전력계통의 효율적인 제어와 운용을 위해서는 전력계통을 구성하는 각종설비의 모델링뿐만 아니라 실시간 시스템 운용 상태에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 정보가 필요하다. 이러한 목적을 위해 현대의 전력계통은 광범위한 데이터를 취득하는 SCADA(Supervisory Control And Data Aquisition)시스템을 기본적으로 갖추고 있다. 본 논문에서는 한국형 에너지관리시스템(Korean Energy Management System)에서의 데이터 취득, 처리, 제공, 제어 등의 기능을 수행하는 SCADA의 요구사항과 설계내용에 관해 소개한다.
SCADA 시스템과 같이 대규모의 데이터를 일정 시간이내에 처리하는 시스템 환경에서 가장 중요한 요소 중 하나가 성능이다. 사용자에게 직관적이며 편리한 UI를 제공하며 개발자는 유지보수성, 재사용성 등을 충분히 고려하여 시스템을 구현하여도 일정 성능 이상을 만족시키지 못한다면 사용할 수가 없다. 이러한 점을 고려하여 본 논문에서는 앞으로 SCADA 시스템이 감시, 제어하는 설비의 증가와 시스템 규모의 다양성 및 확장성을 갖춰야 함을 인식하고 다양한 성능향상 방법 중 소프트웨어 측면에서 병렬화 기법을 이용한 데이터 처리 방법을 소개한다.
SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 국가중요기반망인 전력, 가스 등을 제어하기 위해 사용되어 왔다. 최근에는 기존의 폐쇄적인 통신 환경과 달리 외부망과 연결된 개방 통신 환경을 사용함에 따라 안전한 통신을 위한 암호화 기술이 연구되고 있다. 기존 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들은 공유키를 갱신하기 위해 수동적으로 설정해야했다. 본 논문에서는 SCADA 시스템을 구성하는 Server와 RTU가 상호 인증하여 무리수 기반의 스트림 암호화 통신과 타임스탬프를 이용한 키 갱신 프로토콜을 제시하여 재사용공격과 가장공격이 불가능한 실시간 암호화통신 프로토콜을 연구하였다.
SCADA 시스템과 관련된 많은 표준 프로토콜이 등장하고 있으며, 이들 프로토콜들이 공존하는 형태로 발전할 것으로 예상된다. 본 논문은 범용 SCADA 게이트웨이 개발을 위해 DNP 3.0 응용 계층을 분석한 결과를 소개하고 있다. 여기에는 게이트웨이 설계 시 반드시 고려되어야 하는, DNP3.0 응용 계층의 객체 모델링과 객체 의미, 그리고 통신 기능이 포함된다.
SCADA시스템에 대한 보안 필요성이 대두됨에 따라 최근 제어 프로토콜 보안기술에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 그러나 성능, 가격 및 키 관리 등의 문제로 보안 솔루션이 legacy SCADA 시스템에 적용된 사례는 전무하다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 low latency, 저가의 DNP 보안 솔루션을 제안한다. 본 논문에서 제안한 보안 솔루션은 데이터링크 계층에서 보안기능을 수행하고 보안을 위해 추가되는 데이터량을 최소화하여 전송시간 증가를 최소화하였을 뿐만 아니라 체계적인 키 구조와 키 분배방식을 제공하여 키 관리의 어려움을 해결하고자 노력하였다.
This paper describes an overview of the remote Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) System for automatic operation of Electric power system in KEPCO. And the example of improvement and development for effective operation of the SCADA is reported briefly.
본 논문은 제어시스템에서 사이버 위협과 취약성을 평가하기 위한 정량적 모델링에 관한 연구이다. SCADA(supervisory control and data acquisition) 시스템은 대표적인 제어시스템이고 전력계통에서 가장 큰 규모를 형성하고 있다. SCADA 시스템은 초기에는 지역적으로 고립된 시스템이었으나 통신 및 제어기술이 발전하면서 광역으로 확대되어 왔다. 스마트그리드는 에너지 시스템과 IT 시스템을 통합하는 것이며, 이러한 통합의 과정에서 IT 시스템 상에서 존재하던 위협이 제어시스템으로 옮겨오게 된다. 전력시스템은 실시간 특성이 강하게 요구되며, 이는 전력시스템의 사이버 위협을 IT 시스템에 비해 보다 복잡하고 치명적으로 만드는 요인이 된다. 예를 들어, 기밀성이 IT시스템에서 가장 중요한 요소인데 반해 가용성은 제어시스템에서 가장 중요한 고려 사안이다. 이러한 맥락에서, 보다 체계적인 방식으로 전력시스템의 사이버 위험을 평가하는 과정이 요구된다. 일반적인 관점에서 위험이란, 위협, 취약성, 자산의 곱으로 산출되며 본 연구는 전력시스템 구성요소 별로 위험을 정량적으로 분석할 수 있는 프레임워크를 제안한다.
최근 들어 전력 계통은 점차 복잡해지고 계통 규모 역시 빠른 속도로 성장하고 있다. 이러한 환경 하에서 전력계통의 안정적, 경제적 운영을 담당하고 있는 한국전력거래소는 EMS(Energy Management System)를 통해 실시간 전력계통에 대한 정확한 판단을 기반으로 전력계통의 안정성과 경제성 확보에 주력하고 있다. EMS의 다양한 기능 중 스카다(SCADA) 기능은 단순히 취득 데이터를 처리하는 기능뿐 아니라 인텔리젼트한 기능을 탑재하고 있는데 이중 대표적 기능이 스카다 토폴로지(SCADA Topology)라 할 수 있다. 스카다 토폴로지는 그 이름에서 알 수 있듯이 스카다에서 실시간 취득, 처리되는 아날로그와 스테이터스 데이터를 기반으로 전력계통에서 운용하는 각종 전력설비(발전기, 송전선로, 변압기, 조상설비 등)에 대한 가압 또는 무압여부를 스캔주기(2초)내에 결정하는 기능을 말한다. 현재 전력거래소는 100인치 화면 16장을 연견한 Rear Projector에 전국전력계통도 화면을 제작하여, 한눈에 전력계통의 가압 또는 무안상태를 표시 실시간 감시에 활용하고 있다. 그럼에도 국내에서는 스카다 토폴로지에 대해 소개된 논문이나 소개가 부재한 형편임을 감안하여, 본고는 스카다 토폴로지의 기본 알고리즘을 분석하여 국내 스카다 기능의 선진화에 기여하고자 한다.
Uncertainty of power system operation increases due to complexity and facilities diversification in the power system. Therefore the importance of SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) system which obtain and manage the actual data in real-time is very important. Accordingly in the studies of power system analysis, the efforts to include real-time power system analysis in simulation and applications are made in many ways. The real-time communication characteristics of SCADA system is considered so as to develop the power system analysis program that matches actual system conditions. The observation and management of SCADA system is realized by Intouch which is mainly used for factory automation and PSS/E(Power System Simulator for Engineers) provides real time system data. SQL DB and Python language is used for real-time communication between the softwares. It is very comfortable to use the various functions in Intouch WindowMaker.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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