그리드의 실시간 데이터 모니터링 및 제어

전력회사들은 지속적으로 빠르게 그리드의 변혁으로 인해 비즈니스의 주요 측면에서 중요한 과제에 직면해 있습니다.

일반적으로 도시의 그리드 네트워크는 전선으로 지상 분포에 의존했습니다. 이 시스템은 대도시에 더 많은 가공선을 위한 공간이 없고 사람들이 집 앞이나 앞의 전선을 보는 것을 좋아하지 않기 때문에 땅속으로 파고든 전선관에 자리를 내줄 것입니다.

과거에는 전력회사가 지상에서 결함을 찾는 방법이 매우 간단했습니다. 그들은 쓰러진 전선, 전선에 매달린 나무 또는 전선에 너무 많이 쌓인 눈을 발견하기 위해 유지 보수 트럭을 보내 전선을 따라 운전했습니다. 이러한 모든 경우에 정전 원인은 매우 분명했습니다. 그러나 그리드 현대화를 통해 지하 고장을 확인할 수 없는 경우 실시간 통신, 측정 및 감시, 신속한 대응 및 수리가 가능합니다.

전력회사 그리드 시스템을 연결하는 데 있어 실시간 데이터 관리의 사용이 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 목표는 데이터를 최대한 활용할 수 있는 사람들에게 데이터를 제공하는 것입니다. 최신 모바일 장치는 마이크로그리드를 구성하는 태양광 발전 패널을 통합하는 여러 에너지원뿐만 아니라 스마트 그리드의 데이터 전달 및 제어를 위해 즉시 사용 가능한 플랫폼입니다. Wi-Fi® 및 Bluetooth®는 무선 그리드 연결을 위한 분명한 방법이며, 필요한 경우 중간 게이트웨이가 다른 옵션이 될 수 있습니다. TI의 그리드 IoT 레퍼런스 설계:Wi-Fi를 사용하여 회로 차단기 및 센서를 기타 장비에 연결하는 것은 스마트 그리드의 실시간 자산 모니터링을 위해 설계되었습니다. 레퍼런스 설계의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 실시간 자산 상태 모니터링(Wi-Fi® 통신을 통해 전류, 전압 및 온도 수준 모니터링).
• 중요한 애플리케이션을 위한 중복 가변 데이터 전송 속도 기능 추가.
• 변전소 내 유선 통신을 위한 백업.
• 고장 감지를 위한 응답 시간 개선.
• 전력 가동 중지 시간 감소.

이 레퍼런스 설계는 Wi-Fi 통합이 높은 데이터 속도와 큰 대역폭이 필요한 변전소 장비 및 가정용 차단기에 실행 가능한 솔루션임을 보여줍니다. Sub-1GHz 연결은 변전소 및 분배 자동화를 위한 낮은 전력 소비로 장거리 데이터를 전송할 때 적용 가능한 또 다른 무선 기술로, 여러 노드(예: 오류 표시기)가 스타 네트워크 형성을 위해 하나의 데이터 수집기로 데이터를 전송해야 하는 경우에 유용합니다. 두 기술은 기본 SimpleLink 소프트웨어 개발 키트 기반의 SimpleLink™ 무선 MCU 제품군을 통해 제공되며, 100% 코드 재사용과 여러 무선 연결 기술 간의 원활한 전환을 촉진합니다.

그리드 IoT 레퍼런스 설계: Sub-1GHz RF를 사용한 오류 표시기, 데이터 수집기, 소형 RTU 연결은 여러 센서 노드(이 경우 FPI[오류 경로 표시기])와 TI 15.4 스택을 사용하는 수집기 사이의 스타 네트워크에 무선 Sub-1GHz 통신을 사용합니다. 이 설계는 오버헤드 FPI와 배포 자동화의 데이터 수집기를 애플리케이션 시나리오로 사용하여 단거리(50m 미만)의 저전력 소비에 최적화되었습니다.

또한 TI의 SimpleLink 제품군의 CC1310을 사용했으며, Sub-1GHz 무선 주파수(RF) 트랜시버와 Arm® Cortex®-M3 MCU도 통합되어 있습니다. TI 15.4 스택은 미국, 유럽 통신 표준 협회 및 중국 주파수 대역을 통해 비콘 모드 통신을 구성합니다. 전류 소비 데이터는 전송 전력 수준(0 ~ +10dBm) 및 비콘 간격(0.3초~5초)을 최적화하여 50Kbps 데이터 속도에서 1~300바이트의 단일 패킷 데이터 전송에 사용할 수 있습니다.

전기 네트워크가 풍력 터빈과 태양 전지판에서 여러 피드-인 지점을 사용하여 재생 가능한 전력원에 연결됨에 따라 배전은 더욱 복잡해집니다. 자동화의 증가는 원격 측정, 서비스 및 수리로 정의된 기능이며, 실시간 모니터링 및 제어와 높은 안정성이 필요합니다. 네트워크 이중화는 이러한 복잡한 스마트 그리드에서 매우 중요합니다. 이러한 중요한 구성 요소 또는 기능의 중복으로 인해 시스템이 고장 시나리오에서 계속 작동할 수 있으므로, 재산 피해 또는 수명 손실로 이어질 수 있는 네트워크 가동 중단 시간이 줄어듭니다. 또한 네트워크 중복성을 통해 작업자는 전원 공급을 중단하지 않고 네트워크의 하위 집합에 대한 유지 관리를 수행할 수 있습니다.

이더넷은 그리드 관리를 위한 IEC(International Electrotechnical Commission) 61850 이더넷 표준에 따라 널리 사용되고 손쉽게 사용할 수 있습니다. 이중화 프로토콜은 신뢰성을 추가하고 스마트 그리드를 위한 관리 네트워크로 이더넷을 활성화하는 빌딩 블록입니다. IEC 62439-3은 유선 이더넷의 무손실 이중화 구현을 위한 PRP(병렬 중복 프로토콜) 및 HSR(High-Availability Seamless Redundancy)의 두 가지 아키텍처를 정의합니다. Arm 기반 프로세서 및 MCU는 이러한 프로토콜 및 관련 컷스루 스위칭을 위한 지원을 통합합니다. PRP를 사용하면 각 노드가 두 개의 병렬 LAN(Local Area Network)에 연결됩니다.

소스 노드는 각 인터페이스에 하나씩 각 패킷의 복사본 두 개를 전송합니다. 대상 노드는 프레임을 수신하고 첫 번째 복사본을 수락한 다음 두 번째 프레임을 삭제합니다. 두 네트워크 중 하나가 작동할 수 있는 한, 대상 노드는 항상 가동 중지 시간 없이 최소한 하나의 패킷을 수신합니다. HSR 링은 두 LAN 대신 링 토폴로지를 사용하여 PRP와 동일한 수준의 이중화 기능을 제공합니다.