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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 허의남
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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경제성장 및 생활수준의 변화에 따라 전력수요는 매년 증가하는 추세이나, 전력발전을 위한 자원의 한계와 환경문제로 인해 전력공급의 어려움은 점차 커지고 있다. 이를 해소하기 위해 전력에너지를 효율적으로 사용하기 위한 방법으로 수요반응 및 스마트 그리드를 위한 기술 발전이 이루어지고 있다.
최대수요전력 관리장치는 수요시한내 최대수요전력을 감시하고 제어함으로써 전력수용가의 전력에너지 효율성 향상과, 비용 최적화를 목적으로 하는 장비이다. 이 장비의 주요기능은 다음과 같다. 첫째, 전력계측기를 통해 계측된 전력사용량을 실시간으로 모니터링하여 목표전력 대비 최대수요전력을 비교 판단한다. 둘째, 과거 전력사용량 및 전력사용 추세를 기반으로 수요전력량을 예측한다. 셋째, 실시간 모니터링한 전력사용량과, 예측 수요전력량을 기반으로 목표전력 대비 최대수요전력이 초과할 우려가 있을 경우, 운용자에게 단계별로 경보를 알린다. 넷째, 목표전력 대비 최대수요전력을 초과하는 등 전력효율성 향상을 위해 필요시 전력부하설비를 자동 및 수동으로 제어한다. 이러한 기능은 수요반응 및 스마트
그리드와 같은 전력에너지 관리시스템에서 필요로 하는 요소를 충족하고 있다.
viii
그러나 현재 설치되어 운영중인 최대수요전력 관리장치는 고가의 장비 비용, 장비 운영상 전문인력 필요, 로컬내에서만 서비스가 가능한 서비스의 확장성 결여 등의 한계가 있다.
본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 저가의 오픈하드웨어와 엣지컴퓨팅 과 클라우드컴퓨팅이 결합된 형태의 엣지클라우드를 활용하여, 최대수요전력 관리 장치의 실시간 전력사용량 모니터링, 수요전력량 예측, 단계별 경보, 전력부하설비 제어 기능을 서비스할 수 있는 방안을 제안한다.
먼저 서비스의 확장성을 위해, 엣지클라우드 환경에서의 특징 및 각 레이어별 역할 및 서비스를 분석하여 최대수요전력 관리를 위한 시스템 아키텍처를 설계하고, 장비 비용을 낮추기 위해, 전력계측기를 초 단위의 전력을 계측할 수 있는 장비 에서 1 분 단위의 전력을 계측할 수 있는 장비로 변경하여, 1 분 단위로 계측된 전력사용량을 기반으로 수요전력을 예측하기 위한 모델을 설계하였다. 예측 모델 설계시, 시계열 데이터 예측에 우수한 RNN 기반의 LSTM 및 GRU 알고리즘과, 모델의 성능을 높이기 위해 날짜정보 및 1 분단위 기상정보(온도, 습도)를 고려한 다양한 형태의 모델을 정의하였고, 각 모델별 학습 및 예측결과를 비교, 검증하여 다양한 상황에 맞는 최적의 모델을 선정하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 오픈하드웨어와 엣지클라우드를 활용한 환경에서 최대수요전력 관리시스템의 각 기능요소들을 구현하여, 기존 최대수요전력 관리장치를 대체할 수 있음을 확인하였다.
최대수요전력 관리장치는 수요시한내 최대수요전력을 감시하고 제어함으로써 전력수용가의 전력에너지 효율성 향상과, 비용 최적화를 목적으로 하는 장비이다. 이 장비의 주요기능은 다음과 같다. 첫째, 전력계측기를 통해 계측된 전력사용량을 실시간으로 모니터링하여 목표전력 대비 최대수요전력을 비교 판단한다. 둘째, 과거 전력사용량 및 전력사용 추세를 기반으로 수요전력량을 예측한다. 셋째, 실시간 모니터링한 전력사용량과, 예측 수요전력량을 기반으로 목표전력 대비 최대수요전력이 초과할 우려가 있을 경우, 운용자에게 단계별로 경보를 알린다. 넷째, 목표전력 대비 최대수요전력을 초과하는 등 전력효율성 향상을 위해 필요시 전력부하설비를 자동 및 수동으로 제어한다. 이러한 기능은 수요반응 및 스마트
그리드와 같은 전력에너지 관리시스템에서 필요로 하는 요소를 충족하고 있다.
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그러나 현재 설치되어 운영중인 최대수요전력 관리장치는 고가의 장비 비용, 장비 운영상 전문인력 필요, 로컬내에서만 서비스가 가능한 서비스의 확장성 결여 등의 한계가 있다.
본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 저가의 오픈하드웨어와 엣지컴퓨팅 과 클라우드컴퓨팅이 결합된 형태의 엣지클라우드를 활용하여, 최대수요전력 관리 장치의 실시간 전력사용량 모니터링, 수요전력량 예측, 단계별 경보, 전력부하설비 제어 기능을 서비스할 수 있는 방안을 제안한다.
먼저 서비스의 확장성을 위해, 엣지클라우드 환경에서의 특징 및 각 레이어별 역할 및 서비스를 분석하여 최대수요전력 관리를 위한 시스템 아키텍처를 설계하고, 장비 비용을 낮추기 위해, 전력계측기를 초 단위의 전력을 계측할 수 있는 장비 에서 1 분 단위의 전력을 계측할 수 있는 장비로 변경하여, 1 분 단위로 계측된 전력사용량을 기반으로 수요전력을 예측하기 위한 모델을 설계하였다. 예측 모델 설계시, 시계열 데이터 예측에 우수한 RNN 기반의 LSTM 및 GRU 알고리즘과, 모델의 성능을 높이기 위해 날짜정보 및 1 분단위 기상정보(온도, 습도)를 고려한 다양한 형태의 모델을 정의하였고, 각 모델별 학습 및 예측결과를 비교, 검증하여 다양한 상황에 맞는 최적의 모델을 선정하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 오픈하드웨어와 엣지클라우드를 활용한 환경에서 최대수요전력 관리시스템의 각 기능요소들을 구현하여, 기존 최대수요전력 관리장치를 대체할 수 있음을 확인하였다.
목차
I. 서론 1II. 이론적 배경 72.1 기존 최대수요전력 관리장치의 한계점 72.2 최대수요전력 관리를 위한 엣지클라우드 활용 방안 82.3 수요전력 예측 방안 9III. 연구방법 113.1 엣지클라우드 기반의 최대수요전력 관리시스템 구축 방안 113.1.1 엣지클라우드 레이어별 컴퓨팅 장비 및 서비스 123.1.2 최대수요전력 관리시스템의 데이터 흐름 133.1.3 최대수요전력 관리시스템 구축 환경 143.2 수요전력 예측 모델 설계 방안 153.2.1 데이터 수집 153.2.2 수요전력 예측 모델 알고리즘 153.3 연구내용 173.3.1 엣지클라우드 기반의 최대수요전력 관리시스템 설계 173.3.2 수요전력 예측 모델 설계 19IV. 연구결과 384.1 엣지클라우드 기반의 최대수요전력 관리시스템 384.2 수요전력 예측 모델 394.2.1 1 분 단위 전력사용량 예측 결과 394.2.2 5 분 단위 전력사용량 예측 결과 404.2.3 예측 모델 및 예측 결과 분석 42V. 결론 43참고 문헌 45Abstract 49감사의 글 52
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