전력선 통신방식의 지중지역 AMI 영향분석

Abstract

발전된 전력을 수용가에게 공급하는 단방향의 전력시스템에서 벗어나 고객이 발전한 전력을 계통에 공급하고 잉여전력량을 판매할 수 있는 양방향 전력 시스템으로 변해가고 있다. 안정적인 전력수급에 있어서는 시간대별 전력사용량 정보가 중요해 졌으며, 이를 실현하기 위해서는 지능화된 전력망 구성이 필수적이다. 수용가에서 발전하거나 소비하는 전력량의 실시간 데이터 취득을 위해서 지능형전력계량인프라(이하 AMI) 구축이 한창이다. AMI 구축을 통해 양방향 계량도 가능해 졌으며, 수용가의 전기품질 정보도 계측할 수 있게 되어 전력계통의 신뢰도도 향상 시킬수 있게 되었다. 전력량계의 전력사용량 정보나 전압, 전류 데이터를 원격으로 취득하기 위해서 신뢰성과 경제성이 우수한 통신망이 필요하다. 전기사용량이 많은 고객은 이동통신망을 이용해서 계량데이터를 취득하면 되지만, 전기사용량이 적은 주택용 고객의 경우에는 통신비가 높은 이동통신망을 이용하기에 많은 제약사항이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전력선 통신방식(PLC : Power Line Communication)이 도입되었다. PLC 통신방식은 별도의 통신선을 설치하지 않고, 전력을 공급하기 위해 설치된 전력선을 이용해서 통신하기 때문에 AMI구축과 경제성 측면에서 좋은 장점을 가지고 있다. 하지만, 전력선을 이용해서 계량데이터를 취득하다 보면 전력선의 설치형태와 각종 부하에서 발생되는 노이즈에 의해서 통신성능에 영향을 받는다. 현재 우리나라에서도 AMI 구축을 위해 다양한 통신방식을 검토하고 있지만, PLC방식을 주로 사용하고 있다. 현재 PLC방식은 가공으로 설치된 전력선에서는 통신성능이 양호하지만 지중에 매설된 전력선에서는 통신성능이 불량해서 대부분 가공지역 위주로 설치하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 지중지역에서 PLC 통신성능에 미치는 영향에 대해서 정량적인 분석이 없어 이에 대한 영향을 분석하였다. 전력선이 지중에 매설되어 있을 경우 전자기파는 전력선과 땅사이로 전송되며, 땅의 유전율 때문에 파장도 변경되어 지중에 매설되어 있는 경우 장거리 방사에 더 많은 영향을 받았다. 그리고, 전력선의 거리와 분기된 선로수 증가에 따라 신호 감쇠도 높았다. 분기된 선로에서는 송신단과 수신단 사이에서 반송파가 발생하고, 신호의 반송파는 저압선로에서 임피던스 불일치와 전송 손실을 발생시켰다. 부하가 연결된 전력선에서는 동력설비와 같은 유도성 부하의 운전과 정지시 유입되며 임펄스노이즈가 가장 나쁜 요소로 작용했다. 또한, 지중지역에 사용하는 전선의 고유값을 바탕으로 특성임피던스와 감쇠계수를 분석한 결과 지중케이블에서 신호감쇠가 많아 통신성능에 취약하다는 것을 알 수 있었다. 이론적인 근거를 바탕으로 LAB과 실제 현장에서 지중지역 PLC통신방식의 영향을 분석하였다. 국산 PLC 통신방식의 통신성능을 시험하기 위해 LAB에서 강제로 신호를 감쇠시켜 가면서 통신성능을 측정하였다. 그리고, 가공전선과 지중케이블을 현장에 각각 설치하고 부하를 연결하지 않은 상태에서 신호를 인가했을 때 신호의 변화 여부를 확인하였다. 또한. 부하를 사용 중인 가공 및 지중지역에서 통신성능의 측정을 수행하였다. 측정결과 지중지역에서 PLC 통신방식은 가공지역보다 높은 신호 감쇠가 있는 것을 현장측정 결과에서를 통해서 확인 할 수 있었다. 본 연구에서는 설치환경이나 시설위치에 따라서 PLC 통신방식에 미치는 영향을 이론적으로 분석하였고, 현장실증을 통해서 이를 검증하였다.