AI 데이터센터를 위한 LiB 기반 전력설비 안전성 관리 표준화 동향

1. LiB 기반 UPS 안전관리시스템 표준화 현황

데이터센터의 높은 에너지 밀도, 설치 공간 절감, 유지관리 효율 향상 등의 이유로 LiB 기반 UPS가 빠르게 확산되고 있다. 그러나 LiB는 종래 널리 사용되던 납축전지와 다른 열적‧전기적 거동 특성을 가지며, 배터리 셀 전압 불균형, 과충방전, 비정상 온도 상승, 내부 단락, 통신 이상 등이 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 특히, 이상 징후가 배터리 랙 단위에서 시스템 전체 사고로 확대될 가능성이 있으므로, 전력설비 자체의 보호 기능을 넘어 상위 관리시스템 차원의 실시간 감시와 분석, 경보, 제어 기능이 요구된다. 데이터센터 LiB 기반 UPS 안전관리 시스템은 UPS, 배터리 시스템, 수배전 설비, 발전기, DCIM 간의 연계를 통해 전력설비 상태를 통합적으로 관리하는 핵심 시스템이다.

데이터센터의 LiB 기반 UPS 안전관리시스템 관련 주요 국제 및 국내 표준화 기구 및 담당 분야는 표 1과 같다.

ISO/IEC JTC 1/SC 39는 데이터센터의 설비 및 인프라, 운영 정보, KPI를 포괄하는 표준을 제공한다. 데이터센터 시설 전체의 표준을 제공하는 ISO/IEC 22237 시리즈 중 ISO/IEC 22237-3은 데이터센터 전력 수전 및 내부 배전, 접지, 낙뢰 보호, 가용성 기반 설계 개념을 다루며[1], 22237-7은 데이터센터 운영상 회복탄력성, 가용성, 위험관리, 자산관리, 에너지 효율 달성을 위한 운영 프로세스를 제시한다[2]. 이들 표준을 통해 데이터센터 전력설비를 위한 구조적‧운영적 프레임워크를 제공하지만, LiB 기반 UPS에 특화된 안전제어 관련 사항은 다루지 않는다.

IEC TC 22/SC 22H는 UPS 장비 중심의 안전 및 성능 표준화를 담당한다. IEC 62040-1은 UPS의 일반 및 안전 요구사항을 다루고, 62040-2는 EMC, 62040-3은 성능 및 시험 방법을 다룬다. IEC 62040-1 ED3에서 리튬 배터리 관련 고려사항이 추가되었으나, BMS의 세부 동작이나 데이터센터 운영 연계까지 포괄하지는 않는다. 따라서 LiB 관련 상세 안전 요구는 IEC 62619와의 조합을 통해 고려되어야 한다[3].

IEC TC 21/SC 21A는 이차전지 안전성 관련 표준화를 담당하며, IEC 62619는 산업용 리튬이온 전지와 배터리 시스템의 안전 요구사항을 정의한다. 과충전‧과방전 보호, 단락 보호, 기계적 충격‧진동‧압축 시험, 열관리, 화학적 안전, BMS 기반 전압‧전류‧온도 모니터링 요구사항이 포함되어 있다. 이 표준은 LiB 기반 UPS의 배터리 시스템 설계 안전성 확보에 중요한 기준을 제공하지만, 데이터센터 관점에서는 여기에 UPS, 발전기, ATS, DCIM 및 고객 인터페이스와의 연동까지 포함한 시스템 수준 관리가 추가되어야 한다[4].

ITU-T SG5는 ICT 기술 기반의 데이터센터 관리시스템 관점의 표준화 영역을 담당한다. ITU-T L.1305와 L.1303은 데이터센터 인프라 및 에너지 관리시스템 요구사항을 정의하며, UPS 안전관리시스템과 직접 관련된 표준으로는 L.ups_framework와 L.MF_ACinDC가 개발 중에 있다. L.MF_ACinDC는 데이터센터 LiB 기반 UPS 및 교류 전력공급설비를 관리하기 위한 관리시스템 프레임워크를 정의하는 국제표준이다[10]. L.ups_framework는 LiB 기반 UPS의 관리를 위한 데이터 모델과 LiB 기반 UPS의 안전성 향상을 위한 다양한 제어절차 등을 정의하는 국제표준이다[11]. 이들 표준은 단일 장치 중심의 IEC 표준과 ICT 기반의 관리 프레임워크 중심의 ITU-T 표준을 통합하여 연계하는 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

국내 표준화는 TTA에서 데이터센터 운영 고려사항과 안전 요구사항을 결합한 구체적인 관리시스템 표준을 제시하고 있다. 데이터센터를 위한 LiB 기반 UPS 안전관리시스템 표준은 ETRI 주도로 TTAK. KO-10.1579 Part 1과 Part 2는 2025년 12월 제정되었고, Part 3는 2025년 12월 개발 착수 승인 이후 표준 초안이 개발 중에 있다. 이 시리즈는 참조구조, 기능 요구사항, 데이터 모델, 안전제어 기능을 연속적인 체계로 정의함으로써 LiB 기반 UPS 안전관리 시스템의 필수 요소를 정의한다(표 2).

Part 1은 기능 요구사항 및 참조구조를 정의한다. 참조구조는 데이터센터 전력설비, 데이터 수집 및 제어 계층, 데이터 처리 및 분석 계층, 서비스 계층, 전력설비 구성관리, 보안, 외부 연동 인터페이스로 구성된다(그림 3). 요구사항은 시스템 관리 및 연동, 전력설비 유지관리, 실시간 감시 및 이상 탐지, 서비스 제공의 네 범주로 정리되며, 데이터 암호화와 접근제어, DCIM 연동, 식별자 기반 데이터 관리, 표준 프로토콜 통신, 이상 데이터 저장, 전력품질 감시, 이상 알람, 정전 시 UPS 운전시간 내 비상발전기 제어 등이 포함된다[5].

그림 3

데이터센터 전력설비 안전관리시스템 참조구조 출처 Reprinted with permission from TTAK.KO-10.1579-Part1, 데이터센터 내 리튬이온 배터리 사용 전력설비의 안전관리시스템 - 제1부: 기능 요구사항 및 참조구조.

Part 2는 LiB 기반 UPS 데이터 모델을 정의한다. 데이터 모델은 설비구성 정보, 실시간 측정 정보, 이벤트 정보, 설정 및 제어 정보로 구분된다. 예를 들어, 구성 정보에는 시스템 ID, 정격 파워, 통신 프로토콜 등이 포함되고, 실시간 측정 정보에는 배터리 충전 및 수명(Health) 상태, 전압, 전류, 충방전 상태 등이 포함된다. 이벤트 정보는 UPS 입출력 단의 오류 경보 등으로 구성되며, 설정‧제어 정보에는 충‧방전 전류 및 전력 제한치, 배터리 충전 상‧하한, 온도 한계, 컨택터(Contactor) 제어 등이 포함된다[6].

Part 3는 LiB 기반 UPS 안전관리시스템에서 지원해야 하는 기능을 구체적으로 정의한다. LiB 기반 UPS 안전관리시스템에서는 전력변환장치 모니터링 기반 온도 이상 대응, AI 기반 누설전류 이상 판단, 초단기 방전시험 기반 배터리 상태 추정, 주기적 방전을 통한 배터리 상태추정 기능 등을 통해 LiB 및 UPS 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다. 이러한 기능은 장치 내부 센싱 정보와 관리서버 분석 결과를 결합하여 관리자 알람, 이상신호 특징 추출, 열화 분석, 계획 방전 기반 진단, 차단기 및 컨택터 제어로 이어지는 폐루프 운영을 가능하게 한다[12].

2. LiB 기반 ESS 안전성 표준화 현황

ESS는 전력계통 안정화, 수요관리, 신재생 연계, 비상전원 공급 등 복합적 기능을 수행하는 전력 인프라 핵심설비로 데이터센터에서도 비상전원 용도 및 신재생에너지 활용률 증대를 위한 핵심 설비로 대두되고 있다. 대부분의 ESS는 LiB 기반으로 구축되므로 전원 중단에 대한 허용도가 극히 낮은 미션 크리티컬 시설인 데이터센터에서는 ESS의 안전성 확보가 중요한 이슈이다. 최근 ESS 안전성 표준화는 개별 배터리 또는 전력변환장치 요구사항을 넘어, 시스템 수준의 구조, 운전 시나리오, 정보교환 모델, 장애 대응 절차까지 포함하는 방향으로 확장되고 있다.

ESS 전체 시스템에 대한 표준화는 IEC TC 120에서 중점적으로 진행되고 있다. 그림 4는 IEC TC 120의 구조 및 산하 작업반의 표준화 영역을 나타낸 것이다. ESS를 구성하는 세부 장치들의 표준화는 IEC 내 개별 TC에서 진행되며, TC 120에서는 ESS의 시스템 성능뿐만 아니라 용어 정의, 시험평가, 시스템 설계‧설치, 환경적 고려사항, 안전 요구사항까지 포괄하는 형태로 표준 개발이 진행되고 있다. 추가적으로 IEC TC 120에서는 전력 계통에 연계되어 운영되는 ESS를 표준화 대상으로 한다.

그림 4

IEC TC 120 조직 구성 및 작업반 간 표준화 범위 출처 Reprinted from 정상진, 안윤영, “전기에너지 저장 시스템 국제 표준화 동향,” 전자통신동향분석, 제34권 제2호, pp. 101-109.

ESS 시스템의 상위 설계 및 설치 표준화는 IEC 62933-3 시리즈를 중심으로 진행되고 있다. IEC 62933-3-1은 계획 및 성능평가 일반요구사항[7], IEC 62933-3-2는 파워 집중형 및 신재생 연계 응용 요구사항[8], IEC 62933-3-3은 에너지 집중형 및 비상전원 응용 요구사항을 정의하고 있으며[9], 특히 3-2와 3-3은 국제표준(IS) 개정 추진이 승인되어 개정본의 개발이 진행 중에 있다. 표 3은 LiB 기반 ESS 설계‧설치 및 시스템 레벨 주요 표준 현황을 나타낸 것이다.

ESS의 주요 응용은 표 4에 제시된 분류기준에 따라 3가지로 정의되며, ESS의 적용 용도에 따라 복수 개의 기능을 지원할 수도 있다. IEC 62933-3 시리즈 표준에서는 ESS의 생애주기 기반 응용 요구사항, 계통 연계 요구, 시스템 설계, 용량 산정, 서비스 유지보수 단계별 요구사항을 정의한다. 이를 통해 ESS 표준이 제품 사양 중심에서 벗어나 설계 조건, 현장 서비스 조건, 운영‧유지관리, 통신 인터페이스를 포괄하는 시스템 엔지니어링 체계로 표현될 수 있도록 한다. 특히 비상전원 응용은 일반적인 에너지 시프트 응용과 달리 순간 전원 연속성, 우선부하 관리, ATS 연동, 고장 시 대체 제어전략이 필수적이며 데이터센터의 전력 안정성을 유지하기 위한 필수 응용이다.

IEC 62933-3-2 및 62933-3-3 시리즈 표준은 2027년 완료를 목표로 개정작업이 진행 중이며, 다음의 측면을 중점적으로 고려하고 있다.

2.1 관리시스템 기능확장 및 정보모델 정의

기존 ESS 주요 구성 장치(축전 서브시스템, 전력변환 서브시스템, 계통 접속부, 보조설비 등)의 전기적 관점의 요구사항 정의를 확장하여 ESS 관리시스템 내부의 관리 기능에 대한 세부 사항 정의를 진행 중에 있다. 관리 서브시스템을 축전 서브시스템 관리(MS-AS), 전력변환 서브시스템 관리(MS-PCS), 에너지관리시스템(EMS)으로 구분한다. MS-AS는 전압‧전류‧온도 측정, 상태추정, 보호 및 안전제어, 내부‧외부 통신을 담당하고, MS-PCS는 운전모드 관리, 계통 인터페이스 및 전력품질 제어, 보호, 비상응답, 블랙스타트, 부하 우선순위 제어, 사이버보안, 로그 저장 기능을 담당한다(그림 5).

그림 5

ESS 시스템 참조구조 © 2026 IEC, Geneva, Switzerland. All rights reserved.

LiB를 관리하는 BMS와 PMS 관점에서도 정보모델 구체화가 진행되고 있다. BMS가 지원해야 하는 측정 데이터, 상태 데이터, 운전 데이터와 PCS 관리 데이터, 상태 데이터, 운전 데이터, 그리고 PMS에서 전달하는 제어명령 및 설정 정보가 작업반에서 논의 중에 있다. 나아가 MS-PCS가 감시해야 할 공통 정보로 지령/실제 유효전력, 가용 충방전 전력, 램프율 제한, 충방전 상태, 알람‧트립‧블록, 효율 및 손실 등이 정의되고, 배터리용 추가 항목으로 열적 관리 조건도 정보모델 구성 요소로 도출되었다. 이러한 정보모델을 통해 장치 간 데이터 교환이 단순값 전달이 아니라, 운전결정과 보호 협조에 직접 활용될 수 있다.

2.2 통신 인터페이스 및 ESS 응용별 추가 요구사항 정의

ESS가 전력 계통과 통신하기 위한 인터페이스 측면에서는 IEC 61850 기반 정보모델을 적용하는 것으로 정의되어 있다. 그러나, IEC 61850 정보모델은 전력 계통 시스템과의 통신을 위한 인터페이스를 정의하며, ESS 내부 설비들 간의 통신 인터페이스 및 교환 데이터는 표준 범위로 다루지 않고 있다. IEC 62933-3 시리즈 개정판에서는 ESS 설비 내 EMS/PMS/BMS 간 교환되는 데이터 요소들의 정의를 진행하고 있다. 또한, ESS의 주요 응용인 피크 저감, 독립운전, 비상전원 운전 등 응용별 제어 흐름의 구체화가 논의되고 있으며, 특히 각 응용별 EMS/PMS/BMS의 운영 상세 요구사항 도출이 진행 중이다.

2.3 관리시스템 장애 대응 절차 정의

관리시스템의 장애 발생 시 대응절차는 ESS 시스템의 안정적인 운영을 위해 필수적인 사항이다. 전기적 장애뿐만 아니라 소프트웨어적인 장애에 대한 대응이 이루어져야 하며, 개정본에서는 관리시스템의 세부구성 요소들의 장애 대응 절차를 정의 중에 있다. EMS 장애 시 heartbeat 기반 감지, 대기 EMS 절체, 마지막 제어지령 기반 장애대응 제어, 통신두절 시 PMS 자율모드 전환, 예측모듈 오류 시 실시간 부하 기반 반응제어 등의 절차가 정의되어 있다. PMS 장애 시 PCS/ATS 명령 경로 장애, ATS 오동작, 부하 모니터링 실패에 대한 대응전략이 제시되고, BMS 장애 시 센서 고장, SoC/SoH 산정 오류, 릴레이/제어로직 실패에 대해 외부 차단기 동작, 충방전 잠금, 시스템 전체 비상정지 등 보호조치가 정의되어 있다.