변전소 현대화를 위해 DNP3와 IEC 61850이 어떻게 상호 보완적으로 작동하는가

• 명확한 역할 구분: DNP3와 IEC 61850은 중복되는 영역이 일부 존재하지만 적용 목적이 다릅니다. DNP3는 저대역폭 및 직렬 통신 환경에서 통신 신뢰성을 확보하도록 설계된 경량 이벤트 기반 프로토콜입니다. IEC 61850은 변전소 내 이종 제조사 IED 간의 상호 운용성을 보장하는 고속 데이터 모델 기반 표준입니다.
• 점진적 현대화 지원: 설비를 일괄 교체할 필요가 없습니다. 두 프로토콜을 동시에 지원하는 소프트웨어 플랫폼을 사용하면, 개별 베이(Bay)나 변전소 단위로 IEC 61850 장비를 순차 도입하면서 기존 DNP3 장치도 차질 없이 계속 운용할 수 있습니다.
• 운영 복잡성 절감: 단일 통합 소프트웨어 플랫폼을 사용함으로써 DNP3와 IEC 61850 환경을 별도로 운영해야 했던 복잡성을 해소하고, 엔지니어링 작업량, 교육 부담, 운영 리스크를 대폭 줄일 수 있습니다.
• zenon의 포괄적 프로토콜 지원: zenon은 DNP3 마스터 및 원격 아웃스테이션 기능은 물론, 네이티브 IEC 61850 MMS 클라이언트/서버, 변전소 및 공정 버스 통합을 위한 GOOSE를 완벽 지원하여 세대가 다른 프로토콜 환경을 하나로 통합 관리합니다.

수많은 전력회사들이 수십 년 동안 DNP3 기반 변전소 네트워크를 운용해 왔습니다. 현장 IED, RTU, 엔지니어링 절차 및 제어 센터 인터페이스 전체가 DNP3 동작 메커니즘을 기준으로 구축되어 있습니다.

문제는 신규 또는 개보수 변전소에 IEC 61850을 도입하기 시작할 때 발생합니다. IEC 61850 장치는 데이터 구조와 통신 패러다임이 완전히 다릅니다. 데이터가 단순 인덱스 포인트 목록이 아닌, 명확한 의미론을 지닌 논리 노드(Logical Node) 구조로 파라미터화됩니다. 구성 방식 역시 수동 포인트 매핑 대신 SCL 파일 방식을 사용하며, GOOSE 및 MMS 서비스는 DNP3의 마스터-아웃스테이션 폴링 구조와 다르게 작동합니다.

변전소 현대화를 주저하게 만드는 대표적인 오해는 IEC 61850을 도입하려면 기존 자동화 시스템 전체를 교체해야 한다는 생각입니다. 즉, 새로운 현장 장비, 새로운 SCADA 소프트웨어, 새로운 엔지니어링 툴 도입과 대대적인 재교육이 필요하다고 판단하는 것입니다. 수십~수백 개의 변전소를 보유한 전력회사 입장에서 이는 막대한 비용과 계통 위험을 유발하는 고위험 프로젝트로 비쳐집니다.

그러나 이러한 걱정은 고정관념에 불과합니다. DNP3와 IEC 61850을 모두 지원하는 통합 플랫폼을 활용하면, 기존 운영을 중단하거나 정상 가동 중인 DNP3 자산을 폐기하지 않고도 변전소 단위, 베이 단위로 점진적인 전환을 추진할 수 있습니다.

수많은 전력 회사들이 수십 년 동안 DNP3 기반의 변전소 네트워크를 운영해 왔습니다. 이들 회사의 현장 장치, RTU, 엔지니어링 절차 및 제어 센터 인터페이스는 DNP3의 작동 방식을 기반으로 구축되어 있습니다.

문제는 이러한 전력 회사들이 신규 또는 개보수된 변전소에 IEC 61850을 도입하기 시작할 때 발생합니다. IEC 61850 장치는 근본적으로 다른 모델을 사용하여 통신합니다. 데이터는 단순한 포인트 목록이 아닌, 미리 정의된 의미론을 가진 논리적 노드 형태로 구조화됩니다. 구성 과정에서는 수동 포인트 매핑 대신 SCL(변전소 구성 언어) 파일을 사용합니다. GOOSE 및 MMS와 같은 통신 서비스는 DNP3의 마스터-아웃스테이션 폴링 방식과는 다르게 작동합니다.

일반적인 가정이자 현대화를 늦추는 우려는, IEC 61850을 도입한다는 것이 전체 자동화 시스템을 교체해야 한다는 것을 의미한다는 점입니다. 즉, 새로운 장치, 새로운 SCADA 소프트웨어, 새로운 엔지니어링 도구, 새로운 교육이 필요하다는 것입니다. 수십 개 또는 수백 개의 변전소를 보유한 전력 회사에게 이는 고비용, 고위험, 수년에 걸친 프로젝트로 보입니다.

그러나 이러한 가정은 잘못된 것입니다. DNP3와 IEC 61850을 모두 지원하는 플랫폼을 활용하면, 기존 운영을 중단하거나 정상적으로 작동하는 DNP3 자산을 폐기하지 않고도 변전소별, 베이별로 점진적으로 전환할 수 있습니다.

이 솔루션은 두 프로토콜을 모두 기본적으로 지원하는 변전소 자동화 플랫폼으로, DNP3 기반의 기존 시스템과 새로운 IEC 61850 기반 시스템 간의 가교 역할을 수행하며, 각 시스템에 별도의 시스템을 구축할 필요가 없습니다.

실제로 통합 플랫폼을 통해 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

• 두 프로토콜 환경 모두에서 데이터를 동시에 수집합니다. DNP3 원격 장치와 IEC 61850 IED가 동일한 프로젝트 내에서 공존합니다. 이 플랫폼은 두 환경에서 데이터를 수집하여 정규화한 후, 소스 프로토콜에 관계없이 일관된 HMI를 통해 운영자에게 제공합니다.

• 프로토콜 게이트웨이 역할을 수행합니다. IEC 61850 장치에서 생성된 데이터는 DNP3 제어 센터로 전달될 수 있습니다. DNP3 마스터에서 발신된 명령은 IEC 61850 장치로 라우팅될 수 있습니다. 상류 통신은 지역 제어 센터의 요구 사항에 따라 IEC 60870-5-101/104 또는 ICCP(IEC 60870-6/TASE.2)와 같은 다른 프로토콜을 사용할 수도 있습니다. 이 플랫폼은 이러한 모든 프로토콜 간의 변환을 처리하므로, 서로 호환성을 확보하기 위해 변전소 장치나 제어 센터를 교체할 필요가 없습니다.

• 점진적인 마이그레이션이 가능합니다. 전력 회사는 새로운 베이 또는 개조된 변전소에 IEC 61850을 도입하는 동안 기존 DNP3 변전소를 변경 없이 계속 운영할 수 있습니다. 두 시스템 모두 동일한 엔지니어링 환경과 동일한 운영자 인터페이스에서 관리됩니다. 모든 시스템을 한꺼번에 전환해야 하는 ‘컷오버 이벤트’나 ‘플래그 데이’가 없습니다.

• 기존 SCADA 투자를 보존합니다. 제어 센터는 DNP3, IEC 60870-5-101/104, ICCP 등 기존 프로토콜을 통해 계속 통신할 수 있습니다. 변전소 수준에서 IEC 61850을 도입하더라도 시스템 운영자에게는 투명한 방식으로 이루어집니다. 이를 통해 전력 회사의 제어 센터 인프라 및 운영 절차에 대한 투자가 보호됩니다.

zenon 소프트웨어 플랫폼은 단일 통합 엔지니어링 및 런타임 환경 내에서 두 프로토콜 모두에 대한 포괄적인 지원을 제공합니다.

DNP3 지원

zenon은 DNP3 마스터 및 아웃스테이션 역할을 모두 수행합니다. 마스터로서 RTU, 보호 릴레이, 유량계, 원격 IED와 같은 하위 DNP3 장치로부터 데이터를 수집합니다. 아웃스테이션으로서 DNP3를 사용하여 상류 제어 센터에 데이터를 제공하며, 게이트웨이 역할을 수행하여 IEC 61850 장치에서 DNP3 마스터로 데이터를 전달할 수 있습니다.

zenon의 주요 DNP3 기능:

• 요청 및 응답 모두에 대해 IEEE 1815-2012, 서브셋 레벨 4를 준수하는 마스터 및 아웃스테이션 기능

• IEEE 1815-2010 및 IEEE 1815-2012 장치와의 보안 통신을 위한 보안 인증 v2 및 v5

• TCP/IP 연결을 위한 IEC 62351-3에 따른 TLS 암호화

• 클래스 0 폴링 또는 XML 장치 프로파일 가져오기를 통한 자동 마스터 구성으로 수동 포인트 매핑 불필요

• 원격 스테이션에서 장애 기록 및 기타 데이터를 검색하기 위한 파일 전송 지원

• 소규모 배전 변전소에서 대규모 송전 시설에 이르기까지 변화하는 운영 요구 사항에 적응하는 동적 폴링

IEC 61850 지원

zenon은 다음 세 가지 핵심 서비스 전반에 걸쳐IEC 61850을 기본적으로 통합합니다 :

• IEC 61850 IED에서 데이터를 수집하고 제어 명령을 발행하는 MMS 클라이언트

• 상위 시스템에 데이터를 제공하는 MMS 서버

• 보호 신호를 모니터링하고, 장치 유지보수 또는 고장 시 누락된 메시지를 대체하는 GOOSE 게시자 및 수신자

zenon의 IEC 61850 MMS 클라이언트는 DNV GL로부터 표준 Edition 2 인증을 받았으며, Edition 1 및 Edition 2 장치와의 동시 통신을 지원합니다. 즉, 전력 회사는 기존 DNP3 장치를 계속 운영하면서 동일한 프로젝트 내에서 서로 다른 제조업체 및 서로 다른 표준 버전의 IEC 61850 장비를 통합할 수 있습니다.

두 프로토콜에 걸친 통합 운영

운영상의 이점은 기본 데이터가 DNP3를 통해 전달되든 IEC 61850을 통해 전달되든 상관없이 운영자가 하나의 일관된 HMI를 통해 작업할 수 있다는 점입니다. 경보, 측정값, 단선도 및 제어 명령은 모두 동일한 방식으로 작동합니다. 엔지니어는 동일한 엔지니어링 환경 내에서 두 프로토콜 드라이버를 모두 구성할 수 있습니다. 유지 관리해야 할 플랫폼은 하나, 보안을 유지해야 할 시스템은 하나, 문서화해야 할 운영 절차는 한 세트뿐입니다.

상류 통신의 경우, zenon은 자체적인 IEC 61850 기능과 더불어 DNP3, IEC 60870-5-101/104, ICCP/TASE.2 등 다양한 지역 제어 센터에서 요구하는 프로토콜을 지원합니다.

COPA-DATA는 DNP 사용자 그룹(DNP Users Group)의 회원사로서, IEEE 1815 표준의 지속적인 개발에 적극적으로 참여하고 있습니다. zenon의 DNP3 드라이버와 프로토콜 스택은 사내에서 개발 및 유지 관리되므로, DNP3 및 IEC 61850 표준의 발전과 함께 지속적으로 진화합니다.

이는 현대화 계획에 어떤 의미를 갖습니까?

• 신규 변전소는 가동 첫날부터 IEC 61850을 적용하여 구축할 수 있으며, 플랫폼의 게이트웨이 기능을 통해 기존 제어 센터와 통신할 수 있습니다. 제어 센터는 별도의 수정 작업이 필요하지 않습니다.

• 기존 변전소 개보수 시에는 IEC 61850 장치를 단계적으로 도입할 수 있습니다. 기존 DNP3 장치는 계속 작동합니다. 새로운 IEC 61850 릴레이 및 머징 유닛은 동일한 HMI 및 SCADA 환경 내에서 기존 장치와 함께 통합됩니다.

• 이러한 전환은 강제적인 마이그레이션 프로그램이 아닌 자산 수명 주기에 따라 진행될 수 있습니다. DNP3 장비의 수명이 다하면 IEC 61850 장비로 교체됩니다. 플랫폼은 운영을 중단시키지 않고 프로토콜 변경을 원활하게 수용합니다.

• 교육 및 절차 변경은 점진적으로 이루어집니다. 운영자와 엔지니어는 대규모 시스템 전환을 통해서가 아니라 구체적인 프로젝트의 맥락에서 IEC 61850 개념을 익히게 됩니다.