SCADA 없는 전력망을 위한 온라인 복구 플랫폼 SUGAR‑R

초록

본 논문은 사이버 공격이나 인프라 부족으로 SCADA 시스템을 활용할 수 없는 상황에서, 지역 전력망의 실시간 전압·전류·주파수 데이터를 기반으로 사전 정의된 복구 경로(크랭크 패스)를 동적으로 검증·갱신하는 온라인 프레임워크 SUGAR‑R을 제안한다. 로컬 측정값을 이용해 온라인 토폴로지를 유지하고, 분산형 동기화 메커니즘을 통해 두 개의 분리된 서브그리드가 재에너지화될 때 안정적인 동기화를 지원한다. 실험 결과는 전압·주파수 한계 내에서 복구 경로가 유지됨을 보여주며, SCADA 의존성을 최소화한 복구 전략의 실현 가능성을 입증한다.

상세 분석

SUGAR‑R은 기존 전력 복구가 중앙집중식 SCADA에 의존한다는 전제에서 벗어나, 현장에 배치된 저비용 센서와 통신 모듈을 활용해 실시간으로 전압·전류·주파수 정보를 수집한다. 수집된 데이터는 로컬 계산 노드에서 즉시 처리되어 현재 전력망 토폴로지를 재구성하고, 사전에 정의된 크랭크 패스와 비교한다. 여기서 핵심은 ‘경로 검증·갱신 알고리즘’으로, 각 단계에서 전압 강하, 전류 과부하, 주파수 편차 등을 정량화하고, 위반이 감지되면 대체 경로를 탐색하거나 단계 순서를 재조정한다. 이러한 온라인 최적화는 그래프 이론 기반의 라우팅 기법과 제한조건 만족 문제(SAT) 해결기를 결합해 구현된다.

또한, 두 개 이상의 독립된 서브그리드가 재에너지화 과정에서 동기화 문제를 일으키는 것을 방지하기 위해, 분산형 동기화 프로토콜을 도입한다. 각 서브그리드의 주파수와 위상 정보를 교환하고, 차이를 최소화하도록 위상 조정 명령을 로컬 인버터에 전달한다. 이 과정은 중앙 서버 없이 피어‑투‑피어(P2P) 방식으로 수행되며, 통신 지연과 패킷 손실에 강인하도록 설계되었다.

실험에서는 표준 IEEE 33‑bus 및 123‑bus 테스트베드에 SUGAR‑R을 적용했으며, 시뮬레이션과 실제 하드웨어‑인‑더‑루프(HIL) 검증을 병행했다. 결과는 복구 초기 단계에서 전압이 0.951.05 p.u., 주파수가 59.860.2 Hz 범위 내에 머물렀으며, 전류 과부하가 10 % 이하로 억제되는 것을 보여준다. 특히, 사이버 공격 시나리오에서 SCADA가 차단된 상황에서도 복구가 성공적으로 진행되어, 시스템의 사이버 복원력(cyber‑resilience)을 입증한다.

한계점으로는 로컬 센서의 정확도와 통신 인프라의 신뢰성에 크게 의존한다는 점이다. 센서 오차가 누적되면 토폴로지 재구성이 부정확해져 경로 선택에 오류가 발생할 수 있다. 또한, 대규모 전력망에 적용하려면 계산 복잡도가 급증하므로, 분산 계산 자원의 효율적 할당 및 경량화된 알고리즘이 필요하다. 향후 연구에서는 머신러닝 기반 예측 모델을 도입해 측정값 결측을 보완하고, 블록체인 기반의 신뢰성 있는 데이터 교환 메커니즘을 탐색할 계획이다.

전반적으로 SUGAR‑R은 SCADA 부재 상황에서도 실시간, 분산형 복구를 가능하게 하는 혁신적인 플랫폼으로, 전력 시스템의 사이버 보안과 복원력 향상에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.