스마트그리드 기반의 원격검침에 대한 요구가 증대하면서 한전에서는 2008년부터 저압 고객에 대한 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 기반의 검침시스템이 구축되어 운영되고 있다. 한전의 AMI 검침시스템은 2020년까지 2200만호에 대한 원격검침을 지원할 예정에 있으며, 이를 위해서는 원격검침 망을 구성하는 DCU(Data Concentration Unit) 및 모뎀에 대한 네트워크를 관리하는 검침네트워크 관리시스템을 필요로 하게 된다. 본 논문에서는 검침네트워크에 대한 설비 정보, 네트워크 구성정보, 성능정보, 트래픽 정보 등을 관리하고, 통신설비에 대한 장애현황 및 이력을 관리하는 시스템에 대한 설계 및 개발내용을 소개하고자 한다.
전력에서 설치 운영되는 설비나 장치들을 감시, 제어하는 시스템은 산업 현장이나 기관에서 개발 운영하고 있다. 배전계통에서도 마찬가지이다. 배전선로에 설치된 개폐기나 리클로져 등을 감시, 제어하는 배전자동화시스템 배전반 등을 감시하는 전력감시 제어시스템 발전소나 대규모 수용가에서 사용하는 전력량이나 계량정보 등을 검침하는 원격검침시스템 등이 있다. 이 중에서 배전자동화시스템과 원격검침시스템을 연계함으로써 보다 효율적인 배전계통 운영을 수행하고 나아가 그 기반 시스템에 또 다른 수용가 정보 시스템 또는 배전정보 시스템을 통합함으로써 통합 배전정보 관리 체계를 가져갈 수 있다.
본 논문에서는 스마트 그리드의 대표적 서비스인 원격검침을 위한 국제 표준 프로토콜 DLMS(Device Language Message Specifications)의 도입에서부터 정착까지 한국전력공사의 원격검침 인증 시스템 구축내용과 연구개발의 현황을 살펴보고자 한다. 현재 운용 중인 55만 저압고객에 대한 고속 PLC를 활용한 원격검침 시스템은 전력회사의 자체 통신 인프라를 활용하여 고속 데이터 전송이 가능한 시스템으로써, 전 세계적으로도 사업화에 빠르게 적용한 케이스이다. 여기에는 국제 표준 기반 원격검침 프로토콜을 탑재한 전자식 전력량계와 원격검침 핵심 기기 간 프로토콜의 적합성을 평가하기 위한 인증 시스템의 적기 구축이 큰 성공요인으로 볼 수 있다. 이처럼 한국전력공사에서는 DLMS 표준 기반 인증 시스템의 구축을 통하여 국내의 원격검침 서비스와 관련된 장비의 품질을 높이고, 시장의 확장을 선도하였으며, 스마트 그리드의 초창기 사업화 안착에도 많은 기여를 하였다. 또한, 전력선통신 분야 원천기술 개발의 지속 추진을 통한 각종 IPR의 확보 및 표준화 활동을 통하여 스마트 그리드 기술을 고도화하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
전력선통신을 이용한 원격검침 시스템의 구축이 시범사업을 넘어 상용화 수준으로 확대되어가고 있으나 현재까지는 주로 주상변압기에서 댁내 수용가정간에 고속전력선 통신칩을 사용하여 셀 토폴로지형태로 100가구전후 원격검침망을 구성하였다. 지중구간의 전력선은 가공선로와는 많은 다른 통신채널 특징을 가지며 지중화된 구간은 대도시 밀집지역에 주로 시설되기 때문에 원격검침시스템 구성시 가공구간보다 경제적인 측면에서나 검침자동화 확산 측면에서나 좋은 효과를 볼 수 있다. 본 논문에서는 지중고압선을 경유하는 원격검침망의 모델을 설계하고 시범운영을 통해 성능을 시험하였다.
본 논문은 국내원천 기술인 Binary CDMA 기술을 소개하고 AMR(Automatic Meter Reading) 시스템에 Binary CDMA 무선 기술을 어떻게 적용할지를 연구하고자 한다. 주요 연구내용은 Binary CDMA 원격검침 시스템, 무선 원격검침을 구현하기 위한 피코넷 네트워크 구성, 데이터 송수신을 위한 전송 스케줄링을 다루고자 한다. 그리고 원격검침의 데이터는 공공의 성격을 뛰는 아주 중요한 데이터이기 때문에 무선 패킷의 암호화 적용방안에 대해서도 연구하고 하고자 한다.
개별 검침원이 수용가를 직접 방문하여 전기, 가스 및 수도 등의 사용량을 육안으로 확인하는 기존의 현장 검침방법은 사생활 침해나 범죄 발생 가능성과 같은 문제점이 있다. 또한 이러한 검침결과를 토대로 지로용지를 통한 사용요금통보 방식은 운용비 용 측면에서 대단히 비효율적이다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 개선하기 위하여, 유선 인터넷 설비 없이도 CDMA 이동통신모듈을 이용하여 수용가들의 계량기를 원격검침하고 이를 토대로 계산된 사용요금을 단문 메시지(SMS)로 수용가의 휴대전화에 통보하는 원격자동검침 및 요금통보 시스템을 설계 및 구현하였다. 구현 시스템은 수용가별 사용량에 대한 원격자동검침 및 요금통보 뿐만 아니라 누전, 누수 및 누설에 대한 경고 메시지를 관리서버에 제공함으로서 효율적이면서 안전한 검침관리 기능을 제공할수 있다. 특히 개발 시스템은 원격검침 및 요금통보에 소요되는 운용비뿐만 아니라 수용가들의 안전성과 편리성도 함께 개선할수 있어 지능형 홈네트워크 시스템에 직접 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
원격 검침 시스템의 수용가에서는 검침기, 집중기, 중계기 등의 효율적인 구성이 필요하다. 최소 스타이너 트리는 스타이너 포인트를 도입하여 최소 비용으로 모든 입력 노드들을 연결한다. 본 논문에서는 반복적으로 생성된 근사 최소 스타이너 트리를 활용하여, 원격 검침 시스템의 검침기, 집중기, 중계기를 효율적으로 배치하고 연결하는 방법을 제안한다. 이 방법에서 입력 노드와 스타이너 포인트는 원격 검침시스템의 검침기, 집중기, 중계기로, 선분은 이들 사이의 연결로 대응되며, 이들의 적절한 처리를 통해 유 무선 방식의 원격 검침 시스템을 위한 효율적인 네트워크를 구축할 수 있다. 본 연구의 실험에서, 1000개의 입력 노드와 200개의 한 노드 당 최대 연결인 환경에서, 제안된 방법에 의해 생성된 원격 검침 시스템 네트워크는 최소 신장 트리로 생성된 네트워크와 비교하여 약 19.1%의 네트워크 길이의 절감율을 보였다.
무선통신 기반의 원격검침 시스템은 설치의 용이함, 설비공사 및 유지보수 비용절감, 다양한 검침시스템으로의 적용의 유연성, 그리고 네트워크 확장성의 용이함 등의 장점으로 인해 최근 다양한 원격검침분야에서 활발히 활용되고 있다. 하지만, 이같은 다수의 장점에도 불구하고, 멀티 홉 기반의 원격검침망에서는 매 검침데이타 획득시마다 과다한 양의 트래픽을 발생시킴으로써, 데이터 충돌과 간섭의 확률을 증대시키고, 불필요한 전송으로 인한 에너지 낭비와 함께 특정 노드들의 에너지만 급격하게 소모되는 에너지 불균형 현상을 야기하고 있다. 그리하여 본 논문에서는 멀티홉 기반의 무선 원격검침망에서 발생하는 트래픽의 양을 최소로 줄임으로써 검침망의 각 노드들의 에너지 보존은 물론 다양한 문제점들을 해결할 수 있는 효율적인 검침데이타 수집기법을 제안하고, 성능평가를 통해 제안하는 기법에 대한 성능의 우수성을 입증한다.
가정용 수도미터의 검침방법은 대부분 검침원에 의한 개별방문을 통하여 이루어지고 있어, 검침에 따른 민원발생과 검침데이타의 정확성 문제 등으로 인하여 효율적 수도검침이 이루어지지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내.외 수도미터 특성분석과 수도미터 원격검침시스템 적용 현황 및 장단점을 비교하여, 오차 특성이 개선된 디지털 수도미터와 최적의 전송 알고리즘을 갖는 통신모듈을 개발하여 유비쿼터스 기반의 수도미터 AMR 시스템을 구현하고자 한다.
전력선통신 기반의 통합검침시스템을 구축하고 통신프로토콜을 통일하게 되면 각 사업자별 검침용 통신비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 장비의 유지보수 비용도 절감할 수 있어 저비용으로 효율적인 원격검침이 가능하게 될 것으로 예상된다. 본 논문에서는 전력선통신기반의 통합검침 시스템에 대해 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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