“4차 산업혁명 핵심 기술 간 융합에 적극 나설 것입니다.” 전력연구원은 한국전력공사 전력계통 안정성 확보와 신재생, 에너지저장장치, 무탄소 전원 연구개발에 매진하는 등 시대적 사명을 완수해야 하는 무거운 책임이 주어졌다. 전력연구원 디지털솔루션연구소는 무거운 책임을 오롯이 변화로 바꾸고, 글로벌 전력시장에서 경쟁적 우위를 확보해왔다. 디지털 변환의 핵심 기술을 제공하는 솔루션 프로바이더(Solution provider)로 거듭나고 있는 디지털솔루션연구소의 행보가 궁금하다.
취재_이충훈 기자(lch1248@naver.com)

다음은 전력연구원 이주현 디지털솔루션연구소장과의 일문일답이다.

Q. 전력연구원 디지털솔루션연구소는 『Digital KEPCO 新가치 창출을 위한 솔루션 Creator』를 목표로 한다. 주요 연구과제와 성과를 말해 달라?   
코로나 시대, 비대면이 일상화되면서 전력산업에서도 디지털화가 가속화되고, KEPCO 디지털 변환 및 ICT 기술 선도를 위하여 에너지 플랫폼 구축과 ICT 인프라 고도화, 사이버 보안망과 같은 고도화된 인프라 기술을 기반으로 딥러닝, 로보틱 처리 자동화(RPA), 디지털 트윈, IoT, AR/VR과 같은 신기술을 융복합하여 발전/송변전/배전 분야의 전력 ICT 융합 솔루션을 연구·개발하고 있다. 또한 SW 연구 성과물의 활용성 강화를 위하여 품질관리는 물론 KEPCO 공통 플랫폼인 HUB-PoP의 활용 확산, 마이크로그리드 플랫폼의 현장 적용, IoT 플랫폼의 영역 확대에 힘쓰고 있으며, ICT 전 분야의 핵심 기술을 확보하여 본사의 디지털 혁신을 주도하고 있다.
주요 연구 과제(성과)는 4개 분야다. 첫 번째 SW 플랫폼 및 솔루션 서비스 확대 분야는 MG·스마트시티 플랫폼 / 해외 수출형 솔루션 / 에너지 정보통신 표준화, 두 번째 초연결 유무선 융합 네트워크 구축 분야는 한전 Private 5G·자가 무선망 운영 기술과 고정밀 원자시계 기준 시 기술/통신 장비 통합 운영 기술, 세 번째 고신뢰 사이버 보안 기술 개발 분야는 주요 기반 설비 사이버 위협 대응 기술 / AI 기반 보안 관제 시스템 / 보안 취약점 자동관리 기술, 네 번째 분야는 신사업 모델 개발 및 사업화 분야는 해외 수출용 AMI 계량 데이터 관리 시스템(인니, 스리랑카 등) / 산업단지 MG EMS 플랫폼(베트남 등) / 스마트시티 실증사업(나주시, 서울시 등)이다. 마지막 다섯 번째 제어 자동화 분야는 발전 제어 시스템과 가스터빈 기동 장치 국산화 및 확대 적용과 FR ESS 자동 시운전 시스템 및 발전 디지털 트윈 시뮬레이터 개발 등이 있다. 

Q. 과거의 전력 회사는 전력의 효율적인 생산과 안정적인 수송을 위해 설비를 관리하고 판매하여 수익을 창출해왔다. 지금은 단방향 공급 중심에서 고객 중심 BTM(Behind the Meter), 즉 양방향 수요 중심 시장으로 바뀌면서 전통적인 전력공급 체계가 파괴되고 있다. 4차 산업혁명 시대에 한전 전력연구원의 역할은 무엇이라고 보나?
4차 산업혁명은 초연결, 초지능을 특징으로 AI, IoT, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 등 첨단 정보통신 I CT 기술이 기존 전력산업에 융합되어 전력 서비스 전반에 걸쳐 혁신적인 변화가 진행됨에 따라, 단순히 전력의 효율적인 생산과 안정적인 수송을 위해 설비를 관리하고 판매하여 수익을 창출하는 형태가 아니라 단방향 공급 중심 시장에서 고객 중심 BTM(Behind the Meter), 즉 양방향 수요 중심 시장으로 바뀌면서 전통적인 전력 공급 체계도 바뀌고 있다.
한편, 탄소중립 시대에 국가 차원의 미션 달성을 위해 대규모 투자 및 적극적인 Risk-taking 등 공적 부문의 역할 확대가 요구됨에 따라 한전은 망 사업자로서 계통 건설, 운영 최적화에 모든 역량 결집을 통해 무탄소 전력 공급과 효율적 소비를 연계하는 탄소중립 근간 역할을 주도하고, 전력연구원은 전력 분야 R&D Hub로서 탄소중립 선도를 위해 고효율 터빈 등 에너지 효율화와 태양광과 풍력발전 등 재생에너지 확대 그리고 수소 가스터빈 등 연료 전환과 대용량 ESS 등 지능형 전력 그리드 구축 등의 핵심 기술 개발에 주력하고 있다. 또한 회사의 경영 효율 향상을 위해 디지털 시스템 개발, 업무 디지털화, 재난/안전 환경 개선과 현안 문제 해결의 연구를 수행해 나가고 있다. 

Q. 전력산업은 ‘4차 산업혁명’과 ‘에너지 전환’이라는 큰 변화를 맞았다. 급변하는 기술 환경에 따라 디지털솔루션연구소의 조직(명)도 역할도 위상도 바뀌었다. 글로벌 전력회사도 거대한 변화를 모색하고 강구해야 하지 않나?
전력산업은 4차 산업혁명과 에너지 전환과 함께 탄소중립에 대비하는 시대로 기술 환경이 급변하고 있다. 이에 따라 전력산업의 발전 분야 미래상은 현재의 화석연료 중심에서 온실가스 배출이 없는 청정에너지(태양광, 풍력, 수소 등)를 이용한 발전원이 증가할 것이며, 송변전 분야는 집중된 대규모 전원에서 분산 에너지 중심의 고도화된 전력망의 구축을 통한 계통 안정화가 요구되며, 소비 분야는 분산형 전원이 많아지면서 마이크로그리드 체계 등 지역별 전력 생산과 소비가 균형을 이루는 분산화된 시스템으로 변화될 것이다.
급변하는 기술 환경에 따라 전통 산업과 최신 기술이 융합되어 메가트렌드가 바뀔 때 경쟁적 우위를 확보할 수 있는 핵심 역량(Core Competence)을 누가 가지고 있느냐에 따라 기술 분야의 미래가 결정될 수 있다. 따라서, 디지털솔루션연구소는 R&D 추진 전략인 『Digital KEPCO 新가치 창출을 위한 솔루션 Creator』 에 걸맞은 디지털 핵심 역량 및 가치 창출을 위한 빅데이터, 인공지능, Cloud, 모바일, IoT 등 4차 산업혁명 기술을 전력산업 업무 전반에 융합될 수 있도록 기술 개발을 추진할 계획이다.

Q. 4차 산업혁명을 이끌고, 에너지 플랫폼 공급자로 도약하기 위해서는 인공지능 기반의 플랫폼을 구축해야 한다. 대용량의 다양한 데이터를 실시간으로 안전하게 수집하고, 명령을 처리하기 위해서는 고신뢰 통신망이 필수적이다. 전력설비 운영 및 효율 향상을 위해서는 화력·원자력·발전 제어 기술과 전력 변환 기술의 고도화가 필요하다. 즉, 핵심 기술들이 어우러질 때 비로소 디지털 변환의 핵심 기술을 제공하는 솔루션 프로바이더(Solution provider)로 거듭날 수 있다고 보는데?
디지털솔루션연구소는 지능형 솔루션 연구실과 S/W 기술센터, 디지털제어 연구실과 전력 무선통신 프로젝트팀과 지능형 RPA 프로젝트팀으로 구성되어 있으며, 다양한 기술들이 융합되어 기술 개발을 추진하고 있다.
4개 분야 핵심 기술은 다음과 같다.
① 에너지 소비 효율화 및 설비 운영 디지털화 기술
전력 분야에 ICT 융복합 기술을 적용한 효율적인 에너지 서비스 제공 및 2050년 탄소중립을 달성하기 위하여 에너지 소비 효율화 및 설비 운영 디지털화 기술을 개발하고 있다. 송변전, 배전, 고객, 재생E 연계 등에 필요한 다양한 전력 서비스 플랫폼, 어플리케이션의 개발과 이력 데이터 AI 분석 지원을 위하여 클라우드 기술 기반의 공통 플랫폼(HUB-PoP)을 구축하였고, 공통 플랫폼 기반으로 지능형 디지털 발전소(IDPP), 차세대 배전 지능화 시스템(ADMS), 스마트 그린산단 MG EMS, 스마트시티 플랫폼 등을 개발하고 있다. 또한 수많은 전력 업무들을 통해 축적되고 있는 데이터로부터 유의미한 정보 추출 및 활용 기술 제공과 여러 분야의 업무들 간 협력적 생태계 활성화를 지원하여 다양한 에너지산업의 신 Biz 모델 개발과 미래 먹거리 창출을 도모하고 있다.
② 유무선 통신 인프라 고도화 및 지능형 정보 보안 기술
전력망으로부터 대용량의 다양한 원격지 데이터를 실시간으로 안전하게 수집하고, 적기에 명령을 처리하기 위해서는 고신뢰 통신망이 필수적이다. 초 저지연, 서비스 시간 보장을 위한 고정밀 유무선 통신 인프라를 고도화하고, 운영관리 기술을 개발하였다. 특히 에너지 설비 운영 특성을 고려한 고신뢰 무선통신망(e-WSN)을 구축하고, 표준 규격을 개발하였다. 또한, 인공지능을 활용한 네트워크 자원 및 성능의 최적화와 운영 효율성 그리고 사이버 보안을 강화할 수 있는 지능형 보안 기술을 개발하고 있다. 아울러 지능형 보안 관제, 블록체인, 양자암호통신, 에지 컴퓨팅 기술개발을 계속 추진하여 전력산업뿐만 아니라 타 연관 산업에도 영향력과 파급력이 큰 미래 통신 기술을 조기에 확보할 예정이다.
③ 디지털 제어 및 디지털 트윈 기술
발전 설비의 효율적인 최적 운영과 재생에너지 확대 보급에 따른 전력계통 운영의 안정성 확보를 위한 최적 제어 기술 개발의 중요도가 날로 증가되고 있다. 이에 연구소에서는 디지털 제어 시스템 국산화 개발과 확대 적용, 발전 설비의 최적 운영을 위한 발전소 공정 모델 오차 최소화 알고리즘을 적용한 디지털 트윈 시뮬레이터 개발 및 발전소 운전 중 발생할 수 있고, 고장들을 사전에 검증할 수 있는 동적 모델 기반의 가스터빈 제어 검증 시스템을 개발하여 발전소의 안정 운전과 고장 예방에 적극적으로 대응할 수 있었다.
또한 재생에너지 확대에 따른 수용성을 향상시키고자 가상 관성 제어 기술을 개발하여 관성 부족으로 계통 주파수의 불안정성이 큰 독립계통을 대상으로 실증을 추진하고 있으며, 전력 계통 안전화용 E SS 개발 및 실증을 진행 중이며, 향후 제주 및 육지계통의 관성 자원의 확보를 위해 GFM(Grid Forming) 제어 기술과 동기 조상기 대용량 전력 변환 기술 개발을 추진하고 있다.  
④ 인공지능 및 RPA 기술
4차 산업혁명을 이끌고 에너지 플랫폼 공급자로 도약하기 위해서 현장에서 발생하는 모든 데이터를 유기적으로 연동하고, 이를 효과적으로 관리하여 스스로 전문 지식을 학습하고 처리하는 인공지능 기반의 플랫폼을 구축하였다. 향후에는 딥러닝 고속 분산처리 기술과 전력 AI 엔진 기술을 바탕으로 스스로 학습하고, 업무를 처리하는 가상 인간을 개발하여 송변전, 배전 등 전력 분야의 전문 지식과 현장 고객 응대 업무 지식에 대한 강화 학습을 통한 언택트(Untack) 기술을 개발할 예정이다. 또한 AI 챗봇 기반의 디지털 비서와 RPA와 같은 업무 프로세스 자동화 개발을 통하여 일하는 방식의 변화를 추구할 것이다.

Q. 한전의 10여 년간의 검침 데이터 관리 경험이 담긴 한전용 MDMS를 해외 전력시장(스리랑카 및 인도네시아)에 맞도록 모듈화 및 솔루션화 하였고, MG 전력관리시스템은 베트남 산업단지에 적용되었다.
이렇듯 디지털솔루션연구소는 디지털 변환을 위한 전력SW 플랫폼 구축으로 해외 수출의 장을 열었다. 먼저 디지털 변환을 위한 전력 SW 플랫폼과 구축 사례를 소개해 달라? 그리고 해외 전력시장을 견인하고 성과를 낼 수 있었던 요인은 무엇인가?
전력연구원이 개발한 M DMS(Meter Data Mana gement System)는 계량 데이터를 종합적으로 수집, 검증, 통계, 분석하고, 타 시스템으로의 필요 정보 제공, 단전·복전, 주문형 검침과 같은 AMI 제어 명령을 실행하는 계량 데이터 통합 관리 시스템이다.
MDMS는 하루 26억 건에 이르는 계량 데이터의 실시간 수집은 물론 데이터의 유효성 검증 및 누락 값 추정, 요금 계산용 사용량 측정 등이 가능하며, 전기품질, 지리정보시스템, 고객 서비스용 앱 개발 및 보안 모듈이 포함된 3세대 MDMS가 국내 AMI 1천만 호를 대상으로 안정적으로 운영 중에 있다.
한편 스리랑카 AMI 시범 사업에 참여해 1,000호를 대상으로 구축을 완료하고, 인도네시아 최대 전력사(PLN) 연구원과 양해각서를 체결하고, 현지에서 MDMS 솔루션을 실증하였다. 성과를 낼 수 있었던 요인은 실시간 빅데이터 처리 기술의 우수성과 한전 1천만 호의 안정적 운영을 통한 신뢰성 확보에 있다. 전력연구원에서 개발된 MDMS는 국내뿐만 아니라 해외에서도 활용이 가능하도록 전력 소프트웨어를 개발하였고, 우수한 전력설비 운영 기술이 접목된 솔루션으로서 맞춤형 전력관리 시스템 개발이 가능하다는 점에서 동남아시아뿐만 아니라 글로벌 전력시장에서의 기술 생태계를 이끌어갈 수 있는 신뢰성 있는 시스템으로 평가받고 있다.
또 전력연구원이 개발한 MG EMS(Microgrid Energy Management System)는 재생에너지를 사용하는 시설의 전력 설비 정보, 계측/계량 정보를 실시간으로 수집/처리/분석 및 부하 예측 기술, 계통해석 등을 수행하는 통합 에너지 관리 시스템이며, 기업의 전기요금 절감분의 일정 비율을 수익화하는 새로운 비즈니스 모델을 의미한다. MG EMS 플랫폼은 8천msg/sec급 실시간 고속 데이터 처리 및 빅데이터 관리 기술을 탑재하였으며, 다중 통신 프로토콜의 수용성 및 상호운용성을 확보하기 위한 통신 어댑터 기술 개발 및 데이터 표준 변환 기술을 적용하였다. 또한 국제표준 IEC61850 e2.0을 준용한 xEMS 통합형 정보 모델 등의 S/W 단위 모듈을 개발하였으며, 시스템 활용성 및 가용성을 제고하기 위한 서버 이중화, 다중 데이터/스레드 처리 기술 및 모델 경량화를 통한 IEEE2030.8/D10, IEC 61850 등 국제공인 시험 규격을 만족하였으며, 2021년 1월, 베트남 실증 기업 대상으로 상업 운전을 착수하였다.
전력연구원은 베트남에 위치한 입주 기업을 대상으로 2019년 9월, 약 3억 원/년, 최소 10년 이상의 고정수익 보장을 내용으로 하는 사업화 합의각서(MOA)를 체결하였다. MG 기술을 통해 운영 사업화를 달성한 세계 첫 사례다. 전력연구원은 국제 표준 기반의 MG 플랫폼 확보를 통한 타 시스템 간 연계 우월성 및 상호운용성 확보 기반으로 국내외 산단 및 동종 업계 대상의 사업화를 추진할 계획이다.

Q. 에너지 시스템의 안정적 운영을 넘어 디지털 트윈 시뮬레이터 개발 과제를 소개해 달라?
전력설비 운영 및 효율 향상을 위해서는 지난 수십여 년 동안 운영해왔던 화력/원자력 발전 제어 기술과 전력 변환 기술의 고도화가 필요하다. 전력설비의 IoT 결합과 인공지능 기반의 지능형 자동화로 자율 운전이 가능해지기 때문이다. 현재까지는 발전소의 안정적인 운영을 위해 제어 성능을 실시간으로 평가하고 진단하는 제어 성능 감시 진단과 가스 발전 운영의 핵심 설비인 가스터빈 기동 장치를 개발하여 가스 발전 전기/제어 분야의 기술 자립과 국가 경쟁력을 확보하였다. 이제는 산업 전반에 디지털 기술이 획기적으로 발전하고 있으며, 향후 전력설비는 재생에너지의 확대가 예상된다. 따라서, 발전소 운영은 물론 타 에너지 시스템의 안정적이고 효율적인 최적의 운영을 도모하기 위하여 기존의 발전 시뮬레이터의 충실도를 개선하기 위한 모델 오차 최적화 알고리즘이 적용된 디지털 트윈 시뮬레이터를 개발하고 있다. 디지털 트윈 시뮬레이터는 보령화력 7호기를 대상 발전소로 하고 있으며, 발전소 공정을 모사하는 공정 모델과 제어 프로그램을 모사하는 제어 모델 그리고 공정 모델과 제어 모델을 연계하여 운전원이 발전 출력을 조정하고 운전하는 조작반(HMI)으로 구성된다. 특히 실제 발전소의 운전 데이터와 시뮬레이터의 연산 데이터 간 오차를 자동으로 최소화하는 모델 파라미터 Adaptation 기능이 추가되어 충실도가 획기적으로 향상되므로 에너지 시스템을 좀 더 효율적으로 운영할 수 있다.

이주현 디지털솔루션연구소장 
joohyun.lee@kepco.co.kr