❶ 기술개발 배경
가. 디지털변전소 운전 위해 자동화 설비 성능검증기술 필요
변전소는 발전소에서 민간 수용가까지 전력을 전송하기 위해 변압기, 차단기 등 전력 설비와 이를 보호, 제어, 감시하기 위한 자동화 설비가 집합된 핵심 전력시스템이다.
변전소 내의 설비들은 상호 간 보호, 제어, 감시신호를 주고 받으며 동작한다. 기존 변전소는 이러한 신호를 구리선에 의한 전기신호 전송을 통해 운영했지만 디지털변전소는 자동화 설비를 통해 전기신호를 디지털 신호로 변환해 빠르고 효율적인 운영이 가능하다.
나. 변전소의 새로운 미래, 디지털변전소
디지털 변전소란 전력설비의 통신 규격인 국제표준 ‘IEC 61850’(변전설비 자동화를 위한 통신 네트워크 및 시스템 관련 국제표준)에 따라 변전소를 구성하는 전력설비의 감시, 계측, 제어 및 보호 기능을 자동화한 변전소를 말한다. 이에 변전소 자동화 기술이 접목된 변전소라 할 수 있다.
변전소 자동화 시스템(SAS, Substation Automation System)이란 광역화·복잡화하는 전력유통망에 대해 원격 운용의 고도화를 목적으로 변전소 전력설비의 감시·제어·계측·보호 기능을 자동화하여 처리하는 시스템이라 할 수 있다.
변전소 자동화 기술은 10여 년 전부터 세계적으로 연구개발 또는 상용화 적용이 추진돼 왔으며 기존의 하드 와이어드(Wired) 시스템에서 벗어나 IEC 61850 기반의 디지털 변전소로 대체되어 가고 있는 추세다. 이는 기존의 아날로그로 감시/제어 신호를 보내던 방식에서 벗어나 이더넷으로 대표되는 통신 네트워크를 이용, 디지털 정보를 이용해 감시/제어가 이루어지고 있음을 의미한다.
기존 아날로그 방식은 설비 진단을 인력에 의존하지만 미래의 시스템 기반 온라인 디지털화 방식은 실시간 진단과 고장 복구에 있어서도 자동 복구(Self Healing) 능력을 가지며 시스템 정보 기반의 고장예지 기능을 갖는다. 현재는 Station Bus를 중심으로 디지털화를 구현한 Half 디지털 변전소를 구축한 수준이며 미래에는 Process Bus System을 포함한 Full 디지털 변전소로 발전해 나갈 전망이다.
다. 한국전력, 디지털변전소 개발 성공
한전 전력연구원은 최신 정보통신 기술이 접목된 변전소 자동화 시스템과 성능검증기술을 개발해 변전소 디지털화에 성공했다. 현재 디지털변전소의 지능형 디지털변전소로의 재도약을 위해 차세대 네트워크 플랫폼인 Process Bus 기술, 정보 공유 데이터 플랫폼 구축 기술, 변전소 운영환경 지능화 기술 등의 연구과제를 수행 중이다.
특히 디지털변전소를 안정적으로 운영하기 위한 자동화 설비의 상호운용성 검증 및 시험 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
한전의 디지털변전소는 2013년부터 구축돼 현재 약 90개 소가 운전 중이며 디지털변전소를 구성하는 설비는 국내 외 약 21개 제작사 40여 개에 달한다. 이로 인해 국제표준을 만족하는 제품일지라도 제작사가 다른 경우 통신에 문제가 발생할 수 있으므로 전력연구원은 다양한 제작사가 만든 장치들 사이의 상호운용성을 검증하는 장치를 세계 최초로 개발했다.
라. 국제표준 IEC 61850 기반 디지털변전소 진화
한전은 변전소 내에 존재하는 100여 대의 자동화 설비를 효율적으로 운영하기 위해 국제표준 IEC 61850 도입을 결정했다. 국제표준 IEC 61850은 변전소와 관련된 최신의 정보통신 기술을 정의하고 있으며 그 적용 범위가 변전소에서 전력시스템 전반으로 확대되고 있다. 현재의 변전소는 보호, 제어, 감시가 자동화된 Half 형태의 디지털변전소다. 앞으로 아날로그 전압, 전류 신호까지 디지털 신호로 변환 전송되는 Full 형태의 디지털변전소로 진화될 전망이다.
❷ 한전 전력연구원의 연구성과
가. 국내최초 IEC 61850 시험기술 개발 및 해외수출 성과 거둬
디지털변전소 자동화 설비는 크게 상위운영장치와 IED(지능형전자장치, Intelligent Electric Device)로 구성된다. 이러한 자동화 설비들을 안정적으로 운영하기 위해 국제표준인 IEC 61850을 따라야 하며 IEC 61850 인증 시험기관에서 적합성 인증을 받은 제품만 사용해야 한다. 더불어 자동화 설비의 동적 시험영역에 해당하는 설비 간 상호운용성 시험에 대한 인증도 요구되고 있다.
한전은 20여 국내 중견 기업체와 함께 상위운영시스템, IED 등 디지털변전소 자동화 설비를 국산화하는 전력 IT 연구과제를 성공적으로 수행했다. 또한 네덜란드 KEMA(네덜란드 전기분야 시험·인증기관) 등 해외 선진기업의 전유물이었던 IEC 61850 시험기술 및 툴을 국산화하는데 성공해 국내 자체 기술로 디지털변전소를 구성하는 모든 전자장치의 성능을 검증할 수 있게 됐다.
개발된 디지털변전소 성능검증기술은 2013년부터 한전에 도입된 154kV 디지털변전소에 적용돼 새로운 시스템이 전력산업 현장을 조기 안정화하는 데 크게 이바지했다. 또한 이런 현장의 경험을 비롯해 최신의 국제규격인 IEC 61850 Ed 2.0을 반영한 연구개발을 지속해서 수행해 온 전력연구원의 디지털변전소 성능검증기술은 해외기업과 비교해 품질이 우수하고 기술경쟁력이 있는 것으로 인식되고 있어 국내외 디지털 변전 시스템 제작사들의 제품 개발을 위한 필수기술로 자리 잡아 IEC 61850 적합성 시험, 시험 툴 판매 등 사업화가 성공적으로 진행 중이다.
나. 사업화를 통한 비용 절감 및 관련 분야 국내 최초 기술이전 성공
2013년부터 시작된 한전의 154kV 신규 디지털변전소 준공과정에 새롭게 필요한 디지털변전소 성능검증기술을 고가의 외국기술에 의존하지 않고 자체적으로 확보해 수십억 원을 절감했다. 이를 활용해 국내 중소 제작사를 대상으로 한 기술지원 및 기술이전을 통해 수익을 창출할 뿐만 아니라 중소업체와 협력하고 있다.
국내 사업화의 성공을 기반으로 디지털변전소 성능검증 기술의 해외시장 진출을 시도해 2015년 2월 미국 Quality Logic(미국 소프트웨어 어플리케이션 시험 업체)과 계약을 체결해 국내 최초 디지털변 전소 분야 해외 기술이전에 성공했다.
아울러 2016년 2월에는 콜롬비아국립대와 디지털 변전기술 사업화를 위한 업무협약을 체결하고 엔지니어링 툴을 수출했으며 2017년 9월에는 대만 GCOM(대만 스마트그리드 통신·네트워크 솔루션 업체)과 한전 디지털변전소 시험 툴의 판매 라이센스 계약을 체결하는 등 남미와 아시아까지 해외시장을 확대하는 성과를 거뒀다.
❸ 기대효과 및 향후 계획
한전 전력연구원은 디지털변전소 운영 경험을 바탕으로 IEC 61850 동적 시험에 해당하는 상호운용성 시험을 수행해 세계 수준의 기술 지위를 유지하고 있다. 또한 최신 국제 규격을 반영한 Process Bus 기반의 디지털변전소 성능검증기술을 개발하고 디지털변전소 내의 설비가 제공하는 수많은 정보를 이용해 변전소 운영을 보다 지능적으로 할 수 있는 시스템 개발을 진행하고 있다.
향후 지능형 디지털변전소는 다수의 하드웨어 방식이 아닌 하나의 데이터 플랫폼 안에서 소프트웨어에 기반한 애플리케이션이 다수 탑재돼 운영환경이 지능화될 가능성이 크다. 이에 한전 전력연구원에서는 디지털변전소 성능검증기술뿐만 아니라 변전소 정보를 공유하기 위한 데이터 플랫폼을 구축해 사용자 중심의 애플리케이션 개발환경을 제공할 계획이다. 이러한 기술의 해외사업화 성공은 국내 기업과 동반으로 진출하는 한국형 디지털 변전소 구축 사업으로까지 이어져 전력 분야의 새로운 먹거리 창출을 견인할 것으로 기대된다.
