*정회원, 세명대학교 전자공학과 접수일자 2010.5.31, 수정일자 2010.7.29 게재확정일자 2010.8.11
논문 2010-4-1
지능형 원격 제어·모니터링을 위한 인터넷 관리 시스템
Internet Management System for an Intelligent Remote Control and Monitoring
김기환*
Kee Hwan Kim
*요 약 오늘날 유비쿼터스 환경에서 전력망이나 이와 유사한 시스템의 실시간 원격 제어 및 모니터링 기술은 다양 한 센서나 카메라를 통하여 획득한 정보를 시간과 지역에 구애됨이 없이 인터넷이나 이와 유사한 시스템을 통하여 공유할 수 있는 서비스를 제공한다
.
본 논문에서는 인터넷 관리 시스템인IMS(Internet Management System)
을 이용한 시스템 성능평가 및 유지보수를 위한 태양광 발전시스템의 원격 실시간 감시·
제어 방법을 소개하고, IMS
를 물관리 시스템에 적용하여 실용적 가치를 검증하였다.
또한 실시간 데이터 전송 방식으로 위치에 상관없이 웹 브라우저를 통 한 원격 제어가 가능하도록 설계하였다.
Abstract Nowaday in the ubiquitous environment, the real-time remote control and monitoring technology for power grids or a similar system provides service as a sharable and independent of time-location for various contents to get from sensors or cameras of the system. In this paper, we introduce the real-time monitor and control system for photovoltaic system to evaluate the system performance and to keep the maintenance by using IMS (Internet Management System). To prove the pragmatic use of IMS, we applied the IMS in water management system. We designed feasibly to control on remote site by web-browser. It guarantees a continuity of real-time information transferring by IMS.
Key Words :
지능형 원격 감시·
제어,
인터넷 관리 시스템,
태양광 발전,
물관리 시스템Ⅰ. 서 론
오늘날에 있어 태양광 발전은 차세대 에너지원으로 급부상하고 있는 신재생에너지이다. 신재생에너지에는 태양광, 태양열, 바이오에너지, 풍력에너지, 연료전지, 지 열 및 수소에너지 등이 있다. 이 중 특히 태양광 발전시 스템은 전 세계적으로 많이 연구되고 있으며 발전소 역 시 미국, 일본, 그리고 유럽을 중심으로 많이 설치되고 있 다. 국내 태양광 분야의 기본 기술개발 계획에 의하면 제 1단계로 2003년부터 2006년까지 보급촉진형 기술개발이
이루어져 주택보급형 3KW급 시스템이 개발되었으며 건 물, 상업용으로 10KW급 시스템이 개발되었다. 또한 태 양전지의 저가화와 고신뢰성을 바탕으로 한 양산체제가 확립되었다. 이어서 작년까지 다량 보급형 기술개발이 이루어짐으로 태양전지 발전시스템 보급형 유니트화 개 발이 완료되었다. 이를 바탕으로 2012년까지 태양광발전 시스템 보급형 패키지 상품화 기술개발을 한다는 것이 기본 계획이다.
일반적인 태양광발전을 위한 필요 요소기술은 주변장
치 제조기술, 시스템 이용기술 및 시스템 성능평가 기술
들이다. 주변장치 제조기술에는 축전지 제조, 직교류 변
환장치 개발 그리고 인버터 장치 개발들이 이에 속하며,
시스템 이용기술에는 주변장치와 연계한 독립형 시스템
혹은 계통연계형 시스템 및 태양광과 풍력을 복합적으로 사용하는 복합이용 시스템이 있다. 이들 두 가지 이용기 술은 이미 개발이 완료된 것이라 보아도 무관할 것이며 앞으로 이루어져야할 기술은 시스템 성능평가 기술이라 생각한다. 시스템 성능평가 기술에는 인버터 및 축전지 평가기술 개발, 시스템 효율개선에 필요한 시스템 평가 기법개발, 시스템 설치대상의 목적·특성 등에 따른 최적 시스템 설계기법의 확립 및 실증운전 계측 데이터베이스 화에 의한 설계 변수의 도출과 관련된 것이다.
일반적인 태양광 발전 시스템의 계통 흐름도는 그림 1 과 같다.
그림 1. 태양광 발전 시스템 계통도[1]
Fig. 1. Solar Energy System Flowchart
태양전지모듈에서 직류전원이 생산되면 이를 인버터 를 통하여 교류전원으로 바꿔준다. 이렇게 생산되어 교 류로 변환된 발전 전력은 일반 가정이나 건물에서와 같 은 일반 수용가(end user)에서 사용하며 발전된 전력이 일반 수용가의 수요를 충족하지 못하는 경우에는 계통에 연결된 상시 전력과 연결하여 사용한다. 특히 낮 시간대 에 태양전지모듈에서 생산된 전력이 남는 경우에는 잉여 전력을 계통에 연결된 한국전력공사에 매전(賣電)할 수 가 있다. 경우에 따라서는 태양전지모듈의 사용을 극대 화하기 위하여 태양전지모듈 시스템에 태양 추적식 시스 템을 추가로 설치하기도 한다.
앞에서 언급한 시스템 성능평가 기술은 모니터링에서 이루어진다. 오늘날 유비쿼터스 환경에서 전력망이나 이 와 유사한 시스템의 실시간 원격 제어 및 모니터링 기술 은 다양한 센서나 카메라를 통하여 획득한 정보를 시간 과 지역에 구애됨이 없이 인터넷이나 이와 유사한 시스 템을 통하여 공유할 수 있는 서비스를 제공한다.
본 논문에서는 시스템 성능평가 및 유지보수를 위한 태양광 발전시스템의 원격 실시간 감시/제어 방법을 제 안한다. 이를 위해 기존의 태양광발전 시스템에 네트웍 크 및 정보기술을 접목하여 유선 및 무선 통신이 가능한 외부 디지털 장치와 상호 연동하도록 설계된 지능형 보 드 클라이언트 브리지(Client Bridge)를 사용하여 태양광 발전소에 본 연구결과를 적용하고, 실용적 가치를 검증 하였다. 또한 실시간 데이터 전송 방식으로 위치에 상관 없이 웹 브라우저를 통한 원격 제어가 가능하도록 설계 하였다.
Ⅱ. 인터넷 관리 시스템
태양광 웹모니터링은 전국에 설치된 태양광 발전시스 템에 대하여 인터넷을 활용하여 실시간 원격 운영 및 감 시하기 위한 모니터링 체제로서, 인터넷이 가능한 곳이 면 어디에서나 태양광 발전시스템의 운전 상태와 발전 데이터의 확인이 가능한 모니터링 서비스로 태양광용 계 통연계형 인버터 및 디지털 입·출력 포트를 xDSL/Cable Modem 등의 인터넷 환경을 이용하여 간편하게 감시 제 어 할 수 있는 기술을 적용한다.
네트워크 통신 환경을 이용한 태양광 발전 시스템의 최적 관리와 정상적인 발전상태 유지하기 위하여 유·무 선 인터넷을 통한 실시간 운영감시 체제, 각종 데이터의 실시간 수집 및 저장 그리고 각종 데이터의 일보, 주보, 월보, 년보 검색 및 출력 가능하다.
[2]인터넷 관리 시스템(IMS: Internet Management
System)의 대략적인 개요는 그림 2와 같다.
그림 2. IMS(Internet Management System) 블럭도 Fig. 2. IMS(Internet Management System) Block
Diagram
IMS는 사용자 관리 부분, 서버 부분 및 클라이언트 부 분으로 구성되어있다.
[4]1. 서버(Server)
서버 부분에는 3개의 서버가 사용되며 이들 서버는 IMS, 데이터 베이스 및 웹서버로 구성된다. IMS서버의 기능은 각 클라이언트 브리지의 연결 및 제어 그리고 데 이터베이스의 운영 및 관리를 담당하고 응급복구 처리 기능을 수행한다. 또한 데이터 베이스 서버는 SQL 2005 로 구성하였으며 각종 리포트와 이벤트 로그 데이터를 저장 관리하는 역할을 한다. 그리고 웹서버는 Internet Information Server 6.0으로 구성하였으며 관리자 (Administrator)와 사용자 간의 인터페이스 그리고 IMS 서버와 데이터베이스 서버와의 연결을 제어하며 여기서 사용된 프로그램 혹은 언어들은 HTML, ASP, ActiveX 및 Visual Studio 2008이다.
2. 클라이언트(Client)
클라이언트 부분에는 클라이언트 브리지를 통하여 부 하나 인버터와 연결되어있다. 클라이언트 브리지는 IMS 프로토콜 통신을 하며 TELNET, FTP와 같은 원격연결 제어를 한다. 또한 원격 Firmware 업데이트 기능을 갖고 있으며 CPU로는 ARM11 S3C6410을 사용하였으며 인터 넷통신을 하기위한 LAN (100/10Mbps)와 시리얼 통신을 위한 UART (RS232, 422, 485)/SDI-12의 포트를 갖고 있 으며 센서의 값을 처리하기 위한 ADC와 DAC를 구비하 였다. 운영소프트웨어로는 임베디드 리눅스나 윈도우즈 CE를 사용하였다. 클라이언트 브리지는 발전 시설 장비
인 인버터, 여러 가지 센서와 연결되어있으며 원격 단말 장비를 제어하고 네트워크 환경을 자동 유지 관리하는 기능을 갖고 있다.
클라이언트 브리지에서는 인버터의 성능 평가 및 입 출력 효율을 측정할 수 있으며 일사량, 온도, 습도, 풍속 및 풍향 등 각종 환경을 계측할 수 있다. 또한 태양 전지 부위의 정밀 온도 측정하며 태양 전지에서 나오는 전력 (전압과 전류)을 측정하고 인버터의 성능과 입출력 효율, 최종 출력 적산 및 매전을 측정하며 원격 제어 및 원격 모니터링도 가능하여 유효 전력, 전류 적산 및 피상 전력 적산, 무효 전력 적산을 할 수 있다. 또한 극성별 적산에 는 종래의 배터리의 충방전 기능에 더하여 전력의 매전 (賣電)/매전(買電)도 선택할 수 있게 되어있다. 태양광 발 전, 혹은 풍력 발전과 계통연계 시 전력의 매매를 확인할 수 있어 신에너지 관계, 송배전, 발전소 관련의 DC, AC 의 변환 효율 등을 시험하는 사용자에게 유용한 기능을 제공한다.
그림 3. 클라이언트 부 Fig. 3. Client Part
그림 4. 클라이언트 브리지의 기능[3]
Fig. 4. Function of Client Bridge
ARM11
LAN PMIC
Serial
그림 5. 클라이언트 브리지 보드 Fig. 5. Client Bridge Board
3. 관 리(Management)
관리적인 차원에서는 사용자가 인터넷을 통하여 원격 으로 부여받은 사용자 아이디와 패스워드로 웹 모니터링 시스템에 접속할 수 있다. 웹 모니터링 시스템은 사용자 편의로 그래픽적인 유저 인터페이스로 제공되는 실시간 데이터를 확인할 수 있으며 그 날의 발전된 전력 및 매전 되는 전력을 테이블의 형태로도 볼 수 있다. 또한 인버터 및 시스템의 상태를 제공함으로 시스템의 상태로 확인할 수 있다. 이러한 실시간 상태는 일보, 월보, 연보 혹은 사 용자가 지정한 기간의 단위로 저장되어 시스템 상태 및 환경 등을 분석·확인 할 수 있다.
그림 6은 서버가 운영되면서 사용자에게 제공되는 여 러 가지 데이터들을 표의 형태로 나타낸 것이다.
그림 6. 서버 관리 스크린
Fig. 6. Server Management Screen
Ⅲ. 시스템 적용 사례
앞에서 설명한 인터넷 관리 시스템을 태양광 발전 현 황 및 운영상황 모니터링에 적용하여 보았다. 아래의 그 림에서와 같이 웹서버에서 관리자나 사용자가 접속을 하 면 지역별로 설치된 태양광 발전 시스템이 나타난다. 이 때 아이디와 패스워드를 입력하고 로그인을 하면 (그림 7 참조) 사용자에게 할당된 태양광 발전소의 상세한 정 보를 볼 수가 있다. (그림 8 참조)
그림 7. 웹서버 연결 화면
Fig. 7. Connection Screen of Web-Server
그림 8. 태양광 발전소 발전현황 화면
Fig. 8. Screen for Status of Power Generation in Solar Power Plant
인터넷 관리 시스템을 태양광 발전 뿐만 아니라 수질
개선 및 물관리 시스템에도 적용하여 보았다. 물관리 시
스템에서는 태양광 발전 시스템에서와는 다르게 인버터
대신에 수질을 측정할 수 있는 각종 센서와 클라이언트
브리지를 연결하여 실시간으로 웹 서버와 연동하였다.
그림 9는 제천 청암학교에 설치된 물관리 시스템의 인터 넷 연결 화면을 나타내었고, 그림 10은 각종 수질 센서 및 기상 센서로 부터의 데이터를 표현하는 화면을 나타 낸 것이다.
그림 9. 물관리 시스템 웹서버 연결 화면[5]
Fig. 9. Connection Screen of Web-Server for Water Management System
그림 10. 물관리 시스템의 각종 센서 데이터
Fig. 10. Various Sensor Data for Water Management System
Ⅳ. 결 론
기존의 전력망에 정보기술이 접목되어 전력공급자 및 전력 소비자 혹은 전력시장 등에서 양방향으로 인터넷이 나 다양한 통신 시스템을 이용하여 실시간으로 다양한 정보의 수집과 가공에 사용되는 스마트그리드의 요구가 많아지고 있다. 이러한 요구에 걸맞는 시스템으로 인터
넷 관리 시스템 (Internet Management System)을 소개 하였으며, 클라이언트 브리지를 통해 다양한 종류의 신 호들을 수집하고 제어할 수 있음을 보였다.
이와 같은 스마트그리드의 궁극적인 목표는 지능화, 자동화된 에너지 효율시스템이며, 현재의 단계는 단순 정보의 수집이 주를 이루고 있으나 앞으로는 시스템적 제어와 표준 및 호환성 확립 등의 문제들을 해결해야 할 것이다.
본 논문에서는 IMS를 통해 태양광 발전에 관한 예시 뿐 만 아니라 물관리 시스템에 대한 적용도 보였다. 앞으 로 인터넷 관리 시스템을 통한 재난감시 및 환경감시와 같은 분야에서도 많은 활용이 있을 것이라 생각한다.
참 고 문 헌
[1] http://www.hex.co.kr
[2] http://www.dad21.co.kr/sola/product/product_03.asp [3] http://blog.daum.net/selfish-badboy/140
[4] 이동석, “지능형 전력망 구축을 위한 I.M.S Solution", 2010 태양광 전문위원회 워크숍, 전력전자학회 [5] 이동석, “제천 청암학교 물관리 시스템”, 이노브커
뮤니케이션, 2009
저자 소개
김 기 환(정회원)
![그림 4. 클라이언트 브리지의 기능 [3]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5415135.424070/3.799.410.714.506.975/그림-클라이언트-브리지의-기능.webp)
![그림 9. 물관리 시스템 웹서버 연결 화면 [5]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5415135.424070/5.799.86.390.527.753/그림-물관리-시스템-웹서버-연결-화면.webp)
