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 5부이다.
3부와 4부에서 PEV는 구성 정보와 관리 정보를 갖추고 방전 허가를 받았다. 이제 세션이 이어지는 동안 누가 인버터를 관리하고, 허가는 어떻게 유지되며, 배터리를 얼마나 충·방전할지는 누가 정하는가. 4.7이 이를 정하고, 4.8이 인버터 성능을 IEEE 1547에 위임하며, 4.9가 자동차 안전 관행을 요구한다. 부록 D·E는 IEEE 1547과 1547.1이 이동하는 인버터에 어떻게 적용되는지를 조항별로 풀고, 부록 H는 이 표준에만 있는 동적 보정 기능을 설명한다. 이 글의 논지는 다음과 같다. J3072의 세션 중 제어는 IEEE 1547 기능에 대한 EVSE의 배타적 관리와, 그 밖의 에너지 관리(협조 충·방전)에 대한 다른 DME의 참여를 분리한 구조이며, 부록 D·E는 인버터가 이동한다는 사실 때문에 IEEE 1547의 현장 단위 시험·검증이 접속마다 반복되는 J3072 절차로 대체된다는 점을 밝힌다. 마지막에 다섯 편을 정리한다.
IEEE 1547-2018은 DME를 로컬 DER 통신 인터페이스로 DER를 감시·관리하는 주체로 정의하고 유틸리티·집합사업자·건물 EMS 등을 예로 든다. 여러 DME가 있으면 DER에 우선순위 논리가 필요하다. V2G-AC에서 EVSE는 DME여야 하고 4.6의 J3072 요건에 관해서는 유일한 승인 DME여야 하며, 표 15의 기능에 대해서는 EVSE만이 승인 DME여야 한다. PEV는 이 기능들에 대한 메시지를 다른 어떤 출처에서도 받아들여서는 안 된다. 다른 DME가 PEV를 예컨대 정역률에서 볼트-VAR로 바꾸고 싶으면 EVSE가 그 명령을 받아 J3072 P2P 링크로 PEV에 중계하도록 설계되어야 한다. EVSE는 상류를 향해 EVSE와 PEV의 결합체를 대표하지만 PEV에 대해서는 유일한 DME로 행동한다 4.7.1.
| 61850 | 목적 | 활성 파라미터 | 설정 파라미터 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| DFPF | 정역률 | DFPF.FctEna | PFGnTgt, PFExtSet | DVVR·DWVR·DVAR와 동시 불가 |
| DVVR | 볼트-VAR 곡선 | DVVR.FctEna | (곡선) | DFPF·DWVR·DVAR와 동시 불가 |
| DWVR | 와트-VAR 곡선 | DWVR.FctEna | (곡선) | DFPF·DVVR·DVAR와 동시 불가 |
| DVAR | 정무효전력 | DVAR.FctEna | VArTgt | DFPF·DVVR·DWVR와 동시 불가 |
| DVWC | 볼트-와트 곡선 | DVWC.FctEna | (곡선) | |
| DHFW / DLFW | 고·저주파수-와트 곡선 | FctEna | (드룹) | |
| DWMX | 유효전력 제한 | DWMX.FctEna | WLimSpt | |
| DCTE | 허가 서비스 | 상시 활성 | RtnSrvAuth |
표 1. EVSE가 단독 관리하는 기능(SAE 표 15). 곡선 기능은 활성·설정 외에 4.6.6의 곡선 데이터도 함께 전송되며, 새 DVVR 곡선은 전환 뒤 기존 곡선을 대체한다. PEV가 새 관리 정보를 받기 위해 DER 참여를 끊을 필요는 없다.
표 15 밖의 DER 기능에 대해서는 EVSE가 승인된 DME에 망 접근이나 정보를 제공할 수 있다. PEV는 EVSE 안의 MAC/PHY 브리지로 시설 DER 에너지 관리 시스템(FDEMS)과 직접 교신하거나, 브리지와 인터넷으로 원격 V2G 집합사업자와 교신하거나, 텔레매틱스 사용을 승인받을 수 있다 4.7.1.
PEV는 DER로 참여해 방전할 수 있는 세션 동안 EVSE와의 P2P 통신을 유지해야 한다. EVSE의 DCTE 허가 서비스 승인이 참(TRUE)이 아니면 방전해서는 안 되고, 최소 1초마다 그 승인을 확인해 승인되지 않았으면 방전을 멈춰야 한다. EVSE는 허가하지 않았는데 PEV가 방전하는 것을 감지하면 EVSE 차단기나 그 밖의 적절한 적극적 수단으로 PEV를 계통에서 분리해야 한다. 4.6.6의 관리 정보 전송으로 활성화되는 모든 기능은 허가를 받을 때 켜지는 것이 의도이고, 운전 중 EVSE는 관리 정보를 보내 특정 기능을 켜거나 끌 수 있다 4.7.2.
PEV는 DME에 감시 정보를 제공할 수 있어야 하고 최소한 표 16의 정보를 포함해야 하며, 정보는 응용에 필요한 응답 시간 안에 측정된 최신값이어야 한다 4.7.3. 표 16의 항목은 유효전력(W), 무효전력(var), 상별 전압(V rms), 주파수(Hz), 운전 상태, 접속 상태, 경보 상태, 충전 상태(%), 기준 시각(UTC)이다.
IEEE 1547-2018은 DME가 저장장치의 충·방전율을 지령하는 기능을 정의하지 않는다. 그것은 저장장치의 주된 목적이지만 발전기 관점에서 쓰인 IEEE 1547에는 관련이 없고, 이런 유효전력 제어 기능은 저장장치에 설계되지만 IEEE 1547.1-2020 인증 시험의 일부는 아니다. SAE J2836/3은 사용 사례 U6 '기본 분산에너지자원'을 정의했고, EPRI가 이를 '에너지 저장: 협조 충·방전 관리 기능'으로 채택했으며, IEC 61850-7-420 ED2도 DTCD로 채택했다. IEEE 2030.5는 V2G-AC PEV와 승인 DME 사이에 이 기능에 필요한 통신을 완전히 지원한다 4.7.4.
VM은 SAE U6를 완전히 구현하고 1초마다의 지령 갱신 속도에서 올바른 동작을 검증·확인해야 하며, 이 구현은 J3072 또는 프로토콜 PEV·EVSE 인증 시험에 포함되어야 한다. PEV는 EVSE가 방전을 승인하기 전에는 다른 DME의 방전 관련 관리 정보를 받아들여서는 안 된다 4.7.4. PEV는 운전자가 목표 '충전 필요 시각'과 '목표 SOC'를 지정할 수단을 제공해야 한다. 주차 시 차량에 직접 입력하거나 계산된 기본값 같은 다른 수단이어도 되지만, EVSE 접속 시 PEV는 목표 SOC와 충전 필요 시각을 DME에 제시해야 한다. 유효전력 기능이 켜져 있지 않아도 그렇게 해야 하며, 표 17의 추가 감시 정보는 유효전력 기능이 활성화되지 않았어도 세션 내내 측정·계산되어야 한다 4.7.4.
유효전력 제어의 다른 기능도 있다. IEC 61850-90-7이 정의한 기본 기능 INV4가 SAE U6가 쓰는 지령 구조를 제공하며, U6는 INV4 구조에 표 17의 정보를 더해 DME에 준다. 이 표준은 이제 IEC INV4(IEC DWGC)와 SAE U6(IEC DTCD)에 같은 정보를 요구한다. 두 기능의 지령 구조는 표 18과 같다. 활성 파라미터는 DTCD.FctEna와 DWGC.FctEna, 세션 설정은 둘 다 DTCD:DateTgt와 DTCD:SocUseTgt, 실행 지령은 DTCD.ReqW와 DWGC.ReqW다. VM이 선택지를 제공할 때 운전자가 U6를 켜면 PEV는 충전 목표를 맞추기 위해 필요에 따라 DME로부터의 DER 참여를 자동으로 끊을 것으로 기대되고, INV4를 켜면 DME 지령대로 배터리를 완전히 비울 수도 있다. 협조는 어느 쪽이든 DME에 선택 사항이지만, 협조 없는 PEV의 응답은 다를 수 있다 4.7.4.
PEV는 부록 H의 동적 보정 기능을 구현해야 한다. VRefOfs가 0이면 PEV는 EVSE와의 PoC를 RPA로 쓴다. 0이 아니면 RPA는 지정된 PCC이고 PEV는 PoC에서 측정한 rms 전압으로 PCC의 rms 전압을 계산하는 동적 보정 기능을 써야 한다. 접속 관할 기관이 이 기능으로 PoC 측정값에서 PCC 전압을 추정하는 것을 승인하지 않고 PCC를 RPA로 요구하면 EVSE는 방전을 허가해서는 안 된다 4.7.5.
부록 H가 배경을 설명한다. 볼트-VAR 같은 많은 스마트 인버터 기능과 고·저전압 트립·라이드스루 기능은 PCC에서 측정한 전압에 근거하며, 일부는 rms 전압이 문턱을 넘은 뒤 160 ms 안에 제거를 요구한다. IEEE 1547-2018 4.2는 PCC를 RPA로 정의하고 특정 상황에서 AGIR가 PoC 사용을 허용할 수 있다. DER가 다른 DER·부하와 분기 회로를 공유하면 PoC와 PCC의 전압 오프셋은 동적이고 예측할 수 없다. 시설이 PCC 전압을 직접 재서 각 DER에 보내는 장치를 둘 수 있고 고정 DER는 현장별 해법이 가능하지만, 어느 차량이 어느 장소에 와도 되게 하려면 보안 무선 기술에 의존하는 범용 해법이 필요하고 그것은 표준화 기구의 상당한 작업을 요한다. 그러나 DER가 PCC에 연결된 주 배전반의 전용 분기 회로로 연결되어 있으면, DER가 PoC 측정 전압과 PCC 전압의 오프셋을 동적으로 보정할 수 있다 H.1.
기능은 이렇다. PCC 전압 V_PCC(t)와 PoC 전압 V_PoC(t)에 대해 PEV는 IEC 61850-7-420 ED2가 도입할 전압 기준 유효 설정값 VRefEsp로 V_PCC(t) = V_PoC(t) − VRefEsp(t)를 실시간 계산할 수 있다. 문제는 VRefEsp(t)를 동적으로 구하는 것인데, PoC와 PCC 사이 회로의 저항을 알면 방전 시 전압 상승은 저항 × rms 전류다. 다른 분기 회로의 전류와 송전선 조류가 PCC 전압에 영향을 주지만 관심사는 PCC와 PoC의 차이뿐이고 그것은 주로 분기 회로 저항이 좌우하며, 계량기와 배전반 사이의 공유 구간은 PCC와 같은 전압으로 볼 수 있다 H.2.
IEC 61850-7-420 ED2는 VRefOfs를 PCC와 PoC 사이의 정적 전압 오프셋으로 정의하고 IEEE 2030.5도 정적 설정 파라미터로 포함한다. 동적 보정 기능은 이 VRefOfs를 EVSE가 접속 시 PEV에 정적 선로 저항값을 주는 수단으로 용도 변경한다. J3072에서 VRefOfs는 PEV가 20 A rms로 방전할 때의 PCC-PoC 전압 차로 정의되며, PEV는 VRefOfs/20을 저항값으로 쓴다. EVSE 설치 시 PEV가 20 A로 방전하는 동안 실제로 재거나 알려진 배선으로 계산할 수 있다. 예로 J1772 레벨 2 EVSE 설치에 쓰이는 AWG 8 배선은 20 °C에서 1000 ft당 0.6282 Ω, 정격 40 A·연속 32 A로 240 V에서 7680 W 방전을 지원하며, 50 ft 설치의 VRefOfs는 50 × 0.6282 × 20 / 1000 = 0.6282 V다. VRefEsp(t) = (VRefOfs/20) × 알려진 rms 전류다. EVSE가 현장에 PCC와 PoC 가운데 어느 RPA가 필요한지 정하고, VRefOfs를 0으로 두면 VRefEsp = 0이고 V_PCC = V_PoC다. VRefOfs는 EVSE의 정상 부하를 반영해 조정할 수 있고, PEV의 계산은 인버터 제어 전류와 함께 관리되지 않는 다른 차량 부하의 차이를 반영할 수 있다 H.2.
계통 지원 인버터 시스템은 IEEE 1547-2018과 개정 1(2020년 1월)의 요건을 부록 D의 명확화·예외·수정과 함께 만족해야 한다. IEEE 1547-2018 5장에 대해 카테고리 B, 6장에 대해 카테고리 III여야 하고, IEEE 1547.1-2020에 따라 부록 E의 명확화·예외·수정과 함께 시험되어야 한다. IEEE 1547.1-2020 6장의 상호운용성 시험은 정의된 시스템 유형의 프로토콜 스택으로 UL 1741 SC BEVSE/ISE 또는 동등한 시험 장비를 써서 수행해야 한다 4.8.
VM은 파워트레인 제어나 미끄럼 방지 제어 같은 안전 필수 전자 장비를 설계·생산·시험하는 자동차 산업의 표준과 관행이 온보드 인버터 시스템의 하드웨어·소프트웨어·펌웨어에도 적용되도록 보장해야 한다 4.9. 개별 항목은 자동차 표준을 가리킨다. 퓨즈 등의 접근 덮개는 VM 재량이며 경첩식일 필요가 없고 UL 508에 적합하지 않을 수 있다. 본딩 도체 시험은 J2578, 절연 내전압 시험은 J2344(J2578 부록 B 참조), 감전(전압·저장 에너지)은 FMVSS 305와 J1766의 고전압 절연 감시, 기기 접지는 J1772가 참조하는 UL 2202의 접지선 규격(직류 충전이 있으면 12 V 배터리 접지 근처의 중앙 접지점에 연결, 고전압 부품마다 섀시 본딩 스트랩, 고전압 정·부극 회로는 섀시에서 절연), 절연 감시와 직류 지락 검출은 J1766·FMVSS 305(교류 충전 시 EVSE의 GFCI·CCID, 직류 충전 시 차량 IMD를 끄고 EVSE가 감시), 출력 교류 과전류 보호는 전자적 전류 제한 또는 추가 퓨즈, 배터리 회로는 고전압 속동 퓨즈, 고조파 왜곡은 방전 시를 제외하고 J2894/1·/2 적합과 J2953/1·/2 시험, 사용자·정비자 보호는 J1766의 직접 접촉 방지와 ISO 20653의 관절형 시험 손가락(10 N + 10 %)이다 4.9.1~4.9.10.
부록 D는 IEEE 1547-2018의 각 장을 V2G-AC에 어떻게 적용하는지 정한다. PEV 온보드 인버터 시스템 모델(ISM)은 IEEE 1547-2018과 개정 1을 이 부록의 명확화·예외·수정과 함께 만족해야 한다 D.
핵심은 D.1과 D.11이다. EVSE와 PEV는 독립적으로 제조된 장치이고 시설 운영자가 통합 시스템으로 조달하지 않는다. PEV는 완전한 DER이고 대화형 ISM은 이동하는 PEV 안에 완전히 들어 있어, EVSE에 연결되고 허가받으면 IEEE 1547-2018의 완전한 기능을 수행한다. EVSE는 DME이며 IEEE 1547 범위 밖이다. IEEE 1547 Figure 2의 Local EPS 3이 V2G-AC와 가장 비슷하다 D.1. 시험·검증(11장)에서 형식시험은 설치된 ISM을 가진 PEV를 적절한 EVSE 표준에 적합한 모사 EVSE에 연결해 수행하고, 실제 EVSE를 쓸 수도 있지만 모든 기능이 PEV에서 수행되므로 PEV만 인증하는 것이 의도다. 생산 시험은 IEEE 1547.1-2020 7.1의 과·저전압 트립과 과·저주파수 트립 시험으로 한정된다. 접속 신청 시 현장 운영자는 EVSE 모델은 알아도 어떤 차량이 올지 모르므로 DER 평가는 EVSE만을 근거로 하고, 시운전 시험과 주기 시험은 인버터가 이동하고 EVSE에 인버터가 없으므로 비현실적이며, J3072 절차가 접속마다 실행되는 것이 그 역할을 대신한다. 적합 시험의 기준점은 EVSE 케이블이 차량 인렛에 연결되는 PoC다 D.11.
4장의 세부도 적혀 있다. 비정상 조건의 모든 측정은 차량 인렛에서 이루어지므로 EVSE는 ISM의 정확한 측정을 방해해서는 안 되고, 격리 장치(4.8)는 EVSE 측에 있으며, EMI 방사 내성(4.11.1)과 서지 내성(4.11.2) 시험은 EVSE를 PEV에 연결한 채 J3072 인증의 일부로 수행하고, 지역 접지(4.12)는 EVSE 설치에서 협조한다 D.4. 5장은 카테고리 B로 정역률·볼트-VAR·와트-VAR·정무효전력·볼트-와트를 구현하고 D.5, 6장은 카테고리 III로 하되 ISM은 동적 전압 지원(6.4.2.6)을 제공하지 않으며, '트립'은 출력 복원 규칙(6.4.2.7.1)과 서비스 복귀 기준(4.10)을 제외하면 '여자 중지'와 같은 뜻이다 D.6. 7장 전력품질은 DER(EVSE + ISM)에 적용되고 RPA는 EVSE와 EPS의 접속점이며 방전 모드에 적용된다 D.7. 8장의 의도하지 않은 단독운전 방지는 ISM에 적용되어 J3072 인증 시험에 포함되고 6장의 라이드스루와 공존하며, 의도적 단독운전(8.2)의 협조는 범위 밖이다 D.8. 9장의 2차 망·스팟 네트워크에는 EVSE와 PEV가 9장 요건을 만족하지 않는 한 V2G-EVSE를 설치하거나 방전을 허용해서는 안 된다 D.9. 10장의 정보 교환 요건은 EPS와 DER 사이의 것으로 EVSE 설치에 적용되지 ISM 인증 대상이 아니다 D.10.
부록 E는 IEEE 1547.1-2020에 대해 같은 원칙을 적는다. NOTICE는 UL 1741 Supplement SB가 IEEE 1547.1-2020과 충돌하면 SB를 쓰되, 1547.1의 오류·누락을 고친 개정판이 나오면 그것을 쓰라고 한다. 시험은 모사 EVSE나 적합 EVSE에 연결한 ISM에 수행하고, 여러 유닛이 함께 인버터 기능을 수행하는 PEV 통합 ISM은 인증을 위해 결합 유닛으로 시험하며 구성요소의 생산 시험으로 관련 적합을 보인다 E.4. 상호운용성 시험은 EVSE + ISM 조합에서 수행할 수 있고, 정보 교환이 주로 EVSE-EPS 측이므로 ISM 단위 시험보다 DER 시스템 시험을 쓴다 E.6. 생산 시험은 7.1의 트립 시험으로 한정되고 E.7, 주거용 태양광 인버터처럼 현장별 DER 평가나 시운전 시험은 필요 없으며 E.8, 주기 시험도 비현실적이다 E.9.
부록 C는 NOTICE에서 자신이 SunSpec의 'IEEE 2030.5 V2G-AC Profile Implementation Guide for SAE J3072'로 완전히 대체되었다고 밝힌다. SunSpec 팀이 프로파일을 준비할 때 쓴 문서이며 대부분 맞지만 인식된 오류가 일부 있고 SunSpec 문서가 이제 규범이므로 2021년 3월판을 위해 만든 이 부록은 역사적 참조로만 남는다 C. 그럼에도 구조는 이해에 도움이 된다.
J3072 정보 전달에 필요한 IEEE 2030.5 자원 객체는 넷이다. EVSE에서 하나(DERSettings), PEV에서 셋(DERSettings, DeviceInformation, DERCapability)이다. EVSE는 DER가 아니지만 4.6.3 정보를 주기 위해 DERSettings 객체로 자신을 DER처럼 제시하고, PEV는 HTTP GET으로 이를 받는다. PEV는 EVSE 서버에 세 객체를 HTTP PUT으로 올린다. DeviceInformation에서 mfModel이 ISMN, mfSerNum이 VIN이고, IEEE 2030.5에 없는 인증일과 인증 여부는 mfHwVer·mfInfo에 실린다. DERCapability는 원래 제조 시 정해지는 명판 정보의 객체이지만, IEEE 2030.5가 DERSettings에 넣지 않은 네 항목(과여자·부족여자 역률과 그때의 유효전력)은 장소 제약으로 갱신된 값을 이 객체로 전달해야 한다 C. 이것이 3부 표 3에서 이 네 항목이 구성 정보(C)이면서 61850 명판 용어와 어긋나는 이유다.
SAE J3072-2024를 한 문장으로 요약하면 1부에서 적은 그대로다. 인버터의 성능은 IEEE 1547-2018과 1547.1-2020에 맡기고, 표준 자신은 '어떤 차가 어떤 충전기에 꽂혀도 그 장소에 맞게 설정되고 허가받은 뒤에만 방전한다'는 절차를 정한다. 다섯 편에서 본 요구를 그 관점에서 묶으면 네 갈래다.
표준이 비워 둔 것도 분명하다. EVSE-EMS 통신, ISO 15118-20의 파라미터, 유틸리티가 ISMN 승인을 확인하는 방법, PCC 전압의 범용 무선 전달, 의도적 단독운전의 협조는 모두 밖에 있다. 한국에서 V2G-AC를 제도화한다면 이 표준이 답한 것(충전기가 문지기, 절차의 순서, 불일치는 0)과 비워 둔 것(승인 데이터베이스, EMS 연계)을 나누어 보는 것이 출발점이다. IEEE 2800이 송전 접속 IBR의 성능을 '무엇을 할 수 있어야 하는가'로 정했다면, J3072는 배전 접속 이동형 IBR의 '언제 해도 되는가'를 정한 표준이다.