IEC61850 변전소 메세지의 타이밍 요구사항을 고려하는 트래픽 감소 기법

Abstract

전기는 전 세계의 근간이 되는 에너지이다. 따라서 종래의 혹은 재생 가능한 에너지 소스로 부터 네트워크를 통해서 전기 에너지의 안정적인 공급을 위해서는 끊김 없는 조절이 요구된다. 스마트 그리드에서 안정적이고 끊김 없는 네트워크 시스템을 구현하기 위해서는 높은 수준의 그리고 포괄적인 정보의 교환에 대해서 명시하는 표준을 통해서만 가능하다. IEC61850은 스마트 그리드에서 변전소 자동화 시스템을 위한 통신 표준이다. 그리고 IEC6249-3 표준은 끊김 없는 통신 연결을 위한 중복 프로토콜들을 정의한다. 대표적인 중복 프로토콜인 HSR(High-availability seamless redundancy)은 네트워크가 연결되는 모든 노드들이 자신이 소스 노드가 될 때, 모든 패킷을 중복하여 생성하게 되는데 이는 링크 결함 발생 시 복구 시 간 없이 연결을 보장해준다는 장점은 있지만, 전체적으로 과도한 트래픽이 발생하여 네트워크의 혼잡 문제나 지연 등의 품질 저하로 이어지는 결과를 초래할 수 있다. 본 논문에서는 HSR을 사용함으로서 생기는 불필요한 네트워크 트래픽을 감소시키는 방법들을 제안한다. 특히, 중복되는 패킷들로 인한 네트워크 트래픽을 줄이기 위해 IEC61850의 메시지 타입 별 타이밍 요구사항을 분석하고, 각 노드에서 메시지를 전송할 때, 이 요구사항을 만족하면서도 전송 주기에 변화를 통해서 전체 네트워크 트래픽을 크게 감소시키는 EDVP (Extended dual virtual paths) 알고리즘을 제안한다. 제안하는 EDVP 알고리즘의 트래픽 성능을 평가하기 위해서 OPNET 네트워크 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 변전소 자동화 시스템 네트워크를 모델링하였고, 소스 트래픽에 대한 파라미터 값을 설정한 후, 시뮬레이션을 수행하였다. 또한, EDVP 알고리즘의 트래픽 성능이 HSR 프로토콜 혹은 기존의 다른 트래픽 감소 기법들에 비해서 얼마나 성능이 향상되었는지 비교를 위해서 각각의 알고리즘들을 시뮬레이션 프로그램으로 구현하였고, 시뮬레이션 결과를 통해서 EDVP 알고리즘이 IEC61850의 메시지 타입 별 타이밍 요구사항을 만족하면서도 기존 알고리즘에 비해서 더 많은 불필요한 네트워크 트래픽을 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다. 특히, EDVP 알고리즘은 소스 노드가 많은 데이터 트래픽을 전송하는 환경에서는 기존 HSR 프로토콜에 비해 최대 80% 이상의 트래픽 감소율을 보여주는 것을 확인하였다. 그러므로, 만약 EDVP 알고리즘이 실제 IEC61850 네트워크에 적용된다면, IEC61850메세지 타입에 따른 타이밍 요구사항을 만족하면서도 더 좋은 트래픽 성능을 보여줄 수 있을 것으로 기대된다.