기술기고문

ADI의 mSure 기술을 활용한 전기 계량기 정확도 모니터링

2021-07-19

- 미카 누지아이넨(Mika Nousiainen), 마케팅 매니저(Metering Manager), 헬렌 일렉트리시티 네트워크(Helen Electricity Network)
- 유하 로흐반수(Juha Lohvansuu), 기술 매니저(Technology Manager), 아이돈(Aidon) 
- 데이비드 래스(David Lath), 애플리케이션 엔지니어(Applications Engineer), 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)


전력 회사들이 단지 전력망으로 에너지 소비를 모니터링하기 위한 하드웨어에 그치지 않고 계량기 정확도를 파악하기 위한 분석을 도입하면서 혁신을 가속화하고 있다. Helen Electricity Network(핀란드 헬싱키에 소재한 분전 시스템 사업자)와 Aidon(북유럽 지역의 스마트 그리드 및 스마트 미터링 기술 및 서비스 회사)이 협력해서 Analog Devices의 mSure® 기술을 활용한 첨단 에지-대-클라우드 계량기 분석 솔루션으로 Energy Analytics Studio를 사용해서 필드 테스트를 실시했다. 이 솔루션은 전기 계량기의 정확도를 지속적으로 모니터링하고 다양한 형태의 무단조작을 감지할 수 있다. 계량기 정확도 모니터링은 핀란드 시장에서 특히 많이 사용하며, 이 필드 테스트도 이곳에서 실시되었다.

 
그림 1: 현장에 설치된 파일럿 디바이스

정확도 모니터링의 필요성
산업 현장, 도시, 주택 등에 설치된 계량기는 시간이 지나면서 악천후, 예기치 않은 부하, 낙뢰 같은 다양한 조건들에 노출된다. 이 때문에 계량기 측정 정확도가 변화될 수 있고, 그러면 전기 요금을 사용한 것보다 더 많이 혹은 더 적게 부과할 수 있다. 이러한 오차를 사전에 잡아내지 않는다면 나중에 가서 문제를 해결하기 위해서 더 많은 시간과 비용이 들어가야 한다.

더 심각하게는 전기 계량기 때문에 요금이 잘못 부과되었을 때 전력 회사에 대한 고객의 신뢰를 잃을 수 있다. 그러므로 오늘날 대부분의 전력 회사들이 주기적으로 샘플 테스트를 하고 일정한 시기에 계량기를 교체한다. 하지만 이 방법은 비용이 많이 들기도 하고 고객들을 귀찮게 하는 방법이다. 

이에 대한 솔루션을 제공하는 것이 mSure라고 하는 신기술이다. 현장에 새로 설치되는 계량기에 이 기술을 통합하고 클라우드 기반 분석 서비스를 사용해서 각 계량기의 측정 정확도를 지속적으로 모니터링하고 보고할 수 있다. 이 분석 서비스를 사용해서 전력 회사가 자사의 모든 계량기들에 대해서 정확도를 파악하고, 계량기 문제를 사전에 감지하고, 허용된 정확도 한계를 벗어나는 계량기를 빠르게 교체하고, 그리고 규정상 허용되기만 한다면 샘플 테스트를 줄이거나 아예 생략할 수도 있다. 그러므로 전력 회사가 기존의 강력한 AMI 네트워크를 더 잘 활용할 수 있다.

또한 재생에너지, 전기차 충전, 여타 변수들로 인해서 에너지 소비가 갈수록 더 역동적으로 변화되고 있고 고객들의 전기 요금이 점점 더 일정치가 않게 됨으로써 고객의 문의나 불만이 늘어날 수 있다. 이 솔루션을 사용함으로써 전력 회사가 특정 계량기의 정확도를 빠르게 평가할 수 있으므로, 비용이 많이 드는 현장 방문을 피할 수 있고 그럼으로써 고객 만족도 또한 높일 수 있다.

 
그림 2: 클라우드 기반 분석 서비스를 사용한 계량기 정확도 모니터링

필드 테스트 설명
Helen Electricity Network는 2018년 8월부터 mSure 기술을 활용해서 클라우드 기반 분석 서비스를 도입함으로써 40개 평가 디바이스로 계량기 정확도 정보를 모니터링할 수 있게 되었다. 핀란드에 소재한 독립적 시험 기관인 VTT/MIKES가 이들 디바이스의 정확도를 별도로 검사했다. 1단계에서는 현장에서 19개 디바이스에 대해서 정확도를 테스트했고, 2018년 10월까지 진행되었다. 2단계에서는 동일한 19개 디바이스를 VTT/MIKES가 가속화 수명 테스트를 실시했고, 2019년 11월에 완료했다. 모든 디바이스의 베이스라인 정확도를 구하고 이것을 기준으로 검증을 하기 위해서 고정밀 테스트 장비를 사용해서 테스트했다. 그림 3은 2단계를 실시한 후에 VTT/MIKES의 검사와 분석 서비스로부터 얻어진 드리프트 결과를 보여준다.

 
그림 3: 2단계에서 드리프트 분포

원래의 계량기와 직렬로 전적으로 테스트 목적의 평가 디바이스를 설치했다. 그림 1의 평가 디바이스는 Analog Devices의 ADE9153B 에너지 측정 IC를 채택했다. 이 IC는 mSure 기술을 활용해서 첨단 진단을 할 수 있다. 계량기가 원시 진단 정보를 분석 서비스로 전달하면, 분석 서비스가 분석을 실시해서 경고를 하고, 추이를 분석하고, 계량기 건전성에 대한 보고를 할 수 있다. 그러므로 전력 회사들이 ADE9153B 에너지 측정 IC를 채택한 계량기를 설치하고 분석 서비스를 도입해서 mSure 기술의 이점을 활용할 수 있다. 

필드 테스트 결과
1단계에서 클라우드 기반 분석 서비스의 데이터와 VTT/MIKES가 실시한 베이스라인 측정을 비교해 보면, 이들 19개 디바이스로 분석 서비스가 정확도 드리프트를 0.1% 이내로 추적하고 있다는 것을 알 수 있다. 모든 19개 디바이스가 0%에 거의 가깝게 모여 있는 것을 볼 수 있으며, 드리프트가 최소라는 것을 알 수 있다.
 

그림 4: 2단계 가속화 수명 테스트로 분석 서비스와 VTT의 드리프트 차이

2단계에서는 30°C의 평균 주변 온도로 현장에서 10년을 시뮬레이트하는 가속화 환경으로 8개월 동안 계량기들을 노후화하면서 테스트를 실시했다. 분석 서비스의 성능을 정확하게 평가하고 이들 계량기들의 노후화를 가속화하기 위해서 통제된 시험실 환경에서 테스트를 실시했다. 그림 4에서 보듯이, 1단계에서와 마찬가지로 19개 디바이스들의 정확도 드리프트가 0.1% 이내라는 것을 알 수 있다. 다만 정확도 테스트와 분석 서비스 모두 평균 음의 드리프트는 약 -0.05%인 것으로 나타난다.

분석 서비스가 심하게 높은 드리프트를 정확하게 포착하는지 파악하기 위해서 한 계량기를 인위적으로 더 노후화시켰다. 이를 위해서 션트와 병렬로 저항을 사용해서 션트 값이 달라지게 했다. 이로 인해서 발생되는 변화가 VTT/MIKES 테스트에서는 -1.91%인 것으로 측정되었다. 분석 서비스로는 이 계량기의 정확도 변화가 -1.96%인 것으로 평가됨으로써 0.05%밖에 차이가 나지 않았다.

이 필드 테스트의 1단계에서는 분석 서비스가 현장에 설치된 mSure 기반 디바이스의 정확도를 0.1% 이내로 추적하고 계량기 드리프트가 매우 낮은 것으로 나타났다. 2단계에서는 현장에서 10년이 경과하는 것을 시뮬레이트 했으며 역시 정확도 드리프트를 0.1%로 추적하는 것으로 나타났다. 이로써 mSure 기술과 분석 서비스를 결합함으로써 계량기 샘플 테스트를 대체할 수 있을 정도의 정확도로 계량기 드리프트를 모니터링할 수 있다는 것을 확인했다.

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저자 소개
미카 누지아이넨(Mika Nousiainen)은 Helen Electricity Network의 미터링 책임자로서 미터 자산과 미터링 서비스를 책임지고 있다. 스마트 미터 사업 및 프로젝트 관리와 관련해서 풍부한 경험을 쌓고 있다. 최근에는 미터 라이프사이클과 파트너쉽 관리를 주로 맡고 있다. 2002년부터 Helen Electricity Network에서 재직하고 있다. 전기공학 석사학위를 취득했다. 궁금한 점은 mika.nousiainen@helen.fi로 문의.

유하 로흐반수(Juha Lohvansuu)는 Aidon의 기술 책임자이다. 위바스퀼라 대학에서 물리학 석사학위를 취득했다. 15년 전에 Aidon에 입사했으며, 그 전에 전기 계량과 관련한 다른 회사에서 연구 엔지니어로서 경험을 쌓았다. Aidon에서 통신 및 미터링 기술, 연구개발, 관련 파트너쉽을 맡고 있다. 궁금한 점은 juha.lohvansuu@aidon.com으로 문의.

데이비드 래스(David Lath)는 Analog Devices의 애플리케이션 엔지니어이다. 컬럼비아 대학에서 전기공학을 전공했으며, 졸업 후에 ADI에 입사해서 유틸리티 미터링 및 산업용을 비롯한 에너지 측정 제품을 맡고 있다. ADI의 에너지 측정 IC 포트폴리오와 유틸리티 미터 시장 용으로 mSure 기술 개발에 깊이 관여했다. 궁금한 점은 david.lath@analog.com으로 문의.
태그 :
계량기, AMI, ADE9153B