전력선통신은 전력선만으로 통신을 가능케 하는 기술로 별도의 통신망 없이 통신 네트워크를 구축할 수 있는 기술이다. 여기서는 전력선통신 기술과 그 응용 분야에 대해 한국전기연구원 전기정보망연구센터의 최성서 책임연구원이 발표한 내용을 정리한다.

전력선통신(Power Line Communication, PLC)이란 전기에너지를 전송하는 것을 목적으로 만들어진 전력선에 수백∼수십KHz의 통신 신호를 중첩해 통신하는 기술을 뜻한다(그림 1).

▲ 그림 1. 전력선통신 구성도

전력선통신은 크게 다섯 가지 특징을 지닌다. 우선, 현존하는 인프라 중 가장 광범위한 네크워크를 구성한다. 다음으로 원활한 유지·보수가 가능한 전력망의 특성을 통해 안정적인 공급이 가능하다는 점이 있다. 세 번째 특징은 모든 공간에 설치된 전기 콘센트를 통해 간편하게 네트워크를 구성할 수 있다는 것이다. 전력선통신은 또한 유선 방식임에도 불구하고 무선과 유사한 유비쿼터스 환경을 조성할 수 있다. 가격적인 면에서는 별도의 통신망을 구축할 필요 없이 기존 전기선을 활용하므로 신규 포설 비용을 절약할 수 있다. 마지막으로 Last Mile Solution을 통해 기존 네트워크의 사각지대에 데이터 서비스를 제공할 수 있다.

그러나 전력선통신에도 단점이 존재한다. 전송할 수 있는 전력이 제한돼 있고, 부하 간선과 잡음이 높으며, 가변하는 신호 감쇠 및 임피던스 특성을 지녔다는 것이다. 이러한 특징들은 전력선통신의 활용을 어렵게 하는 한계점이다.

따라서 전력선통신의 폭넓은 활용을 위해서는 기술적으로 Noise(잡음), Attenuation(감쇠), Distortion(왜곡) 등 세 가지 요인을 극복해야 한다. Noise는 강력한 데이터 오류 정정 기술과 긴 심볼 주기, 시간 영역 윈도우 기술 등을 확보해 극복할 수 있다. 다음으로 Attenuation를 극복하기 위해서는 60dB 이상의 신호 감쇠 검출과 다중 접속 및 리피터 기술이 필요하다. 마지막으로 Distortion은 여러 개의 서브 채널 사용 기술과 Half Duplex 기술을 도입해 극복할 수 있다.

 

전력선통신 기술 개발 현황

전력선통신을 구성하는 주요 기술은 전력선통신 칩(그림 2), 아날로그 프론트엔드(그림 3), 매팅트랜스(그림 4), 커플러(그림 5), 블로킹 필터  (그림 6) 등으로 구성된다.

▲ 그림 2. 전력선통신 칩

▲ 그림 3. 아날로그 프론트엔드

▲ 그림 4. 매팅트랜스

▲ 그림 5. 커플러

▲ 그림 6. 블로킹 필터

전력선통신은 크게 전력선반송, 전력선통신, 전력선통신과 IoT의 융합 등의 흐름을 거치면서 발전됐다. 1941년 수풍 발전소에서 만주로 나가는 송전선에 최초 시설이 설치된 것을 시작으로 1953년, SSB 방식으로 발달함에 따라 사용 주파수 범위가 확대됐다. 1964년에는 자동 주파수 제어 장치를 채택해 자동급전 신호 전송에 사용됐으며, 1974년에는 전력선반송 전화 단국 장치의 국산화가 실현됐다. 그러나 1988년 OPGW망이 확대되면서 설치가 점차 감소해 1998년 철수됐다.

이어 2002년 14Mbps급 PLC 모뎀이 사용되기 시작했고, 2003년에는 24Mbps급으로 발전했다. 그 후 2005년에는 85Mbps급, 2006년과 2007년에는 200Mbps급 모뎀의 사용이 이루어졌다.

2012년부터는 전력선통신이 사물인터넷(IoT)과 결합하기 시작했다. 스마트 가전, 전기자동차 등에 적용하기 위한 전력선통신 모뎀 및 응용 어플리케이션이 개발되기 시작했다.

전력선통신 기술 응용 분야

전력선통신 기술은 크게 스마트그리드(그림 7), 제어 및 모니터링(그림 8), 홈 네트워크(그림 9)  분야에 응용될 수 있다.

▲ 그림 7. 스마트그리드 응용 분야

▲ 그림 8. 제어 및 모니터링 응용 분야

▲ 그림 9. 홈 네트워크 응용 분야

1. 스마트그리드 응용 분야

‌•‌ 원격자동검침(Advanced Metering Infra-structure) : 한국전력공사는 2020년 1,800만에 달하는 저압 고객의 가정까지 원격검침용 전력선통신망을 구축하겠다는 계획을 세웠다.

‌•‌ 수도, 가스 등 통합검침 : 한국전력공사는 원격검침 기술을 기반으로 하는 수도, 가스, 난방 통합검침 시스템을 구축할 예정이다.

‌•‌ 배전자동화 : 배전자동화(DAS)는 광동축 혼합(HFC)망이 없는 가공 선로 및 지중 선로에 고압 전력선통신망을 구축한다.

‌•‌ 전력설비 감시 : 고압 전력선통신망을 통해 주상변압기의 2차 전압 및 전류를 측정하고, 전선의 단선, 누전, 정전, 유량, 가스압, 온도 등 설비의 감시를 확대할 수 있다.

‌•‌ 전기자동차 충전 인프라 : 전기자동차 충전기와 전기자동차 간의 전력선통신 기반 기술 V2G Protocol(ISO/IEC 15119)을 적용해 전기자동차 충전 인프라를 구축한다.

2. 제어 및 모니터링 응용 분야

•‌ 공장 자동화 : 기존의 모니터링 및 제어 기술과 고속 전력선통신 기술을 접목시키면 보다 차원 높은 원격 온라인 모니터링 및 제어 시스템을 낮은 비용으로 구축할 수 있다.

‌•‌ 가로등 제어 : 모든 옥외 조명 시설의 전선 노후화로 인한 절연 파괴 혹은 우천 시 발생할 수 있는 누전이나 고장 등의 이상 유무를 실시간으로 파악할 수 있다. 

•‌ ‌빌딩 제어 및 관리 : 빌딩의 조명, 냉난방 시스템 등에 고속 전력선통신 기술을 접목해 전력 사용량을 실시간으로 모니터링하고 제어하는 시스템을 구축한다.

‌•‌ 선박 시스템 : 고속 전력선통신 기술을 적용해 선박 내 인터넷을 관리하고 감시할 수 있는 시스템을 구축한다.

3. 홈 네트워크 응용 분야

‌•‌ 인터넷 액세스 : 고속 전력선통신 기술을 응용하면 유무선 공유기의 인터넷 사각지대 보안을 관리 및 제어할 수 있다.

‌•‌ 스마트 플러그 : 고속 전력선통신 기술 기반의 스마트 플러그는 기존 가전제품 플러그에 덧끼워 전력 사용량 모니터링, 대기전력 차단, 원격제어 기능을 제공하는 제품이다. 모바일 기기와 연동해 사용자에게 이를 알려 주는 기능도 수행한다.

•‌ 스마트 보일러 : 스마트 보일러는 난방 모니터링, 외부 원격제어가 가능하며 보일러 컨트롤을 위한 배선이 필요 없고, 각 방에서 제어가 가능하다.

•‌ 스마트 가전 : 스마트 세탁기, 스마트 오픈, 스마트 냉장고, 로봇 청소기, 스마트 TV 등의 스마트 가전은 대기전력을 스스로 차단하고, 모니터링 및 원격제어가 가능한 시스템이다.

정리 이솔이  기자(npnted@hellot.net)