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스마트그리드 수요반응 추정을 위한 계량경제학적 방법에 관한 연구
강동주 ( Dong Joo Kang ),박선주 ( Sunju Park ) 한국정보처리학회 2012 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.1 No.3
쿠르노 모델은 경쟁적 전력시장을 게임이론 기반으로 모델링하기 위한 대표적인 모델이다. 이전 연구에서도 쿠르노 모델을 이용하여 전력시장을 모델링 하기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 쿠르노 모델은 몇 개의 주요 발전사업자들이 경쟁하고 그로 인해 시장지배력이 존재하는 과점 시장모델에 적합하다. 쿠르노 모델로 시장을 모델링함에 있어서는 우하향 하는 수요함수의 존재가 선결되어야 한다. 과점에서 시장참여자들은 시장지배력을 활용하여 그들의 이익을 극대화하려고 노력하지만, 우하향하는 시장수요함수에 의해 매출 역시 하락하기 때문에 적당한 지점에서 이러한 시장지배력의 행사를 제한하여야 한다. 스마트그리드에서는 실시간으로 변동하는 요금제와 다양한 전산기반 툴의 활용으로 인해 이러한 수요반응이 더욱 활성화될 것이고, 이 경우 쿠르노 모델은 수요반응 솔루션의 주요 모델로 활용될 것이다. 이에 본 논문은 실제 시장에서 계량경제학적인 접근으로 전력시장의 수요곡선을 추정하는 방법에 대해 제안한다. Cournot model is one of representative models among many game theoretic approaches available for analyzing competitive market models. Recent years have witnessed various kinds of attempts to model competitive electricity markets using the Cournot model. Cournot model is appropriate for oligopoly market which is one characteristic of electric power industry requiring huge amount of capital investment. When we use Cournot model for the application to electricity market, it is prerequisite to assume the downward sloping demand curve in the right direction. Generators in oligopoly market could try to maximize their profit by exercising the market power like physical or economic withholding. However advanced electricity markets also have demand side bidding which makes it possible for the demand to respond to the high market price by reducing their consumption. Considering this kind of demand reaction, Generators couldn``t abuse their market power. Instead, they try to find out an equilibrium point which is optimal for both sides, generators and demand. This paper suggest a quantitative analysis between market variables based on econometrics for estimating demand responses in smart grid environment.
스마트그리드에서의 CPS (cyber-physical system) 시뮬레이션 구현을 위한 제반 연구이슈 및 방법론 검토
강동주(Dong Joo Kang),김휘강(Huy Kang Kim) 한국정보보호학회 2012 情報保護學會誌 Vol.22 No.5
스마트그리드는 전력시스템과 이를 제어하기 위한 통신 인프라를 중심으로 다양한 시스템이 서로 통합되는 종합적인 플랫폼으로 이해할 수 있다. 기존에 각기 독립적으로 운영되는 시스템과 통신 인프라가 통합되기 시작하면서 다양한 상호작용이 파생되고 그로 인해 잠재적인 보안 측면의 위험성도 커지게 된다. 전통적인 전력시스템은 폐쇄적인 SCADA 네트워크를 기반으로 운영되었기 때문에 최소한의 보안강도가 보장되었지만, 스마트그리드 하에서는 개방형 통신망과 연계되면서, 기존의 사이버 보안 위협들이 전력시스템으로 유입하게 된다. 기존의 IT 시스템과는 달리 전력시스템과 같은 제어시스템은 물리적 작동과 공정이 수반되기 때문에 새로운 위험이 발생하기도 하고 기존의 위험이 증폭되기도 한다. 전력시스템에서는 가용성이 그 무엇보다 중요하기 때문에, 스마트그리드 체제하에서의 다양한 위협요인을 미리 파악하고 이에 대비한 계획을 수립함으로써, 그러한 가용성의 수준을 유지할 필요가 있다. 이를 위해서는 기존의 사이버 위협이 어떠한 경로를 통해 전력시스템에 영향을 미치게 되며 그로 인한 잠재적 위험이 얼마나 되는가를 평가할 필요가 있다. 그러나 스마트그리드는 아직까지 구축중인 미래형 시스템이고 누적된 과거 데이터가 없기 때문에 가상의 하드웨어 기반 테스트베드 내지 소프트웨어 기반의 시뮬레이션 모델을 통해 이를 사전적으로 테스트할 필요가 있다. 또한 스마트그리드는 서로 다른 IT 시스템과 물리적 설비들이 결합되는 복잡한 시스템이라는 측면에서, 잠재적으로 발생 가능한 다양한 위험을 분석하고 평가할 수 있는 모델의 수립이 요구된다. 본고에서는 그러한 CPS 기반 시뮬레이션 모델에 대한 현재의 연구동향을 검토하고, 향후 실질적으로 구현하기 위한 방안을 제안하고자 한다.
에너지 사용 맥락을 통한 AMI 네트워크에서의 데이터 이상 감지 방법론 제안
강동주(Dong Joo Kang),김발호(Balho H. Kim),김휘강(Huy Kang Kim) 한국정보보호학회 2014 情報保護學會誌 Vol.24 No.5
현재 우리나라는 2013년 제주 스마트그리드 실증단지사업을 완료한 이후, 현재 AMI 및 ESS 보급사업을 진행 중이고 더불어 주요 7~8개 도시에 대한 스마트그리드 시티 사업도 준비 중에 있다. 스마트그리드 인프라의 본격적인 확산과 더불어 가장 우려되는 사안 중의 하나가 사이버 보안 이슈이며, 이는 기존의 주요 전력망 보안정책이 폐쇄망 운영을 골자로 하고 있다는 점에서 볼 때 상충되는 측면이 있다. 스마트그리드의 중심이 기존의 대형 전력망 중심에서 스마트 홈 기반 중심으로 옮겨가면서, 전력망은 외부 네트워크와의 연결성이 강화되고 있으며 통신 분야에서 진행되어 오던 사물통신(Internet of Things: IoT) 개념과 결합하면서 그 개방성의 진행이 가속화되고 있다. 따라서 기존의 폐쇄망 정책만으로는 보안성을 확보하는데 명확한 한계가 존재하며 시대적 조류에도 부합하지 않기 때문에, 새로운 패러다임이 필요한 때라고 판단된다. 그 대안 중의 하나로 개방 네트워크로 인해 증가하는 연결성을 보안 위협의 루트가 아닌 보안성을 강화하기 위한 환경으로 활용하는 것이다. 촘촘히 연결된 네트워크를 통해 각 개체가 서로를 상호 모니터링 함으로써 전체 시스템이 오염되는 것을 막을 수 있다. IoT의 도입을 통해 기기 간에는 사회적 연결성이 강화될 것이며, 이러한 연결성과 그 안에 숨겨진 맥락을 통해 이상 여부를 사전에 감지해낼 수 있다. 본 논문에서는 그러한 사회적 관계성에 근거하여 AMI 네트워크에서의 이상 징후를 감지하기 위한 기본적 방법론을 제안하고자 한다.
전력 SCADA 시스템의 사이버 보안 위험 평가를 위한 정량적 방법론에 관한 연구
강동주(Dong-joo Kang),이종주(Jong-joo Lee),이영(Young Lee),이임섭(Im-sop Lee),김휘강(Huy-kang Kim) 한국정보보호학회 2013 정보보호학회논문지 Vol.23 No.3
본 논문은 제어시스템에서 사이버 위협과 취약성을 평가하기 위한 정량적 모델링에 관한 연구이다. SCADA(supervisory control and data acquisition) 시스템은 대표적인 제어시스템이고 전력계통에서 가장 큰 규모를 형성하고 있다. SCADA 시스템은 초기에는 지역적으로 고립된 시스템이었으나 통신 및 제어기술이 발전하면서 광역으로 확대되어 왔다. 스마트그리드는 에너지 시스템과 IT 시스템을 통합하는 것이며, 이러한 통합의 과정에서 IT 시스템 상에서 존재하던 위협이 제어시스템으로 옮겨오게 된다. 전력시스템은 실시간 특성이 강하게 요구되며, 이는 전력시스템의 사이버 위협을 IT 시스템에 비해 보다 복잡하고 치명적으로 만드는 요인이 된다. 예를 들어, 기밀성이 IT 시스템에서 가장 중요한 요소인데 반해 가용성은 제어시스템에서 가장 중요한 고려 사안이다. 이러한 맥락에서, 보다 체계적인 방식으로 전력시스템의 사이버 위험을 평가하는 과정이 요구된다. 일반적인 관점에서 위험이란, 위협, 취약성, 자산의 곱으로 산출되며 본 연구는 전력시스템 구성요소 별로 위험을 정량적으로 분석할 수 있는 프레임워크를 제안한다. This paper is about the study to build a quantitative methodology to assess cyber threats and vulnerabilities on control systems. The SCADA system in power industry is one of the most representative and biggest control systems. The SCADA system was originally a local system but it has been extended to wide area as both ICT and power system technologies evolve. Smart Grid is a concept to integrate energy and IT systems, and therefore the existing cyber threats might be infectious to the power system in the integration process. Power system is operated on a real time basis and this could make the power system more vulnerable to the cyber threats. It is a unique characteristic of power systems different from ICT systems. For example, availability is the most critical factor while confidentiality is the one from the CIA triad of IT security. In this context, it is needed to reflect the different characteristics to assess cyber security risks in power systems. Generally, the risk(R) is defined as the multiplication of threat(T), vulnerability(V), and asset(A). This formula is also used for the quantification of the risk, and a conceptual methodology is proposed for the objective in this study.