SAE J3072-2024 강의 연재. 표준 본문의 문장을 옮기지 않고 요구사항을 다시 서술하며, 각 요구사항 뒤의 §번호는 SAE J3072 JUN2024의 조항 번호다. 시리즈 목록은 Grid 코너에서 볼 수 있다. 이 글은 3부이다.
1부에서 본 문제, 곧 차량이 어디에 꽂힐지 모른다는 문제에 대한 J3072의 답은 4.6에 있다. 차량이 EVSE에 꽂히면 두 장치가 정해진 순서로 정보를 주고받아, 차량이 IEEE 1547-2018 10장이 정의하는 올바른 명판 정보·구성 정보·관리 정보를 갖추게 한다 4. 이 글의 논지는 다음과 같다. 4.6.1~4.6.5의 절차는 안전 장치이며, 그 핵심은 세 가지 규칙에 있다. 구성 정보는 차량 정격과 현장 한도 가운데 작은 쪽으로 계산되고, 기준 전압이 맞지 않으면 모든 출력 한도가 0이 되며, EVSE는 받은 값을 여덟 조건으로 검사해 하나라도 어긋나면 방전을 허가하지 않는다.
4.6 서두가 틀을 준다. PEV는 IEEE 1547-2018 표 28의 각 요소에 대한 명판 정보를 내부에 저장해야 하고, 그 값은 제조 시 또는 공인 제조사 대리인의 정비 뒤에만 입력·변경되어야 한다. 접속 시 EVSE는 접속 현장에서의 EVSE 한계를 나타내는 정보를 PEV에 제시해야 하고, PEV는 그것으로 표 28 각 요소와 이 표준이 요구하는 다른 정보의 구성 정보를 정의해야 한다. EVSE는 갱신된 구성 정보가 그 장소에 적절한지 평가해야 하며, 구성 정보가 조율된 뒤 방전 허가 시점에 활성화되는 기능의 관리 정보를 PEV에 제공해야 한다. PEV는 이 절차가 끝나 EVSE가 허가할 때까지 방전해서는 안 되고, EVSE는 세션 전이나 중에 PEV가 이 장소·시점에 DER로 동작하기에 적절히 구성되지 않았다고 판단하면 허가를 내리거나 유지해서는 안 된다 4.6.
운전자가 EVSE 케이블 플러그를 차량 인렛에 꽂으면 교류 충전의 정상 시퀀스가 시작된다. 이 기본 충전 상호운용성은 이 표준의 요구는 아니지만 DER로 참여하기 위한 전제 조건이다 4.6.1. EVSE와 PEV는 시스템 유형의 프로토콜이 정하는 대로 P2P 통신을 성립시켜야 하고, 이 링크로 DME인 EVSE와 DER인 PEV가 이 표준이 정한 정보를 직접 교환해야 하며, 링크는 세션 내내 활성 상태여야 한다. 어떤 이유로든 링크가 끊기면 PEV는 방전을 중지해야 한다. 유형별 J3072 프로토콜 요건과 예는 별도 규격이나 승인된 다른 표준에 담기며, PEV와 EVSE는 그 프로토콜 요건에 대해 시험·인증되어야 한다 4.6.2. A1은 IEEE 2030.5-2018을 P2P 통신에 쓰고 물리·데이터링크 계층은 J2931/4(J1772 제어 파일럿 위의 고대역 전력선 통신), 상위 계층은 J2931/1(IP·TCP·HTTPS)을 따르며, EVSE가 IEEE 2030.5 호스트 서버, PEV가 클라이언트다 4.6.2.1. B1은 J3068의 LIN-CP 신호로 통신하되, IEEE 1547-2003 적합 양방향 인버터는 J3072용 전용 신호만, 4상한 인버터는 J3068의 SunSpec-LIN-CP 터널로 SunSpec 정보 모델을 쓴다 4.6.2.2. C·D·E는 4.2.2의 각 절을 따른다 4.6.2.3.
P2P가 성립하면 PEV는 표 2의 파라미터를 EVSE에서 받아야 하고, EVSE는 부록 B의 정의와 일치하게 값을 설정해야 한다 4.6.3.
| 61850 용어 | 뜻(IEEE 1547 파라미터) | 부록 B의 설정 지침 |
|---|---|---|
| WMaxEVSE | 단위 역률에서의 유효전력 설정(W) | PEV가 EVSE로 공급할 수 있는 최대 방전 전력. 상한은 VRefEVSE × 분기 회로와 EVSE가 허용하는 최대 rms 전류 (B.2.1) |
| ChaWMaxEVSE | 최대 충전 유효전력 설정(W) | 최대 충전 전력. 상한은 같음. J1772 파일럿 PWM이 별도로 정한 한도와 비교해 작은 쪽을 PEV가 따른다 (B.2.2) |
| IvarMaxEVSE | 최대 주입 무효전력 설정(var) | 현장·EVSE가 무효전력을 지원하지 않으면 0 (B.2.3) |
| AvarMaxEVSE | 최대 흡수 무효전력 설정(var) | 같음 (B.2.4) |
| VRefEVSE | 공칭 교류 전압 설정(V rms) | PCC의 공칭 선간전압. 유틸리티의 목표 전압으로 보정하지 않는다. 240 V 계통 말단이 238 V여도 240 V (B.2.5) |
| VRefOfsEVSE | VRef 오프셋(V rms, J3072 특수 용도) | 0이면 PoC가 RPA. 양수이면 PCC가 RPA이고, 그 값은 PEV가 20 A rms로 방전할 때 PoC와 PCC의 rms 전압 차 (B.2.6, 부록 H) |
| VMaxEVSE | 최대 교류 전압 설정(V rms) | ANSI C84.1 Range A 기준 105 %. 240 V이면 252 V (B.2.7) |
| VMinEVSE | 최소 교류 전압 설정(V rms) | 같은 기준 95 %. 240 V이면 228 V (B.2.8) |
| UpdateTimeEVSE | UTC 시각 표시 | 정보가 갱신된 일시 (B.2.9) |
표 1. EVSE 파라미터(IEEE 2800과 달리 표 번호는 SAE 표 2). 각 값의 상한은 EVSE 자체, 시설, 연계 마이크로그리드, 배전 유틸리티가 준 것 가운데 가장 보수적인 값이며, 물리적 제약을 넘겨 설정되는 일은 없고 운영상 더 낮게 둘 수 있다(B.2).
PEV는 EVSE 파라미터를 받아 처리한 뒤 표 3의 파라미터를 EVSE에 제공해야 한다. 표 3은 IEEE 1547-2018 표 28 명판 정보에 근거하되 61850 용어는 대개 구성 정보(설정)의 것을 쓴다. 명판 정보의 61850 용어는 WMaxRtg처럼 'Rtg'로 끝난다. 둘째 열은 EVSE가 명판(N)과 구성(C) 가운데 무엇을 써야 하는지 표시한다. 명판 값은 제조 시 정해지고 EVSE와의 정보 교환으로 바뀌지 않는다 4.6.4.
| 61850 용어 | N/C | 뜻 | 계산 규칙(§4.6.4.x, 부록 B.3) |
|---|---|---|---|
| WMax | C | 단위 역률 유효전력 설정 | min(WMaxRtg, WMaxEVSE, 파일럿 전류 한도 × VRef). VRef ≠ VRefEVSE이면 0 |
| WOvPF / OvPF | C | 과여자 역률과 그때의 유효전력 | 4상한: 0.898 × WMax / 0.898 (양방향: WMax / 1.0) |
| WUnPF / UnPF | C | 부족여자 역률과 그때의 유효전력 | 같음 |
| VAMax | C | 최대 피상전력 설정 | WMax를 VA로. 규칙은 WMax와 같음 |
| IEEE1547Cat1 | N | 정상 성능 카테고리 | B (제조 시). 양방향은 0 |
| IEEE1547Cat2 | N | 비정상 성능 카테고리 | III (제조 시). 양방향은 0 |
| IvarMax / AvarMax | C | 최대 주입·흡수 무효전력 | min(정격, EVSE 값). VRef 불일치 시 0 |
| ChaWMax / ChaVAMax | C | 최대 충전 유효·피상전력 | min(ChaWMaxRtg, ChaWMaxEVSE, 파일럿 한도). ChaVAMax는 VRef 불일치 시 0 |
| VRef / VRefOfs / VMax / VMin | C | 기준·오프셋·최대·최소 전압 | EVSE 값을 그대로. VRefOfs가 무효하면 0 |
| Modes | N | 각 제어 기능의 지원 여부 | 프로토콜별 표시. 지원한다고 DME가 켠 것은 아님 |
| SuscRtg | N | 계통에 남는 무효 서셉턴스 | 인버터 제조사 정의, 제조 시 고정 |
| Manufacturer / Model / SerialNumber / Version | N | 제조사, ISMN, VIN, 버전 | 권한자가 안전한 수단으로 설정·저장 |
| J3072Cert / J3072Date | N | J3072 인증 여부와 인증일 | 표 28에 없는 J3072 고유 항목(*) |
| WHRtg | N | 배터리 가용 Wh | — |
| UpdateTime | C | UTC 시각 | J3072 고유 항목(*) |
표 2. PEV 명판·구성 정보(SAE 표 3 재구성). 별표 항목 네 개(VRefOfs, J3072Cert, J3072Date, UpdateTime)는 IEEE 1547-2018 표 28에 명시되지 않은 J3072 추가 항목이다.
VRef의 규칙이 가장 엄격하다. PEV는 VRefEVSE가 시스템 유형의 범위 안이면 VRef를 그 값으로 설정해야 한다. VRefEVSE가 유형의 허용 범위보다 낮거나 높으면 PEV는 그 세션 동안 방전해서는 안 되고, WMax·AvarMax·IvarMax를 0으로 두며, VRef를 유형별 기본값으로 둔다. A1에서 EVSE가 VRefEVSE를 주지 않거나 208 V 미만·240 V 초과를 주면 기본값 200 V를 쓴다 4.6.4.1. 부록 B.3.13은 B1과 C·D·E 유형에서는 VRefEVSE를 확인하기 전에 여자 접촉기를 닫을 수 없으며 기본값 100 V를 쓴다고 덧붙이고, 기본값이 최솟값에 가깝되 같지 않은 이유가 제어 파일럿 전류 한도 × VRef의 곱이 합리적 값으로 계산되게 하기 위해서라고 설명한다.
WMax는 WMaxRtg, WMaxEVSE, 그리고 시스템 유형에 제어 파일럿이 있으면 파일럿 전류 한도와 VRef의 곱 가운데 가장 낮은 값으로 설정되어야 하고, VRef와 VRefEVSE가 일치하지 않으면 0이어야 한다 4.6.4.5. VAMax는 같은 세 값을 VA로 본 최솟값이며 같은 0 규칙을 따른다 4.6.4.6. IvarMax와 AvarMax는 각각 정격과 EVSE 값의 최솟값이고 VRef 불일치 시 0이다 4.6.4.7, 4.6.4.8. ChaWMax와 ChaVAMax는 충전 쪽 정격·EVSE 값·파일럿 한도의 최솟값이며, ChaVAMax는 VRef 불일치 시 0이다 4.6.4.9, 4.6.4.10. VRefOfs는 EVSE 값으로 설정하되 PEV가 무효하다고 보면 0 V로 두고, VMax와 VMin은 EVSE 값을 그대로 쓴다 4.6.4.2~4.6.4.4.
IEEE 1547-2018 5.2는 주입·흡수 무효전력의 최소 능력을 정한다. I상한에서 이 최소값은 WMax의 20 %를 넘는 유효전력에 대해 VAMax의 44 %다. VAMax 원호와 44 % 지점에서 만나는 전력 벡터의 역률 OvPF는 0.898이고 그때 유효전력 WOvPF는 0.898 × WMax다. 인버터는 WOvPF까지의 어느 유효전력에서도 최소 무효전력을 주입할 수 있어야 하지만, WOvPF와 WMax 사이에서는 무효전력 요건을 맞추려면 유효전력을 줄여야 할 수 있다. 카테고리 B의 IV상한에서도 최소 var은 44 %, UnPF는 0.898이다 4.6.4.11.
부록 B는 그림의 관례를 설명한다. 가로축 P의 양(+)은 방전·발전·주입·생산, 음(−)은 충전·흡수·소비이고, 세로축 Q의 양은 var 주입·공급(과여자), 음은 흡수(부족여자)다. PEV 충전을 말할 때는 반대 관례를 쓰기도 하지만 이 표준은 DER 관례를 따른다. 인버터는 현장 한계, 배터리 사정 등으로 정격보다 낮은 VA에서 운전하도록 설정될 수 있고, 충전 쪽 용량은 방전 쪽과 대칭일 수도 더 클 수도 있다. 유효전력 0에서 VAMax만큼 var을 낼 수 있어도 IvarMax·AvarMax로 그 아래로 제한할 이유가 있을 수 있으며, 그에 대응하는 최소 역률이 MinOvPF·MinUnPF다. 충전 중 무효전력은 IEEE 1547-2018이 요구하지 않고, J2894/1에 따라 역률 1이 보통이지만 유틸리티와의 합의로 허용될 수 있다 B.
정격 정보(B.1)에서 WMaxRtg와 ChaWMaxRtg는 넓은 SOC 범위에 걸쳐 유지할 수 있는 평탄한 정격 전력이다. 배터리 충·방전 프로파일은 SOC에 따라 순간 능력이 다르지만, DER로서는 SOC 0 부근부터 프로파일과 만나는 SOC까지의 면적(에너지)이 최대가 되는 평탄값을 VM이 정한다. IvarMaxRtg·AvarMaxRtg는 4상한 인버터의 var 정격이고 양방향이면 0이며, VAMaxRtg는 WMaxRtg, ChaVAMaxRtg는 ChaWMaxRtg와 같다 B.1.
명판 정보에 관한 나머지 요구는 다음과 같다. 정상 카테고리는 제조 시 B, 비정상 카테고리는 III로 설정되어야 하고 양방향 인버터는 둘 다 0이다. 이 조항은 명판 정보로 표시할 것만 요구하고 설계·시험은 4.8이 요구한다 4.6.4.12. VM은 권한 있는 사람이 ISMN, 인증일, 인증 여부를 설정·저장할 수단을 제공해야 하고 ISMN은 실제 설치된 모델과 일치해야 한다 4.6.4.13. SuscRtg는 인버터 제조사가 정의하는 제조 시 명판 값이며 4.6.4.14, Modes는 각 프로토콜이 구현·가용 기능을 표시하는 명판 정보로 가용하다고 해서 DME가 반드시 켜는 것은 아니다 4.6.4.15.
EVSE는 방전 허가 절차의 일부로 PEV에서 받은 구성 정보를 평가해야 하고, 다음 조건 가운데 하나라도 충족되지 않으면 방전을 허가해서는 안 된다 4.6.5.
| 조건 | 요구(§4.6.5.x) |
|---|---|
| WMax | WMaxEVSE와, 유형에 파일럿이 있으면 VRef × EVSE의 J1772 PWM 전류 한도 가운데 작은 값을 넘지 않을 것 |
| ChaWMax | ChaWMaxEVSE와 같은 파일럿 한도 가운데 작은 값을 넘지 않을 것 |
| IvarMax | IvarMaxEVSE, VAMax, 파일럿 한도 가운데 가장 작은 값을 넘지 않을 것 |
| AvarMax | AvarMaxEVSE, VAMax, 파일럿 한도 가운데 가장 작은 값을 넘지 않을 것 |
| VRef | VRefEVSE와 같을 것 |
| VRefOfs | VRefOfsEVSE와 같을 것 |
| J3072 인증 | TRUE일 것 |
| ISMN | 현장 접속 계약이 요구하면 유틸리티 등 책임 기관이 승인한 번호일 것. 승인 확인 수단은 표준 밖 |
표 3. EVSE가 검사하는 여덟 조건(§4.6.5.1~4.6.5.8).
PEV가 4.6.4의 규칙대로 계산했다면 이 조건들은 자동으로 만족된다. EVSE가 다시 검사하는 이유는 PEV 소프트웨어의 오류나 조작을 막기 위해서다. 무효전력 조건에 VAMax가 들어간 것은 무효전력이 피상전력 한도를 넘을 수 없다는 물리적 제약이고, 인증 여부와 ISMN 조건이 1부에서 본 문지기 역할의 실제 구현이다.
4.6.1~4.6.5의 요구를 정리하면 다음과 같다. P2P 링크가 서고 유지되어야 하며 끊기면 방전이 멎는다. EVSE는 현장 한도 아홉 개를 먼저 보내고, PEV는 자기 정격과 그 한도, 그리고 파일럿 전류 한도 가운데 작은 쪽으로 구성 정보를 계산해 명판 정보와 함께 돌려보낸다. 기준 전압이 유형의 범위를 벗어나면 방전이 금지되고 출력 한도가 0이 된다. 4상한 인버터는 0.898 역률까지 44 %의 무효전력을 낼 수 있어야 하고, 카테고리는 B와 III다. EVSE는 받은 값을 여덟 조건으로 검사해 하나라도 어긋나면 허가하지 않는다.
이 절차의 설계 원칙은 '더 보수적인 값이 이긴다'와 '불일치는 0이다'로 요약된다. 차량이 낼 수 있는 것보다 현장이 받을 수 있는 것이 작으면 현장이 이기고, 현장 값을 받지 못했거나 이해하지 못했으면 아무것도 내지 않는다. 4부에서는 허가 시점에 EVSE가 PEV에 넘기는 관리 정보, 곧 IEEE 1547-2018의 스마트 인버터 기능 열 개의 파라미터와 기본값(표 4~14)을 다룬다.