KR20210074587A - 디지털 트윈 기술을 기반으로 한 스마트그리드 시스템의 최적화 관리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트그리드는 전기의 생산, 운반 소비과정에 정보통신기술(ICT)을 접목하여 공급자와 소비자가 상호작용함으로서 효율성을 높이는 지능형 전력망 시스템이다. 최적의 지능형 전력망 시스템을 구축하기 위하여 디지털 트윈기술을 적용한 실시간 데이터를 기반으로 전력 기기 간 통신 시스템 장치를 도입한다. 물리적 공간의 데이터를 디지털 트윈 기반의 가상공간에 적용하여 가상 스마트그리드 시설을 시뮬레이션하고, 다시 그 데이터를 스마트그리드 시설에 대한 실시간 운전에 적용함으로써 스마트그리드 시설 구축을 위한 최적화 설치, 전력의 공급과 수요에 대한 실시간 정보뿐만 아니라 발전, 송배전, 저장 시설 등의 설비에 대한 상태 정보를 동시에 고려한 지능화된 운전이 가능하도록 하는 통신 시스템이 필수적으로 요구된다.
Description
본 발명은 스마트그리드 구축에 있어 시설, 환경, 물리적 조건과 상태 등에 대한 실제 정보를 바탕으로 에너지 생산, 수요, 충전 및 방전을 위한 시스템 상태 변화를 명확하게 정량화된 데이터로 운영하기 위한 특성화된 통신 장치와 시스템 구조이다.
기본적으로 센서나 시설을 통해서 취득되는 모든 정보를 사전에 제공되는 통합 에너지운영 데이터 형식으로 변환할 수 있도록 게이트웨이를 통해 연결한다. 이러한 정보는 최종적으로 디지털 트윈 기반 시뮬레이션을 담당하는 분석 엔진에 제공되고, 이 정보 분석을 바탕으로 예측정보를 도출한다. 이후 모든 스마트그리드를 기획하는 과정에서 사전 정보로 활용될 수 있으며, 물리적 환경 상태를 임의로 변경하여 시뮬레이션 과정을 통한 예측할 수 있어서 사전에 발생할 수 있는 다양한 상황을 적극적으로 관리할 수 있다. 장기간 운전에 따라 발생할 수 있는 사고, 노화, 고장 등에 대한 예측이 가능하며, 가상공간에서의 조건 변경만으로 스마트그리드 설계 모델링과 분석 모델링을 손쉽게 도출할 수 있다.
디지털 트윈(Digital Twin)은 컴퓨터에 현실(물리적) 세계의 사물이나 환경을 가상세계 속에 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 현실 자산의 특성에 대한 정확한 정보를 얻기 위한 기술을 말한다. 현실 자산의 각종 상태, 생산성, 동작 시나리오 등을 알 수 있으므로 여러 분야의 산업에서 생산, 서비스 등 전반에 걸쳐 효율을 극대화할 수 있어 최근 주목받고 있다.
디지털 트윈은 복제품을 만든다는 점에서 디지털 목 업(mock-up)과 비슷하다. 하지만 제품 설계가 완성되고 생산 및 판매가 이뤄지는 시점에서 쓸모가 없어지는 목 업과는 달리, 디지털 트윈은 제품이 완성된 이후에도 계속 유지되며, 수집한 상태 데이터를 제품 사용자에게 제공할 수 있다는 점에서 큰 차이점을 가진다.
에너지 분야에서는 디지털 트윈기술을 활용하여 최대 전력발전 설비 및 스마트그리드 설계, 생애 주기 동안의 전력 생산 최적화, 이상 징후 파악을 통한 예방보존서비스를 통해 유지보수의 효율화까지 가질 수 있다. 그에 따라 스마트그리드를 가상화하고 다양한 운영 시나리오를 실시간으로 수집한 정보를 기반으로 시뮬레이션을 통한 최적의 에너지 운용이 가능하다.
스마트그리드는 전기의 생산, 운반 소비과정에 정보통신기술(ICT)을 접목하여 공급자와 소비자가 상호작용함으로서 효율성을 높이는 지능형 전력망 시스템이다. 최적의 지능형 전력망 시스템을 구축하기 위하여 디지털 트윈기술을 적용한 실시간 데이터를 기반으로 전력 기기 간 통신 시스템 장치를 도입한다.
물리적 공간의 데이터를 디지털 트윈 기반의 가상공간에 적용하여 가상 스마트그리드 시설을 시뮬레이션하고, 다시 그 데이터를 스마트그리드 시설에 대한 실시간 운전에 적용함으로써 스마트그리드 시설 구축을 위한 최적화 설치, 전력의 공급과 수요에 대한 실시간 정보뿐만 아니라 발전, 송배전, 저장 시설 등의 설비에 대한 상태 정보를 동시에 고려한 지능화된 운전이 가능하도록 하는 통신 시스템이 필수적으로 요구된다.
1. 스마트 그리드 시스템 구조도
2. 에너지 IoT 통신 제품 구성
3. 통신 연결 구조
4. 통신 프로토콜 구성
본 발명이 청구하고자 하는 범위
청구항 1
현실(물리적) 세계의 설비와 센서 정보를 컴퓨팅 시스템에 연결하여 가상화하는 단계;
장비의 내부 데이터를 고정된 시간 축으로 수집하는 단계;
획득한 내부 데이터를 활용하여 데이터 맵을 구성하고 가상화된 시계열 정보들을 가상공간으로 시뮬레이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털화 방법.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
시뮬레이션 결과를 피드백하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 3
청구항 2에 있어서,
내부 데이터는, 장비의 상태 데이터, 작업 데이터, 이력 데이터 및 품질 보증 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 4
청구항 1에 있어서, 장비의 외부 데이터를 획득하는 단계를 포함하고,
시뮬레이션 단계는, 획득한 내부 데이터와 외부 데이터를 이용하여 가상화된 장비를 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 5
청구항 1에 있어서,
시뮬레이션 결과를 기초로, 장비의 부품들에 대한 잔존수명을 실제 상태와 비교 및 분석하여 파악하고 확인하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 6
청구항 1에 있어서,
시뮬레이션 결과를 기초로, 장비의 고장을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 7
청구항 6에 있어서,
고장 예측 단계는,
고장 예측에 사용되는 인자들을 추출하고, 추출한 인자들을 이용하여 장비의 고장을 예측하는 것을 특징으로 하는 장비 관리 방법.
청구항 8
현실 세계의 장비와 통신하는 통신부;
현실 세계의 장비를 가상화하고, 통신부를 통해 장비의 내부 데이터를 수집하고, 획득한 내부 데이터를 이용하여 가상화된 장비를 시뮬레이션하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 시스템.
청구항 9
분석 대상의 전력 관련 파라미터를 설정하는 설정 유니트;
상기 파라미터를 이용해서 상기 분석 대상의 전력관리 데이터를 생성하는 생성 유니트;를 포함하는 디지털 트윈 장치.
청구항 10
제9항에 있어서,
상기 생성 유니트는 상기 파라미터를 이용해서 가상의 디지털 트윈 환경에 상기 분석 대상의 전력 사용량 패턴에 해당하는 아이디얼 패턴을 시뮬레이션하고, 상기 아이디얼 패턴에 따라 상기 전력관리 데이터를 생성하는 디지털 트윈 장치.
청구항 11
제1항에 있어서,
상기 설정 유니트는 상기 분석 대상에 설치된 공급 수단과 관련된 현실 파라미터를 설정하는 현실 파라미터 설정부, 상기 분석 대상에 설치된 소모 수단과 관련된 사용자 파라미터를 설정하는 사용자 파라미터 설정부, 상기소모 수단의 사용 패턴과 관련된 이벤트 파라미터를 설정하는 이벤트 파라미터 설정부를 포함하는 디지털 트윈 장치.
청구항 12
제9항에 있어서,
상기 설정 유니트는 결정론적 방법에 따라 이벤트 파라미터를 설정하는 제1 설정부, 확률론적 방법에 따라 이벤트 파라미터를 설정하는 제2 설정부를 포함하는 디지털 트윈 장치.
복수의 전력기기들을 온/오프 시키거나 상기 각 전력기기들에 인가되는 전력량을 제어하는 복수의 전력기기 제어모듈;
무선 인터넷 통신을 이용하여 상기 전력기기 제어모듈들이 각각의 전력기기들을 제어할 수 있도록 함과 아울러 상기 각 전력기기들의 제어상태를 저장 및 송수신하는 관리 모듈; 및 무선 인터넷 통신을 이용하여 사용자들이 상기 각 전력기기들의 제어상태를 모니터링 할 수 있도록 하면서도 상기 관리 모듈과 상기 전력기기 제어모듈을 제어할 수 있도록 한 적어도 하나의 이동 통신기기를 구비하며,
상기 각 전력기기 제어모듈은 상기 각 전력기기에 인가되는 상용 전원을 수동 또는 원격으로 온/오프시키거나, 상기 각 전력기기로 공급되는 전류 및 전압을 디밍(Dimming) 시켜 상기 전력기기의 소모 전력량을 조절하는 전력량 제어유닛.
인체 감지 신호를 송신하는 적어도 하나의 인체 감지 센서,
밝기 정보를 실시간으로 검출하여 송신하는 적어도 하나의 조도 센서 촬영된 영상 데이터를 송신하는 적어도 하나의 카메라, 및 상기 인체 감지 신호, 상기 영상 데이터, 상기 밝기 정보 및 상기 관리 모듈과의 양 방향 통신 제어명령에 따라 상기 전력량 제어유닛을 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 관리 모듈은 상기 전력 기기 제어모듈로부터 처리된 상기 각 전력 기기들의 상태 정보와 상기 밝기 정보 및 상기의 영상 데이터를 상기 사용자의 이동 통신기기로 공급함과 아울러, 사용자로부터의 제어 명령에 따라 양방향 통신 제어명령을 통해 상기 전력 기기 제어모듈을 제어하는 제 1제어 유닛, 및 다른 사용자의 인위적인 전력기기 제어, 합선 및 누설로 인한 자동 제어 상황 발생시 그에 대응하는 문자 메세지 정보를 상기 사용자의 이동 통신기기로 공급하는 관리 서버를 구비한 것을 특징으로 하는 이동 통신기기를 이용한 전력 제어 시스템.
스마트그리드 시스템의 다양한 구성에 따른 각 시스템간의 포함된 복수의 장비 및 센서로부터 전달된 정보를 실시간으로 수집하고 상기 수집된 정보를 통신 시스템 장치를 통해 계측(정보수집), 모니터링, 시뮬레이션, 최적화 제어를 진행한다. 장치의 디지털 트윈을 통해 가상세계의 디지털 트윈 모델링에 상기 스마트그리드에 실시간으로 입력된 정보에 대응하는 스마트그리드 정보를 출력하며, 상기 장치로부터 수신한 스마트그리드 환경의 정보를 상기 3차원 디지털 트윈에 매칭하여 모델링 정보를 업데이트하는 디지털 트윈 기기 장치.
상기 디지털 트윈 기반 장치와 실시간 통신을 수행하며, 상기 업데이트된 모델링 정보를 수신하여 스마트그리드에서의 최적화 운영 가능 실시간 데이터를 기반으로 사고가 발생하기 전에 대응하는 예방보존서비스 가능
상기 스마트그리드 내의 기기 정보는, 고유 식별 정보, 전력 소모량 및 대기 전력량을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력 통신망을 이용한 가전 기기 제어 시스템.
상기 제어 연결 정보는 상기 전력기기 정보와 상기 이동 단말기의 단말기 정보를 매칭하여 등록되지 않은 단말기의 접근을 차단하는 보안 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력 통신망을 이용한 가전 기기 제어시스템.
상기 전력기기가 대기 전력 상태이면, 상기 스마트 전원 차단 장치는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력 통신망을 이용한 가전 기기 제어 시스템.
Claims (2)
- 스마트그리드 시설을 구성하는 디바이스들;
상기 디바이스들의 정보들을 수집하고, 디지털 트윈 기술을 기반으로 한 가상공간에서 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부;
상기 시뮬레이션된 결과를 실제 스마트그리드 시설에 적용하는 에너지 관리시스템; 및
상기 수집된 정보를 통합 에너지운영 데이터 형식으로 변환하는 게이트웨이를 포함하며,
상기 통합 에너지운영 데이터는, 디바이스 종류별로 수집된 정보를 변환하거나, 각 디바이스마다 수집 정보를 변환한 데이터이고,
상기 디바이스는, 스마트그리드 시설을 위한 센서, 계측기, 시설, 장비를 포함하는 디지털 트윈 기술을 기반으로 한 스마트그리드 시스템의 최적화 관리장치. - 실제 스마트그리드 시설에 구비된 각종 디바이스로부터 정보를 수집하는 단계;
수집된 정보를 디지털 트윈 기술을 기반으로 한 가상공간에서 시뮬레이션 수행하는 단계; 및
수행된 시뮬레이션 결과를 분석하여 스마트그리드 시설에 실제 적용하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 시뮬레이션 결과를 전력 공급 및 수요, 발전, 송배전, 저장시설에 대한 운전에 적용하고, 디바이스의 사고, 노화, 고장정도를 예측하는 디지털 트윈 기술을 기반으로 한 스마트그리드 시스템의 최적화 관리방법.
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