CES(Community Energy System) 마이크로그리드 기술은 에너지 생산/공급 및 소비가 일정 지역에 구역화하여 공급하는 집단에너지사업 중 구역전기사업이 이루어지는 커뮤니티에너지공급(CES) 시설 환경을 기반으로 이루어지는 마이크로그리드 시스템 기술이다. 마이크로그리드 환경을 위하여 CES 시설 환경을 기반으로 신재생발전, ESS 등 분산자원을 추가하고, 내부 전력시스템 개선 및 신규 에너지 서비스 인프라가 추가로 구축된다. 아울러, 이를 기반으로 마이크로그리드 환경에서 제공될 수 있는 에너지 서비스를 제공한다. 본고에서는 이러한 CES 마이크로그리드 기술에 대해 기술하고 최근 이루어지고 있는 CES 마이크로그리드 기술 개발의 사례를 통해 새로운 비즈니스 모델을 찾아보고자 한다.
세계적으로 마이크로그리드에 이목이 집중되고 있는 현재 상황에서 DER(Distributed Energy Resources : 분산형 독립전원)의 역할이 대두되고 있다. 캠퍼스 마이크로그리드는 대학교의 캠퍼스를 하나이상의 DER로 선정하여 피크 시 교내 전기수요의 일부분을 해소할 수 있는 전력망 기반의 네트워크 시스템이다. 해외에서는 이미 캠퍼스 마이크로그리드 성공사례를 보여주었고, 이후 많은 캠퍼스에서 캠퍼스 마이크로그리드를 벤치마킹하고 있다. 본 논문에서는 캠퍼스 마이크로그리드에 필요한 DER을 구성하기 전 캠퍼스 내의 건물별, 계절별 전력수요 특성을 분석하고자 한다.
마이크로 그리드는 기존의 대규모 전력망이 가진 여러 문제점을 해결할 수 있는 새로운 전력망 개념으로 세계적으로 국가차원에서 연구 및 개발 중이다. 이러한 배경에서 마이크로 그리드 내 장치 및 시스템 간 상호운영기술 및 신규시장 Enabler 확보를 위해 마이크로 그리드용 공통 플랫폼이 개발 중으로 이는 Third-Party 사업자에게 개방형 API 기능을 통해 전력정보를 제공하여 비즈니스 모델을 지원하도록 한다. 마이크로 그리드용 공용 플랫폼에 접속하여 전력 어플리케이션을 개발하고자하는 사업자는 서비스 개발 및 배포를 지원하는 통합 개발 환경이 필요하다. 이에 본 논문은 마이크로그리드용 공통플랫폼의 어플리케이션 개발 및 배포를 위한 PaaS(Platform as a Service) 형태의 서비스 개발도구를 제안한다.
마이크로그리드는 다양한 전력공급원과 전력부하가 존재하며, 이들을 효율적으로 관리하여 안정적인 전력 공급을 하기 위해서 다양한 센서와 제어기가 존재한다. 센서를 통해서 현재 마이크로그리드의 상태를 파악하고, 제어기를 조정하여 전력망의 상태를 안정적으로 유지한다. 이러한 마이크로그리드가 사이버 공격을 받을 경우, 정전 등의 물리적 피해가 발생할 수 있으므로 사이버 위협을 미연에 방지하기 위한 사이버 보안 대책이 필요하다. 본 고에서는 유사 제어시스템 공격 사례, 관련 기기 및 제품 취약점 정보 등을 통해 식별된 마이크로그리드 내 존재 가능한 사이버 보안 위협 요소들을 활용하여 마이크로그리드 사이버 공격 시나리오들을 식별하고, 각 시나리오 별로 존재하는 보안 위협들에 대처하기 위한 방안들을 분석한다. 이를 통해 마이크로그리드의 사이버 보안성을 강화하고 운영 안정성을 확보하고자 한다.
마이크로그리드 (microgrid)의 성능을 최적화하기 위해서는 마이크로그리드를 구성하는 분산 시스템간 협력적인 제어 기능이 요구된다. 멀티 에이전트 (multi-agent) 시스템은 이러한 마이크로그리드의 분산 제어를 위한 해결책 중 하나이다. 본 논문에서는 중앙 집중방식 멀티에이전트 시스템을 기반으로 마이크로그리드의 효율적인 제어를 위한 시스템을 설계하였다.
본 논문에서는 태양광 전원, 배터리, 마이크로터빈, 스마트 홈 등 다양한 목적과 특성을 가진 요소로 구성된 마이크로그리드를 효율적으로 제어, 관리하기 위한 분산 지능형 제어원리를 제안한다. 기존의 중앙집중식 제어원리는 중앙에서 전체 시스템에 대한 정보를 취득하여 운영에 대한 의사결정을 독점하는 구조였다면 제안하는 원리는 마이크로그리드의 구성요소가 각각 지능형 에이전트를 기반으로 스스로 데이터를 취득하고 이웃 에이전트와의 대화와 협조를 통해 분산제어를 수행하는 방식이다. 각 에이전트 사이는 근거리 무선통신 방식인 Zigbee를 이용하였고 마이크로그리드를 실시간으로 해석하기 위하여 MATLAB 기반의 실시간 시뮬레이터를 이용하였다. 실시간 마이크로그리드 시뮬레이션 모델과 에이전트 역할을 하는 마이크로 컨트롤러를 연계하여 Hardware-in-the-loop 기반의 데모시스템을 구축하였고 제안하는 원리에 대해 검증하였다.
본 논문에서는 새로운 기후변화 체제 수립 이후 신재생 에너지의 지속적인 증가와 디지털 부하의 증가로 DC배전으로 마이크로그리드 계통을 구성하고 운영하여 기존 교류기반의 배전계통에서 발생하는 전력변환 단계의 손실을 줄이고, 무효전력에 의한 손실을 배제하는 DC 마이크로그리드가 확대될 것이라는 주장을 국내 에너지 정책의 검토, 국내외 마이크로그리드 현황, 국내외 DC배전 현황으로 뒷받침하고, 실제 현장에서 마이크로그리드 구축에 DC배전을 적용하기 위한 방안을 제언한다.
최근 화석연료의 환경적인 문제와 경제적인 문제로 인하여 신재생 에너지원을 이용한 마이크로그리드의 연구가 활발히 진행되고 있다. 마이크로그리드는 연계되는 방식으로 AC와 DC 마이크로그리드로 구분한다. 두 마이크로그리드를 하나로 연계하여 장단점을 보완한다. 신재생 에너지원으로 전력을 공급하면 외부조건에 의하여 출력이 변화하게 되는데 에너지 저장장치를 이용하여 이를 보완한다. 또한 에너지 저장장치가 최대 방전이 되었을 때를 대비하여 디젤발전기를 운용한다. 끝으로 계통과 연계모드를 제시하여 독립운전과 계통연계에 대한 운전전략을 제안한다. 제안한 마이크로그리드 운전전략은 PSiM을 통해 시뮬레이션으로 검증하였다.
마이크로그리드 시스템은 계통측에 문제가 발생하게 되면 계통과 분리되어 독립운전 모드로 동작하게 된다. 이때 마이크로소스들은 계통운전원의 제어신호없이 빠르게 마이크로그리드 내 부하들의 전력수요를 담당하여야 하며, 전력품질을 유지하면서 운전되어야 한다. 이 논문은 마이크로그리드가 독립운전 모드로 전환하여 운전되거나 독립운전 모드에서 부하 변동이 발생될 경우, 주파수를 일정하게 유지하면서 마이크로소스와 부하와의 전력수급 균형을 맞추기 위한 제어 방법을 제시하였다. 그리고 마이크로그리드에의 적용가능성을 알아보기 위하여 전력계통 과도현상 분석용 수치해석 프로그램인 EMTP/RV를 이용하여 모델링하고 시뮬레이션 하였다.
마이크로그리드(MIcro Grid)는 현재의 집중적인 전력공급 시스템의 대안으로 부각되고 있는 지역적 에너지공급체계로서 신재생에너지 (Renewable Energy)와 분산전원 (Distributed Generation) 및 정보통신기술의 발전에 따라 전력공급에서의 에너지손실 최소화, 분산자원의 효율적이고 효과적인 이용, 전력품질의 제고, 분산자원의 전력망 수용성 제고 등 다양한 목적으로 실증적인 연구가 진행되고 있는 기술이다. 본고에서는 마이크로그리드의 핵심기술인 운영기술을 그 목적별로 자세히 소개하고 국내에서의 마이크로그리드에 관련된 연구 동향을 살펴보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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