스마트 그리드 시스템은 신뢰성 측면뿐 아니라 성능과 기능성 측면에서도 긴 수명을 보장해야 하므로 엔지니어들에게 많은 설계상의 과제를 제기한다. 게다가 스마트 그리드 제품을 설계하는 디자이너들은 변화하는 다양한 최신 표준을 준수해야 할 뿐만 아니라 향후에 필요할 수 있는 업그레이드와 업데이트가 가능하도록 대비해야 한다. Altera의 Cyclone짋 V FPGA와 Cyclone짋 V SoC 제품군은 이러한 스마트 그리드 장비의 설계 과제를 해결해준다.



글 | 존 존슨(John Johnson), 시장 개발 매니저
산업용 사업부, 알테라 코퍼레이션

기존의 전력망 인프라는 근본적으로 비효율적이며 갈수록 노후 되고 있고 환경적으로 유해한 측면을 포함하고 있다. 장비 노후화, 비효율, 부적절한 제어/모니터링으로 인한 정전은 이 인프라가 지역사회에 오히려 해를 끼칠 수 있다. 표준화 기관과 엔지니어가 이러한 과제를 해결하기 위해 나섰으며, 이러한 문제를 해결할 수 있다고 확신한다. “스마트 그리드”라고 하는 것은 바로 이와 같은 많은 해결책을 구현하고 있는 것이다. 스마트 그리드 시스템은 신뢰성 측면뿐 아니라 성능과 기능성 측면에서도 긴 수명을 보장해야 하므로, 이들 엔지니어에게 많은 설계상 과제를 제기한다. 알테라의 FPGA와 SoC는 스마트 그리드 엔지니어를 위해 뛰어난 신뢰성, 성능, 유지보수 용이성, 출시시간 단축, 비용 절감을 달성할 수 있는 기술을 제공한다.



스마트 그리드
그림 1은 전력 생산, 송배전(Transmission and Distribution, T&D), 소비자로 이루어진 첨단 전력 공급 아키텍처를 보여준다. 스마트 그리드는 재생 에너지원, 에너지 저장 기능, 계측 기능(소비자 미터링 및 전력망 성능 분석 등) 등과 같은 새로운 기술을 포함함으로써 많은 측면에서 기존 시스템과는 차이가 있다. 스마트 그리드를 최적으로 제어하기 위해서는 포괄적인 통신 및 전기 전력 네트워크, 계통(grid) 파라미터의 면밀한 모니터링 및 제어, 신뢰성과 보안을 달성하기 위한 조치들을 필요로 한다.

전력 생산
전기 전력 생산을 위해서는 에너지 변환을 필요로 한다. 가장 주된 전력 생산 기법은 화학적 방식 또는 원자력 방식으로 생산된 증기로부터 제공되는 에너지를 활용하는 것이다. 터빈이 이 증기를 이용해서 발전기를 동작시킴으로써 에너지 변환 사슬이 완료된다. 열-증기-터빈-발전기를 거치는 과정이 환경적으로 중대한 영향을 미칠 뿐 아니라, 근본적인 비효율의 요인이 되고 있다. 이 과정에서 변환 손실은 활용되지 못한 열에너지가 굴뚝을 통해서 빠져나갈 때 발생된다. 이와 달리 풍력 및 수력 발전은 기계적 에너지를 직접적으로 전기 전력으로 변환하는 것이며, 태양광(PV) 어레이는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 것이다. 계절에 따라, 또 하루 중 시간대에 따라 전기 수요량이 유동적이므로 시간대에 따라서 적절한 양의 전력을 생산할 수 있는 것이(피크 전력 수요 관리) 전력망 성능의 매우 중요한 지표라고 할 수 있다. 가용 전력을 적절하게 관리하지 못하는 것은 신뢰성, 효율, 경제성에 영향을 미치기 때문이다. 전력회사들은 피크 전력 수요 관리를 향상시킬 수 있는 것을 스마트 그리드 구현의 중요한 이점으로 보고 있다.

T&D
전력 발전은 인체에서 “심장”에 비유하고 전송 라인은 “동맥”에 비유한다면, 컨트롤러, 계측 장비, 센서, 통신 채널 등의 인프라로 이루어진 변전소(substation) 및 제어 센터 네트워크는 스마트 그리드의 “뇌”라고 할 수 있다. T&D 인프라는 에너지 공급 이외에도 전력망 보호, 최적화, 제어, 모니터링, 진단, 보안 등의 여러 가지 역할을 한다. 많은 중추적 스마트 그리드 표준에서는 변전소 자동화와 변전소 및 전송 라인으로 이루어진 네트워크의 통신 및 제어에 관해서 정의하고 있다. FPGA와 SoC는 뛰어난 신뢰성, 유연성, 성능을 앞세워 T&D 장비에 점점 더 많이 사용되고 있다. 이러한 특성은 전력망 표준이 계속해서 진화하고 있으므로 특히 중요하다.

AMI
전력 사용량을 측정할 수 있는 계량기(와트미터)는 전력망이 탄생한 이래로 전력망의 핵심 요소로 자리잡고 있다. 처음에는 사람이 직접 측정하다가, 이후에는 디지털 와트미터를 사용해 소비자 사용량 데이터를 수집하고 통신할 수 있게 됐다. 1990년대부터는 전력회사들이 소비자에게 새롭게 설치된 네트워크를 통해서 2-웨이 통신을 제공할 수 있는 “스마트” 전력량 미터를 설치하도록 장려했다. 이러한 스마트 미터는 소비자가 자신의 전기 서비스 레벨을 선택할 수 있도록 함으로써 수요자 측에서의 관리를 가능하게 했다. 예를 들어 AMI (Advanced Metering Infrastructure)를 이용하는 전력회사는 피크 시간대에 전기온수기의 전력 공급을 차단할 수 있다. 이렇게 하는 대신에 전력회사는 소비자에게 유리한 요금제를 적용할 수 있다. 이와 같은 미터 네트워크가 정전 범위 등과 같이 전력망 상태에 관해서 전력회사로 즉각적인 피드백을 제공할 수 있으므로 전력회사가 소비자를 위해서 서비스에 더 빠르게 대응할 수 있고 대규모 정전사태를 방지하는 등 더 나은 서비스를 제공할 수 있다.

마이크로그리드 및 국지적 전력 생산
마이크로그리드는 소형 발전기와 전송 라인 네트워크로 이루어져 한정된 지역의 소비자에게 전력을 공급하는 것을 말한다. 이 기법은 새로운 패러다임은 아닌데, 에너지 공급자가 마이크로그리드 네트워크 등을 이용해서 전력 인프라를 완벽하게 분산시킴으로써 전력망 결함의 영향을 극히 한정적인 부위로 제한할 수 있다. 마이크로그리드 시스템은 전력망의 손상된 부분을 격리시킬 수 있으며, 한편으로 전체적인 전력 공급 인프라는 그에 상관없이 계속해서 작동할 수 있다. 마이크로그리드를 네트워크로 연결함으로써 전력 공급자가 손상된 구역을 수리할 때까지 전력 공급을 우회함으로써 부분적인 손상에 대응할 수 있다. 이와 달리 중앙 집중적 토폴로지는 제어 또는 장비에 결함이 발생하면 정전사태가 확산돼 극단적인 경우에 대규모 정전사태를 초래할 수 있다.
지난 10여년 사이에 소비자들이 계통연계형(grid-tied) 장비들을 구매하고 작동하는 사례가 늘고 있다. 예를 들어 지난 18개월 사이에 PV 패널의 와트당 비용이 수십 분의 일로 떨어짐으로써 계통연계형 태양광 어레이를 개인적으로 소유하는 경우가 점점 더 일반화되고 있다. 이러한 소비자들은 여분의 전기를 전력회사에 되팔 수 있다. 계통연계형 태양광 인버터가 공공 전력망에 연결돼 있는 경우 엄격한 요구들을 충족해야 한다(이를 “그리드 코드”라고 한다).

핵심 스마트 그리드 표준
1990년대 중반까지는 에너지 공급자들이 호환성이 있는 장비를 설치할 수 있도록 하는 어떤 국제 전력망 표준도 존재하지 않았다. 하지만 제어와 유연성을 향상시키기 위해서 전력망이 전송 라인으로 이루어진 단일 네트워크에서 통신과 전력 분배로 이루어진 네트워크 쌍으로 전환해야 하는 필요성이 대두됐다. 국제전기기술위원회(IEC)에서는 변전소 아키텍처, 통신, 보안, 타이밍 및 동기화에 대해서 정의한 일련의 핵심 전력망 표준을 개발했다. 어떤 전력망 표준는 완전히 새로운 것이기도 한데, IEC는 기존 표준들을 차용하는 현명한 방법을 선택했다.

통신: IEC 61850
이러한 작업은 1995년에 IEC 61850 표준 “Communication Networks and Systems in Substations(변전소의 통신 네트워크 및 시스템)”에서 시작됐다. 이 표준은 IEC, 미국표준협회(ANSI), 기타 관계자들이 협력해서 변전소를 새로운 방식으로 제어할 수 있도록 하기 위해서 견고한 통신 네트워크와 자동화를 가능하게 하는 프레임워크를 구축하는 것에 관해 정의한 것이다. IEC 61850이 도입되기 전까지는 전력망 인프라 장비 설계자가 어떠한 공통의 국제 표준도 이용할 수 없었다. 전력회사들은 각기 다른 업체들 사이에 상호운용성(interoperability)은 불가능한 것이라고 생각했고 동일한 업체라 하더라도 장비를 업그레이드하는 일은 악몽에 가까웠다.
IEC 61850 표준이 도입되고 난 후로 시스템 지식이 축적되고 요구사항이 변화함에 따라 수력발전, 태양광 발전 플랜트, 분산 에너지 자원 등과 같은 분야들을 포함하도록 기능들을 점진적으로 추가함으로써 이 표준의 범위와 기능성이 확대되고 정교화 됐다.



내부적인 변전소 인프라 관점에서 IEC 61850 표준은 하드와이어 구현을 광케이블을 통해 통신하는 변전소 장비 네트워크로 교체함으로써 상호운용성, 유연성, 제어를 가능하게 한다(그림 2). 그런데 이러한 네트워크는 유연성과 상호운용성에 관련된 다수의 문제를 해결하는 한편 새로운 과제를 제기한다. 예를 들어 이 표준은 낮은 지연시간의 구리 와이어 배선을 광 네트워크(및 그에 따른 통신 하드웨어 및 통신 스택 층)로 교체한다. 이 네트워크를 가능하게 하기 위해서 IEC 61850은 지연시간을 낮추기 위해 통신 스택 층을 우회하는 특수한 메시징을 지원한다(그림 3). 이 특수 구현은 2개 애플리케이션이 공유하는 시간적으로 중요한 정보(Generic Object-Oriented Substation Events: GOOSE 등)를 담고 있는 메시지를 3 ms 이내에 전달할 수 있다. 계측 장비에서 제공하는 정보(샘플링 값 등)에 대해서도 같은 방식을 적용한다.
IEC 61850 같은 변전소 자동화 표준에서는 하나의 결함 지점이 시스템 오작동을 일으키지 않도록 할 것을 규정하고 있다. 그러므로 변전소 아키텍처는 모든 미션 크리티컬(mission critical) 구성요소에 대해 이중화를 적용한다. 또한 변전소 시스템 엔지니어가 표 1에서와 같은 복구시간 요구(결함이 발생했을 때, 이를 감지하고 변전소 서비스를 복구하는 데 걸리는 시간)를 충족해야 한다.



통신: IEC 62439
그림 3에서 보는 바와 같이 특수 통신 스택과 함께 IEC 61850-90-4 규격에서는 이러한 요구들을 충족할 수 있게 하기 위해서 IEC 62439-3, High Availability Automation Networks-Part 3의 부분들을 사용할 것을 규정하고 있다. 이 표준의 Clause 4에서는 그림 4에서와 같은 PRP
(Parallel Redundancy Protocol)에 대해서 기술하고 있으며, Clause 5에서는 그림 5에서 보는 것과 같은 HSR(High-Availability Seamless Redundancy)에 대해서 기술하고 있다. 일부 T&D 장비 설계자가 처음에는 유연성 측면의 이점에서 FPGA와 SoC를 기반으로 전력망 통신 제품을 구현하기 시작했고, 현재는 10/100 이더넷에서 기가비트 이더넷(GbE)으로 전환하는 추세가 가속화함에 따라 성능과 경제성 측면의 이점에서 이들 디바이스를 이용하고 있다.



이들 네트워크는 중복(redundant) 이더넷과 결함 조건으로부터의 제로 복구 시간을 가능하게 하므로 표 1에서 열거한 요구를 충족할 수 있도록 한다. PRP 노드는 2개의 전적으로 독립적인 병렬 네트워크로 연결된다. 각각의 노드가 동일 패킷의 2개 사본을 전송하면 수신 노드는 첫 번째 패킷을 수신하고 두 번째 것은 폐기한다. HSR 노드는 2개의 동일한 인터페이스가 링 구조로 이루어진 것이다. 소스 노드가 두 포트 모두로 패킷을 전송한다. 각각의 노드가 수신되지 않은 프레임을 A 포트에서 B 포트로, 또는 그 반대로 릴레이 한다. 소스 노드는 프레임을 수신하고서 링크로 주입했던 프레임을 제거한다.

보안: IEC 62351
IEC 62351 표준 “Power Systems Management and Associated Information Exchange(전력 시스템 관리 및 관련 정보 교환)”은 IEC 61850을 구현하고 있는 변전소의 사이버 보안에 대해서 정의하고 있다. 변전소 자동화(IEC 61850)와 함께 사이버 보안이 스마트 그리드의 아주 중요한 문제로 부상하고 있다. 전력망의 통신이나 동작을 가로채거나 공격하려고 하는 시도를 알아채고 막아낼 수 있는 조치를 강구하는 것이 스마트 그리드 설치 시 중요한 고려사항이다. 표준화 기관과 관련 업체에서 마땅히 그래야 하는 것으로서 사이버 보안에 대해서 관심을 높이고 있는 한편, IEC 62351을 향상시키고자 하는 노력이 계속되고 있다. 일례로 에너지 엔지니어링 회사인 ABB의 엔지니어들은 “IEC 62351은 전반적으로 훌륭한 출발점을 제공하며 앞으로 안전한 IEC 61850 통신을 달성할 수 있도록 하는 핵심적인 표준으로 자리잡을 것으로 본다. 하지만 현행 표준은 몇 가지 개선해야 할 점이 존재하며 IEC 62351이 폭넓게 도입되고 채택되기 위해서는 몇 가지 과제를 해결해야 할 것”이라고 말한다.
또 그들은 “IEC 62351이 폭넓게 채택되기 위해서는 이 표준이 상호운용성, 성능, 관리 용이성에 어떻게 영향을 미치느냐에 달려 있다”고 말했다. 다행히 FPGA와 SoC를 채택하는 스마트 그리드 장비는 진화하는 표준 환경 속에서 하드웨어를 구현할 때의 어려움을 덜어준다.

동기화: IEEE 1588-2008
IEEE 1588-2008 “Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control System(네트워크화된 측정 및 제어 시스템의 정밀 클록 동기화 프로토콜에 관한 표준)”은 LAN 통신 또는 WAN 통신을 통한 시스템 동기화에 관한 표준으로서 폭넓게 채택되고 있는 표준이다. 무선 시스템은 IEEE 1588-2008 PTP(Precision Time Protocol)를 이용해서 국부 발진기를 동기화함으로써 통화가 끊어지지 않고 기지국 사이의 핸드오프가 이루어질 수 있다. 이 표준은 산업용 생산 라인 장비 동기화에 수년 전부터 이용돼 왔다. 전력망을 최적으로 신뢰할 수 있게 모니터링, 제어, 작동하기 위해서는 동기화가 매우 중요하다. 전력망 장비는 IEEE 1588-2008을 이용해서 계측 장비들이 정확히 동시에 전력망 파라미터 스냅샷을 취하고 전류와 전압 사이의 관계를 유지할 수 있도록 한다. PTP는 이더넷을 통한 마스터-슬레이브 프로토콜을 이용해서 클록 동기화가 이루어지도록 한다. IEEE 1588-2008은 그림 6에서 보는 바와 같은 프로토콜에 따라 슬레이브 클록으로 시간에 따른 마스터 클록의 속성을 전송한다.



FPGA 및 SoC를 이용한 스마트 그리드 응용
IED(Intelligent Electrical Device)가 등장하고 스마트 그리드를 “스마트”하도록 해야 할 필요성이 대두됨으로써 전력망 장비가 신호 처리, 통신 관리, 전용 하드웨어 블록, 기타 주변장치를 포함하게 됐다. 기존 시스템은 이들 기능을 위해서 디지털 신호 처리기(DSP), CPU, FPGA를 이용했다. 오늘날에는 FPGA의 성능과 통합 수준이 높아짐에 따라 다수의 스마트 그리드 애플리케이션이 FPGA를 이용해서 이 모든 블록을 구현할 수 있게 됐다.

전력 생산: 재생 에너지
그림 7은 3상 전력을 제공하는 계통연계형 태양광(PV) 어레이 인버터의 예이다. 주요 블록으로는 전력 스테이지, 라인 필터링/컨디셔닝, 계측(센서 및 아날로그 신호 경로), 제어, 마이크로프로세서를 포함한다. PV 인버터는 패널로부터의 고전압 직류(DC)를 “그리드 코드”를 충족하는 교류(AC)로 변환한다. 그리드 코드는 파형 품질(고조파 성분, 위상 동기화 등)과 안전성(전력망 중단에 어떻게 대처할 것인가 등) 등에 대해서 정의하고 있다. 패널 크기를 최소화하고 비용을 낮추기 위해서는 인버터가 효율적으로 동작해야 한다(최근 몇 년 사이에 패널 가격이 빠르게 낮아지고 있으므로 인버터가 현재 솔루션 비용 중에서 상당한 비중을 차지하게 됐다). 이러한 효율은 인버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)에 이용되는 알고리즘을 얼마나 잘 구현하느냐에 따라 크게 좌우된다. MPPT는 주변 온도라든지 패널 조사량 등과 같은 외부적인 요인에 따라 어레이의 동작 포인트를 조절하는 기능이다.
인버터는 출력 파형이 엄격한 고조파 성분 요구를 충족하도록 해야 한다. 파형 스펙트럼 순도에 영향을 미치는 요인으로는 DC/AC 컨버터 토폴로지와 라인 필터링이 포함된다. 라인 필터 인덕터는 많은 경우에 인버터에서 가장 크기가 크고 가격이 비싼 부품이다. 오늘날 인버터는 멀티레벨 IGBT를 이용해서 고조파 성분을 낮추도록 한다. 라인 필터 요구를 낮추기 위해서는 인버터가 전력 스테이지를 아주 높은 스위칭 주파수로 작동함으로써 효율은 다소 떨어지지만 라인 필터 요구를 크게 낮출 수 있다.



T&D: 변전소 자동화
그림 8은 컨트롤러, HMI(Human Machine Interface), 특수 스위치, IED, 통신 네트워크와 이에 수반되는 스위치, 스위치야드 장비(릴레이, 머징 유닛(merging unit, MU), 베이 유닛(bay unit) 등)를 비롯해 변전소를 구성하는 요소를 보여주고 있다. IED는 보호(릴레이, 스위치, 리클로저 등) 및 모니터링(파워 미터 등) 등의 기능을 구현한다. IED는 베이 유닛에 탑재되고, 컨트롤러, HMI(통상적으로 산업 등급 컴퓨터), (제어 센터와 다른 변전소로 이어지는) 통신 게이트웨이로 연결된다. 선택적 프로세스 버스를 이용해서 이들 베이를 스위치야드에 설치된 장비들로 연결할 수 있다. 만약 프로세스 버스를 생략하는 구현이라면 하드 와이어링을 이용해서 스위치야드 장비와 베이 장비를 연결할 수 있다. 변전소 아키텍처는 모든 중요한 기능에 대해서 이중화된 장비를 이용해서 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다. 기타 설계상의 고려해야할 사항은 사이버 보안과 동기화이다.
그림 9는 복잡한 첨단 디지털 제어 전송 릴레이를 보여준다. 이 릴레이는 라인 또는 버스 바(bus bar) 상의 전압/전류 파형을 샘플링 및 프로세싱하고 프로그램된 결함 프로파일에 따라서 의사결정을 내린다. 릴레이는 전송 라인 및 버스 바를 보호하고, 리클로즈하고, 모니터링하고, 제어한다. Cyclone V SoC는 높은 통합 수준과 유연성을 바탕으로 높은 신뢰성을 제공하므로 변전소 IED에 이용하기에 적합하다. PRP 및 HSR 네트워크가 갈수록 일반화되고 있으므로 Cyclone V SoC를 이용하면 PRP/HSR(최대 GbE)을 편리하게 통합할 수 있으므로 PRP/HSR 브리지/레드박스가 필요 없게 된다. 릴레이는 또한 자체 진단 검사를 실시하고, SCADA(감시 제어 및 데이터 포착), PRP/HSR, 기존 필드 버스를 통해서 변전소 컨트롤러, HMI, 다른 변전소들과 통신한다.



그림 10은 변전소 컨트롤러의 예를 보여준다. 하드웨어로는 프로세서, 통신 포트(하나 이상의 PRP/HSR 포트 포함), 동기화 메커니즘(IEEE 1588-2008 또는 1 pps 신호를 수용할 수 있는 타이밍 카드), 아날로그 및 디지털 카드를 수용하는 백플레인을 포함한다. 소프트웨어는 실시간 운영체제(RTOS)와, 변전소를 자동화하는 애플리케이션 코드를 실행하기 위한 것으로서 IEC 61131-3(Programming Programmable Logic Controller) 기반 프로그램을 실행하는 원시 코드를 포함한다.

T&D: 전력망 통신
그림 11은 알테라의 스마트 그리드 설계 파트너 업체인 Flexibilis 사에서 내놓은 제품으로서 HSR, PRP, IEEE 1588-2008을 지원하는 4포트 이더넷 스위치다. 이 디자인은 8포트로 확장이 가능한 4포트 스위치이다. 이 스위치는 10/100/1000 이더넷, IEC 62439-3에 따른 PRP/HSR 구현, IEEE 1588-2008을 지원하며 외부 메모리가 필요 없다. 전송 릴레이 같은 다른 변전소 자동화 장비는 Cyclone V SoC를 이용함으로써 이 구현에 다른 기능들을 통합할 수 있다.



T&D: 계측
그림 12와 그림 13은 PMU(Phasor Measurement Unit) 및 파워 미터의 아키텍처 예를 보여준다. T&D 사업자는 전류/전압 파형과 기타 전력망 성능 파라미터를 기록하기 위해서 T&D 네트워크 전반에 걸쳐 PMU를 설치한다. GPS 리시버가 T&D 네트워크 전체에 걸쳐서 모든 PMU의 동기화가 이루어지도록 함으로써 포착되는 신호의 위상 관계를 유지할 수 있도록 한다. PMU는 무선으로 또는 전력선 캐리어 기반 링크를 이용해서 변전소 및 제어 센터와 통신한다. 파워 미터 역시 유사한 데이터를 포착하나, 파워 미터는 T&D 전송 라인 네트워크 상에 흩어져 있는 것이 아니라 통상적으로 변전소 안에 설치된다. 이러한 이유에서 파워 미터는 통신을 위해서 PRP/HSR 이더넷을 이용하며 동기화를 위해서 IEEE 1588을 이용한다. 파워 미터는 정교한 GUI를 제공한다.



전력망 전자 장비의 설계 고려사항
설계자는 변전소 장비에 대한 요구사항을 충족하기 위해서 까다로운 과제를 해결해야 한다. 이러한 장비는 긴 수명을 보장해야 하므로(그림 14) 신뢰성, 업그레이드 용이성, 교체 용이성에 대한 요구가 매우 높다(표 2).
신뢰할 수 있는 디자인을 달성하기 위해서는 시스템이 적정한 동작 마진을 이용해서 동작하도록 하고 통합 수준을 높임으로써 MTBF(Mean Time Between Failure)를 낮추고 FIT(Failure In Time)를 향상시키도록 해야 한다. 변전소 애플리케이션에 이용하도록 개발된 제품들은 철저하게 테스트를 거치겠지만 긴 제품 사용 수명과 계속해서 진화하는 표준 때문에 업그레이드를 해야 할 필요가 있을 수 있다. IEC 61850 표준 적합성은 교체 용이성에 관련된 문제를 해결할 수 있도록 한다.

[표 2] 스마트 그리드 장비의 설계 고려사항

설계 고려사항	기법	원칙	Altera FPGA 및 SoC 솔루션
신뢰성	통합	부품 수를 낮춤으로써 MTBF와 FIT를 향상시킬 수 있다.	Cyclone V SoC는 변전소 장비에 이용하도록 가장 높은 통 합 수준을 제공한다(그림 7, 그림 9, 그림 10, 그림 11, 그림 12, 그림 13 참조).
	이중화	IEC 61850 표준에서는 어떤 한 지점에서 결함 이 발생하더라도 변전소가 계속해서 동작할 수 있도록 할 것을 요구하고 있다.	Cyclone V SoC는 변전소 장비에 이용하도록 가장 높은 통 합 수준을 제공한다(그림 7, 그림 9, 그림 10, 그림 11, 그림 12, 그림 13 참조).
서비스 수명	업그레이드 용이성	계속해서 변화하는 표준과 긴 서비스 수명때문 에 장비를 업그레이드해야 하는 필요성이 생길 수 있다.	FPGA는 단순한 소프트웨어 변경을 넘어서는 업그레이드를 가 능하게 한다. 설계자는 또한 요구사항이 변화하는 것에 따라 하드웨어를 업그레이드할 수 있는 유연성을 활용할 수 있다.
	제품 수명	그림 14 참고
유지보수 용이성	교체 용이성	IEC 61850	Cyclone V SoC를 이용해서 전체적인 IEC 61850 구현을 달성할 수 있다.
	진단	자체 진단
열 관리	부품 전력 소모	냉각이 제한적이거나 냉각을 이용할 수 없는 밀 봉 인클로저로 장비를 탑재해야 한다.	Cyclone V SoC는 4,000 DMIPS로 1.8 W 미만을 소모하며 높은 수준의 통합으로 전력과 면적을 절약할 수 있도록 한다.
응답 시간	성능	하드와이어 구현을 분산 시스템(IEC 61850 등) 으로 교체하기 위해서는 지연 시간을 낮추는 것 이 무엇보다도 중요하다.	Cyclone V SoC는 단일 또는 듀얼 ARM Cortex-A9 800 MHz 프로세서 코어를 제공하며 하드웨어 가속화를 맞춤화할 수 있다(신호 처리, 이더넷 지원 등).

스마트 그리드 애플리케이션에 FPGA 및 SoC 이용
그림 15는 스마트 그리드 애플리케이션에 적합한 Cyclone V SoC의 특성을 보여준다. 이 디바이스는 1개 또는 2개의 800 MHz ARM짋 Cortex™-A9 프로세서 코어와 임베디드 플래시, RAM, 캐시, GPIO, 스마트 그리드 시스템에 주로 이용되는 주요 통신 포트를 비롯한 하드와이어드 주변장치를 포함한다. FPGA 패브릭은 추가 기능 통합, 성능 가속화, 업그레이드를 가능하게 한다.

신뢰성
알테라의 FPGA와 SoC는 필요한 부품 수를 줄일 수 있도록 하므로 MBTF/FIT 성능을 향상시킬 수 있도록 한다. Cyclone V SoC는 경쟁 솔루션과 비교하여 향상된 ECC(Error Correction Code) 메모리 커버리지를 제공한다. 많은 경우에 고신뢰성 구성은 여러 개의 프로세서를 이용해서 신뢰할 수 있는 동작을 달성한다. 어떤 구성은 FPGA 패브릭 내에 소규모 RISC 코어를 구현할 수 있으며, 또 어떤 구성은 단순히 2개의 ARM Cortex-A9 프로세서 코어 중 하나의 L1 캐시를 로킹하고 진단(워치도그) 용도의 전용 코어로 이용할 수 있다.

성능
Cyclone V SoC는 최대 4,000 MIPS 성능을 제공하는 듀얼 ARM Cortex-A9 코어를 포함한다. 각각의 코어에는 배정도(double-precision) 부동소수점 NEON 코프로세서가 딸려있다. 각 프로세서는 32 kB의 L1 코히어런트 캐시를 포함하며 두 코어가 512 kB의 L2 캐시를 공유한다. ARM 코어가 매우 컴퓨팅 집중적인 애플리케이션을 제외한 모든 애플리케이션에서 뛰어난 성능을 제공하며, 실시간 연산 성능을 필요로 하는 애플리케이션에서는 FPGA 패브릭으로 하드웨어 가속화를 구현할 수 있다.
Cyclone V SoC는 코어, 주변장치, FPGA 패브릭을 매우 긴밀하게 결합할 수 있다. FPGA/프로세서 시스템 인터페이스는 100 Gbps 이상의 데이터 전송 속도를 지원한다. 경쟁 제품과 달리 Cyclone V SoC는 ECC 기능의 2개의 하드와이어드 메모리 컨트롤러를 제공한다.
스마트 그리드 장비 제조업체들은 다양한 성능대의 포괄적인 유형의 제품을 이용할 수 있기를 희망한다. 알테라는 0개, 1개, 2개의 하드와이어드 CPU 코어를 포함하는 솔루션을 제공한다. 또한 모든 제품에 공통적인 기능들(PRP/HSR 등)은 FPGA 및 SoC 제품 간에 동일한 구현을 공유할 수 있으므로 재사용이 가능하고 비용을 절약할 수 있다.

출시 시간 단축
알테라는 다음을 통해서 고객이 출시시간을 단축할 수 있도록 돕는다:

·산업표준 CPU 코어 제공
·DSP Builder를 비롯한 첨단 개발 툴 제공
·내부적으로 그리고 서드파티 업체들을 통해서 규격형 IP를 개발함으로써 고객의 IP 요구 충족(PRP/HSR, 태양광 인버터 참조 디자인, 산업용 이더넷 솔루션 등)
·FPGA의 유연성을 활용할 수 있도록 하므로 엔지니어들이 완전 하드웨어 구현을 이용할 때의 어려움을 겪을 필요 없이 최적의 솔루션을 개발할 수 있다.

유지보수 용이성 및 장기 수명
제품 수명이 긴 장비에 이용하기 위한 솔루션을 공급한다는 것은 단지 높은 신뢰성을 달성하도록 하고 제품 수명이 끝날 때까지 솔루션을 공급하는 것 이상을 의미한다. 오늘날에는 특히 IEC 62351 등과 같은 주요 표준들이 계속해서 변화하고 진화하고 있으므로(제조 단계에서나 개발 단계에서나) 제품을 재구성하고 업그레이드할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다. FPGA는 단순한 소프트웨어 변경을 넘어서 제품 업데이트가 가능하도록 확장 가능성과 재구성 가능성을 제공함으로써 바로 이와 같은 요구를 충족한다.

비용
알테라 솔루션은 설계자를 위해서 포괄적인 유형의 솔루션을 제공한다. 성능과 기능성을 확장할 수 있는 제품 SKU는 소프트웨어 및 펌웨어 구현을 공유할 수 있으므로 개발시간을 단축하고 전반적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 알테라의 FPGA 및 SoC는 높은 통합 수준을 달성하고 포괄적인 유형의 솔루션을 제공하므로 FPGA, 프로세서, ASIC, DSP 등과 같은 다수의 부품을 사용해야 하는 여타 구현에 비해서 비용 상의 이점을 거둘 수 있도록 지원한다.  ES