가상 보호 계전기는 보호 및 제어의 미래인가?
[Are Virtual Protection Relays the Future of Protection and Control?]
조 스티븐슨(Joe Stevenson)
The Relay Newsletter, Protection Testing | 2025년 12월 18일
만약 보호 계전기가 서버 안에서 동작한다면 어떨까요? 가상 보호 계전기(Virtual Protection Relays, VPR)는 바로 그 아이디어를 현실로 만들고 있습니다. 이 개념은 미래적으로 들리며, 보호 엔지니어링이나 계전기 시험 분야에 종사하는 사람들에게는 야심 차거나 심지어 위험하게 느껴질 수도 있습니다. 그러나 진짜 질문은 VPR이 보호 및 제어 기술의 다음 단계인가 하는 점입니다. 이를 이해하려면, VPR이 어떻게 작동하는지, 무엇을 요구하는지, 그리고 실제 성능은 어떤지 냉정하게 살펴볼 필요가 있습니다.
IT와 OT가 만나는 지점에 보호 기능을 배치하다
수십 년 동안 보호 시스템은 물리적 장치에 의존해 왔습니다. 처음에는 퓨즈, 그다음에는 전자기식 계전기, 그리고 이후에는 마이크로프로세서 기반 계전기가 고전압 설비에서 발생하는 전기적 고장이 대형 사고로 확대되는 것을 막아왔습니다.
VPR에서는 계전기가 서버에서 실행되는 가상 머신 내부의 소프트웨어가 됩니다. 이 가상 머신은 하이퍼바이저에 의해 생성·관리되며, 하이퍼바이저는 서버 내에서 CPU, 메모리, 저장소, 네트워크 자원을 여러 가상 워크로드에 할당하는 특수한 시스템 계층입니다. 물리적인 계전기 섀시는 사라지지만, 제조사가 설계한 핵심 디지털 특성—독자적인 로직, 보호 알고리즘, 동작 특성—은 그대로 유지됩니다.
실질적인 장점은 **통합(consolidation)**입니다. 고성능 서버 한 대가 여러 개의 가상 머신을 호스팅할 수 있고, 각 가상 머신은 하나의 VPR을 실행하며 독립적인 보호 시스템처럼 동작합니다. 이론적으로 이러한 전환은 변전소 OT에 동일하거나 더 나은 보호 성능을 제공하면서도, 하드웨어 규모를 줄이고, 업그레이드를 단순화하며, 운영·유지보수(O&M) 비용을 낮출 수 있습니다.
하드웨어는 줄지만, 부담이 사라지는 것은 아니다
하지만 이러한 이점은 저절로 생기지 않습니다. VPR 구현은 견고하고 의도적으로 설계된 인프라에서 시작됩니다. 서버는 변전소 환경에 적합하게 제작되어야 하며, 변전소가 고온·저온·먼지·전기적 잡음에 노출된다는 점을 고려해 IEC 61850-3, IEEE 1613과 같은 표준을 충족해야 합니다.
서버 내부에서는 가상화를 지원하는 프로세서가 필요하고, 비트 오류를 방지하기 위한 ECC 메모리가 요구되며, 전원공급장치는 이중화되어야 하고, 열 설계는 지속적인 부하에서도 열을 효과적으로 방출할 수 있어야 합니다. 저장 장치 또한 중요합니다. RAID와 같은 중복 디스크 구성은 장애에 대한 복원력을 제공하고, 문제가 발생했을 때 플랫폼의 신뢰성을 유지하는 데 도움을 줍니다.
이 모든 것은 신뢰할 수 있는 통신이 없다면 의미가 없습니다. 바로 이 지점에서 네트워크가 복잡성을 더합니다. VPR은 IEC 61850 GOOSE, 샘플값(Sampled Values)과 같은 디지털 프로토콜에 의존하며, 이는 결정론적이고 이중화된 이더넷 토폴로지를 요구합니다. IEC 62439-3에 정의된 병렬 이중화 프로토콜(PRP)은 두 개의 네트워크로 동시에 트래픽을 전송함으로써 무중단 전환을 보장합니다.
정밀 시간 프로토콜(IEEE 1588)은 머징 유닛과 보호 로직이 시간적으로 정확히 동기화되도록 하여, 시스템에 대한 일관된 시각을 바탕으로 판단이 내려지게 합니다. 깨끗한 시간 도메인, 정확히 관리된 네트워크 인터페이스 매핑, 스테이션 버스와 프로세스 버스 간의 신중한 분리는 신뢰성 있는 운영을 떠받치는 보이지 않는 기반이 됩니다.
사고방식과 운영 방식의 전환
인프라가 바뀌는 만큼, 엔지니어의 일상적인 경험도 달라집니다. 전면 패널 표시등, 물리적인 케이블 및 배선 단자, 버튼 대신, HMI와 브라우저 기반 대시보드를 활용한 네트워크 중심의 인터페이스로 상호작용하게 됩니다.
설정 작업은 IT와 OT 업무가 결합된 형태가 됩니다. 하이퍼바이저 설치 및 보안 강화, 가상 머신의 프로비저닝과 패치 관리, 저장소 및 네트워크 인터페이스 구성, 사이버보안 정책 적용 등이 포함됩니다. 문화적 영향도 무시할 수 없습니다. 성공을 위해서는 보호 엔지니어와 IT 전문가가 동등한 파트너로 협력하고, 서로의 언어를 이해하며, 설계·배포·운영 전반에 대한 책임을 공유해야 합니다.
속도와 신뢰성은 어떠한가?
현업 종사자들이 가장 먼저 묻는 질문은 성능이며, 이는 매우 타당한 우려입니다. 계전기가 빠르고 예측 가능하게 트립하지 않는다면, 다른 모든 것은 의미가 없기 때문입니다. 비교 시험 결과는 안심할 만한 그림을 보여줍니다.
고장 유형과 크기에 따라 다르지만, VPR은 전자기식 계전기는 물론 현대의 마이크로프로세서 기반 계전기보다도 더 빠른 동작 시간을 보이기도 했으며, 그렇지 않은 경우에도 전통적인 보호 장치와 유사한 응답 특성을 보여 보호 기준을 충분히 만족합니다.
이더넷 트래픽이 상당히 많은 상황에서도, 결정론적인 경로와 정확한 시간 동기화가 유지된다면 VPR은 신뢰성 있는 동작을 지속해 왔습니다. 즉, 속도 자체는 문제가 아닙니다. 진짜 도전 과제는 계전기를 둘러싼 생태계—이를 호스팅하는 서버, 메시지를 전달하는 네트워크, 그리고 이 모든 것을 조율하는 다학제적 협업—에 있습니다.
비전
표준화와 라이프사이클 관리의 관점에서 보면, VPR의 실용성은 더욱 분명해집니다. 노후화된 인프라와 제한된 예산에 시달리는 전력회사는, 다양한 물리적 계전기 군을 보호 기능을 표준화된 애플리케이션으로 실행하는 소수의 서버로 대체할 수 있습니다.
이러한 통합은 업그레이드를 단순화하고, 중앙 집중식 패치 및 설정 관리를 가능하게 하며, 로그·설정·컴플라이언스 및 분석을 위한 증거를 통합함으로써 데이터 기반 운영을 강화합니다. 또한 분산된 개별 장치보다 가상 플랫폼에서 훨씬 쉽게 구현할 수 있는 시뮬레이션, 통합, 자동 보고와 같은 미래 디지털 도구의 기반을 마련합니다.
결론
VPR의 이점은 절제된 설계와, 플랫폼의 융합적 특성을 반영한 절차·시험·교육으로 뒷받침하는 조직에만 주어집니다. 궁극적으로 실험실에서의 멋진 시연과 현장 수준의 신뢰성을 가르는 요소는 초기 파일럿 프로젝트, 관련 표준의 엄격한 준수, 그리고 보호 팀과 IT 팀 간의 공동 책임입니다.
신중한 접근은 하나의 변전소에서 시작하여, 트립 성능과 장애 전환 거동에 대한 명확한 성공 기준을 설정하고, 아키텍처·역할·사이버보안 상태·시험 계획·롤백을 포함한 공동 운영 지침(runbook)을 마련하는 것일 수 있습니다.
VPR을 마법이나 광기로 보지 말고, 잠재력은 크지만 요구 수준도 높은 기술로 받아들이는 것이 바람직합니다. 신중한 엔지니어링과 협업적인 실행이 뒷받침된다면 충분한 보상을 가져올 수 있는 개념입니다.
추가 읽을거리 및 출처
이 블로그는 Doble Engineering의 Jose Ruiz, Bryan Gwyn, 그리고 전 Dell Technologies 소속 Montie Smith가 저술한
“Virtual Protection Relay: Myth or Reality on this Generation?”
논문의 통찰과 데이터를 바탕으로 작성되었습니다.
가상 보호 계전기(VPR) 요약
가상 보호 계전기(VPR)는 기존의 물리적 보호 계전기를 서버에서 실행되는 소프트웨어 형태로 구현한 기술로, 보호 및 제어 분야의 차세대 대안으로 주목받고 있다. VPR은 하이퍼바이저 기반 가상 머신에서 동작하며, 기존 제조사의 보호 알고리즘과 동작 특성을 그대로 유지한다.
주요 장점은 보호 계전기의 통합이다. 고성능 서버 한 대로 여러 보호 기능을 수행할 수 있어 하드웨어 수를 줄이고, 업그레이드와 유지보수를 단순화하며, 운영·유지보수 비용 절감이 가능하다. 또한 중앙 집중식 설정 관리, 로그 통합, 데이터 기반 운영, 향후 디지털 도구 도입에 유리하다.
그러나 구현 난이도는 높다. 변전소 환경에 적합한 산업용 서버, 이중화 전원과 저장장치, 결정론적·이중화 이더넷(PRP), 정확한 시간 동기화(IEEE 1588) 등 견고한 인프라가 필수적이다. 네트워크와 시간 동기화 품질이 보호 성능의 핵심 요소가 된다.
운영 방식의 변화도 요구된다. 엔지니어는 물리적 패널 대신 HMI와 웹 기반 인터페이스를 사용하며, 보호 엔지니어와 IT 인력이 긴밀히 협업해야 한다. IT와 OT의 융합이 성공의 전제 조건이다.
성능 측면에서 VPR은 기존 전자기식 및 마이크로프로세서 계전기와 동등하거나 더 빠른 동작 시간을 보였으며, 올바른 아키텍처 하에서는 신뢰성도 충분히 확보된다. 문제는 계전기 자체가 아니라 이를 둘러싼 서버, 네트워크, 운영 체계다.
결론적으로, VPR은 마법 같은 해결책은 아니지만, 표준 준수·철저한 시험·교육·초기 파일럿 적용과 같은 신중한 접근이 뒷받침된다면 보호 및 제어 시스템의 유망한 미래 기술이 될 수 있다.
