보장하는차세대전력관리시스템이며, 스마트그리드에서네트워크통신분야의핵심이바로 AMI 기술이라할수있다. 그러나국책사업으로서대대적인투자와선도적인사업추진력을보여주는스마트그리드사업에비해 AMI에대한관심과기술적발전수준은그에비해매우미흡한수준이라할수있다. 이에 AMI 관련분야에서의 IT강국인우리나라의적극적인관심과활발한기술개발이요구된다하겠다. 10

11 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향 [1] 지능형전력망협회, 스마트그리드 AMI 기술동향보고서, [2] 지식경제부, 스마트그리드국가로드맵, [3] 명노길외 3명, AMI 근거리통신기술분석, 정보와통신 Vol.30 No.10, 한국통신학회, [4] 안윤영, 박창민, 스마트그리드에서의 AMI 네트워크기술동향, 정보통신산업진흥원, [5] 스마트그리드의핵심은 AMI( 원격검침인프라 ) 에서시작, IEEE Standards Association 한국공식블로그, [6] 김형수, 스마트그리드국내외기술동향 ; 지능형소비자, TTA Journal No.129,

12 방송통신기술시장 정책콘텐츠 발행호 2014 년제 53 호 발간물명 스마트그리드구축을위한 AMI 기술동향

Microsoft Word - 안윤영

Microsoft Word - 안윤영 포커스 스마트그리드에서의 AMI 네트워크기술동향 안윤영 * 박창민 * 스마트그리드는전력에너지의공급과소비가양방향으로이루어지며, 인터넷기술을사용하여실시간으로전력정보를제공하므로피크전력을감소시키면서에너지절약및효율적인에너지사용을가능하게한다. 최근계속되는국내의전력난을해결하기위해신규발전소의건립과같은발전공급설비증대를통한해결방안보다는, 기존전력량의효율적인사용과배전단과소비자단에서분산신재생에너지와에너지전력저장장치의효율적인활용을위해정보통신기술