스마트 그리드 실현 위한 전력과 에너지 흐름을 제어하는 CompactPCI

현재 전력 시스템이 심오한 변화를 겪고 있는 데는 다양한 이유가 있다. 이러한 이유들로는 새로운 시장에서 갑자기 늘어난 전력 소비, 자유주의화로 변한 전력 시장으로 인하여 증가된 네트워크 관련 생산자, 새로운 온실 가스 배출 목표로 인해 통합된 단속 신재생 에너지 발전 전원이 있다.

이와 동시에, 전력 시스템은 품질 및 서비스에 대한 엄격한 기준을 가져야 하고 수요와 공급 사이의 균형을 유지해야 함은 물론 모든 등급에서 안전과 보안이 유지되어야 한다.

이러한 것들을 갖추기 위해 전력 시스템은 여러 분야에서의 개선을 꾀하고 있는데, 특히 송배전, 데이터 수집과 통신, 그리고 어플리케이션 및 서비스 분야가 포함된다. 스마트 그리드 기술의 사용은 안전성, 품질, 그리고 안정성에 대한 조건을 만족시키면서 모든 분야들에서 네트워크의 현대화와 계속되는 변화에 대응하고 있다.

스마트 그리드 기술은 전력의 생산에서부터 사용자 특정을 위한 수송에 이르기까지 전체 전력 시스템 내의 다양한 활용 분야에서 적용된다. 이러한 적용에 있어 전력 시스템의 운영의 최적화와 더 나은 결정을 위한 고급 인터페이스를 제공하기 위해 전력 전자, 감지 및 측정, 통신, 그리고 선행 제어와 같이 다양한 기술들이 필요하다.

다양한 기술들이 개발되어 이미 적용되고 있는 반면, 고장 허용 한계, 초전도성, 지능 장치의 전력 저장 및 배치와 같은 일부 기술들은 아직도 개발 중에 있다. 많은 새로운 전력 전자, 통신 및 컴퓨터 공학이 연구를 하고 있지만 이러한 기술들은 이익 창출을 위한 비즈니스 모형으로 조직화되어 광범위하게 사용되어야 할 것이다.

전력 시스템은 충분히 최적화 되어왔으며 요즘 시장 내 어플리케이션 도메인의 대부분에 이러한 신기술들이 이미 어느 정도 적용되고 있다. 그러나 이러한 첨단 기술들은 기존 파워 그리드의 신뢰성과 안전성의 유지 혹은 개선에 큰 과제를 남겼다.

진보된 스마트 그리드 장비는 전기 전송에 있어 기존의 송전로를 통한 최대 전력 송달을 가능하게 하며 정밀한 전력 컨트롤을 갖춘 그리드의 안정성을 촉진한다. 예를 들어 high-voltage direct current (HVDC)의 경우, 많은 양의 전력을 장거리간 이동을 위한 기술로 진화되어 왔으며, 이로 인해 동일한 AC 시스템과 비교했을 때 매우 향상된 효율을 얻을 수 있었다.

여기서 향상된 다시 말하면 높은 효율이라는 것은 전기 전송과 비용이 적음을 의미하고 신재생 에너지가 다른 에너지원과 비교했을 때 경쟁력이 있다. 덧붙여, HVDC는 해안 풍력 발전에도 이용되고 있으며 이에 따라 풍력 통합을 한다. HVDC 전송은 시스템의 안정성을 도모하고 운영자로 하여금 더 쉬운 전력 조류 제어를 가능하게 함에 따라 전기의 유입과 유출에 이용된다.

재해와 같은 정전이 일어나는 횟수를 줄이면서 특히 높은 수준의 불확실성을 전력 네트워크와 같은 에너지의 생산 및 송배전에 있어 신뢰성과 보안성을 더 개선하기 위한 다양한 범위의 모니터링 시스템을 기대한다.

끝으로, 데이터 수집 및 통신 수준에서 supervisory control과 데이터 어큐지션 시스템(SCADA)이 실시간 그리드 상태를 분석함으로써 빠른 전력 조정을 위한 데이터를 제공한다.

전력 변전소
전력 변전소는 발전소에서 나온 전압을 수송에 맞는 고전압으로 바꾸고, 나중에 학교, 기업, 가정에서 쓰이는 저전압으로 변환하는 매우 중요한 장치이다. 이러한 변전소들이 거주 지역에서 매우 가까이 위치함에 따라 전기 회사들은 물리적, 기능적으로 안전성의 보장에 많은 주의를 기울여야 한다.

지금의 제어 시스템은 변전소에서 확대된 자동 제어 기능과 모니터링을 제공하며 중앙 제어실과 변전소 사이에서 이루어지는 높은 대역폭의 전송을 위해 가끔 광섬유 통신을 이용하기도 한다. 예를 들어 모듈식 회로 차단기 감시 시스템은 변전소 내 개폐 장치실의 운영과 관련된 모든 것을 측량하는 것을 촉진하기 위해 고안되었다.

모든 bay 데이터가 TCP/IP를 이용한 섬유 케이블을 통해 송달되지만, 국소 제어실의 감시 장비는 변환기와 다른 신호원 가까이에 위치한다. 이 모든 것들은 합쳐져 배선을 간결하게 하고 대부분의 변전소와 외부 네트워크 사이의 연결에 있어 매우 융통성 있는 인터페이스를 제공하게 된다. CompactPCI-기반의 산업용 컴퓨터 시스템과 데이터 획득 카드는 변전소 감시에 필요한 데이터의 획득과 저장 설비를 제공할 수 있다.

다양한 변환기들이 획득 카드에 데이터를 제공하는 신호 조절 모듈에 전력을 제공한다. 성능이 한계가 되면 모듈은 알람을 울린다. 잡음을 극복하고 그룹 루프를 제거를 위해 방사선, 섬유 광 통신 시스템은 제어실의 중앙 데이터 서버로 각각의 베이를 통해 연결된다.

이러한 서버는 감시 시스템 데이터와 더불어 알람의 시각적 형상을 전형적으로 제공하며 LAN, WAN, 혹은 모뎀을 통한 원격 접근을 가능하게 하고 이에 따라 변전소의 전체 성능을 평가하게 한다.

또한 섬유 통신은 사람이 없는 전력 변전소에서 전통적인 SCADA 적용 감시 데이터 및 알람 기능과 더불어 감시 및 제어 기능의 향상을 목적으로 설치될 고해상 비디오 감시 카메라 수의 증가를 가능하게 한다.

CompactPCI의 등장
지난 수십 년간 전력과 에너지 적분기들은 전력 변전소의 감시를 위해 다양한 내장 기술들을 이용한 다부진 전기 시스템을 적용해 왔으며 이들 중 일부에서는 그 핵심 기술로 CompactPCI을 이용했다.

CompactPCI는 견고한 3U 혹은 6U 유로카드 패키징 내 표준 PCI의 전기적 사양에 기반을 둔 매우 고성능의 산업용 버스로 동종 데스크톱과는 달리 IEC 및 Bellcore 기준에 부합하는 고품질의 2mm 메트릭 핀과 소켓 연결기를 이용한다.

CompactPCI 보드가 섀시의 앞 부분으로부터 삽입되기 때문에 I/O는 전면 패널로부터 (또는 후면 패널로부터) 발생할 수 있으며 이에 따라 변전소 환경에서의 설치, 배선에 용이하며 이상적인 유지 요건을 갖는다. CompactPCI는 8개 슬롯을 지원함으로써 필요에 따라 부가될 수 있는 추가적 작업 혹은 I/O을 가능하게 하며 산업적 적용에 적합한 패키징 계획을 제공한다.

주문제작방식의 COTS (C2OTS)
어드밴텍은 또한 똑같은 공급자처럼 보이는 두개의 동일한 CompactPCI 블래이드는 완전히 똑같지는 않으며 그 특징도 여러 면에서 다르다. 어떤 것은 I/O 포트가 없거나 커넥터가 없고 어떤 것은 사용자 정의 IPMI 기능이 들어가 있지 않다. 이것이 바로 어드밴텍이 주문제작 방식의 COTS 프로그램을 시행하게 된 이유다.

어드밴텍은 기존의 표준 제품을 추후에 커스터마이징하기 때문에, 우리의 프로세스는 사용자 정의 COTS 비즈니스 모델을 지원하기 위해 맞게 조정된다. 우리는 고객의 고유 IP 통합 뿐만 아니라, 기계 및 개략적인 변화, 비용 최적화, 브랜드 등의 다양한 변경 사항을 지원함으로써 “표준 제품 전용” 로드맵에 비해 상당한 유연성을 제공한다.

3세대 Intel Core 기술을 기반으로 한 블레이드 MIC-3395 6U CompactPCI
MIC-3395 6U CompactPCI SBC는 높은 수준의 성능과 풍부한 기능을 제공하며 보다 업그레이드 된 길을 OEM에게 제공해준다.

또한, 블레이드는 Intel 코어™ i7-3555LE, i7-3517UE 과 i7-3612QE 프로세서 SKUs을 제공한다. 이 제품은 최대 8GB ECC 지원하며 SO-UDIMM 모듈과 보드 DDR3에 최대 4GB의 메모리 용량을 하나의 4HP 슬롯으로 제공한다.

여기서 I/O 확장은 대용량 저장 장치가 8GB 내장 플래시 플러스 옵션으로 CompactFlash 및 RTM 기반 SAS 저장 옵션, 온보드 2.5 “SATA-III 지원이 가능하며 PMC / XMC 슬롯을 통해 보장된다.

MIC-3325 3U CompactPCI 블래이드 – 저전력 및 광범위한 온도 지원이 가능한 Intel Atom 프로세서를 기반으로 하는 듀얼 및 싱글 코어 프로세서 블레이드

어드밴텍의 MIC-3325은 Intel Atom™ processor D525/N455 과 ICH8M 두 개의 칩 플랫폼을 기반으로 한 3U CompactPCI 듀얼/싱글 코어 프로세서 블레이드이다. 이 제품은 2개의 코어와 4개의 프로세싱 파워 스레드를 통해 고성능과 저비용을 제공하며, 통합 I/O (IIO) 및 통합 그래픽 프로세싱 유닛(GPU), 통합 메모리 컨트롤러(IMC) 등을 포함한 Intel 칩셋을 통해 완벽한 I/O 활용을 특징으로 한다.

저전력의 Intel Atom 프로세서는 더욱 광범위한 온도에서 작동할 수 있게 한다. 온보더 CPU와 메모리는 MIC-3325와 같은 소켓 장치와 보다 더 적은 무게 및 높은 충격과 진동에도 저항할 수 있도록 하여 중요한 데이터 수집 및 파워 군사 및 국방, 교통, 측정 및 테스트 뿐만 아니라 MIC-3325는 확장 I/O 지원을 제공해주는 PCH로서 Intel ICH8M를 제공한다.

통합 기가바이트 이더넷 컨트롤러는 다양한 속도(10/100/1000 Mb/s) 에서 작동하며 양방향(full duplex) 과 반양방향(half duplex) 모드를 지원한다.

유연한 8HP 확장 모듈 디자인은 추가적인 유연성 및 I/O 연결을 사용하여 MIC-3325을 제공한다.

결론
우리는 C2OTS 접근 방식은 고객의 CompactPCI 배포의 각의 장기적 성공에 매우 중요하다고 생각한다. 표준 재고품의 모델을 기반으로 복잡한 CompactPCI 제공, 사용자 정의 혁신을 장려하기 위해 개발 및 생산 전략을 생각하며, 고객의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 독특한 맞춤형. 사용자 정의 COTS으로 어드밴텍은 앞으로 미래에 이러한 전력 및 에너지 등의 분야에서 중요한 작업의 핵심에 많은 CompactPCI 기반의 디자인을 유지할 수 있을 것이다.

본 문서에 제시된 아크 플래시 탐지 시스템은 비용 및 성능 측면에서 가장 효율적인 방법이다. 파이버옵틱 구성 요소는 아크 플래시 탐지 체계를 구축하는 가장 용이하면서도 안전한 해결책인 것이다.©

어드밴텍 www.advantech.co.kr

아이씨엔 매거진 2013년 04월호