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[Opinion]전력관리의 변화와 새로운 패러다임
2020년 5월 1일 (금) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2020년 5월호 - 전체 보기 )

전력관리의 변화와 새로운 패러다임

다양한 분야에서 에너지의 체계적인 관리와 효율적인 사용을 위해 에너지관리시스템의 도입이 이루어지고 있다. 특히, 공급 위주의 에너지 정책에서 수요관리정책으로 패러다임이 변화하면서 ICT를 활용해 능동적으로 에너지를 관리할 필요성이 커지고 있다. 또한 에너지절감을 위해서는 에너지가 어디서 얼마나 사용되고 있는지 파악하고 낭비 요인과 개선 방안을 찾아야 한다. 이를 위해 사용자에 중심을 둔 ICT 기반의 에너지관리시스템을 위한 기술개발도 활발하다. 이번호에는 슈나이더일렉트릭(Schneider Electric)의 이현주 매니저의 글을 통해 전력관리의 변화와 새로운 패러다임 대해 살펴보았다. <편집부>

슈나이더일렉트릭 이현주 제품 마케팅 부장
 
최근 중소규모 및 대규모 시설을 관리하는 조직에서는 에너지 비용이 전체 운영비에서 상당한 부분을 차지한다는 사실을 인식하기 시작했다. 또한 여러 팀에서는 전기·전력의 품질과 안정성이 운영 및 가동 시간에 중대한 영향을 미치며, 이는 수익에도 적지 않은 영향을 미친다는 사실을 경험하고 있다. 다수의 조직에서는 전력 및 에너지관리 프로그램을 도입하고 있고, 이제 시설팀은 에너지 효율성부터 전력품질(PQ: Power Quality)과 신뢰성에 이르는 모든 측면에서 위험을 완화하기 위해 다양한 정보와 분석도구를 활용할 수 있게 되었다.
 
그러나 병원, 데이터센터, 공항, 산업 플랜트처럼 전력 요구사항이 매우 중요한 시설의 경우에는 전력의 높은 효율성과 가용성을 제공하는 것이 여전히 어려운 과제로 남아 있으며 여기에는 다음과 같은 다양한 이유가 있다.
 
 
■ 더욱 동적으로 변화하는 그리드: 전력 산업에 재생 에너지 및 기타 분산 에너지원이 추가되고 있다. 장기적으로 보면 이는 그리드 안정성과 효율성을 개선하는데 도움이 되지만, 친환경 에너지의 통합은 독일이나 호주와 같은 일부 국가에는 여전히 풀어야 할 과제들이 남아 있으며, 호주의 경우 정전의 위험이 증가 하고 있다. 그리드 안정성에 대한 또 다른 위협은 전력 수요가 높아지는 기간으로, 특히 오래된 송전 시스템의 경우 높은 수요를 충족하기가 어렵다. 이러한 이유로 많은 그리드 운영업체에서는 전송 네트워크의 부하를 줄이기 위한 수요 대응 프로그램을 계속해서 내놓고 있다. 이러한 프로그램을 활용하면 대량 에너지 사용자가 상당한 투자 자금을 회수할 수 있지만, 그러기 위해서는 부하 및 현장 발전 자산을 주의 깊게 관리해야 한다. 마지막으로, 악천후로 인한 대규모 정전 발생 위험도 날로 높아지고 있다. 대서양과 태평양 지역을 함께 살펴보면, 2017년 1월부터 9월 중순까지 28개 시스템에서 정전이 발생했다. 이는 허리케인이 가장 많이 발생했던 2012년과 2005년의 기록을 뛰어넘는다.
 
 
■ 더욱 복잡해지는 배전 시스템: 대규모 시설, 플랜트, 구역 등에서 배전 시스템은 일반적으로 시간이 지남에 따라 증가하는 부하를 수용할 수 있도록 진화한다. 이는 동일한 면적 내에서 부하가 더욱 분산되거나 부하 밀도가 더욱 높아지는 방식일 수 있다. 현재 이러한 부하 중 많은 부분이 전력에 민감하게 반응하며, 여기에는 자동화 시스템, VSD(인버터), 컴퓨터, 데이터 서버, 통신 네트워크 등이 포함된다. 여러 유형의 부하가 PQ 문제를 일으키는 잠재적인 원인이 될 수 있다. 예를 들어 전기 아크로 인버터와 DC 컨버터, 스위치 방식 전원 공급장치, AC 또는 DC 모터 드라이브, 변속 드라이브 등에서 과도한 전력 고조파가 생성될 수 있으며, 모터 수가 늘어남에 따라 역률이 저하될 수 있다. 또한 전력을 백업하거나, 피크 부하 저감을 통해 피크 전력 요금을 피하려 할 때, 자가 생산한 재생에너지를 사용하기 위해(가장 경제적인 방법인 경우) 대규모 부지에 현장 발전을 포함하는 관행이 확산되고 있다. 현장 발전은 에너지 저장소를 동반하는 경우가 많으며, 이를 통해 시설이나 구내(構內)의 마이크로그리드에서 비용과 안정성을 최적화할 수 있고 전체 그리드에서 정전이 발생할 경우 단독으로 운영이 가능해진다. 그러나 이를 효율적으로 관리하려면 높은 수준의 모니터링과 지능형 제어시스템이 필요하다.
 
 
■ 더욱 치열해지는 시장 경쟁: 생산성을 극대화하고 운영비를 절감하는 것은 모든 조직의 당면한 과제이다. 또한 기업은 비용 절감을 통해 더 높은 수익을 창출할 수 있게 되고, 이를 통해 운영 효율성을 기반으로 경쟁력을 확보할 수 있게 된다. 전력 안정성은 생산성에 직접적인 영향을 미치고, 장비 유지보수 및 에너지 비용은 수익에 영향을 주므로 에너지는 이러한 부분에서 중요한 역할을 한다.

 
■ 규제 요건 증가: 대규모 시설에 적용되는 에너지 관련 배출량 규제는 점점 더 엄격해지고 있다. 에너지 소비를 줄이는 방법을 찾는 것은 규제 준수뿐만 아니라, 기업의 지속가능성 목표의 달성에도 일조한다. 더 나아가 기업은 구매하는 제품과 솔루션이 최신 유해 물질 표준인 RoHS1)와 REACH2)를 준수하는지도 확인해야 한다.
 
 
■ 사이버 공격의 증가: 여러 조직에서 매년 사이버 공격의 피해를 입는 사례가 증가하고 있다. 공격 대상에는 전력 유틸리티와 해당 유틸리티에서 생산한 전력의 소비자도 포함된다. 사이버 공격은 비즈니스 안정성에도 잠재적으로 악영향을 미치며 이제 배전 시스템을 비롯하여 시설 내에서 연결되어 있는 모든 시스템이 사이버 공격을 당할 수 있음을 명심해야한다.
 
이러한 문제에 직면한 지금 신뢰할 수 있는 수준의 효율적인 에너지 공급을 보장하려면, 전력 인프라의 더 많은 장소에서 더 많은 데이터가 안전하고 지속적으로 제공되어야 한다. 하지만 이러한 데이터의 증가는 시설팀에 있어서 향후 관리해야 하는 복잡성이 더욱 증가하는 것을 의미하기 때문에 이는 내부 전문지식과 리소스가 부족한 조직에는 큰 부담이 될 수 있다. 이렇게 변화하는 상황에 대응하기 위해 아래와 같은 새로운 종류의 전력관리 도구가 등장하고 있다.
 
■ 연결된 인텔리전스: 모든 위험과 기회를 확인
■ 최대한의 계측 정확도: 정밀도와 확실성 향상
■ 모듈형의 맞춤형 플랫폼: 요구 사항의 변화에 맞게 조정
■ 사이버 보안 관련 모범 사례: 전력 네트워크 보호
■ 전력 품질 분석 단순화: 임베디드 인텔리전스 활용
■ 스마트 전력 이벤트 분석: 대응 시간 단축
 
 
커넥티드 인텔리전스를 접목한 전력관리

전 세계적으로 에너지는 더욱 분산되고 친환경 에너지의 사용이 늘고 있다. 2040년까지 수요가 70%까지 증가하고, 2030년까지 새로운 에너지 생산 능력의 50%는 태양열과 스토리지가 차지할 것으로 예상된다. 에너지 효율성을 개선할 여지가 충분하다고 인식한 여러 정부에서는, 기후변화 개선에 기여하는 빌딩 건설을 장려하고 재생에너지를 보다 널리 활용할 수 있도록 관련 비용을 낮추는 정책을 적극적으로 도입하고 있다.
 
이러한 추세에 대응하기 위해 슈나이더일렉트릭(Schneider Electric)은 에너지를 관리하는 방식을 변화시키고 있다. 배전의 더 많은 영역이 디지털화되어 스마트빌딩과 공장으로의 전환을 뒷받침하고 있다. 업계에서는 가동 중단으로 인한 손실을 감당할 수 없고, 효율성과 지속가능성에 대한 목표는 갈수록 높아지면서, 디지털 전력 아키텍처가 제공하는 스마트한 솔루션에 대한 요구가 커지고 있다. 관리해야 하는 민감한 부하와 발전 요소가 증가하고, 준수해야 할 규제와 표준과 활용해야 할 숨겨진 기회도 늘어나고 있는 지금, 시설팀은 더욱 단순한 방식으로 전기 시스템을 파악할 수 있는 지능형 전력 시스템을 사용하여 신속하고 효율적으로 결정을 내리고 있다.
 
빌딩과 공장에서 이러한 인텔리전스를 확보하려면 더욱 긴밀한 연결성이 뒷받침되어야 한다. 이러한 추세는 이미 진행 중이며 이제 사물인터넷이 시설 인프라로 완전히 확장되어 더욱 스마트해진 장치가 소프트웨어 시스템과 클라우드에 연결된다. 실제로 분석 전문 기업인 메무리(Memoori)는 2021년이 되면 모든 범주의 스마트빌딩에서 커넥티드 디바이스가 100억 대가 넘을 것으로 예상하고 있다. 빌딩 관리 시스템의 스마트 자동화 발전 과정과 비슷하게, 배전도 임베디드 인텔리전스를 활용하는 커넥티드 제품 네트워크를 포함하도록 진화했다.
 
몇 가지 기본적인 에너지 측정부터 수백 가지의 전력 및 에너지 측정, 데이터 로깅, 경보, 고급 전력품질 분석 및 장비 상태 모니터링에 이르기까지, 스마트미터링의 기능은 이제 폭넓은 범위를 지원하고 있다. 또한 전용 전력 미터기부터 회로 차단기, 보호 계전기 또는 장비 컨트롤러 및 드라이브와 같은 다른 장치에 내장된 계측 모듈에 이르기까지, 스마트 미터링 기능은 다양한 형태와 크기로 제공되고 있다.
 
스마트 장비에 내장된 계측은 비용 효과적이며, 에너지 사용량과 같은 기본적인 모니터링 용도로 편리하게 사용할 수 있다. 전력품질 모니터링 및 전력 이벤트 분석과 같이 더욱 전문적인 용도로 사용할 경우 고급 전력품질 미터기가 필요하다.
첨단 전력관리 시스템의 디지털 아키텍처에서 스마트 장비 및 전력 미터기는 다음과 같은 다른 아키텍처 계층과 정보를 공유할 수 있게 설계된다.
 
1. 엣지 컨트롤(Edge Control): 지역의 운영업체는 전력관리 애플리케이션을 통해 모니터링 및 제어 기능을 확보할 수 있다.
2. 클라우드 기반의 애널리틱스 서비스: 엔지니어는 최신 애널리틱스 및 도구를 활용해, 최종 사용자를 지원하고 통찰력을 제공해 전기 배전 및 전원관리 시스템에 대한 최적의 성능을 유지할 수 있도록 한다.
 
이러한 양쪽 영역에 있어서, 모바일 디바이스는 갈수록 더 중요한 역할을 하게 되며, 특히 운영 및 유지보수팀에는 더욱 그렇다. 승인된 사용자는 언제 어디서나 데이터와 경보 및 알림에 액세스할 수 있다. 그리고 로컬이나 클라우드에 호스팅된 앱을 통해, 또는 개별적인 스마트디바이스의 내장 웹서버를 통해서도 실시간 업데이트와 그래픽 대시보드, 심층 분석을 제공 받을 수 있다. 이를 통해 내부 및 계약 서비스팀은 더 효율적으로 위험을 발견하고 대응할 수 있게 된다.
 
기존에 개별적으로 운영되던 시설 시스템도 점점 더 긴밀하게 통합되어 가고 있다. 통신 및 데이터베이스 표준이 갖춰지면서 배전 시스템과 빌딩관리 시스템(BMS: Building Management System) 또는 프로세스 자동화 시스템(PAS: Process Automation System) 간에 데이터를 더욱 쉽게 공유할 수 있게 되었다. 현재 일부 공급업체는 전력관리 소프트웨어를 BMS 또는 PAS에 임베드 가능한 플러그인 형태로 제공하고 있다. 이러한 접근방식은, 예를 들어 일반 소프트웨어 도구를 통해 BMS 또는 PAS 소프트웨어의 제한적인 전력관리 기능을 사용하는 것보다, 비용 및 호환성 측면에서 더 유리하다. 이러한 방식으로 전력관리 기능을 통합하면 엔지니어링팀과 빌딩 관리팀이 효율성과 안정성이라는 공통된 목표를 위해 더욱 긴밀하게 협업할 수 있고 각 팀의 필요에 따라 확장할 수 있게 된다. 결과적으로, 전력 인텔리전스 및 연결에 있어 이러한 진전은 이전보다 더 많은 장소에서 더 많은 정보에 더 다양한 방식으로 액세스할 수 있게 한다. 시설 및 서비스 전문가의 당면 과제는 이러한 잠재적인 데이터 과부하에 대해 이해하는 것이고, 데이터를 단순히 정보로 전환하는 데 그치지 않고 다음과 같은 목표를 달성하려면 더욱 강력한 툴이 필요하다.
 
˙ 사이버 위협으로부터 전기 네트워크를 완전히 보호
˙ 정보의 관련성 파악
˙ 중요성 및 긴급성 수준 구별
˙ 더욱 신속하게 위험의 원인을 분석하고 격리
˙ 기회를 간과하거나 불필요한 비용을 지출하는 것을 방지
˙ 변화의 속도에 맞춰 전력관리 기능 업데이트
 
다행히 새로운 기능이 계속 출시되면서 이러한 기능을 적용해 더욱 쉽게 배전망의 정보를 이해하고, 알맞은 조치를 취할 수 있으며, 정보 시스템의 보안과 신뢰성을 보장할 수 있는 방안이 마련되었다.
 
 
최고 수준의 계측 정확도

전력관리 시스템은 중요한 전력 환경에서 전력 품질과 안정성을 최적화해줄 뿐만 아니라 에너지 낭비를 감지하고, 에너지효율을 개선하며, 전기 관련 비용을 절감하는 데 필요한 시설 전반의 에너지 소비 데이터를 제공한다. 이러한 목표 달성에 도움이 될 수 있는 광범위한 개념이 있으며, [표 1]에는 그 중 일부가 소개되어 있다.
 
이러한 모든 적용 분야에서 사용하는 에너지 계측장치의 정확도는 분석 정확도에 직접적인 영향을 미치며 정확도가 높을수록 시설팀에서 정보를 신뢰할 수 있고 더 많은 비용절감 기회를 찾을 수 있다.
 
예를 들어, 섀도 계측의 경우 에너지 제공업체가 사용하는 청구 미터기의 정확도와 일치하도록 등급이 0.2 이상이 ‘검증’된 미터기를 사용하는 것이 권장되고, 여기에서 ‘Class 0.2’는 에너지 측정 시 0.2%의 정확도가 확인되었음을 나타낸다.
 
하지만 시설 및 에너지관리자의 경우 청구 또는 비용을 배분할 때 적용될 정확도 ‘Class 0.1’에 대한 새로운 ANSI 및 IEC 표준이 곧 시행될 예정이라는 사실을 인식하고 있어야 한다. 다행히 ‘Class 0.1’ 표준을 준수하는 고도로 정확한 에너지 계측 제품이 출시되고 있으며, 이에 따라 기존보다 두 배 더 높은 정확도의 표준이 재정의될 것이다.
 
에너지 미터기를 선택할 때 외부 공인기관에서 제품의 정확도를 확인하고, 제품이 정확도 표준의 모든 측면을 준수하는지 반드시 확인해야 한다. 이러한 표준에서는 보통 다양한 영향 요인에 대한 결과를 확인하기 위해 에너지 정확도를 초과 충족하는 일련의 테스트가 요구되며 이러한 테스트에는 부하 전류, 역률, 온도 및 고조파 왜곡 변화가 포함될 뿐만 아니라, 폭넓은 동적 범위에서 여러 테스트 시나리오가 적용된다.
 
유틸리티 서비스 검증에 미터기를 적용하려는 경우, 미터기가 온보드 데이터 로깅(onboard data logging) 및 고해상도(256개 이상의 샘플/주기) 계측을 제공할 수 있어야 한다. 또한 미터기 및/또는 시스템 수준 소프트웨어는 유틸리티 요금 체계와 일치하도록 구성된 청구 모듈도 제공해야 한다.
 
계측 정확도가 향상되면 기타 모든 에너지 소비 및 비용 계산에 있어서의 정밀도와 신뢰성도 높아지므로, 유틸리티 계약 협상 및 지속가능성과 에너지 관련 배출량 목표에 대한 더욱 정확한 보고 등의 목적을 달성하는 데 도움이 된다.
 
 
모듈형 맞춤형 플랫폼

에너지 및 자동화 분야가 변화를 거듭하는 지금, 전력관리 기능도 그러한 추세에 맞게 변화해야 한다.
 
˙ 대규모의 주요 시설에서 마이크로그리드 및 재생 에너지가 더욱 보편화되면서 전력관리 및 분석의 필요성은 더욱 증가할 것으로 보인다. 마이크로그리드는 자동화된 제어를 통해 에너지 생산과 수요 간의 균형을 실시간으로 조정하므로, 유효/무효 전력, 주파수, 전압, 전류 및 전력 품질 요인을 완벽하게 파악해야 한다.
 
˙ ‘산업용 사물인터넷’(IoT) 및 ‘인더스트리(Industry) 4.0’의 스마트 제조가 갈수록 확산되면서 새로운 ‘스마트머신’을 비롯한 보다 다양한 형태의 지능형 디바이스가 등장하고 제조 및 가공 플랜트 전반에 대한 연결성이 강화될 전망이다. 이러한 모든 전력에 민감한 장비를 원활하게 운영하려면 연중무휴로 실행되는 모니터링 프로그램이 필요하다.
 
이러한 기술이 발달하면서 시설, 캠퍼스 또는 플랜트 전력 인프라 내의 더 많은 장소에서 새로운 상태와 상호작용을 측정 및 캡처할 수 있어야 하며, 이러한 새로운 요건에 맞게 전력관리 솔루션을 조정할 수 있어야 한다.
 
최신 고급 전력 계측기 및 전력관리시스템 중 일부는 변화하는 요건에 맞게 조정 가능한 모듈형 디자인으로 설계되어 있다. 다운로드 가능한 펌웨어 업그레이드뿐 아니라, 입출력 옵션과 같이 현장에서 교체 가능한 하드웨어 모듈로 미터기 기능을 보강할 수 있다. 모듈형 펌웨어 아키텍처를 사용하는 미터기는 다양한 측정 용도나 고유한 용도에 적합하게 맞춤형으로 설정할 수 있고, 다수의 모듈형 미터기는 여러 모델에서 공통된 액세서리를 사용하므로 선택, 재고 보관 및 설치 과정도 단순화할 수 있다.
 
애플리케이션 수준에서 전력관리 소프트웨어는 더 세부적으로 모듈화할 수 있다. 시설팀은 이러한 특성을 기반으로, 필요에 따라 세부 청구 모듈이나 고급 PQ 분석 모듈 등의 특정 분석 기능을 추가할 수 있다.
 
게다가 전력관리시스템은 더욱 쉽게 확장할 수 있게 되었는데, 이는 부분적으로 IoT 지원 통신이 확산되고 있는 최근 추세에 기인한 것이다. 그리고 네트워크 구성 도구 및 데이터베이스 관리의 발전으로, 적시에 필요한 위치에 더욱 쉽게 장치와 연결을 추가할 수 있게 되었다. 예를 들어, DHCP를 통해 IPv4 및 IPv6 인터넷 프로토콜이 지원되며, IP 주소를 자동으로 획득하고 로컬 및 광역망에 연결할 수 있다.
 
 
사이버 보안 사례

비즈니스인사이더(Business Insider)의 보고서에 따르면 “향후 5년간 IoT 솔루션에 대한 투자 규모는 약 6조 달러에 달할 것으로 추산되며, 기업이 가장 먼저 IoT 솔루션을 채택할 것”이라고 한다. 하지만 커넥티드 디바이스의 수가 크게 증가하면서 사이버 공격의 위험도 높아졌고, 중요 인프라에 대한 공격이 전반적으로 증가하고 있다. 최근 맥아피(McAfee)에서 실시한 설문조사에 따르면, 1년 동안 네 개 회사 중 한 곳이 사이버 범죄의 피해를 입었거나 그러한 위협을 받았다. 서비스 거부 공격을 경험한 응답자의 수는 50%에서 80%로 증가했고, 약 3분의 2에 달하는 회사에서 시스템 가동 중지를 목적으로 설계된 맬웨어(Malware)를 발견했다고 응답했다.
 
배전시스템은 포괄적인 보호를 필요로 하는 핵심 인프라 중 하나이며, 여기에는 전력관리 네트워크 계층이 포함된다. 사이버 보안에 익숙한 제조업체는 설계자, 개발자, 테스터에게 보안 교육을 제공하고 보안규정/모범사례를 준수하는 잘 관리된 보안 개발 프로세스를 따르고 있으며, 여기에는 위협 모델, 아키텍처 검토, 보안 코드 관행을 실시하는 것과 광범위한 보안 테스트를 실행하는 것이 포함된다. 아래에서는 최첨단 전력관리시스템 및 구성 요소를 통해 구현되는 사이버 보안 기능 중 몇 가지에 대해 소개한다.
 
1. 디지털 방식의 서명 및 암호화된 펌웨어: 이러한 공급업체의 펌웨어는 다운로드 항목을 확인하고, 콘텐츠가 신원이 확인된 소스/벤더로부터 제공되며, 규정된 장치에 사용하도록 작성된 것임을 확인해준다.
2. 사용자별 보안 권한 및 암호: 승인된 역할 범주에 속하며 인증된 사용자만 시스템에 액세스하도록 제한하고, 특정 직무 기능을 지원하기 위해 충분한 액세스 범위를 허용하여 사용자 책임을 지원한다.
3. 보안 로깅: 마이크로소프트 시스로그(Microsoft SysLog)로의 이벤트 로그 푸시를 사용하여 성공하거나 실패한 모든 로그인 시도와 시스템 내에서의 사용자 활동을 추적한다.
4. 신뢰 플랫폼 모듈(TPM): 하드웨어 인증을 위한 호스트 시스템별 암호화 키를 저장하는 엔드포인트 장치의 특수 칩(암호 프로세서)으로, 장치 진위 여부 확인 체계를 지원한다.
5. ATP(Achilles Test Platform): 통신 안정성 테스트 플랫폼으로, 선도적인 핵심 제조업체에서 장치/시스템의 서비스 거부 공격 차단 기능을 검증하기 위해 사용한다. ATP 인증을 통해 ATP 성능 기준을 준수함을 보여줄 수 있다.
6. 침투(pen) 테스트: 컴퓨터 시스템, 애플리케이션 소프트웨어(PC 기반 또는 모바일) 또는 임베드된 장치에서 승인되고 시뮬레이션된 공격을 수행하여 테스트 대상의 보안 안정성과 복원력을 평가한다.
 
 
단순화된 PQ 분석

시설 전반의 부하에 전달되는 전력품질은 운영 효율성 및 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 낮은 전력품질은 기계 및 장치 오작동의 원인이 될 수 있다. 또한 시간이 흐름에 따라 낮은 전력품질로 인해 장비가 손상되고 장비 수명이 전체적으로 단축될 수도 있다. 높은 전류 고조파 등의 전력품질 문제를 오랜 기간 방치할 경우 도체와 권선이 과열되어 심각한 고장이 발생하거나, 심지어 화재를 일으킬 수 있다. 결과적으로 낮은 전력품질은 예기치 않은 가동 중단, 이른 장비 고장 및 교체와 같은 형태로 비즈니스에 심각한 악영향을 줄 수 있다.
 
전력품질 관련 사고 중 약 80%는 인버터, 캐패시터 전환, 대형 모터 구동, 컴퓨터 등으로 인해 시설 내부에서 발생하고, 나머지 20%는 배전 그리드 문제로 인해 발생하는 것으로 추정된다. 많은 전기 제공업체가 최대 99.99%의 에너지 가용성을 약속하지만, 그렇더라도 이는 매년 52분가량의 가동 중단 시간이 발생하는 것을 의미한다.
 
부하 대부분의 유형은 적은 수의 전력품질의 이상 발생 횟수를 허용하도록 설계되어 있다. 이러한 수준을 넘어서 전력품질 이상이 발생하면 전력, 프로세스, 계산 장비의 신뢰성과 수명이 영향을 받게 된다. 민감한 프로세스에서는 완제품의 품질도 저하될 수 있으며, 지속적 프로세스의 경우 제품폐기, 도구조정, 재시작과 관련된 비용이 발생할 수 있다.
 
전력품질을 정의하는 특성은 다양하다. 이상적으로는 배전시스템에서 제공되는 전압 및 전류 파형은 완벽한 대칭을 이루는 사인파이다. 그러나 이에 영향을 주는 많은 요인이 있기 때문에 실제로는 완벽하고 전혀 문제가 없는 전력품질을 구현하는 것은 불가능하다.
 
일반적으로 전력품질 문제는 겉으로 드러나지 않으며, 고장이나 오작동이 발생할 때까지 알아차릴 수 없는 경우가 많다. 이러한 이유로 최근 몇 년 동안 전력관리 장치와 시스템은 전력 품질 계측, 모니터링, 로깅 및 분석 기능에 초점을 맞춰 왔다.

이러한 제품과 시스템은 지속적으로 데이터를 수집하고, 장비나 프로세스에 위험을 초래할 수 있는 상태나 문제를 발견하는 경우 운영팀에 이를 알리도록 설계되어 있다. 기록된 데이터는 전기 유틸리티에서 제공하는 전력품질이 계약상의 의무 또는 표준을 준수하는지 확인하는 데도 사용될 수 있다.
 
전력품질 요구 사항은 조직마다 다를 수 있지만, 전력 질 모니터를 통해 추적하고 기록해야 하는 특성 유형은 대체로 동일하며 [표 2]에는 그러한 특성 유형이 표시되어 있다.
 
기본적으로 이러한 모든 전력품질 특성은 지속적으로 측정, 수집, 기록되지만, 위험을 찾고 적절한 조치를 취하려면 이러한 활동을 통해 얻는 정보를 해석하는 작업도 필요하다. 데이터의 양과 복잡성으로 인해 시설팀이 전력품질 관련 전문 지식을 갖추고 있지 않은 경우 심각한 어려움에 직면할 수 있다.
 
현재 여러 전력관리시스템에서 이러한 분석을 단순화해주는 다양한 시각화 도구를 제공하며, 도구에는 현황, 차트, 카운터, 통계가 포함되어 있으며 이들 중 최신 솔루션은 디바이스 레벨의 온보드 PQ 분석을 통해 각 주요 노드에서 시스템 안정성을 평가하는 기능을 제공 한다. 운영 및 유지보수 담당자는 데이터뿐만 아니라 해결책도 확인할 수 있어 전력시스템 상태를 더 빠르고 간편하게 파악할 수 있다.
 
전 세계 여러 지역의 정부에서는 고객에게 제공되는 전력이 다수의 품질기준을 충족하도록 하여 전기 유틸리티가 ‘고품질’ 전력을 공급할 것을 규정하고 있고, 가장 공통적인 두 가지 표준인 EN50160과 IEEE 519가 많은 지역에서 채택된 상태다. 세계 최고의 전력관리시스템은 고급 전력 품질 준수 모니터링 장치와 공장에서 엔지니어링되어 출고되는 전력품질 준수 추적 및 보고도구를 사용한다. 적합한 장비와 소프트웨어를 사용하는 경우 각 준수 범주에 대한 간단한 통과/실패 지표를 통해 전력 공급이 EN50160 및 IEEE 519 표준을 준수하는지 쉽게 파악할 수 있다. 최신 전력관리시스템에는 계측 장치에서 전력 품질 정보에 액세스할 수 있는 다음과 같은 다양한 옵션이 있다.
 
˙ 시스템 전반을 관리하는 고급 소프트웨어 애플리케이션 사용
˙ 웹 브라우저를 사용하여 개별 장치에서 호스팅되는 웹 페이지 보기
˙ 장치의 전면 패널 디스플레이에서 데이터 보기
 
전력품질 정보를 사용하려면 전력 데이터 품질을 보고 분석하기 위한 목적으로 고유하게 디자인된 특별한 사용자 인터페이스가 필요하며, 표, 추세 및 차트와 같은 일반적인 시각화 도구로는 충분하지 않다. 기존 전력품질 시각화 도구는 파형 보기 및 분석 기능, 고조파 히스토그램 보기 및 분석 기능, CBEMA/ITIC 또는 SEMI F47 전압 허용 오차 곡선의 전압 장애 이벤트 표시 기능을 포함하고 있다.
 
슈나이더일렉트릭은 기존의 전력품질 진단 도구만을 사용하는 것에서 벗어나서 파형을 조회하지 않고도 훨씬 더 쉽게 장애가 발생한 위치를 파악할 수 있는 제품을 개발했다. 현재 슈나이더일렉트릭은 전 세계에서 확인된 모든 파형을 자동으로 분석하고 장애의 이동 방향을 표시할 수 있는 전력 미터기를 제공하는 유일한 전문기업이다. 특허를 받은 ‘장애 방향 감지’라는 이 기술을 사용하여 그리드의 전압 장애가 시설로 이동하는지, 또는 빌딩 내에서 전압 장애가 발생했는지 매우 쉽게 파악할 수 있다. 이러한 전력 미터기로 구성된 네트워크와 슈나이더일렉트릭의 우수한 전력관리 소프트웨어가 등장하면서, 이제 배전시스템 전체에서 장애가 어떻게 이동하는지 파악할 수 있게 되었다. 이러한 종류의 정보는 전력품질 문제 진단의 첫 단계에서 매우 유용하며, 문제 해결에 소요되는 시간을 대폭 절감해준다.
 
단순화된 통과/실패 지표를 표시하는 고급 전력 품질 미터기의 일반적인 웹기반 전력품질 CBEMA 곡선(ⓒ슈나이더일렉트릭)
 

전력 문제 분석
일시적인 장애 외에, 전기시스템에서는 전류 고조파 흐름을 야기하는 전압 불균형이나 전압 왜곡과 같은 주기적인 문제나 만성적인 문제가 발생할 수도 있다. 전력관리 소프트웨어는 이러한 파라미터를 지속적으로 모니터링 및 추적하여 전력 공급 상태가 저하되거나 규정된 한계를 벗어나기 시작하는 경우 이를 담당자에게 알리도록 특수하게 설계되어 있다.
 
시설팀에서는 이러한 강력한 툴을 사용하여 전력 공급을 중단하거나 장비 오작동 또는 손상의 원인이 될 수 있는 전력 품질 문제를 더욱 쉽게 찾아낼 수 있다. 이러한 정보는 PF 보상, 고조파 필터링, VAr 보상과 같은 완화 기술을 배포해야 하는 지 결정하는 데 유용할 수 있고, 시설 담당자는 잠재적 문제 발생에 대한 알림을 사전에 받아 문제를 사전에 예방할 수 있다. 지속적인 개선 노력을 지원하고 에너지 공급자가 계속해서 계약상 의무를 이행하는지 확인할 수 있도록 PQ 특성을 시간이 흐름에 따라 보고받을 수 있다.
 
그러나 전기시스템, 부하, 프로세스의 복잡도가 증가함에 따라 특정 전력품질 문제의 원인을 명확히 구분하기가 점점 더 어려워지고 있다. 이에 따라 근본 원인을 분석하는 데 필요한 시간을 단축하고 시설을 복구, 가동하기 위한 새로운 기능이 계속해서 소개되고 있다.
 
이러한 시스템에는 ‘정밀 타임 프로토콜’(Precision Time Protocol)을 적용한 ‘방해 방향’ 및 ‘클럭 동기화’로 고속 방해 포착이 가능한 최신 전력품질 모니터링 장치 네트워크가 요구되고, 운영 환경에서 주변 장치의 고화질 이벤트 및 상태 조건을 확인하는 이벤트 연속 기록 장치가 필요하다. 운영 상태 데이터를 수집하는 모든 장치의 시간이 전력 품질 미터기와 동기화되어야 하는 기본적인 이유는 전기 장애가 매우 빠른 속도로 이동하기 때문이다. 따라서 시간을 정밀하게 동기화 하는 것은 일련의 이벤트가 올바른 작업 순서에 따라 확인할 수 있는 유일한 방법이라고 할 수 있다. 제대로 구성된 설계 및 전력 모니터링 인프라가 없다면, 전력 이벤트 재구성은 이벤트와 작업 순서 간 실제 지속시간 관련 결과를 제대로 파악하기가 어렵다.
 
작업을 적시에 수행하여 모든 전력시스템 이벤트를 올바른 순서로 구성하는 것은 완벽하고 정확한 전력시스템 이벤트 분석을 위한 기반이 되지만 대량의 이벤트 데이터를 모두 조사하고 해석하려면 엄청난 작업과 시간이 소요된다. 전문적인 전력관리 소프트웨어 공급업체의 경우 특정 이벤트 집합을 한 번의 알람으로 정의한 후에 특정 시간 내에 발생하는 여러 번의 알람을 단일 사고로 집계하는 방법을 사용하고 있다. 알람 정의 및 집계에 대한 이러한 지능적인 접근 방식은 고급 알람 필터와 함께 사용하는 경우, 알람 관리 프로세스를 대폭 간소화하고 시스템 운영자의 작업시간을 크게 줄여준다.
 
전력관리시스템 전문 기업인 슈나이더일렉트릭은 최초로 정밀 그래픽 이벤트 분석 애플리케이션을 제공하여 근본적인 원인을 분석하고, 전력시스템 이벤트 재구성을 더욱 높은 수준으로 끌어 올렸다. 이 특별한 소프트웨어 인터페이스는 운영 이벤트가 발생한 상황의 타임라인에 따라 전력시스템 이벤트를 그래픽 방식으로 표시해준다. 애플리케이션은 대화식으로 설계되어 발생한 일을 매우 쉽게 시각화하고 원인 및 그 결과에 대해 신속한 결론을 내리는 데 필요한 상황 정보를 제공한다.
사고 발생 시 발생한 일을 정확하게 파악하는 것은 여러 면에서 매우 중요한 요소이다. 이러한 정보는 사고 발생 후에 최대한 신속하고 안전하게 정상적인 운영으로 복구하는 데 있어 핵심적인 요소일 뿐만 아니라, 유사한 사고가 미래에 재발하지 않도록 하는 데 긴밀하게 사용된다. 또한 이 정보는 손해의 책임이 누구에게 있는지 증명하는 데 유용할 수 있으며, 보험 또는 보증을 청구하는 경우에 사용할 수도 있다.

(Endnotes) --------------------------------------------
1 ‘Restriction of Hazardous Substances Directive’의 두음문자. EU 전기전자제품 내 유해물질제한지침.
2 ‘Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of CHemicals’의 두음문자. EU 내에서 연간 1톤 이상 제조 또는 수입하는 모든 화학물질에 대해 등록을 의무화하는 화학물질 관리제도.

<Energy News>

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태그 : 전력관리 에너지관리시스템
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분류: 전기기술
2020년 5월호
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