기술정보 스마트그리드분산전원핵심연계기술개발 - KERI, IEC 61850 기반태양광발전시스템인터페이스기술확보 - 세계최초플러그앤플레이기능통해분산전원 - 상위시스템연계 한국전기연구원 그림 1. IEC 61850 기반태양광발전시스템인터페이스개발 세계각국이신재생에너지의보급확대와전력설비지능화에심혈을기울이고있는가운데, 사용국가, 전력회사, 제작사에관계없이태양광등신재생에너지분산전원을지능형전력망 ( 스마트그리드 ) 에손쉽게접속 할수있도록하는핵심연계기술이국내에서처음개발됐다. 추후관련기기수출증대효과는물론분산전원보급확대를통한전력설비증설부담완화와전력에너지사용효율증대에도기여할것으로예상된다. 150 계장기술
미래창조과학부국가과학기술연구회 ( 이사장이상천 ) 산하전기전문출연연구기관인한국전기연구원 ( 원장박경엽 ) 은최근전력설비통신인터페이스의국제표준인 IEC 61850 규격이적용된태양광발전시스템인터페이스를국내최초로구현하고, 분산전원을플러그앤플레이 (PnP) 방식으로연결할수있는기술을세계최초로개발했다고밝혔다. 이번기술개발은한국전기연구원 ( 이하 KERI) 스마트배전연구센터가자체기본사업인 IEC 61850 기반분산전원인터페이스기술개발과제수행을통한것이다. IEC 61850은스마트그리드의다양한영역 ( 전력생산, 송전, 배전, 태양광, 풍력, 전기자동차, 저장, 스마트홈 ) 에서사용되는지능형전자장치 (IED) 의통신을위한핵심적인국제표준이다. 그림 2. IEC 61850 기반태양광발전시스템인터페이스개발환경 현재전력설비들의인터페이스규격으로서 IEC 61850 표준을적용하는관련규격및규정이늘어나고있다. 국내에서는대기업을중심으로관련기술개발이활발히진행되고있다. IEC 61850은다양한성능과기능을가지는설비들의인터페이스에대한포괄적인내용에관하여언급하고있어그내용이매우방대하고복잡하다. 분산전원을생산하는기업들이이를분석하고구현하는것이현실적으로대단히어려울수밖에없다. 그림 3. IEC 61850 기반태양광발전시스템인터페이스모듈사진 KERI 연구팀은이러한현실을반영해분산전원을생산하는기업이국제적인표준을요구하는여러가지환경과조건에서분산전원을손쉽게상위시스템과접속하도록하는해당기술을개발했다. 해당기술을이용하면분산전원이 IEC 61850 기반의인터페이스를가지는서버혹은클라이언트들과정보교환을할수있도록해준다. 분산전원과의접속은직렬 (serial) 통신방식을기본으로하며, 분산전원이제공하는다양한방 법에맞춰서주문제작이가능하다. 개발된기술은작고저렴한상용임베디드모듈을이용해구현됐다. 특히분산전원의접속및운전과더불어전체분산전원시스템의재구성을자동으로수행하는플러그앤플레이 (PnP) 기능을포함하고있다는점이큰특징이다. 분산전원이 PnP 기능을이용하여손쉽게상위운영시스템과연계되어운전할수있도록한 2015. 1 151
그림 4. 분산전원인터페이스모듈내부및태양광발전인버터연계사진 것은아직국제적으로가장앞선기술력을자랑하는기업에서도기술개발보고가없는세계최초의기술이다. 개발된분산전원의인터페이스는 IEC 61850 국제표준규격의적합성을시험하는국제공인 Level A 인증시험기관에서적합성시험까지마쳐서상품화에필요한시간과비용을최소화한것도큰장점이다. 스마트배전연구센터이재덕책임연구원은이번에개발한분산전원의인터페이스는우선태양광발전시스템을목표로개발됐으며, 마이크로그리드테스트베드에연계하여실증운전중이라며, 향후접속하고자하는분산전원들의데이터모델을변경하면풍력발전, 에너지저장장치등다양한분산전원의인터페이스로적용가능하며분산전원보급확대에큰기여를할것으로기대된다. 고설명했다. KERI 스마트배전연구센터는자체보유한실증시험장에서개발된 IEC 61850 인터페이스를상용태양광발전시스템에적용하여그성능을실증하고있다. 향후기술이전을통해우리나라의분산전원생산기업들 의기술경쟁력제고와분산전원관련산업성장에기여할것으로전망된다. 용어및연구배경설명 한국전기연구원스마트배전연구센터이재덕책임연구원 / (055)280-1375 1. 용어 1) IEC 61850 표준 IEC 61850 표준은원래변전소에설치되는다양한전력설비들간의정보교환과상호운용성확보를위해마련된국제통신표준이다. 점차그적용범위가확대되어분산전원을비롯한대부분의전력설비들의인터페이스를위한국제표준으로자리매김하고있다. 또한그적용범위는계속확대중이며, 스마트그리드실현을위한가장핵심적인국제통신표준이다. 2) 플러그앤플레이 (PnP) 플러그앤플레이 (Plug & Play. PnP) 는꽂아서 (Plug) 바로사용 (Play) 한다는뜻으로어떤시스템에주변기기 152 계장기술
mpnp 장치아이콘 mpnp 장치의기본정보 ( 장치이름, 주소벤터, 모델, 수정버전 ) mpnp 장치연결 / 분리상태 mpnp 장치정보 ( 데이터 ) 연결된 mpnp 장치의정보장치수에따라동적으로뷰조절 그림 5. IEC 61850 기반분산전원의 Plug & Play 기능시험화면 를추가할때별도의물리적인설정을하지않아도설치만하면그대로사용할수있도록하는기능을말한다. IEC 61850 기반의통신시스템은기본적으로오프라인설계를바탕으로시스템을구성한다. 하지만다양한분산전원이투입또는차단되는스마트그리드환경에서는고정된오프라인시스템설계는한계가있으며, 필연적으로동적구성이가능한시스템구성기술을필요로하는데플러그앤플레이기술이그요구를충족한다. 개발된분산전원의플러그앤플레이기술은새로운분산전원이연결될경우자동으로장치가인식되고, 인식된장치에주소를할당하고, 그주소를이용하여운전에필요한환경설정을함으로써기존장치와새로추가된장치들이자동으로동작할수있도록하는기술이다. 2. 신재생에너지연구개발현황현재전세계적으로친환경적인그린에너지를얻기위한노력은계속되고있으며, 이에따라태양광및풍력발전의발전용량과그수는기하급수적으로늘고있다. 노르웨이, 스웨덴과같은북유럽국가들은 2012년기준으로신재생공급비율이 30% 를넘어섰으며, 미국과일본등선진국들은 2030년까지 11% 의에너지를신재생에너지로공급할계획을세운상태다. 우리나라의경우 2010년기준으로신재생에너지의공급율이 2% 에도미치지못해 OECD 국가들중꼴찌를기록하였지만, 향후 2030년까지 12% 의에너지를신재생에너지로공급할계획을가지고있다. 이러한세계적인신재생에너지의공급확대계획은국제사회의기후변화대응과화석연료고갈및탄소세증가등환경및경제 2015. 1 153
그림 6. 태양광발전시스템마이크로그리드연계실증시험화면 적인부담감증가로인하여선택이아닌필수적인것이며, 또한적극적으로대처해야할수밖에없다. 연구결과개요 1. 연구배경전력설비지능화를위한세계각국의다양한노력은전력설비인터페이스표준을제정함으로써더욱가속화되고있는데전력설비인터페이스의국제표준으로등장한 IEC 61850이가장대표적인예다. IEC 61850은기존의변전소자동화를위한전력설비인터페이스 (IEC 61850) 에서변전소간인터페이스 (IEC 61850-90-1), 상위시스템과변전소간의인터페이스 (IEC 61850-80-1), 풍력발전관련설비인터페 이스 (IEC 61400-25), 수력발전설비인터페이스 (IEC 61850-7-410), 분산전원인터페이스 (IEC 61850-7- 420) 의표준으로적용영역이확대되어왔으며, AMI 매핑모델 (IEC 61850-80-4), 진단 (IEC 61850-90- 3) 배전자동화 (IEC 61850-90-6), PMU 인터페이스 (IEC 61850-90-5), 인버터기반분산전원 (IEC 61850-90-7), 전기자동차 (IEC 61850-90-9), FACTS (IEC 61850-90-14), 그리고가장최근에발표된전기품질정보모델 (IEC 61850-90-17) 등전력설비의전분야로확대적용되고있다. 국내의 IEC 61850 관련기술은차세대지능형변전소의송전 배전보호 IED나머징유니트, IEC 61850 게이트웨이등디지털변전소의솔루션을제공하는연구에집중하고있으며, 신재생에너지나분산전원으로확대되어가는국제적추세에대응하지못하고있다. 154 계장기술
IEC 61850 기반의통신시스템을구현하기위해서는관련표준에대한상당한사전지식을필요로하고, 전체네트워크설계를위한엔지니어링절차습득및이해도필요하여 IEC 61850 기술개발에많은시간과비용이투입되어야하는문제점이있다. 본과제에서는이러한문제점을해결하고자분산전원에 IEC 61850 기반의표준인터페이스를제공하는기술을개발하고보다손쉽게원격접속및감시제어가가능하도록하고자하였으며, 세계최초로 Plug & Play 기능을개발하고이를실증하고자하였다. IEC 61850 통신적합성시험 - 적합성시험환경조성 - 기본기능및관련서비스기능시험 - Level A 적합성시험인증기관에서적합성시험완료함 Plug & Play 기능구현 - 분산전원접속방법, 운전환경및 Plug & Play 구현방법검토 - Plug & Play 동작과정설계및기능구현 - Plug & Play 기능시험및실증 2. 연구내용 IEC 61850 표준규격검토분석및관련기술습득 IEC 61850-7-420 분산전원관련규격분석및데이터모델적용 IEC 61850-7-420 모델적용태양광발전시스템접속, 운전과실증 IEC 61850 개발환경구축 - MS Windows 기반 - 임베디드리눅스기반분산전원인터페이스용인터페이스개발 - 임베디드인터페이스모듈선정 : 소형, 저가의상용임베디드보드 - IEC 61850 라이브러리포팅및프로그램개발 - 인터페이스기능구현및기능시험기능시험을위한 client 프로그램개발 - Windows 기반 client 프로그램및상위시스템인터페이스개발 - cilent 와분산전원시스템접속시험 - 마이크로그리드운영시스템과분산전원접속실증시험 3. 기대효과사용국가, 전력회사, 제작사에관계없이분산전원을사용할수있도록하는표준적인인터페이스를제공하는분산전원인터페이스를개발하여추후수출증대효과가클것으로기대된다. 본과제에서개발된태양광발전시스템인터페이스는적용할분산전원모델을교체함으로써다양한신재생분산전원들의인터페이스로변경가능하므로분산전원보급확대에큰기여를할것으로기대된다. 분산전원보급확대는대규모발전소의증설을늦추는효과와함께효율적전력사용에기여한다. IEC 61850은스마트그리드구현을위한핵심적인국제통신표준이며, 본과제에서의개발내용은분산전원보급확대뿐만아니라타시스템과의연계에의하여다양한목적의스마트그리드감시제어시스템에활용될수있을것으로기대된다. 개발된 IEC 61850 기반분산전원인터페이스는에너지저장장치, 풍력발전시스템등다양한분산전원에확대적용될예정으로산업계로의관련기술확산이기대된다. 2015. 1 155
연구결과문답 Q. 이번성과뭐가다른가? : 태양광발전시스템인터페이스를전력설비인터페이스의국제표준인 IEC 61850 규격에따라국내최초로구현하고전기연구원의마이크로그리드실증시험장에서시험하였으며, 세계최초로 IEC 61850 기반분산전원의 Plug & Play 기능을구현하였다. Q. 연구를시작한계기는? : IEC 61850은신재생분산전원을포함하는모든전력설비의표준인터페이스로확장되고있다. 이에따라서분산전원의개발사들표준을따를수밖에없는실정이나, 표준의내용이방대하고구현이어려워서이를해결할필요가있다고판단하였다. Q. 어디에쓸수있나? : 태양광발전시스템의상위시스템연계, 태양광발전시스템간의연계등다양한인터페이스목적으로사용한다. 국제표준에따라기능구현이되었기때문에, 국내및국외의모든태양광발전시스템제작사가이용할수있다. 또한풍력발전, 에너지저장장치등다양한분산전원들도데이터모델을교체함으로서손쉽게 IEC 61850 표준의통신을할수있게된다. Q 실용화까지필요한시간은? : 태양광발전용인터페이스는통신적합성시험과마이크로그리드실증시험을완료하여실용화를위한추가개발이필요하지않다. 태양광발전이외의분산전원들의경우, 데이터모델변경에따른상세기능구현과실증시험에약 6개월의시간이요구된다. Q. 에피소드가있다면? : IEC 61850의적용분야는연구진이당초예상했던범위를보다뛰어넘어수용가설비까지도확산되고있다. 이에따라많은설비들의인터페이스를정의하는기준및규정으로도국제표준인터페이스를적용하도록할가능성이커진상태이다. 더불어, 상호운용성에대한관심과연구개발도활성화되고있다. Q. 꼭이루고싶은목표는? : 기술이전및상용화를완료하여국내및세계시장에서기술력인정과고부가가치를창출하는것이다. Q. 신진연구자를위한한마디? : 연구원으로서의꿈을가지고그꿈을이루기위해꾸준히걸어가시길바란다. 156 계장기술