[특별기고] 전력선통신(PLC)(1) PLC 최신동향과 표준화 전망

전력선통신(PLC)기술개요 최근 지구온난화 심화에 대한 대책으로 전력수요자(Demand-Side)측의 전력사용량을 절감시켜 발전소의 석유 및 화석 연료의 연소에 의한 CO2 를 줄이는 방안이 전 세계적인 관심 이슈로 대두되고 있다. 이러한 솔루션 중의 하나로 거론되는 기술이 전력선통신(PLC : Power Line Communication)원격검침망을 이용한 방안이다. 이 기술은 일반 가정 어느 곳이나 깔려있는 전기선을 활용하여 PLC원격검침망을 구성하고, 이렇게 구성된 원격검침망을 활용 서버측에서 전력사용량을 실시간으로 모니터를 하여 사용한 전력량에 따라 시간대별 계절별로 요금을 부과하는 방법이다. 가령 피크부하시간인 점심시간 전후에는 많은 요금을 부과하고 심야시간에는 적은 요금을 내게 하는 방식이다. 피크부하에는 더 많은 요금을 부과하므로 소비자측이 먼저 전기를 무분별하게 사용하지 않도록 조심하게 되므로 전력부하를 억제하는 효과가 있다. 이러한 전력사용 억제효과로 인해 피크부하를 감당하기 위한 발전소 시설을 최소화하게 되고, 결국 발전에 소모되는 석유 및 석탄연료 사용이 줄어들어 CO2 배출을 줄일 수 있다는 원리이다. 최근 조사에 따르면 평상시 에너지소비량의 약 15%정도 절감효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 이런 이유로 미국 및 유럽에서는 이러한 수요반응(Demand Response) 효과를 얻기 위한 PLC 원격검침망(Smart-metering) 도입이 활발히 추진중이며 일부 국가는 원격검침망 의무도입을 법제화 하고 있다.

PLC의 특징 전력선통신은 전력전달을 위해 설치한 전기선을 그대로 이용하므로 별도의 통신케이블을 깔지 않아도 되는 장점 등으로 최근에 많은 관심을 받고 있다. 통신이 가능한 원리는 전력선의 전원파형(60Hz)에 통신신호(디지털정보, 수백kHz∼수십MHz)를 실어서 전송하는 통신방식으로서, 이렇게 전송된 통신신호는 고주파 필터를 이용해 신호만을 따로 분리하여 통신을 한다. 이 기술은 별도의 통신선 없이 이미 설치되어 있는 전원콘센트에 접속함으로써 인터넷 접속 등의 외부망이나 네트워킹에 이용할 수 있는 편리하고 경제적인 통신방식이다. 전력선통신은 기존 전력선을 그대로 활용함으로써 투자비가 저렴하고 공간점유 비용이 불필요 하여 현재 통신망의 단점인 높은 설치비를 현저하게 줄일 수 있는 반면, 제한된 전송전력, 높은 부하간섭과 잡음, 가변감쇠, 임피던스 레벨잡음 그리고 신호왜곡 등의 해결해야 할 문제점들도 가지고 있다. PLC의 발전 PLC은 오래전부터 전력회사를 중심으로 일부 사용되었으며, 최근 비약적인 정보통신기술 개발 및 홈네트워크 시장 확대에 따라 전력회사 뿐만 아니라 가전사, 아파트 건설사 등으로 그 활용 범위가 확대되고 있다. 초창기 전력선통신은 전력선반송(Power Line Carrier)방식으로 장거리 송전선로(66kV∼345kV)을 통하여 주로 음성통신을 하기 위하여 이용되어 왔으며, 우리나라에서는 1941년 수풍발전소에서 만주로 나가는 200kV 송전선에 아날로그 통신신호(사용주파수 : 50∼450kHz)를 중첩시킨 전력선반송 전화를 처음으로 시설한 후 80년대 중반까지 한전의 주요 통신망으로 활용되었다. 그러나 전력계통이 확장되고 복잡해짐에 따라 발·변전소 및 전력계통의 각 분야에서는 저속의 음성통신 뿐만 아니라, 고속의 대용량 제어정보 전송이 필요하게 되어 무선통신, 광통신 전송기술 등을 이용한 전력통신망 기술이 대체기술로 발전되면서 전력선통신 기반의 통신 서비스는 역사의 무대뒤로 사라졌다. 요즘 거론되고 있는 전력선통신은 가정에서 가전기기를 On/Off 하거나 공장에서 제어분야에 활용하는 것을 목적으로 새롭게 거론되기 시작했다. 이후 1990년대 들어 통신 분야에서의 프로토콜 기술의 발전으로 데이터 전송능력이 획기적으로 개선돼 전력회사 및 가전업체를 중심으로 제어정보 전송시스템에 쓰이기 위한 기술이 개발되어 활용되고 있다. 특히, 홈네트워크를 위한 기술개발과 인터넷 접속을 위한 'Last One Mile Solution'으로서의 기술개발이 주요한 추세이다. 지금까지의 전력선통신 기술개발은 저속 데이터의 전송을 상용화 시켰고, 앞으로 초고속 인터넷을 사용할 수 있는 고속 전송에 대한 상용화가 활발히 진행되고 있다.

PLC의 분류 PLC은 통신속도에 따라 고속과 저속방식으로, 전력선의 전압에 따라 저압과 고압방식으로 분류되고 있으며 적용조건에 따라 기술수준이 크게 다르다. 저속방식은 9,600bps 이하의 통신 속도를 가지는 방식으로서 상용화되어 있으며 가전기기 제어, 방범 등에 적용되고 있다. 고속방식은 1Mbps 이상의 통신 속도를 가지며 초고속 인터넷 서비스의 제공이 가능하며, 더 빠른 속도를 목표로 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 저압방식은 220V 가입자선로를 이용하는 방식으로서 구내 또는 구내에서 인입전주까지의 전송거리(약 200m 이내)에서 통신신호 전송을 목적으로 하며, 현재 상용화 단계에 있다. 고압방식은 22.9kV 고압 배전선로를 이용하는 방식으로서 장거리 전송을 할 수 있어야 하며, 고속 전송이 가능해지면 액세스망 역할을 할 것으로 기대되나 현재는 시험전송 수준의 단계에 있다. PLC 표준화 동향 PLC 기술의 경우 현재까지 전 세계적으로 관련기술의 표준은 아직까지 제정되어 있지 않다. 표준화와 상호 호환성 및 관련 기술개발을 추진하기 위해 미국 및 유럽을 중심으로 표준화 단체가 구성되어 있으며 국내에서도 전력선통신 관련업체와 기관으로 구성된 PLC Forum Korea를 중심으로 표준화 활동을 추진하다가 2005년부터는 산자부 기술표준원에서 관련단체의 협조를 얻어 표준화 업무를 주관하고 있다. 국내 표준화는 2004년 12월에 저속PLC 표준화를 완성하였고, 고속PLC 표준(KS X4600)은 2006년 05월에 제정이 완료되어 PLC기술을 선도하는 국가로써의 기본적인 제도적 기반은 조성하였다고 할 수 있다. 국내외 기술개발 현황 PLC핵심 칩을 제조 회사별로 살펴보면 <표 4>와 같다. 표에서 보는바와 같이 우리나라는 24Mbps급 칩을 개발하였고 200Mbps급 모뎀 개발을 추진하고 있다. 핵심 칩은 퀄컴의 CDMA 사례에서 볼 수 있듯이 반드시 확보해야 할 기술이다. CDMA에 대한 퀄컴과의 계약 내용을 살펴보면 휴대폰 판매액의 5.25%를 로열티로 지급하고 있으며 2007년부터는 0.5% 상승한 5.75%의 로열티를 지급해야하는 실정이다. 이는 지난 2002∼2004년에 걸쳐 3년 동안 무려 1조4천억이라는 막대한 로열티를 고스란히 갖다 바친 셈이다. 문제는 향후 휴대폰이 카메라 내장, MP3P 등 고가 휴대폰으로 진화하는데 있어 판매가격 대비 일정률을 로열티로 지급해야 한다는데 있다. 퀄컴 칩에서 살펴본 바와 같이 핵심 칩 보유는 국부유출 최소화, 독자기술을 활용한 해외 블루오션 시장 개척이이라는 측면에서 매우 중요하며 기술개발 현황은 <표 4>와 같다.

적용사례 PLC 기술이 장거리를 전송할 수 없다는 단점과 변압기를 우회할 수밖에 없다는 한계를 가지고 있지만 나름대로 활발하게 기술개발 및 시범사업화가 진행되고 있다. 우선 시범사례를 중심으로 PLC 적용 현황을 살펴보면, 먼저 핵심 칩 기술 확보를 위해 산자부 중기거점 기술개발 사업의 일환으로 99년부터 05년까지 24Mbps급 고속 PLC 핵심기술 확보하여 국내 시범사업을 통해 기술검증을 추진하였다. 국내에서는 원격검침 및 부가서비스 사업을 추진하였는데 적용사례는 <표 5>와 같다.

향후계획 및 전망 지난해에 이어 올해 시행하게 되는 2차 시범사업에서는 5,000가구를 대상으로 하며, 시범지역은 도시와 농촌지역을 골고루 섞어 계통상황에 따른 기술적인 검토 작업을 하게 된다. 또한 서울 목동지역 일반주택 100세대를 대상으로 전기·수도·가스 통합검침 시범사업도 올해 말에 완료할 예정이다. 또한 현재 한전이 저압 PLC원격검침 시범사업을 벌이고 있는 의정부, 전남 순천, 강원도 고성, 대전, 대구 등 5개 지역 5,000가구 중 독거노인 세대를 대상으로 독거노인들의 전기사용 패턴을 원격검침 서버에서 모니터링하면서 일정기간 동안 전기사용이 없으면 소방관서, 복지사 등에게 신속히 통보하는 사회공헌사업도 추진할 예정이다. 향후 PLC기술은 원격검침, 홈 서비스 등 다양한 분야와 융합하여 활발한 활용이 예상되며, 전력IT 연구개발사업을 통해 기존 초고속 가입자망 수준 정도의 통신 속도를 확보하고 가격 경쟁력만 확보한다면 PLC는 국내 틈새시장에서 어느 정도 경쟁력을 가질 것으로 보인다. 아울러 통신인프라가 취약한 중국, 동남아시아, 유럽 등으로의 진출도 기대된다.