건물 내 스마트 그리드를 위한 수요 반응 알고리즘의 실험적 평가 = Experimental evaluation of demand response algorithm for smart grid in building

국문 초록 (Abstract)

오늘날 세계는 비약적인 성장에 따른 에너지 사용률 증가와 이에 따른 화석 에너지 고갈 그리고 화석 에너지 사용으로 인한 기후 변화에 대응하기 위해 풍력, 조력, 태양열 발전 등의 다양한 친환경적인 대체 에너지를 개발을 하고 있다. 이러한 상황들을 개선하기 위해 한정된 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 방법으로 스마트 그리드가 주목 받고 있다.
스마트 그리드는 기존의 전력망에 정보기술과 양방향 전력 등을 융합한 지능형 전력망이다. 스마트 그리드는 정보기술을 이용하여 소비자가 전기요금과 전력소비량 등의 정보를 실시간으로 확인할 수 있도록 하여 소비자가 전기 사용량을 조절하도록 유도하여 기존의 비효율적인 전력 소비 환경을 개선할 수 있다. 그리고 양방향 전력 시스템을 채용하여 대체 에너지에서 발생되는 분산 전력을 수용할 수 있도록 하였다. 이러한 스마트 그리드를 구축하기 위해서는 주택, 건물, 산업 시설 내에서 전력을 사용하는 다양한 시스템과 장비들이 연동되어야 한다. 이를 위해서는 각 시설에 맞는 연구가 진행되어야 할 것이다.
본 논문에서는 이러한 스마트 그리드의 기술 구축을 촉진하기 위해서 건물을 대상으로 연구를 진행한다. 건물을 대상으로 연구를 진행하는 이유는 사무환경과 같이 일정한 규칙이 있다는 점과 인텔리전트 빌딩 또는 스마트 빌딩과 같이 많은 자동화가 진행되어 있다는 점, 그리고 에너지 사용률이 산업 시설 다음으로 많이 사용되기 때문이다. 본 논문에서는 스마트 그리드에서 전송되는 실시간 전력 수요 정보를 활용하여 건물에서 사용되는 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 방법으로 전략을 기반으로 하는 알고리즘을 제시하고, 이를 건물을 대상으로 구축한 실험 시설에 운용하여 연구를 진행하였다.
연구 방법은 제시된 알고리즘을 바탕으로 개발한 알고리즘 운용을 위해 개발된 프로그램과 알고리즘 운용을 통해 나온 제어명령이 국제 표준 통신 규격을 이용하여 개발된 장비들간에 제어명령을 전달하여 동작하는 방식에 대해서 설명한다. 이후 개발된 프로그램과 장비들을 건물을 대상으로 구축한 실험 시설에 설치하고, 실험 시설을 기반으로 건물에서도 알고리즘을 이용하여 건물을 운영 할 수 있는지를 확인하기 위한 동작 실험과 알고리즘을 효율적으로 운용할 수 있도록 알고리즘 주요 속성에 대한 실험을 진행하였다. 또한, 진행된 실험 결과를 분석하여 관리자가 알고리즘을 효율적으로 운용하기 위해서는 어떠한 것을 고려해야 하는지에 대한 도움을 줄 수 있는 정보를 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 수요반응 알고리즘 5
• 2.1 수요반응 알고리즘 입력 정보 6
• 2.2 수요반응 알고리즘 출력 정보 10
• 2.3 수요반응 알고리즘 단계별 동작 구성 11
• 2.4 전략 구성 17
• 2.5 유틸리티 함수 24
• 3. 수요반응 알고리즘을 위한 통신 구성 27
• 3.1 BACnet 통신 구성 28
• 3.2 ZigBee 통신 구성 35
• 3.3 BACnet과 ZigBee 간의 수요반응 기능 매핑 36
• 4. 수요반응 장비 38
• 4.1 수요반응 서버 38
• 4.2 수요반응 종단장치 40
• 4.3 수요반응 종단장치 동작 구성 42
• 5. 실험 시설 43
• 5.1 실험 시설 구성 43
• 5.2 수요반응 모니터링 구성 45
• 5.3 수요반응 알고리즘 환경 설정 47
• 5.4 실험 시설 동작 확인 55
• 6. 메시지 지연 실험 59
• 6.1 메시지 지연 실험 개요 59
• 6.2 메시지 지연 실험 분석 61
• 6.3 메시지 지연 실험 결과 65
• 7. Weight Factor 실험 66
• 7.1 Weight Factor 실험 개요 66
• 7.2 Weight Factor 실험 분석 66
• 7.3 Weight Factor 실험 결과 76
• 8. Available Budget 실험 77
• 8.1 Available Budget 실험 개요 77
• 8.2 Available Budget 실험 분석 77
• 8.3 Available Budget 실험 결과 80
• 9. 결론 및 향후 연구 계획 82
• 첨부 가. 참고문헌 85
• 첨부 나. 약어집 88
• 첨부 다. ABSTRACT 90
• 첨부 라. 감사의 글 92
• 첨부 마. 연구윤리 서약서 국문 93
• 첨부 바. 연구윤리 서약서 영문 94