[국내외 스마트그리드 기술 동향] AMI 개발을 위한 요구분석 방법론

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[국내외 스마트그리드 기술 동향] AMI 개발을 위한 요구분석 방법론

2010년 2월 25일 (목) 15:54:21 | 지면 발행 ( 2010년 2월호 - 전체 보기 )

한국전력공사 전력연구원(www.kepri.re.kr)
정남준 선임연구원
(042)865-5273 / njjung@kepco.co.kr

개요

현재의 전력산업은 전 세계적인 에너지 확보 위기와 CO₂과다 배출로 인한 지구 온난화 문제에 당면해 있다. 전력산업이 다음 세기에도 지속적으로 성장해 가기 위해서는 에너지 효율 향상 및 신재생에너지와 같은 분산전원 활성화를 통한 환경과의 조화, 그리고 미래 디지털 시대의 에너지 조건을 충족하는 IT 기술과 전력 기술의 융합을 통한 자동화되고 지능화된 전력 시스템 개발이 요구된다. 지능화된 전력 시스템, 즉 스마트그리드의 주요 분야 중에서 AMI(Advanced Metering Infrastructure)는 최종 전력 소비자와 전력 회사사이의 전력 서비스 인프라로, 지능형 전력망(Smart Grid) 구현에 필수적인 핵심 인프라 시스템이다. 공급-수요 상호 인지 기반 수요반응(Demand Response) 시스템 구현을 위한 중요한 수단인 동시에, 다양한 유형의 분산전원 체계, 배전지능화 시스템 등과의 정보 연계 등 미래 지능형 전력망 운용을 위해 요구되는 전력망 인프라로 인식되고 있다.
정부에서는 녹색성장 정책과 세계적인 CO₂절감정책 등에 부응하는 효율적인 에너지 정책을 구현하는 데 중요 핵심 인프라로 AMI를 선정하고, 2009년 6월부터(24개월) 'AMI 시스템 구축'과제를 추진 중에 있다. 이 과제는 한전 전력연구원이 총괄하고 LS산전㈜ 등 8개 기업이 참여하고 있다. 본 특집에서는 AMI 시스템 개발 요구분석 수행과 관련된 요구분석 방법론을 소개하고, 요구분석 과정에서 도출된 AMI 유스케이스 개발 내역을 간단히 기술하고자 한다.

지능형 전력 시스템 개발을 위한 시스템 요구분석 방법론

스마트그리드, 즉 미래 지능형 전력 시스템이 추구하는 특징은 표준화 기반의 시스템 간 상호 운용성과 최신 기술을 이용한 자동화라고 할 수 있겠다. 그러므로 스마트그리드 시스템 개발을 위해서는 요구분석부터 전반적인 시스템 조건을 만족할 수 있도록 고려돼야 한다. 이러한 스마트그리드 시스템을 위한 개발 방법론으로 정의된 표준 중의 하나가 바로 'IEC 62559 IntelliGrid Methodology(IntelliGridSM, 이하 IntelliGrid 방법론)'이다.
IntelliGrid 방법론은 IEC에 의해 2007년에 채택된 전력에너지 시스템 개발을 위한 방법론(IEC 62559, PAS(Publicly Available Specification))으로, EPRI의 'IntelliGrid 프로그램'의 산출물이다. IntelliGrid 방법론에 기반한 요구분석 방법론은 체계적인 스마트그리드 시스템 개발을 위한 요구분석 방안 제시의 결과물로서 평가할 수 있다.

1. IEC 62559 IntelliGrid Methodology
IntelliGrid 방법론은 동적 에너지 관리나 분산자원의 통합 등과 같은 특정 어플리케이션의 기능적 요구사항을 결정하기 위한 단계로서, 스마트그리드 개발을 위한 유틸리티들의 시스템 엔지니어링(Systems Engineering) 접근법이다. IntelliGrid 방법론은 <그림 1>과 같은 스마트그리드 개발 단계 중 전략 개발 및 시스템 분석, Pilot 시스템 개발 단계에서 반복적으로 활용될 수 있다.

IntelliGrid 방법론은 과학적인 시스템 엔지니어링 기법의 하나로서, 시스템 엔지니어링에서 이야기 하는 방법론의 개념은 사용자 요구사항과 기술적인 규정으로 나누어 생각해 볼 수 있다. 사용자 요구사항은 어떠한 특정 설계나 기술에 관련 없이 요구되는 '무엇'을 개발하느냐에 관한 문제이고, 기술적인 규정은 사용자 요구사항을 만족시키기 위해 자동화 시스템 구현을 '어떻게'하느냐에 관한 사항으로 정의할 수 있다. IntelliGrid 시스템 엔지니어링 방법론은 <그림 2>와 같이 참여자와 프로젝트 단계로 구성되어 있으며, 사용자 요구사항 문서에는 크게 기능, 시스템 구성 환경, 성능 요구사항, 보안 요구사항, 데이터 관리 요구사항, 규제 및 안전에 관한 규칙 등을 상세히 기술하게 된다.

2. Smart Grid 개발 절차와 IntelliGrid 방법론
IntelliGrid Architecture에서는 전반적인 프로젝트 수행을 목적으로 <그림 3>과 같은 5단계 방법론을 제공하고 있으며, 그 중 IntelliGrid 방법론은 처음 3개 단계의 사용자 요구사항 도출을 위한 부분에만 중점을 맞추고 있다.
첫 번째 단계는 경영자의 비즈니스 요구 및 계획 결정 단계로서, 경영자가 비즈니스 요구 및 계획에 따라 장기적인 프로젝트의 주요 추진 요인을 확인하고 관련 프로젝트를 선정, 프로젝트 추진을 위한 이해관계자와 팀을 구성하는 단계이다. 이 단계에서는 특히 프로젝트와 관련된 이해관계자들을 잘 파악하는 것이 중요하다.
두 번째 단계는 유스케이스(Use Case) 개발을 통한 사용자 요구사항 정의 단계로서, 이해관계자들의 팀이 수행을 하며 요구분석을 수집하는 단계이다. 유스케이스에 기반한 요구사항을 개발하기 위해 유틸리티는 다양한 워크숍 프로세스를 구상해야 한다. 유스케이스 문서는 시스템이 전개됐을 때 어떻게 사용될지에 관해 강조하고, 요구사항은 벤더를 떠나서 명백히 정의해야 한다. 또한 구체적으로 시스템 기능을 정의하고 범위를 결정함으로써, 시스템과 외부 환경 변수를 구분하고 상호 관계를 정립하는 것이라고 할 수 있다. <그림 4>는 유스케이스 개발 과정을 나타낸 그림으로, 일반적으로 유스케이스 개발은 해당 전력 회사의 목표에 적합한 유스케이스 형태를 기 정의된 IntelliGrid Architecture Project 혹은 SCE, Utility AMI, Zigbee+HomePlug, NIST 등 기존 유스케이스들을 선택하여 활용한다. <그림 4>에서와 같이 모든 잠재적인 이해관계자들의 프로젝트에 대한 공감대 형성 및 브레인스토밍(Brainstorming)을 통한 기능 도출이 필수적이며, 요구사항 수집은 반복적, 단계적으로 방법론에 기반해 정제돼야 하기 때문에 다양한 워크숍과 브레인스토밍을 통한 상세 정제 과정이 필요하다.

개발된 유스케이스에 대해서는 분석이 요구되는데, 유스케이스 분석의 목적은 향후 후속 아키텍처(Architecture) 개발에도 사용될 수 있도록 일관성있는 유스케이스 개발을 하기 위해서이다. 유스케이스 분석은 워크숍이 진행되는 기간 동안 워크숍결과를 가지고 실시하며 분석 내용에 대한 피드백이 이루어진다. 요구되는 정보는 엑터의 명칭이나 정의 검토를 위한 'Global Actor List'와 유스케이스 시나리오에서 발생되는 이벤트를 그래픽적인 요소로 표시하는 'Activity Diagrams', 시스템 내에서 데이터 흐름과 순서를 나타내는 개념을 제공하는 'Interface Diagrams', 시나리오에서 엑터들 사이의 단계별 상호 작용을 나타내고 엑터들 간에 어떻게 인터페이스 되고, 교환되는 데이터의 형식과 주기는 어떻게 되는지 표기하는 'Message Sequence Diagrams'등을 분석하게 된다. 이러한 분석 과정을 통해서 요구사항의 재검토 및 분류, 통합 및 보안 위험요소들을 확인하며, 불필요한 사항을 제거하고, 요구사항 및 비즈니스 케이스의 평가 단계를 거쳐 최종 요구사항 보고서를 발간하게 된다.
세 번째 IntelliGrid 방법론의 단계는 시스템 개발을 위한 기술 선택 및 전개를 위한 단계로, 1단계 프로젝트 계획과 2단계 요구분석 결과를 가지고 아키텍처 개발과 기술 선택 및 전개를 하는 단계이다. 크게 아키텍처 설계와 기술 선정 두 단계로 진행된다.
아키텍처 설계 단계는 유스케이스 단계에서 수집된 요구사항을 기반으로 어떻게 시스템 아키텍처를 정의할지 기술하는 단계로서, 이 단계에서 도출된 결과물은 <그림 5>의 흰 바탕으로 표시된 'Architecture Documents'와 같이 정의된다.
도출된 플랫폼 독립적인 아키텍처를 구현하기 위해서는 어떤 기술을 선택할지 고려해야 한다. 일관성 있는 기술 평가를 위해 IntelliGrid 아키텍처에서는 도출된 요구분석 및 보안 요구사항으로부터 Technology Capability Measurement(TCM)라는 프레임워크를 생성해 활용하도록 권고한다. TCM은 주어진 기술을 평가하는 툴로서, 각 기술에 대해 1부터 5까지의 가중치(0-Unacceptable solution, 1-The minimum solution, 5-The best possible solution)를 부여해 평가한다. 일반적으로 통신 기술에서 요구되는 평가 범주는 상호 운영성, 신뢰성, 확장성, 보안성, 처리 능력, 잠재력 등이며, 장비 기술 측면에서는 내구성, 프로그램 가능성, 서비스 가능성, 전력 요구사항, 보안, 메모리, 디스플레이 등이 고려될 수 있다.

기술 가능성 측정도(TCM)가 작성되면 벤더들에게 요구사항을 기반으로 현재 기술을 선택하도록 제안서를 요청하는 단계와, 요구분석 및 제안서 평가 단계를 거치게 된다. 다음으로 제안된 요구사항과 벤더에서 제안한 기술 사이의 차이점을 분석하고, 선정된 기술이 Message Matrix 메시지를 포함하고 데이터와 Message Matrix에 정의된 트랜잭션(Transaction)을 수행할 수 있는 구조인지를 검토한다. 차이 분석에 기반을 두어 요구사항을 가장 충족하는 벤더와 기술을 선정하고, 장비나 서비스를 상세한 비용 및 효과 기준에 맞추어 재검토한다. 또한 누락된 표준 및 기술이 있는지 확인해 기술 로드맵을 작성하고, 최종 비즈니스 케이스를 확정함으로써 요구분석이 완료된다.

* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.

3. K-AMI 유스케이스 개발
한국형 AMI 개발을 위해 한전 전력연구원을 비롯해 9개 참여기관으로 구성된 K-AMI 유스케이스 개발팀은 2009년 8월부터 약 3개월에 거쳐 유스케이스 개발을 완료했다. IntelliGrid 방법론의 유스케이스 개발 단계에서와 같이 개발팀은 SCE(Southern California Edison)와 Zigbee+HomePlug의 유스케이스를 참조해 총 16개의 유스케이스를 개발했다.
개발된 유스케이스는 워크숍을 통한 재정립과 정제가 일부 필요하며, 국내 시스템 운영 환경을 고려해 보완되는 과정이 필요하다.

마무리

지금까지 본고에서는 스마트그리드 구현을 위한 AMI 시스템 개발 요구분석 시 적용했던 요구분석 방법론을 소개하고, AMI 시스템 개발을 위한 요구분석 과정에서 도출된 AMI 유스케이스 개발 내역을 기술했다. 소개된 미래 지능형 전력 시스템 구현을 위한 시스템 엔지니어링 기반의 개발 방법론인 'IntelliGrid 방법론'은 IEC에 의해 2007년에 채택된 전력에너지 시스템 개발을 위한 방법론(IEC 62559, PAS(Publicly Available Specification))으로서, 이 방법론을 사용하는 주요 목적은 표준화 기반의 시스템 간 상호 운용성과 가용한 최신 기술을 평가하고 활용하기 위해서이다. 향후 개발될 스마트그리드를 위한 시스템들은 표준 적용과 상호운용성 확보가 무엇보다도 중요하며, 이러한 사상의 적용은 향후 새로운 시스템과의 정보 교환을 쉽게 해 시스템 간 연계는 물론이고, 유지보수 비용을 최소화 할 수 있을 것이다. 더욱이 스마트그리드 주도국으로서, 개발 제품의 해외 수출을 위해서는 기존 국제 표준과 방법론의 적용이 무엇보다도 중요하며, 새로운 기술에 대한 국제 표준화 노력도 요구된다.