IEC 61850, 범위 확장하며 자동화에 적용
이종기기 간 상호운용·그리드 통합 등 핵심 내용 포함

송·변전 자동화 관련 최신 네트워크 기술을 조망해보는 세미나가 지난 7월 3일 열렸다. 토마스가 주최한
이번 세미나는 프로세스 버스의 네트워크 구성방식에 대한 최신 기술과 허쉬만 솔루션을 소개하는 자리였다.
한국전력, ABB 등 관련 업체 종사자 50여 명이 행사장을 찾아 최신 기술을 경청했다. 여기에서는
토마스 강은석 차장이 발표한 ‘송·변전 분야의 시장 흐름과 IEC 61850 표준 전망’에 대한 강연 내용을 정리했다.

임근난 기자 (fa@hellot.net)




최근 시장 트렌드를 보면, 송·변전 관련해서 전력 자동화 시스템 공급사(이하 SAVs)는 변전 자동화 분야에 전력 시스템을 제공할 때는 솔루션을 명확히 할 것을 원한다. 또한, SAVs는 처음부터 끝까지 모든 솔루션을 제공할 수 있는 제공사를 찾고 있으며, 통신장치 공급사 역시 더 중요한 관계 형성을도모할 수 있는 파트너십을 원한다.
기술에서는 3G/4G와 같은 이동통신 기술을 통한 데이터 연결, 모바일 기기들에 의한 네트워크 접속, 그리고 모니터링 및 제어 기능들이 많이 추가됨으로써 통신 네트워크와 시스템이 발전하고 있다. 뿐만 아니라 스마트 그리드 업그레이드를 통한 높은 처리량과 낮은 OpEx, IP 기반 영상감시, IEC 61850 IEDs와 같은 새로운 적용들로 인해 이더넷, IP, MPLS는 SDH/SONET를 대체하면서 더 많은 통신 네트워크들이 발전하고 있다. 표준 부문에서는 HV/MV를 위한 규정이 다 갖춰져 있고, LV는 준비 중이다.
변전소 분야에서 최근 이슈가 되고 있는 기술 내용을 정리하면,
첫째, 변전소 내 프로세스 레벨로 확산되고 있는 이더넷
둘째, 50ns까지 지원되는 IEEE 1588에 기초한  시간 동기화 기능
셋째, 변전소 내 허가되지 않은 접근으로부터의 보호를 위한 네트워크 보안
넷째, 전력 공급 네트워크를 위한 이중화 프로토콜 HSR/PRP
다섯째, 임베디드 타입의 스위칭 기능을 가진 IEDS로 요약할 수 있다. 시장 요구사항으로는 IEC 61850 표준을 따르고 있는 제품 위주로 적용돼야 하고, 신뢰성과 안전성이 보장돼야 한다. 또한, 이종기기 간에도 표준을 따름으로써 연동에 문제가 없어야 하고 이중화 기능도 갖춰져야 한다.

IEC 61850이란

과거 전통적인 변전소는 단방향 통신이었고, 상위는 시리얼 네트워크 통신으로 구축됐다. 그리고 하드웨어에 내장된 각 장치는 구리케이블을 이용한 병렬식 연결이었다. 또한, 전용선을 통해 연결됐다. 변전소 프로토콜 역시 표준화된 프로토콜도 있었지만, 알스톰의 쿠리어, ABB의 SPA, 지멘스의 프로피버스, 슈나이더의 모드버스 등 제조사 기반의 통신 프로토콜이 그대로 적용되는 사례가 많았다. 그리고 DNP3, IEC 60870 등의 표준이 적용되고 있었다.
당시 과거 시스템의 구성 문제점을 보면 독자적인 구조였고, 타 통신과는 호환성이 결여되어 있었다. 또한, 서로 다른 기능들을 탑재하고 적용함으로써 상호 입력이 불가능했다. 이러한 단점들을 해소한 것이 IEC 61850이다.
IEC 61850은 전력 유틸리티 자동화를 위한 통신 네트워크와 시스템에 관한 표준이다. 여기에는 통신 프로토콜에 대한 내용을 포함해 애플리케이션에 초점을 맞춘 아키텍처를 정의하고 있다. 또한, XML 기반 전기 변전소 통신기술 언어를 표준화하는 내용을 담고 있다.
IEC 61850은 또 과거 DNP 3, IEC 60870과 비교해 보면, 통신 프로토콜에서 SCADA 기반의 TCP/IP는 공통으로 포함돼 있지만, 리얼타임 GOOSE, 리얼타임 SMV, 자기기술(Self Desc-ription) 등이 많이 추가됐다.
그렇다면 IEC 61850의 범위는 어디까지인가? IEC 61850 프로젝트는 1995년에 시작됐다.
2007년 이전까지는 변전소 내의 통신 네트워크와 시스템으로 제한됐으나 2007년 이후 표준 내용에서는 전력 유틸리티 자동화를 위한 통신 네트워크와 시스템까지 범위가 확장됐다. 그래서 표준 시리즈는 20개 파트로 구성돼 있다.
이 표준 파트들은 다시 10개의 파트로 나누어지며, 파트 1은 기초 원리, 파트 2는 용어사전, 파트 3은 기본 요건, 파트 4는 시스템과 프로젝트 관리, 파트 5는 통신 요건, 파트 6은 변전소 배치 언어, 파트 7은 기본 통신 구조, 파트 8은 MMS와 이더넷 관련 매핑, 파트 9는 SMV(Sampled Measured Values) 관련 내용, 파트 10은 적합성 시험을 다루고 있다.

표준 IEC 61850 ‘Edition 2’에 추가된 주제

표준 IEC 61850에서 ‘Edition 1’을 더욱 확장한 것이 ‘Edition 2’이다. 표준 IEC 61850 ‘Edition 2’에 추가된 주제를 살펴보면, ▲ IEC 61850-7-410에는 소수력 발전에서의 감시와 제어 기능 통신 ▲ IEC 61850-7-420에는 에너지 자원 분배를 위한 통신 시스템 ▲ IEC 61850-80-1에는 IEC 60870-5-101/104 표준을 사용하는 데이터 모델에 기초한 CDC 정보교환 지침 ▲ IEC 61850-90-1에는 변전소 간의 통신을 위한 IEC 61850 사용법 ▲ IEC 61850-90-7에는 인버터 적용을 위한 IEC 61850 대상 모델 등이 새롭게 포함됐다.
현재 IEC TC57 WG10에서는 IEC 61850 관련 다양한 주제들에 대해 계속 작업 중이다.
예를 들어, 변전소와 중앙제어실 간 통신에 IEC 61850 사용, 상태 감시에 IEC 61850 사용, 네트워크 엔지니어링 지침, IEC 61850에 기초한 적용을 위한 논리모형 절차, 네트워크 엔지니어링 지침, FACTS 데이터 모형에 IEC 61850 사용, IEC 61850에 기초한 시스템 내 기능 시험절차 등이 그것이다.
또한, 설계 및 데이터 모델링 레벨에 대한 상호 운용성, 스마트 그리드에 DER 그리드 통합, 통신과 엔지니어링 관련된 상호 운용성, 신재생 전력과 에너지 자원 분배의 그리드 통합 등이 IEC 61850 핵심 개발 내용으로 포함됐다.
IEC 61850을 적용하면 시행에 따른 비용을 줄일 수 있으며 표준 기반의 제품과 기술을 사용함으로써 상호 운용성이 용이하다. 또 심리스한 통합이 가능하다. 엔지니어링 노력도 줄일 수 있으며 적은 시간으로 더 많은 변전소 구축도 가능해진다.

네트워크 엔지니어링 가이드 라인의 세부 항목

세부적으로 들어가 IEC 61850에 기초한 네트워크 엔지니어링 가이드라인 TC 57을 살펴보면, 먼저 IEC 61850 네트워크 개요에서는 MMS, GOOSE, SV 스테이션 버스와 프로세스 버스 관련 IEC 61850TC를 정의했다.
다음 항목인 네트워크 디자인 체크리스트에서는 변전소 계획과 계획 단계에서의 고려사항들을 언급하고 있다. 변전소 이더넷 테크놀로지에서는 이더넷의 특정 요소, 즉 토폴러지, 케이블링, 피지컬 레이어, 필터링, QoS, VLANs 등의 내용이 상세하게 설명돼 있다.
네트워크와 변전소 토폴러지에서는 스테이션 버스와 프로세스 버스를 위한 참고사항들을 언급하고 있다.
그 외 IP 주소 설계, 레이튼시, 시간 동기화, 네트워크 관리, IEC 61850 프로젝트 사례 등에 대해서도 설명돼있다.