SGSGSGSG SGSGSGS SGSGSG SGSGS SGSG SGS SG SPS-SGSF/TR-053-3-xxxx SG 온라인에너지관리시스템제 1 부 : 일반요구사항 SPS-SGSF/TR-053-3-xxxx (Ed1.0:2014-07) 한국스마트그리드협회 스마트그리드표준화포럼 2014 년 07 월 10 일제정 http://www.sgstandard.org
심의 : 포럼표준심의회 성 명 위 원 회 / 소 속 비 고 ( 위 원 장 ) 이용준 시 험 인 증 상임워킹그룹 위원회장 김형수 소 비 자 도메인위원회 위원회장 마 일 한국기계전기전자시험연구원 본 부 장 유경태 한 국 산 업 기 술 시 험 원 팀 장 안윤영 한 국 전 자 통 신 연 구 원 책 임 등 5 명 ( 간 사 ) 강세일 한 국 스 마 트 그 리 드 협 회 팀 장 원안작성및협력 성명소속위원회비고 ( 위원장 ) 김형수 K T 소비자 도 메 인 위 원 회 위원회장 박경규 K T 위원 김인범 L G U + 위원 손동민 L G 전자위원 문형석 L H 공사위원 유영규 L S 산전위원 성한호남전사위원 박종빈넥서스커뮤니티위원 한정훈누리텔레콤위원 천재익삼성전자위원 유주훈엠에이티위원 이헌영옴니시스템위원 박종태한전 K D N 위원 최인선효성위원 최진식 한 양 대 학 교 원 격 E M S 프로젝트팀 P T 장 송나옥 K A I S T 에디터 김형수 K T 에디터 박경규 K T 에디터 이건희국가보안기술연구소에디터 박진상짐코에디터 탁동국이엔테크놀로지에디터 이석배포스코 I C T 에디터 김영만중앙대학교에디터 이상영그리드위즈에디터
강현준한전 K D N 에디터 김준한국스마트그리드협회에디터 강윤기한국스마트그리드협회에디터 표준열람 : 스마트그리드표준화포럼 (http://www.sgstandard.org) 제정자 : 한국스마트그리드협회 ( 스마트그리드표준화포럼 ) 제 심 정 :2014 년 07 월 10 일 의 : 표준심의회 원안작성협력 : 소비자도메인위원회 이표준에대한의견또는질문은한국스마트그리드협회 ( 스마트그리드표준화 포럼 ) 으로연락하거나웹사이트를이용하여주십시오 (http://www.sgstandard.org).
목 차 1 적용범위... 1 2 인용표준... 1 3 용어와정의... 1 3.1 에너지관리시스템 (EMS, Energy Management System)... 2 3.2 가정용 ( 댁내 ) 에너지관리시스템 (HEMS, Home Energy Management System)... 2 3.3 건물에너지관리시스템 (BEMS, Building Energy Management System)... 2 3.4 공장에너지관리시스템 (FEMS, Factory Energy Management System)... 2 3.5 온라인에너지관리시스템 (OEMS, Online Energy Management System)... 2 4 약어... 3 5 온라인에너지관리시스템개요... 4 5.1 온라인에너지관리시스템아키텍처... 4 5.2 온라인에너지관리시스템서비스요구사항... 4 6 온라인에너지관리시스템참조모델... 7 6.1 온라인에너지관리시스템인프라... 7 6.2 온라인에너지관리시스템기능... 8 7 온라인에너지관리시스템구조... 11 7.1 온라인에너지관리시스템소프트웨어아키텍처... 11 7.2 온라인에너지관리시스템서비스개념도... 11 8 온라인에너지관리통신프로토콜... 12 8.1 통신망참조구성... 12 8.2 통신인터페이스... 12 8.3 통신프로토콜... 14 8.4 보안... 14 9 온라인에너지관리시스템서비스모델및활용사례... 17 9.1 온라인에너지관리시스템분류... 17 9.2 온라인에너지관리시스템활용사례... 19 참고문헌... 21 부속서 A... 22 A.1 온라인홈에너지관리서비스모델... 22 A.2 온라인건물에너지관리서비스모델... 23 A.3 온라인공장에너지관리서비스모델... 24
한국스마트그리드협회 ( 스마트그리드표준화포럼 ) 단체표준 온라인에너지관리시스템 - 제 1 부 : 일반요구사항 Online Energy Management System - Part1: General Requirement 1 적용범위 본표준은온라인에너지관리시스템의정의와도입목적에따른일반요구사항을정의한다. 에너지데이터의수집, 분석, 가시화, 관리및최적화등온라인으로건물, 가정, 공장등의에너지를효율적으로관리하고운영할수있게해주는관리도구의기본구성을정의하는것이다. 또한온라인에너지관리시스템이도입목적에따라적합하게활용될수있도록온라인에너지관리시스템의기능과구조, 통신프로토콜및서비스모델을정의한다. 편리한서비스제공을위해필요한온라인에너지관리시스템의참조모델과시나리오를제시하고관련기술에대해명시한다. 이표준의목적은온라인에너지관리시스템에관련된모든대상 ( 개발, 보급, 운용 ) 에적용하여상호협력을촉진하고이를통하여에너지관리의효율향상을달성하는것이다. 2 인용표준 다음의인용표준은이표준의적용을위해필수적이다. 발행연도가표기된인용표준은인용된판만을적용한다. 발행연도가표기되지않은인용표준은최신판 ( 모든추록을포함 ) 을적용한다. SGSF-05-2013-05:FS, 개방형건물에너지관리서비스프레임워크참조모델 SGSF-05-2012-04-1974, 스마트그리드가정용에너지관리시스템참조모델 - 제 1 부 : 가정용에너지관리서비스일반요구사항 SGSF-121-1(Ed1.0:2014-03), 스마트그리드표준의보안성확보를위한요구사항 SGICT-2-001:2011, 스마트그리드 Use Cases TTAK.KO-04.0132:2011, 스마트그리드가정용에너지관리시스템표준모델 TTAK.KO-04.0133:2011, 능동적건물에너지관리성능평가항목 TTAK.KO-04,0135:2011, 에너지절감을위한건물정보, 표준참조모델 TTAK.KO-04.0137:2011, 스마트그리드 - 건물에너지관리시스템연동참조모델 TTAK.KO-04.0163:2012, 개방형건물에너지관리서비스프레임워크참조모델 TTAK.KO-04.0172-part1:2013, 에너지정보표시장치 - 제 1 부 : 일반요구사항 TTAK.KO-04.0121/R1:2012, 지능형홈네트워크기기제어를위한 RS-485 통신프로토콜적합성시험 : 일괄차단기 3 용어와정의
이표준의목적을위하여다음의용어와정의를적용한다. 3.1 에너지관리시스템 (EMS, Energy Management System) 에너지소비자에게에너지절감및에너지효율화를포함한통합적인에너지관리서비스를제공하기위한시스템으로전력사용량을분석하고전력사용을절감하기위한에너지사용방침, 에너지사용및절감목표그리고그목표들을달성하기위한프로세스등에너지관리절차의수립과이와상호연관되거나작용하는요소의집합이다. 3.2 가정용 ( 댁내 ) 에너지관리시스템 (HEMS, Home Energy Management System) 단독주택또는공동주거공간에서의개별가구에있어서의댁내소비자관점에서에너지관리서비스를제공하기위한시스템으로전력에너지에대한전달, 에너지에대한효율적인사용, 에너지에대한거래및전력저장및충전, 방전기능을위한제어및관리기능을제공하는시스템이다. 3.3 건물에너지관리시스템 (BEMS, Building Energy Management System) 건물에너지관리시스템은건설기술과정보통신 (ICT) 기술, 에너지기술을융합활용하여건물에대한각종정보를수집하고데이터를분석하여건물에최적의환경을제공하고에너지를효율적으로관리하여주는시스템으로건물관리자가사용자의쾌적하고기능적인업무환경을효율적으로유지 보전하기위해 ICT 기술을이용하여합리적인건물에너지사용이가능하도록관리하는건물에너지제어 관리 경영통합시스템이다. 3.4 공장에너지관리시스템 (FEMS, Factory Energy Management System) 건설기술과정보통신 (ICT) 기술, 에너지기술을융합활용하여공장에대한각종정보를수집하고데이터를분석하여불필요한설비의가동을방지하고에너지를효율적으로관리하여주는시스템으로공장내에너지소비량과시스템운전상태등을정보통신기술 (ICT) 을활용해공장에너지효율향상을달성하고공장내의에너지손실, 낭비를제거및개선하여합리적인에너지사용을도모하는에너지관리시스템이다. 3.5 온라인에너지관리시스템 (OEMS, Online Energy Management System) 온라인에너지관리시스템은정보통신기술 (ICT) 을이용하여온라인으로가정, 빌딩, 공장등의효율적인에너지관리서비스를사용자에게제공하기위한통합시스템이다. 에너지관리서비스는에너지관리방침, 에너지서비스목표그리고그목표를달성하기위한프로세스및절차를수립하기위해상호연관되거나작용하는모든제어서비스이다. 온라인에너지관리시스템은에너지가시화기능, 에너지분석기능, 에너지관리기능, 에너지제어기능을포함한다. 또한온라인에너지관리시스템의적용범위는단일사이트또는복수개의사이트가될수있으며그룹제어가가능하다. 2
4 약어 본표준에서사용된약어는다음과같다. EMS Energy Management System HEMS Home Energy Management System BEMS Building Energy Management System FEMS Factory Energy Management System OEMS Online Energy Management System ICT Information & Communication Technology RS-232 Recommended Standard 232 RS-422 Recommended Standard 422 RS-485 Recommended Standard 485 USB Universal Serial Bus RF Radio Frequency IrDA Infrared Data Association CAN Controller Area Network PLC Power Line Communication WLAN Wireless LAN Optic LAN Optical Local Area Network WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access TRS Trunked Radio Service BACnet Building Automation and Control NETworks LonWorks Local Operation Network HVAC Heating, Ventilation, Air Conditioning HMAC Keyed-Hash Message Authentication Code KNX 3
5 온라인에너지관리시스템개요 5.1 온라인에너지관리시스템아키텍처 온라인에너지관리시스템 (OEMS) 인프라는에너지관리의대상이되는설비, 통신기능이부여된제어기, 다양한제어기의데이터의수집과프로토콜변환을수행하는게이트웨이, 게이트웨이나제어기와데이터송수신을통하여데이터의수집, 분석, 가공, 처리를수행하는 EMS 서버, EMS 서버에서비스로탑재되는응용프로그램과통신망구성을위한네트워크로구성된다. 그림 1 은온라인에너지관리시스템아키텍처를보여준다. EMS 서버는통신망을이용하여게이트웨이나제어기에연결하여원격지설비의에너지데이터와정보를수집한다. EMS 서버는게이트웨이나제어기로부터수집한에너지데이터를가공하여데이터베이스에저장하고사용자에게에너지정보를제공한다. 사용자는사용자인터페이스를이용하여 EMS 서버에서제공하는원격지설비의에너지정보를요청하고열람할수있다. 또한 EMS 서버는클라우드통신망을통하여원격지설비 / 제어기를관리한다. 관리자는 EMS 서버관리를위해전용의응용프로그램을이용하여시스템을유지관리및모니터링한다. 5.2 온라인에너지관리시스템서비스요구사항 5.2.1 온라인에너지관리시스템의기능 그림 1 온라인에너지관리시스템아키텍처 온라인에너지관리시스템은에너지관리서버와소프트웨어를원격지에플랫폼으로구축하여통신네트워크를통해에너지정보의수집, 분석, 가시화, 정보관리, 에너지절감제어및최적화컨설팅서비스를온라인으로제공한다. 온라인에너지관리시스템은그림 2 에서보여주는바와같이수집된에너지정보를분석하고분석된내용으로에너지정보를관리하거나가시화한다. 또한가시화된사용자인터페이스를통해사용자가사용한에너지의분석내용을볼수있으며사용자는온라인으로제어및관리를수행할수있다. 에너지정보의관리는기본적으로수집된다양한에너지사용량과환경정보분석내용을토대로진행되지만사용자가온라인제어를통해접근하여관리하는정보일수있다. 그자세한기능들은아래와같다. 4
- 에너지정보수집기능 - 에너지정보분석기능 - 가시화기능 - 에너지정보관리기능 - 온라인제어기능 5.2.1.1 에너지정보수집기능 그림 2 온라인에너지관리시스템의기능 온라인에너지관리시스템은다양한에너지사용설비및기기들로부터에너지사용량과환경정보들을수집한다. 5.2.1.2 에너지정보분석기능 온라인에너지관리시스템이수집하는다양한에너지사용량과환경정보들을분석하여사용자에게불합리하게사용된시점이나사용자가필요로하는기간의에너지사용경향정보들을생성하고제공한다. 5.2.1.2.1 에너지소비량분석 에너지사용량에대한분석을통해에너지사용에대한성능지표를산정하고분석한다. 특히수요처벌온ㆍ습도등의환경정보를바탕으로에너지소비량을분석하여에너지소비량상세분석정보를사용자에게제공한다. 또한서비스대상별로에너지소비에대한평균값, 목표값, 최대값등기준모델을산출하고실제소비에너지와비교분석정보를사용자에게제공한다. 5.2.1.2.2 정보경향분석 사용자는과거의에너지소비량에대한정보를분석함으로써요일별, 시간대별, 장소별패턴을확인하고불합리하게사용된시점을분석할수있다. 통계분석을이용한알고리즘적방법, 에너지해석프로그램을이용한분석적방법등을사용하여에너지소비량을예측한다. 5.2.1.3 가시화기능 5
온라인에너지관리시스템이정보통신기술을활용하여원격지에너지정보를수집한뒤이를사용자들에게 ( 사용자가접속한사용자인터페이스에 ) 가시화하는기능이다. 에너지관리시스템이에너지의소비내역을파악하고에너지분석을통해에너지절감요소를도출하여효율적인에너지관리에필요한제어알고리즘도출을위한가장기본적인기능이다. 5.2.1.3.1 에너지정보표시기능 계측기등으로부터얻어지는에너지데이터를가공하여에너지사용량, 요금, 통계정보, 비교정보, 에너지지표등상세한에너지정보를사용자에게제공한다. 5.2.1.3.2 정보경향표시기능 사용자는과거의에너지소비량에대한정보를분석함으로써요일별, 시간대별, 장소별패턴등을제공한다. 5.2.1.4 에너지정보관리기능 에너지관리기능은사용자의에너지절감을위해소비량을예측, 계획및비용을관리하는기능이다. 5.2.1.4.1 에너지소비량예측 온라인에너지관리시스템은정보경향분석을통하여사용자의에너지소비량과패턴을지속적으로알게하여자발적으로관리하게함으로에너지절감효과를기대할수있다. 또한에너지소비량을예측하여에너지예산을계획하고관리하는데도움이되며계획적인에너지운영및관리를할수있다. 5.2.1.4.2 에너지비용관리 온라인관리자의중요기능은에너지소비량예측과함께수시로변하는에너지비용의관리이다. 실시간에너지사용량에대한비용관리는전체적인예산을소비하는데사용자가유용하게활용할수있다. 또한급격한에너지비용의상승은에너지관리에많은영향을줄수있는요소이므로이를효과적으로관리하면에너지비용운영을탄력적으로운용할수있다. 5.2.1.5 온라인제어기능 사용자의에너지사용스케줄과에너지분석정보기반으로에너지효율화를위한에너지기기온라인제어기능을제공한다. 사용자는에너지온라인제어기능을자동과수동으로설정할수있다. 6
6 온라인에너지관리시스템참조모델 온라인에너지관리시스템참조모델은온라인에너지관리시스템을구현하기위한기준과체계로온라인에너지관리시스템인프라및기능으로구성된다. 6.1 온라인에너지관리시스템인프라 온라인에너지관리시스템의인프라는에너지관리의대상이되는설비의에너지효율화를위한통신기능이부여된제어기, 다양한제어기의데이터의수집과프로토콜변환을수행하는게이트웨이, 게이트웨이와데이터송수신을통하여데이터의수집, 분석, 가공, 처리를수행하는온라인 EMS 서버, 온라인 EMS 서버에서비스로탑재되는어플리케이션과통신망구성을위한네트워크로구성된다. 6.1.1 설비 그림 3 온라인에너지관리시스템인프라구성 온라인에너지관리시스템의가장하위계층인프라구성으로에너지관리의대상이되는개체이다. 6.1.2 제어기 온라인에너지관리시스템설비의상태감시, 진단, 제어기능을수행하기위한통신기능이가능한디바이스장치이다. 단, 제어기는게이트웨이를통하거나또는직접적으로온라인 EMS 서버와통신할수있다. 또한제어기는기기제어기, 설비제어기, 센서를총칭한다. 6.1.3 게이트웨이 게이트웨이는제어기를통하여수집된설비의상태정보를수집하고온라인 EMS 서버에게데이터전송을위한프로토콜변환장치이다. 7
6.1.4 네트워크 네트워크는에너지관리시스템을온라인으로구성하는통신망으로유선및무선통신망을포함한다. 6.1.5 온라인 EMS 서버 온라인 EMS 서버는게이트웨이나제어기와실시간데이터송수신을통하여데이터의수집, 분석, 가공, 처리를수행하며 DB 서버, WEB 서버등으로구성된다. 6.1.6 서비스사업자 서비스사업자는온라인 EMS 서버를통하여수집된데이터를사용자에게제공하기위해설비의상태정보감시및제어그리고에너지관리현황및통계정보등을활용한부가적인서비스제공이가능하다. 6.2 온라인에너지관리시스템기능 6.2.1 에너지데이터수집기능 온라인에너지관리시스템은에너지데이터및에너지운용관련데이터를수집한다. 표 1 에너지데이터수집기능분류예 항목구분내용비고 수집주기 수집 데이터 데이터 처리 주기적 비주기적 에너지사용량 에너지요금 운전정보 경보 데이터전처리 데이터저장 상태정보 계측값 이벤트정보 긴급정보 건물에너지사용량, 용도별에너지사용량, 설비별에너지사용량, 구역별에너지사용량등 전력, 가스등유틸리티요금등 설비운전정보, 빌딩운용정보등 경보, 고장 6.2.2 에너지데이터통계및분석기능 계측치처리, 이상데이터처리, 추가변수생성 현황정보, 사용정보, 요금정보, 절감정보등 에너지사용과비용에대한정보를세분화하고정량적인분석을통하여에너지효율화성과를관리하고에너지절감요소를도출할수있도록한다. 8
표 2 에너지데이터통계및분석기능예 항목구분내용비고 통계 분석 에너지사용량통계누적사용량통계 ( 일 / 월 / 년 ) 에너지절감통계에너지절감통계 ( 일 / 월 / 년 ) 에너지요금통계요금통계 ( 일 / 월 / 년 ) 온실가스통계 에너지지표통계 시계열분석 회귀분석 성능분석 품질분석 온실가스통계 절감율, 사용율, 에너지원단위통계 기간별에너지사용량, 에너지추이, 목표대비실적등 에너지사용량예측, 오차범위분석, 이상값분석등 에너지설비운용효율, 빌딩에너지성능 에너지품질분석, 쾌적도분석등 6.2.3 에너지데이터가시화기능 사용자의에너지절감이가능하도록에너지사용정보와에너지지표를제공한다. 표 3 에너지데이터가시화예 항목 내용 비고 에너지사용량 사용량, 누적사용량 ( 일 / 월 / 년 ), 목표량, 온실가스 에너지절감량 에너지절감량 ( 일 / 월 / 년 ) 에너지요금 요금단가, 요금, 누적요금 ( 일 / 월 / 년 ) 등 에너지지표 절감율, 사용율, 에너지원단위등 6.2.4 에너지정보관리기능 온라인에너지관리시스템의에너지정보관리기능은이력관리, 설정관리, 사용자관리, 군관리, 수요관리, 보고서관리로구분되어다음과같은항목을기준으로분류한다. 표 4 에너지관리기능예 항목 구분 내용 비고 설비이력 설비상태정보및설비이력정보 이력관리 제어기이력 제어기상태정보및제어기이력정보 로그이력 이벤트및로그이력정보 설정관리사용자관리군관리수요관리보고서관리 네트워크설정 IP 및네트워크설정정보 제어기설정 제어기및통신모뎀설정정보 운영자 EMS 운영자설정권한 관리자 EMS 관리자설정권한 부하관리 개별및부하원관리 패턴관리 그룹및패턴관리 군관리 수용가별군관리 일반부하관리 목표부하설정에따른수요관리 비상부하관리 비상부하설정에따른수요관리 예측 전력사용량및요금예측 보고서 보고서조회및출력 9
6.2.5 에너지제어및최적화기능 건물에너지제어기능과에너지사용효율을최적화하는제어기능을제공할수있다. 표 5 에너지제어및최적화제어기능예 항목구분내용비고 최적화 정보 제어 에너지수요예측 에너지목표관리 에너지최적운용기준 에너지절감성과 전문가컨설팅 온라인제어 자동제어 스케줄제어 수요관리제어 에너지베이스라인, 부하, 기상정보를고려한건물에너지수요예측기능 에너지수요예측또는사용자설정에의한에너지목표치관리기능 에너지요금과피크부하를고려한에너지최적운용정보제공 ( 펌프가동, 축열조 /EES 충방전등 ) 에너지절감성과검증기능 에너지전문가, 3rd 서비스사의컨설팅정보제공기능 에너지설비온라인제어 온도, 재실등조건에따른자동제어 조명, 냉난방가동시간제어 피크전력제어, DR 제어 10
7 온라인에너지관리시스템구조 7.1 온라인에너지관리시스템소프트웨어아키텍처 그림 4 는온라인에너지관리시스템소프트웨어아키텍처를보여준다. 온라인에너지관리시스템소프트웨어는온라인으로각설비의에너지제어및관리가용이하도록각설비의에너지정보송 수신과온라인제어를위한송 수신모듈과프로세스모듈이제공된다. 송 수신모듈을통해수집된다양한에너지사용량과환경정보분석내용은분석모듈을통해분석되고분석된정보를저장하거나서버로부터받아온정보를저장하기위해데이터베이스가사용된다. 에너지분석내용을사용자가볼수있도록가시화된웹인터페이스를제공한다. 그외에도통신망관리등을위한추가부품들이사용된다. 분석모듈은서버와통신망을통해연결되어모니터, 컨트롤러및관리가가능하도록지원한다. 그림 4 온라인에너지관리시스템소프트웨어아키텍처 7.2 온라인에너지관리시스템서비스개념도 그림 5 는온라인에너지관리시스템서비스개념도를보여준다. 온라인에너지관리시스템은설비 / 제어기로부터받은에너지정보와에너지관리를위해설정된환경정보를이용하여정보를수집, 분석하여최적의에너지관리기능을수행할수있도록하는시스템이다. 온라인에너지관리시스템서비스는에너지관리시스템을이용하여제공되는서비스로에너지정보의수집, 관리, 제어하는서비스이다. 그림 5 에너지관리시스템서비스개념도 11
8 온라인에너지관리통신프로토콜 8.1 통신망참조구성 온라인에너지관리시스템을구성하는통신망은제공되는통신프로토콜의종류에따라, 아래와같이 2 개의참조구성이가능하다. 8.1.1 참조구성 1 제어기와서버간동일한통신프로토콜을사용하는경우그림 6 과같이구성될수있다. 8.1.2 참조구성 2 그림 6 온라인에너지관리시스템통신망참조구성 1 제어기와서버간상이한통신프로토콜을사용하는경우그림 7 과같이프로토콜변환을위한게이트웨이가필요할수있다. 8.2 통신인터페이스 그림 7 온라인에너지관리시스템통신망참조구성 2 온라인에너지관리시스템은설비, 제어기, 게이트웨이, 서버로구성되며각장치간연결되는통신인터페이스는그림 8 과같이구성될수있다. 위 8.1 항의참조구성에따라통신인터페이스는 4 개로분류된다. - Ia ( 설비와제어기간 ) : 제어기측에서설비의상태를감시하고관리및제어하기위한기능을제공하며, 설비측에서는상태에대한정보및관리 / 제어에대한응답을제공한다. - Ib ( 제어기와서버간 ) : 제어기측에서는서버가필요로하는설비및제어기의상태정보와관리 / 제어에대한응답을제공하고, 서버측에서는제어기의기능을감시하고제어기를통해설비를관리및제어하기위한기능에관한정보를제공한다. Ib 인터페이스는제어기와서버간서로다른통신프로토콜을사용하는경우, 프로토콜변환을위한게이트웨이가필요하며, 이에따른 2 개의추가인터페이스가존재한다. - Ib1 ( 제어기와게이트웨이간 ) : 서로다른통신프로토콜을사용하는경우, 제어기측에서사용하는프로토콜과서버가사용하는프로토콜이다른경우프로토콜변환을위한게이트웨이가필요하며게이트웨이는설비및제어기의상태정보와관리 / 제어에대한응답을중계하기위한프로토콜변환기또는데이터집중화기능을가진다. 12
- Ib2 ( 게이트웨이와서버간 ) : 게이트웨이를통해설비를관리및제어하기위한정보를제공한다. 설비와서버간에서로다른통신프로토콜을사용하는경우, 프로토콜변환을위한기능이필요하며, 여러설비를집중화하여서버에전달할수있다. 설비 Ia 제어 Ib 서버 Ib1 게이트웨이 Ib2 8.2.1 설비및제어기간통신인터페이스 그림 8 온라인에너지관리시스템통신인터페이스 온라인에너지관리시스템의설비및제어기간통신인터페이스는다음과같은통신인터페이스로구성할수있다. - 설비및제어기간통신인터페이스예 RS-232 (Recommended Standard 232) 범용직렬버스 (USB: Universal Serial Bus) RF( 무선주파수, Radio Frequency) IrDA( 적외선통신, Infrared Data) LAN (Local Area Network) 무선랜 (WLAN, Wireless Local Area Network) 지그비 (Zigbee) CAN( 계측제어기통신망, Controller Area Network) 8.2.2 제어기및게이트웨이간통신인터페이스 온라인에너지관리시스템의제어기및게이트웨이간통신인터페이스는다음과같은통신인터페이스로구성할수있다. - 제어기및게이트웨이간통신인터페이스예 RS-422(Recommended Standard 422) RS-485(Recommended Standard 485) PLC( 전력선통신, Power Line Communication) LAN (local Area Network) 무선랜 (WLAN, Wireless Local Area Network) RF( 무선주파수, Radio Frequency) IrDA( 적외선통신, Infrared Data Association) 13
8.2.3 게이트웨이및서버간통신인터페이스 온라인에너지관리시스템의게이트웨이및서버간통신인터페이스는다음과같은통신인터페이스로구성할수있다. - 게이트웨이및서버간통신인터페이스예 Optic LAN( 광구내통신망, Optical Local Area Network) WiMAX( 무선광대역인터넷서비스, Worldwide Interoperability for Microwave Access) TRS( 주파수공용통신, Trunked Radio System) 이동통신 (Mobile Communication) LAN (local Area Network) 무선랜 (WLAN, Wireless Local Area Network) 8.3 통신프로토콜 8.3.1 참조계층모델 통신인터페이스별로통신프로토콜은 OSI 7 계층구조의 1~7 계층을참조한다. 통신인터페이스 Ia, lb1, lb2 에서온라인에너지관리시스템의정보를전달하기위해통신프로토콜을사용한다. 통신프로토콜은다음과같은기능을가질수있다. - 애플리케이션에서데이터양방향전송 - 다수 EMS 연계를위한애플리케이션확장성보장 - 애플리케이션이전송계층기반프로토콜을브라우저까지확장 - 애플리케이션이인터넷이나클라우드에서 SOA(Service Oriented Architecture) 확장가능 8.3.2 통신프로토콜예 아래와같은통신프로토콜이고려될수있다. - 통신프로토콜예 BACnet LonWorks KNX ModBus 8.4 보안 본절에서는온라인에너지관리시스템에대한사이버보안및물리적보안요구사항을다룬다. 본절에서제시하는보안요구사항은 SGSF-121-1(Ed1.0) 표준을준수하여식별된것이다. 8.4.1 저장데이터보안 온라인에너지관리시스템을구성하는서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등에저장되는데이터의보호를위해서다음요구사항을만족해야한다. 14
- 서비스제공을위해필요한최소정보만저장하며, 서비스제공을위해필요한기간동안만저장되어야한다. - 제어기및서버에저장되는개인정보, 사생활과관련된전력사용정보, 암호화를위해필요한중요정보등은기밀성과무결성이보장되어야한다. - 기밀성을위해서는데이터를암호화하여저장하며, 무결성보호를위해서는 HMAC 등의키기반해쉬알고리즘을사용한해쉬값을함께저장해야한다. 8.4.2 통신데이터보안 온라인에너지관리시스템을구성하는서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등이네트워크통신을통해안전하게데이터를교환할수있도록다음요구사항을만족해야한다. - 서버, 게이트웨이, 제어기간에네트워크를통해전송되는데이터는기밀성과무결성이보장되어야한다. 이때, 기밀성과무결성은응용계층에서는 End-to-End 로제공되어야한다. - 제어기와설비간전송되는데이터에대해기밀성과무결성을보장할것을권고한다. - 만약온라인에너지관리시스템구조에서응용계층프로토콜이서비스제공과정에서변경이된다면, 부득이하게 Hob-by-Hop 으로기밀성및무결성을제공할수도있다. 8.4.3 인증 온라인에너지관리시스템에비인가개체가연계되지못하도록온라인에너지관리시스템을구성하는서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등간에연계시다음요구사항을만족해야한다. - 서버, 게이트웨이, 제어기간통신을통해연계가발생할경우, 상호인증을수행해야한다. 상호인증을수행하는과정에서중간자공격 (Man-in-the-Middle Attack) 을차단할수있어야하며, 인증데이터의재사용공격역시방지해야한다. - 제어기와설비간연계가발생할경우외부에노출되는통신망을통해연계가일어나는경우상호인증을수행해야하며, 그렇지않을경우에는최소설비에대한인증을수행할것을권고한다. 8.4.4 접근제어 인가되지않은기기및컴퓨팅장치의네트워크부당접속을방지하기위해서다음요구사항을만족해야한다. - 온라인접속의경우사용자접속을위한아이디및패스워드가유출되지않도록암호화통신기능을탑재해야한다. - 온라인에너지관리시스템을구성하는서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등의고유식별자를통해허용된장치만네트워크에참여할수있도록함으로써비인가컴퓨팅장치가네트워크에연계되지않도록할것을권고한다. 8.4.5 부인방지 부인방지가보장되지못할경우, 명령의정상적인전달및수행등의사실에대한부인에대응할수있도록다음요구사항을만족할것을권고한다. - 온라인에너지관리시스템에서전송되는제어명령에대한부인방지서비스를제공함으로써부당한제어명령전송, 조작된제어명령전송등을통한피해를예방할수있도록할것을권고한다. 15
8.4.6 암호지원 온라인에너지관리시스템의안전성을높이기위해사용되는암호알고리즘에대해다음요구사항을만족해야한다. - 사용되는암호알고리즘의강도는대칭키의경우보안강도 128 비트이상의암호알고리즘, 공개키의경우보안강도 112 비트이상의암호알고리즘을선택하여사용해야한다. 8.4.7 인증서및키관리 온라인에너지관리시스템에서사용되는인증서또는암호키의안전한사용을위해다음요구사항을만족해야한다. - 온라인에너지관리시스템에서사용되는암호키는안전하고적법한절차에따라생성, 분배, 저장및폐기되도록운영되어야한다. 8.4.8 펌웨어및소프트웨어업그레이드 온라인에너지관리시스템을구성하는서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등을펌웨어 / 소프트웨어등에취약점을보완하기위해다음요구사항을만족해야한다. - 서버, 게이트웨이, 제어기, 설비등에온라인또는오프라인펌웨어업그레이드기능을적용해야한다. - 온라인또는오프라인을통해프로그램설치및업그레이드시프로그램에대해암호알고리즘기반의무결성검증을지원해야한다. - 온라인을통해프로그램설치및업그레이드시프로그램의배포자에대한암호알고리즘기반의유효성검증을지원해야한다. 16
9 온라인에너지관리시스템서비스모델및활용사례 9.1 온라인에너지관리시스템분류 온라인에너지관리시스템은수용가의구분에따라온라인 HEMS( 홈에너지관리시스템 ), 온라인 BEMS( 건물에너지관리시스템 ), 온라인 FEMS( 공장에너지관리시스템 ) 로분류된다. 그림 9 온라인에너지관리시스템인프라및서비스개념 9.1.1 온라인홈에너지관리시스템 (HEMS: Home Energy Management System) 온라인홈에너지관리시스템 (HEMS : Home Energy Management System) 은가정에서사용하는전력, 가스, 열등의이용을 IT 기술을활용하여종합적으로에너지를관리하는시스템으로가전제어기의운전상태를최적화할수있다. 그림 10 온라인홈에너지관리시스템구성도 17
9.1.2 온라인건물에너지관리시스템 (BEMS: Building Energy Management System) 온라인건물에너지관리시스템 (BEMS : Building Energy Management System) 은건물내의배전설비, 공조설비, 조명설비, 환기설비등의에너지사용현황과설비운전이력을분석하여설비및건물에너지관련작동제어기에대하여최적운전정보를제공하고최적경영전략을수립하여에너지및비용절감을실현할수있다. 그림 11 온라인건물에너지관리시스템구성도 9.1.3 온라인공장에너지관리시스템 (FEMS: Factory Energy Management System) 온라인공장에너지관리시스템 (FEMS : Factory Energy Management System) 은공장내의생산시설에서사용하는에너지성능의최적화를위한관리시스템으로생산활동및시설유지에사용되는에너지를모니터링, 분석, 온라인제어함으로써생산및유지시설에관련된에너지를효율적으로관리하는시스템이다. 그림 12 온라인공장에너지관리시스템구성도 18
9.2 온라인에너지관리시스템활용사례 9.2.1 에너지관리체계구분 온라인에너지관리시스템은에너지관리를위한체계로지역단위형에너지관리, 중앙집중형에너지관리, 네트워크형에너지관리로구분한다. 9.2.1.1 지역단위형에너지관리 각시설별로에너지관리를수행하고통합센터와정보연계가이루어지지않는지역단위의에너지관리방법 9.2.1.2 중앙집중형에너지관리 중앙의통합센터에서개별시설의정보를집중관리하는방식으로서단위별군관리가가능한에너지관리방법 9.2.1.3 네트워크형에너지관리 중앙집중형에너지관리가가능하며네트워크를통하여지역단위의인프라시설을포함하여온라인으로에너지관리가가능한방법 9.2.2 에너지관리항목 9.2.2.1 전력정보관리 온라인에너지관리시스템의전력정보는전력사용량, 최대수요전력, 무효전력, 역률로구분하여정보를관리하여야한다. - 전력사용량 (kwh) : 전력사용량은시간대별전력사용량으로서계기에따라 15 분, 1 시간으로구분되어관리되어야한다. - 최대수요전력 (kw) : 최대수요전력은 15 분수요시한에따른최대전력을관리한다. - 무효전력 (kvarh) : 무효전력은부하에서유효하게이용될수없는전력으로서지상과진상으로구분된다. - 역률 (%) : 교류회로에서유효전력과피상전력과의비로서지상과진상으로구분된다. 9.2.2.2 요금정보관리 온라인에너지관리시스템의요금정보는기본요금, 사용량요금, 기타요금으로관리하여야한다. - 기본요금 : 기본요금은전기사용용도에따라다르나, 전기요금부과의기본이되는요금으로관리되어야한다. - 사용요금 : 사용요금은기본요금외사용되는전력의양에따라부과되는요금으로기본요금과다르게관리되어야한다. - 기타요금 : 기타요금은기본요금, 사용요금외에역률의진상, 지상여부에따라달라지는요금으로인센티브또는페널티요인으로관리될수있다. 19
9.2.2.3 부하정보관리 온라인에너지관리시스템의부하정보는부하정보, 부하상태, 부하제어, 부하설정으로구분하여관리되어야한다. - 부하정보 : 수용가별부하를구분할수있는개체의구분자로 ID 및 Name 을포함한다. - 부하상태 : 부하의상태는동작 / 정지 (ON/OFF) 로구분하여야되며, 센서와같이 0 과 1 로구분할수없는경우는 Value 로구분하여표현되어야하며, 해당 Value 별상태정보로관리되어야한다. - 부하제어 : 부하의상태를변경하기위하여부하원별동작 / 정지 (ON/OFF) 를수행하기위한사항으로서 0/1/Value 로구분하여제어하여야한다. - 부하설정 : 부하의능동적인에너지관리를위하여사전에한계치를설정하여한계치정도에따라부하가반응할수있도록관리되어야한다. 9.2.2.4 통계정보관리 - 데이터분석 : 에너지관리시스템의데이터분석은과거의통계정보조회로취득된데이터의지정기간에따른데이터의조회가가능하여야하며, 이때의지정기간은년, 월, 일, 시, 분단위로지정할수있어야한다. - 데이터조회 : 에너지관리시스템의데이터조회는현재기준실시간통계정보조회로전력정보, 요금정보, 부하정보로관리되어야한다. - 데이터예측 : 에너지관리시스템의데이터예측은과거와현재의정보를기반으로향후에발생할미래의통계정보를예측하는기능으로일정기간기저부하의사용패턴분석을통한예측이이루어져야한다. 9.2.3 에너지관리절차 에너지관리시스템의에너지관리절차는다음과같이계획, 실행, 검사, 확인의과정의순환이다. - 계획 (Plan) : 에너지관리목표, 기저부하의베이스라인검토, 핵심성과지표및실행계획을수립한다. - 실행 (Do ) : 에너지관리목표에따른에너지관리의실행단계로서에너지관리의포인트별로운영을수행한다. - 검토 (Check) : 모니터링단계로서에너지관리계획에따른실행결과를검토한다. - 확인 (Act) : 에너지관리모니터링을완료한후경영및비용측면에서피드백을수행한다. 20
참고문헌 [1] 이일우, Energy Management System, KRNET, 2011. [2] 이현정 건물에너지관리서비스프레임워크기능설계서, ETRI, 2012. [3] 박찬국, 용태석, 스마트그리드기술및시장동향, 과학기술및연구개발사업동향브리프, 2011.04. [4] 서울시정개발연구원, 스마트그리드용고정밀파워미터링 SOP 및홈에너지플랫폼개발 서울전략산업지원사업기획보고서, 2011.08. [5] 손태윤, 에너지관리시스템 (EMS ; energy management system, 제 21 권제 6 호, 2007.12. [6] 최진식외, 빌딩내에너지관리를위한자율형스마트그린네트워크시스템의설계및구현 한국통신학회하계학술, 2013.06. [7] 오태규외, 한국표준형에너지관리시스템 (K-EMS) 발전계획응용프로그램개발과실증시험결과, 제 59 권제 12 호, 2010.12. 21
부속서 A ( 참고 ) 온라인에너지관리시스템서비스모델 A.1 온라인홈에너지관리서비스모델 온라인홈에너지관리를위한주요서비스모델은전력량관리서비스, 조명관리서비스, 가전기기관리서비스로구분될수있다. A.1.1 전력량관리서비스모델 전력량관리를위한서비스모델은전력미터, 통신기기, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 전력미터는전압, 전류를기반으로전력사용량을측정할수있으며, 전력미터로부터취득된데이터는통신기기를이용하여게이트웨이로전송되게되며, 다양한전력미터로부터취득된전력량정보는 EMS 로전송되어수용가의사용자에게전력량정보를실시간으로제공가능한서비스모델이다. A.1.2 조명관리서비스모델 그림 A1 전력량관리서비스모델구성도 조명관리를위한서비스모델은조명설비, 통신기기, 센서, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 통신기기는조명설비의상태정보를게이트웨이로전송하게되고게이트웨이는센서로부터취득된조도정보를기반으로 EMS 로전송한다. EMS 는사전설정된조도설정값에따라조명설비의점등및소등하는서비스모델이다. 그림 A2 조명관리서비스모델구성도 22
A.1.3 가전기기관리서비스모델 가전기기관리를위한서비스모델은가전설비, 통신기기, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 각가전기기는통신기기를이용하여전력사용량측정, 동작상태정보를게이트웨이로전송하고게이트웨이로수집된데이터는 EMS 로전송하며, EMS 는온라인으로가전설비의제어및관리가가능한서비스모델이다. 그림 13 가전기기관리서비스모델구성도 A.2 온라인건물에너지관리서비스모델 온라인건물에너지관리를위한주요서비스모델은 HVAC( 냉난방공조, heating, ventilation, air conditioning) 관리서비스, 최대전력관리서비스, 자동제어관리서비스로구분될수있다. A.2.1 HVAC 관리서비스모델 HVAC 관리를위한서비스모델은 HVAC 설비, 통신기기, 센서, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. HVAC 설비는공조설비와냉난방설비로구분될수있으며, 센서로부터취득된온도와습도를계측하여게이트웨이와 EMS 로전송하고 EMS 는사전에설정된한계값에의하여공조설비를이용하여외기의풍량을조절하고, 풍량에의하여냉난방설비의운전을가능하게하여효율적인냉난방관리가가능한서비스모델이다. A.2.2 최대전력관리서비스모델 그림 14 HVAC 관리서비스모델구성도 최대전력관리를위한서비스모델은전력미터, 최대전력관리장치, 게이트웨이, EMS 와부하로구분된다. 전력미터로계측된 15 분수요시한의최대피크는최대전력관리장치를통하여게이트웨이로전송되고, 게이트웨이는실시간으로 EMS 로전송한다. EMS 는사전설정된목표전력대비 15 분뒤의최대전력을예측하여부하의단계별제어를수행할수있는서비스모델이다. 23
A.2.3 자동제어관리서비스모델 그림 15 최대전력관리서비스모델구성도 자동제어를위한서비스모델은자동제어설비, 통신기기, 게이트웨이, EMS 로구분된다. 자동제어설비는기계설비및열원설비로서고가수조, 저수조탱크, 냉온수기, 보일러, 펌프, 팬등이포함된다. 기계설비및열원설비의자동제어설비는아날로그및디지털정보의데이터포인트를유선을이용하여통신기기로전송하고통신기기는다시게이트웨이와 EMS 전송한다. EMS 는자동제어설비의상태정보를모니터링하고사전설정된한계값에의하여자동제어설비의해당명령의수행이가능한서비스모델이다. 그림 16 자동제어관리서비스모델구성도 A.3 온라인공장에너지관리서비스모델 온라인공장에너지관리를위한주요서비스모델은고효율인버터관리서비스, 스팀설비관리서비스, 압축공기관리서비스, 주조전기로관리서비스로구분될수있다. A.3.1 고효율인버터관리서비스모델 고효율인버터관리서비스모델은전동기, 고효율인버터, 통신기기, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 고효율인버터는입력전원의주파수및전압을부하특성에맞게변화시켜전동기의회전속도를제어함으로서전력소비의절감이가능한서비스모델이다. 그림 17 고효율인버터관리서비스모델구성도 24
A.3.2 스팀설비에너지관리서비스모델 스팀설비에너지관리서비스모델은스팀설비, 유량계, 통신기기, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 스팀설비로부터유량계는스팀유량을계측하고통신기기를통하여게이트웨이로전송한다. 게이트웨이로수집된정보는 EMS 로전송되고 EMS 는스팀사용량분석, 스팀트랩누출관리, 이상감시등의관리를통하여에너지절감과효율향상이가능한서비스모델이다. A.3.3 용해로및보온로관리서비스모델 그림 18 스팀설비에너지관리서비스모델구성도 용해로및보온로관리서비스모델은용해로 / 보온로, 통신기기, 센서, 게이트웨이그리고 EMS 로구분된다. 용해로는실시간용탕량의변화를모니터링하여센서를통하여게이트웨이로전송하고 EMS 는게이트웨이로부터수신된데이터를기반으로불필요한작업대기시간을단축시키고연료사용량을최적화여투입연료량과생산스케줄을관리하고보온로의온도제어및출탕관리를통하여최적관리가가능한서비스모델이다. 그림 19 용해로및보온로관리서비스모델구성도 25
SPS-SGSF-053-3-xxxx(Ed1.0) SGSGSG GSGSG SGSG GSG SG GSG SGSG GSGSG SGSGSG Online Energy Management System ICS Part 1: General Requirement Korea Smart Grid Association (http://www.sgstandard.org)