마이크로 그리드 네트워크 토폴로지의 안정성 보장을 위한 견고성 알고리즘 성능 검증

이연우 한국스마트치안학회 2023 스마트치안연구 Vol.4 No.1

Recently, the smart grid network can be seen as a collection of microgrids, which are small distributed energy resource (DER) systems composed of renewable energy sources such as photovoltaics (PV) and wind turbines (WT). In a smart grid network composed of multiple microgrids, vulnerable microgrid nodes can cause a continuous blackout throughout the entire power grid. Although microgrid systems are independent power supply systems with capability of providing stable power supply even in emergency situations, the robustness of microgrid systems is a critical issue. Therefore, it is essential to have an algorithm that can identify and verify vulnerable microgrid nodes in the network topology beforehand. This paper presents the performance evaluation of the robustness of microgrid systems. 최근 스마트 그리드(smart grid) 네트워크는 마이크로 그리드(micro grid)의 집합체라고 볼 수 있다. 마이크로 그리드는 소형의 분산형 재생에너지원(DER, distributed energy resource), 즉, 태양광 발전(photovoltaics)이나 풍력발전(wind-turbine)으로 구성된다. 다수의 마이크로 그리드로 구성된 스마트 그리드 네트워크에서 취약한 마이크로 그리드 노드는 전체 전력 에너지 그리드에게 연속적인 정전(black out) 사태를 야기할 수 있다. 마이크로 그리드 시스템은 독립된 전력 공급 시스템으로서, 재난 등의 상황에서도 안정적인 전력 공급이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 마이크로 그리드 시스템이 견고한지 여부는 중요한 문제 중 하나이다. 따라서 취약한 마이크로 그리드 노드를 네트워크 토폴로지 상에서 미리 확인하고 점검할 수 있는 알고리즘이 필수적이다. 본 논문에서는 마이크로그리드 시스템의 견고성(robustness)을 평가하기 위한 알고리즘의 성능 검증을 다룬다.

다단계 구간선형 비용함수를 이용한 마이크로그리드 최적 전력 생산량 결정

김학진(Hak-Jin Kim) 한국생산관리학회 2014 한국생산관리학회지 Vol.25 No.3

국가 산업발전의 근간으로서의 사회 간접자본인 전력 시스템의 고도화를 위해 전력 배급 네트워크와 정보 네트워크의 결합을 통한 지능화된 스마트그리드 네트워크는 미래형 전력시스템으로 각광을 받고 있다. 스마트그리드 안에서 마이크로그리드는 한 지역에서의 전력의 생산·분배·수요의 충족을 책임지는 국지적인 전력 네트워크이다. 이는 전력의 생산·분배·소비의 효율화를 위한 스마트그리드의 한 구성요소로서 전체 스마트그리드 네트워크의 운영의 유연성과 효율적 전력생산에 중요한 역할을 담당한다. 이 논문은 스마트그리드 네트워크에서 상위의 발전회사나 배분회사와의 쌍무적 계약 관계를 전제로 주어진 전력 가격에 따라 마이크로그리드가 경제적인 동기에 따라 어떻게 최적의 전력 생산량을 결정하는지를 연구한다. 특히 마이크로그리드의 활성화를 위해 누진적인 전력 가격구조가 주어졌다고 가정하고, 이를 반영하여 두 계약 당사자들의 의사결정 모형을 다단계의 구간 선형 함수를 통해 수리적으로 제시하고 마이크로그리드의 모형 분석을 통해 해석적으로 최적 전력생산량에 대한 해를 도출한다. 또한 최적 전력생산량과 전력 가격과의 관계 분석을 통해 스마트그리드에서의 마이크로그리드 활성화를 위한 조건을 도출함으로써 마이크로그리드의 활성화를 위한 전력가격 정책에 대해 제안한다. Efficient power grid system is one of fundamental social infrastructures for industrialization. Smartgrid is a power distribution network purporting to advance the efficiency of supply, damand and distirubiton of power using intelligence. For the construction of a smartgrid network, a microgrid system-as a small local power network that charges supply, demand and distribution of power in a local area-plays a critical role to produce power efficiently together with the use of renewable energy sources. As a continuent of a smartgrid, it transacts with a power distribution firm for its deficiency and surplus of power it produces locally. This paper builds up a microgrid cost minimization model for the optimal power generation, where it cost function reflect the graduated price scheme by multistep piecewise linear functions, under the assumption of bilateral transaction between a microgrid system and a power distribution firm. It also analyses the model and reduces its cost minimizing solutions analytically to understand the microgrid economical decision making. Using the resulted solutions, it finally discusses the pricing decisions to encourage the maximum power production in a microgrid system and suggest some pricing policies.

마이크로그리드 활성화를 위한 정책 의사결정 문제 연구

김학진(Hak-Jin Kim),이삼열(Sam Youl Lee) 에너지경제연구원 2015 에너지경제연구 Vol.14 No.1

현대 산업에 근간이 되는 전력의 분배 소비 효율화를 위한 스마트그리드의 성패는 구성 노드들의 지능적 상호작용에 좌우된다. 특히 구성요소 중 하나인 마이크로그리드는 네트워크의 유연성과 효율적 전력생산에 중요한 역할을 한다. 이 논문은 마이크로그리드에서 생산되는 전력의 잉여와 부족을 해결하기 위한 전력의 판매 및 구매의 의사결정이 상위의 전력 생산이나 판매회사(혹은 배전회사)와의 쌍무적 계약에서 정책적으로 어떻게 결정되어야 하는지를 연구했다. 두 계약 당사자들의 의사결정 모형을 비용함수를 통해 제시하고 비협조적 게임이론을 통하여 분석하여 해를 도출하였으며, 해를 통해 나타나는 전력거래가격과 마이크로그리드의 전력 생산의 관계를 밝힘으로써 마이크로그리드 활성화를 위한 정책적 함의를 제시하였다. The success of the smart grid, a new power networking technology to enhance the efficiency in electric power generation, distribution and consumption as a modern industry infrastructure, depends upon the intelligent interaction among its constituents. The microgrid, one of the constituents, plays a critical role in its flexible networking and efficient power generation. This paper studies the decision-making and conditions on purchase and sales of power on the mutual contract with a power generator or a distributor in the upper layer of the network in order to deal with the power deficiency and surplus in a microgrid. From the cost functions of the two parties, their decision-making models are proposed, and Nash equilibrium is reduced as a non-cooperative game model. The solution shows the relationship between the price involved in power transaction and the power generation in a microgrid, which can be used for policies in promoting the microgrid.

마이크로그리드와 연계된 전기자동차 충전인프라에 관한 연구

심헌 한국사물인터넷학회 2024 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.10 No.1

본 전기자동차(EV)의 사용을 늘리고 계통 부담을 최소화하기 위해 재생에너지를 사용하는 마이크로그리드가중요한 역할을 담당해야 한다. 마이크로그리드는 소형 디젤발전과 같은 화석연료를 사용할 수도 있지만, 많은 경우에친환경 에너지인 재생에너지로부터 에너지를 공급받을 수 있다. 그러나 태양광과 풍력과 같은 재생에너지는 가변적인출력 특성을 갖는다. 따라서 전기자동차의 충·방전 에너지 수요를 충족하는 동시에 안정적으로 부하 전력을 공급하기위해서 마이크로그리드에 디젤발전 또는 전기차-그리드(V2G)를 병행 에너지원으로 활용하는 전기자동차 충전인프라구성에 대한 검토가 필요하다. 이와 같은 배경으로 본 연구에서는 태양광발전, 풍력발전, 디젤발전과 V2G를 활용하여부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 마이크로그리드의 모델을 구성하였다. 제안된 마이크로그리드는 태양광발전과 풍력발전을 1차 공급에너지원으로 전력 수요에 대응토록 하고, 부하의 전기차의 운영 유형과 부하 동기기의 회전속도를 판단하여 부족 전력에 대해 디젤발전으로부터 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 모델이다. 이렇게 제안된 모델의시스템 성능을 검증하기 위해 MATLAB/Simulink로 시뮬레이션함으로써 마이크로그리드의 안정적 운영 방안을 고찰하였다 In order to increase the use of electric vehicles (EVs) and minimize grid strain, microgrid using renewable energy must take an important role. Microgrid may use fossil fuels such as small diesel power, but in many cases, they can be supplied with energy from renewable energy, which is an eco-friendly energy source. However, renewable energy such as solar and wind power have variable output characteristics. Therefore, in order to meet the charging and discharging energy demands of electric vehicles and at the same time supply load power stably, it is necessary to review the configuration of electric vehicle charging infrastructure that utilizes diesel power or electric vehicle-to-grid (V2G) as a parallel energy source in the microgrid. Against this background, this study modelized a microgrid that can stably supply power to loads using solar power, wind power, diesel power, and V2G. The proposed microgrid uses solar power and wind power generation as the primary supply energy source to respond to power demand, and determines the operation type of the load's electric vehicles and the rotation speed of the load synchronous machine to provide stable power from diesel power for insufficient generations. In order to verify the system performance of the proposed model, we studied the stable operation plan of the microgrid by simulating it with MATLAB /Simulink

누진가격체계 하에서의 2단계 선형 가격함수를 이용한 지역 마이크로그리드 시스템 활성화 연구

김학진 연세대학교(미래캠퍼스) 빈곤문제국제개발연구원 2014 地域發展硏究 Vol.23 No.1

마이크로그리드는 한 지역의 전력의 생산 분배 수요의 충족을 책임지는 국지적인 전력 네트워크로서 현대 산업에 근간이 되는 전력의 분배 소비에서의 효율화를 위한 스마트그리드의 한 구성요소로서 전체 스마트그리드 네트워크의 유연성과 효율적 전력생산에중요한 역할을 담당한다. 이 논문은 지역 전력 발전을 위한 마이크로그리드의 활성화를위해 마이크로그리드에서 생산되는 전력의 잉여와 부족을 해결하기 위한 전력의 판매 및구매의 의사결정이 상위의 전력 생산이나 배분회사와의 쌍무적 계약에서 정책적으로 어떻게 결정되어야 하는지를 연구한다. 두 계약 당사자들의 의사결정 모형을 누진적인 비용체계를 반영하여 2 단계의 구간 선형 함수를 통해 제시하고 비협조적 게임이론의 틀에서 분석하여 해석적으로 해를 도출한다. 그리고 해를 통해 나타나는 전력 거래 가격과마이크로그리드의 전력 생산의 관계를 밝힘으로써 지역 마이크로그리드 활성화를 위한정책적 함의를 논하고자 한다.

대학 캠퍼스 기반의 국내 마이크로그리드 활성화 추진 방안

이수연(Suyeon Lee),강이주(Iju Kang),손예지(Yeji Son) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

현재 전 세계의 메가트렌드는 에너지전환(Energy Transition)이라고 할 수 있으며, 한국 역시 이 트렌드에 맞춰 한국판 그린 뉴딜 정책을 시행하고 있다. 이 정책의 핵심은 현재의 중앙 집중형 발전 방식을 분산 에너지 환경으로 전환하여 지역 맞춤형 인프라를 구축하는 것이다. 이러한 전환점에 있어 주목받고 있는 것이 바로 ‘마이크로그리드(Microgrid)’이다. 미국과 일본은 이미 캠퍼스 마이크로그리드를 통해 지역 기반 분산형 에너지 실증 단계에 있지만, 한국은 여전히 독립적인 섬 형태 위주로 구축되어 있다. 따라서 본 연구를 통해 도심형 분산 에너지로 확대 가능한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드 모델을 도출하고자 하였다. 우선 미국의 선진사례를 중심으로 분석하여 한국 경우와 비교해 보았다. 미국 대학은 ACUPCC 위원회를 결성하여 에너지 수요가 많은 캠퍼스의 탄소 배출량을 마이크로그리드를 통해 줄이고자 하였다. 이들은 미국 내 천연가스 가격이 저렴하고 캠퍼스 부지가 넓다는 장점을 활용하여 열 병합 및 태양광 위주로 완전한 자가발전을 이루고자 한다. 이와 더불어 대학과 기업이 협력하여 교내 및 지역 환경문제를 해결하고, 학생도 프로젝트와 연구에 참여하여 많은 성과를 내고 있다. 하지만 미국과 한국의 상황이 다르기 때문에 그린 캠퍼스 달성을 위해서는 산학연 연계를 통한 시스템 구축과 맞춤형 법안 도입이 필수적이다. 캠퍼스 마이크로그리드의 구축은 LINC 사업단을 중심으로 한 산학연 연계를 통해 이루어질 수 있도록 한다. 정부는 사업에 참여할 대학을 선발하여 투자금을 지원하고, 대학은 이를 바탕으로 협력할 기업을 선정한다. 기업은 재학생에게 현장실습 참여 기회를 제공하여 학부생의 관련 프로젝트에 대한 적극적인 참여를 돕는다. 이렇게 형성된 협력 체계는 인재를 육성하고 교내 연구를 활성화시켜 기술 발전을 도모할 수 있다. 나아가 정부는 대학에서 수행한 데이터를 확장하여 도심형 분산 에너지 시스템을 구축도 가능할 것이다. 이외에도 정부는 ‘직접 PPA’ 법안 활성화를 통해 지역 사회 내 전력 거래가 가능하도록 해야 한다. 이렇게 된다면 대학은 남은 전력을 판매하여 수익을 얻을 수 있고, 또 하나의 ‘에너지 프로슈머(Energy prosumer)’로서의 역할을 기대할 수 있다. 이렇듯 본 발표에서 제시한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드는 캠퍼스를 넘어 재생에너지 기반의 분산형 에너지 체계로의 발판이 될 것이다.

마이크로그리드와 소수력 에너지의 융합을 통한 에너지 효율화 기법

강보선,이근호 한국융합학회 2015 한국융합학회논문지 Vol.6 No.1

점차 스마트그리드 기술이 발전됨에 따라서 에너지의 효율성에 이목이 집중되고 있다. 그래서 스마트그리드를 구성하고 있는 마이크로그리드 내의 에너지를 독립적으로 관리하기 위해서는 신재생에너지에 대한 연구를 필요로 한다. 그중에서도 소수력 에너지는 마이크로그리드내의 사용자가 사용하는 물의 양에 따라서 그 어디에도 설치 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 사용자들이 주거하는 아파트, 공동주택에서 사용하고 있는 하수량을 기반으로 전기 발전량과 발전기의 가동률을 측정하여 측정값이 소수력 발전에 적합한지 알아본다. 적합한 아파트, 공동주택에서는 위치에너지를 활용하여 발생한 하수를 소수력 발전기로 전기를 생산 한다. 마이크로그리드의 에너지 관리 시스템과 전기 저장 장치를 도입하여 보다 효율적인 관리를 제안하고자 한다. As smart grid techniques developed, public attention is concentrating on energy efficiency. So it is necessary to study on new renewable energy in order to manage the energy within micro grid consisting smart grid. Among them, small hydro energy has the advantage of being installable anywhere depending the amount of water used by the users within micro grid. This study examines if the measured value is appropriate for small hydro power generation by measuring generation quantity and operation rate of generator based on the sewage flow used by apartments and multi-unit dwellings where those users live. Some appropriate apartments and multi-unit dwellings generate electricity with small hydro generator using sewage as potential energy. This study intends to suggest more effective management by introducing energy management system and electricity storage device of micro grid.

마이크로그리드 부하 예측모델을 이용한 분산형 전원 최적제어 및 운영 기법

장진규(Jin-Gyu Chang),강문식(Moon-Sik Kang) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.10

본 논문에서는 마이크로 그리드내의 분산전원 설비의 효율적인 운영관리를 위하여 부하예측 모델을 이용한 분산형 전원 최적제어 및 운영 기법을 제안하였다. 마이크로그리드는 다양한 분산형 전원을 사용하여 독립적 또는 연결된 방식으로 전기 에너지를 효율적으로 공급하는 에너지 네트워크의 한 형태이다. 이는 에너지 관리시스템(EMS)에 의해 통제되는 외부 전력 네트워크에 연결되거나 또는 독립적으로 동작하는 소규모로 재생이 가능한 에너지 네트워크 형태로의 응용이 가능하다. 제안된 기법은 마이크로 그리드에서 분산형 전원 공급 시스템의 효율적인 동작 및 관리가 가능하도록 하며, 최적의 조건에서 동작되도록 설계되었다. 마지막으로 기상데이터 및 전력 부하예측을 고려하여 제안된 시스템에 대한 성능 평가를 수행하였다. In this paper, we propose an optimal control and operation scheme using load prediction model for the efficient operation management of distributed power system in microgrid. Microgrid is a form of energy network that efficiently supplies electrical energy in an independent or connected way using a variety of distributed power sources. It can be applied to an external power network controlled by an energy management system (EMS) or in the form of a small renewable energy network operating independently. The proposed scheme enables efficient operation and management of the distributed power supply system in the microgrid and is designed to operate under optimal conditions. Finally, performance evaluation of the proposed scheme was performed considering the weather data and power load prediction.

마이크로소스의 EMTDC 시뮬레이션 모델 개발에 관한 연구

손광명,Son, Kwang-Myoung 한국조명전기설비학회 2005 조명·전기설비학회논문지 Vol.19 No.8

마이크로소스는 1[KW]${\sim}$수[MW] 사이의 전력을 공급하고, 기존의 대규모 발전설비보다 높은 신뢰도와 에너지 효율을 가지는 고품질의 전력을 공급할 수 있다. 이들은 크기가 작고 설치가 용이하여 빌딩, 산업체, 가정 등과 같은 수용가 측의 부하와 클러스터를 형성하여 마이크로그리드로 운전된다. 마이크로소스는 부하단의 전압 등의 전압품질을 제어하기 위하여 전압원형 인버터를 채용하고 있다. 본 논문에서는 다수의 마이크로소스가 계통에 연계되었을 때의 마이크로소스의 모델링 및 제어시스템의 특성에 관하여 연구하였다. 전력주파수 영역에서의 기본파 정상상태 인버터 모델을 이용한 마이크로소스의 EMTDC 모델을 개발하였으며, 이를 통해 마이크로소스의 제어시스템 파라미터에 따른 제어특성을 분석하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안된 모델의 효용성을 확인하였다. Micro-source units having power ratings in thousands of watts can provide power quality with higher reliability and efficiency than the conventional large scale units. Since these units are small and easy to install, they are clustered with loads creating micro-grid services to customer sites such as office buildings, industrial parks and homes. Micro-sources adopt voltage source inverter to ensure the power quality of sensitive loads. This paper deals with the connection of micro-sources into the system grid EMTDC modeling of the grid connected micro-sources at the power frequency range are proposed and the characteristics of the control system parameters are investigated. Simulation results show that the micro-grid system with two micro-sources has good dynamic characteristics.

마이크로그리드 내 전력 안정성을 위한 ESS SoC 관리 시스템

박용희, 최성곤 충북대학교 컴퓨터정보통신연구소 2008 컴퓨터정보통신연구 Vol.28 No.1

Many studies are proceeding for address the imbalance in power supply/consumption of microgrids, such as energy storage systems and prosumer. However, even if power efficiency is optimized, it cannot respond to power consumption in all cases. In particular, if a peak load appears, possibility is high that it will not be able to respond. Shiftable appliance are one of the means of load balancing, which means appliance capable of reducing the power received in the event of a peak road. Electric vehicles have ESS(Energy Storage System) for storing power. V2G(Vehicle to Grid) is a method of transmitting electricity that electric vehicle have to their power grid. In this paper, to response the peak load in microgrid, a system is proposed to manage the SoC(State of Charge) of ESS to have a certain value. For this purpose, peak load is distributed, and V2G is utilized. 마이크로그리드의 전력 공급/소비 불균형을 해결하기 위해 에너지 저장 시스템, 프로슈머와 같은 많은 연구들이 진행 중이다. 하지만 전력 효율을 최적화 하더라도 소비 전력을 대응할 수 없는 경우 가 발생한다. 특히 피크로드가 나타날 경우 대응하지 못할 가능성이 높아진다. 시프트 가능 기기는 부하 분산의 방안 중 하나로, 피크로드 발생 시 공급 전력을 줄일 수 있는 기기를 의미한다. 전기차 는 전력을 저장하기 위한 ESS(Energy Storage System)를 보유하고 있다, V2G(Vehicle to Grid)는 전기차가 보유한 전력을 전력 계통으로 송전하는 방법이다. 본 논문에서는 마이크로그리드 에서 피크로드를 대응하기 위해 ESS의 SoC(State of Charge)가 일정 값을 가지도록 관리하는 시 스템을 제안한다. 이를 위해 피크로드를 분산하고 V2G를 활용한다.