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KR20170104563A - 에너지 서비스를 제공하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

에너지 서비스를 제공하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20170104563A
KR20170104563A KR1020177022362A KR20177022362A KR20170104563A KR 20170104563 A KR20170104563 A KR 20170104563A KR 1020177022362 A KR1020177022362 A KR 1020177022362A KR 20177022362 A KR20177022362 A KR 20177022362A KR 20170104563 A KR20170104563 A KR 20170104563A
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KR
South Korea
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energy
energy grid
control entity
grid element
control
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020177022362A
Other languages
English (en)
Inventor
호스트 로슬러
한스-피터 힐러
게르트 에일렌버거
Original Assignee
알까뗄 루슨트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알까뗄 루슨트 filed Critical 알까뗄 루슨트
Publication of KR20170104563A publication Critical patent/KR20170104563A/ko
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Abstract

본 문서는, 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 분산 서버 아키텍처 및 정보를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티(124)를 포함하는 클라우드 환경(120)을 사용하여 에너지 그리드(110)에서 에너지 서비스를 제공하는 시스템에 관한 것으로, 시스템은 복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150) 중 적어도 하나로부터 정보를 수신하고 운영 정책(160)에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동작시키도록 구성된 적어도 하나의 제어 엔티티(130)와, 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 연결된 하나 이상의 제어 인터페이스(140) - 정보에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동작시키기 위해 제어 인터페이스(140)는 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 의해 제공된 정보를 제어 엔티티(130)에 전송하고/전송하거나 제어 엔티티(130)로부터 정보를 수신하도록 구성됨 - 를 포함하되, 운영 정책(160)에 따라 복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동작시키기 위해 적어도 하나의 제어 엔티티(130)는 클라우드 환경(120)에서 호스팅되는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하고 운영 정책(160)은 클라우드 환경(120)의 저장 엔티티(124)에 저장된다.

Description

에너지 서비스를 제공하기 위한 방법 및 시스템
본 출원은 에너지 그리드 관리 분야에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 클라우드 환경 인프라에 기초하여 에너지 서비스를 제공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화석 연료는 유한한 특성을 갖고 있고 원자력에 대한 수용도는 감소하고 있기 때문에 에너지의 생성, 에너지 그리드에 대한 수요는 근본적으로 변하고 있다. 화석 연료 및 원자력에서 재생 가능 및 CO2 중립 에너지로의 변화로 인해 에너지 그리드에 접속될 집중형 및 분산형 태양열, 풍력, 수력, 지열 등의 무수한 작고 큰 전력원들이 생길 것이다.
기존 에너지 그리드 및 그 관리는,
- 전력원과 소비자 간의 지리적 불일치와,
- 재생 가능 자원에 의해 제공되는 변하는 에너지 레벨의 역학과,
- 소비자 수요와 재생 가능 자원 제공 간의 일시적인 불일치
를 해결하도록 설계되지 않는다.
또한, 분산된 전력원에 따른 장거리 전력 전송으로 인한 손실을 피하기 위해 특정 위치에서 생성된 에너지가 이 특정 위치와 가까운 곳에서 소모된다면 에너지 공급의 효율이 크게 증가될 수 있다.
미국 특허 출원 US 2010/0332373 A1은 에너지 관련 시장에 참여하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 다차원 에너지 결정 시스템은 적어도 하나의 통계 서버와, 적어도 하나의 클라이언트 시스템으로부터 디지털 정보를 수신하고 송신하도록 구성된 인터페이스를 포함하는 복수의 서버 시스템을 포함한다. 다차원 에너지 결정 시스템은 또한 패킷 기반 데이터 네트워크를 통해 디지털 교환기와 선택적으로 통신하도록 구성된다. 다차원 에너지 결정 시스템은 예측된 조건에 기초하여 클라이언트 시스템의 특정 에너지 자산 및 특정 시간 구간에 대한 클라이언트 시스템의 동작 파라미터를 주기적으로 최적화한다.
따라서, 신뢰성 있는 에너지 공급을 보장하고 에너지 공급 장치 및 에너지 섹터 내의 다른 플레이어의 에너지 수요를 충족시키기 위해 유연하고 효율적인 방식으로 에너지 그리드 내에 포함된 에너지 그리드 엘리먼트를 조율하는 방법 및 시스템을 제공할 필요가 있다.
제 1 양태에 따르면, 에너지 그리드에서 에너지 서비스를 제공하는 시스템이 개시된다. 이 시스템은 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 분산 서버 아키텍처 및 정보를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티를 포함하는 클라우드 환경을 사용한다. 클라우드 환경은 정보를 교환하기 위해 통신 네트워크에 의해 상호 접속되는 복수의 서버, 저장 엔티티 및 다른 하드웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 클라우드 환경은 가상 서비스를 제공하기 위한 플랫폼, 가령, 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 가상 서버를 제공한다.
이 시스템은 복수의 에너지 그리드 엘리먼트 중 적어도 하나로부터 정보를 수신하고 운영 정책에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트를 동작시키도록 구성된 적어도 하나의 제어 엔티티를 포함할 수 있다.
또한, 시스템은 에너지 그리드 엘리먼트와 연결된 하나 이상의 제어 인터페이스를 포함할 수 있으며, 정보에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트를 동작시키기 위해 제어 인터페이스는 에너지 그리드 엘리먼트에 의해 제공된 정보를 제어 엔티티에 전송하고/전송하거나 제어 엔티티로부터 정보를 수신하도록 구성된다. 제어 인터페이스는 기본 에너지 그리드 엘리먼트의 기능을 기술하는 일반화된 제어 인터페이스를 제공할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제어 인터페이스는 장치 특정 하드웨어/파라미터와 제어 엔티티에 제공되는 일반화된 정보 간의 분리를 제공한다.
적어도 하나의 제어 엔티티는 클라우드 환경에서 호스팅되는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 따라서, 제어 엔티티는 단일 서버 또는 복수의 상이하며 공간적으로 분산된 서버들 상에 호스팅될 수 있는 복수의 소프트웨어의 집합체이다. 운영 정책은 이 클라우드 환경의 저장 엔티티에 저장되며, 제어 엔티티는 운영 정책에 따라 에너지 그리드 엘리먼트를 동작시키도록 운영 정책에 액세스할 수 있다.
제안된 시스템은 운영 정책에 기초한 에너지 그리드 내에 포함된 복수의 에너지 그리드 엘리먼트의 효율적인 동작이 클라우드 환경에 의해 제공되는 확장성, 신뢰성, 이용가능성, 보안성 및 견고성과 함께 제공될 수 있기 때문에 유리하다.
실시예에 따르면, 제어 인터페이스는 파라미터 세트에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트의 기능을 기술하도록 구성된 일반화된 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 전력 생성 엔티티는 일반화된 파라미터 "피크 전력", "평균 전력", "최소 전력", "효율", "위치" 등으로 기술될 수 있다. 이 파라미터 세트를 이용하여, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트를 평가하고 동작 요구 사항에 따라 에너지 그리드 엘리먼트를 사용할 수 있다.
실시예에 따르면, 에너지 그리드 엘리먼트는 에너지 그리드 엘리먼트 유형에 따라 그룹화될 수 있고, 파라미터 세트는 에너지 그리드 엘리먼트 유형에 따라 선택되어 이 유형의 에너지 그리드 엘리먼트의 특정 특성을 특성화할 수 있다. 예를 들어, "발전기", "전력 소비자", "에너지 저장 장치" 등의 유형이 정의될 수 있고, 각 유형의 에너지 그리드 엘리먼트의 특성이 일반화된 방식으로 기술되도록 파라미터 세트가 선택된다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티는 하나 이상의 동작 특성들에 따라 에너지 그리드 엘리먼트들을 조율하기 위해 에너지 그리드 엘리먼트의 특성 및/또는 상태 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동작 파라미터, 가령, 에너지 저장 장치의 부하, 발전기의 실제로 생성된 전력 등의 실시간 모니터링이 있다. 또한, 제어 엔티티는 에너지의 현재 수요에 관한 정보를 상이한 소비자들로부터 수신할 수 있다. 에너지의 실제 공급 및 수요에 기초하여, 제어 엔티티는 운영 정책에 규정된 요구 사항(예컨대, 최저 비용으로 에너지를 획득하고, 특정 임계치 이상의 가격으로 에너지를 제공함)이 충족되도록 에너지를 분배할 수 있다.
실시예에 따르면, 클라우드 환경은 사용자 인터페이스를 제공할 수 있으며, 사용자 인터페이스는 사용자로 하여금 사용자 관련 운영 정책을 정의하여 에너지 그리드의 자원 사용을 사용자 맞춤 방식으로 정의할 수 있게 한다. 예를 들어, 사용자는 컴퓨팅 장치 상에 애플리케이션을 저장할 수 있으며, 애플리케이션은 하나 이상의 사용자 특정 파라미터를 입력하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하며, 파라미터는 에너지 그리드의 자원을 제어하기 위한 사용자 관련 운영 정책을 정의한다. 또한, 클라우드는 제공된 운영 특성을 기반으로 사용자 정의 상업 모델 또는 유스 케이스를 처리하도록 구성된 사용자 관련 애플리케이션을 호스팅할 수 있다.
실시예에 따르면, 사용자 인터페이스를 통해 제공된 설정은 클라우드 환경의 사용자 관련 저장 영역에 저장될 수 있다. 유사하게, 사용자 정의 상업 모델 또는 유스 케이스를 처리하도록 구성된 애플리케이션은 사용자 관련 저장 영역에 저장될 수 있다. 따라서, 클라우드 환경에 규칙 세트(운영 정책)를 놓아서 특정 사용자가 제어 엔티티가 규칙에 따라 에너지 그리드 엘리먼트를 조율할 수 있게 할 수 있다.
실시예에 따르면, 운영 정책은 하나 이상의 에너지 그리드 엘리먼트들로의 에너지 입력 또는 이들로부터의 에너지 출력을 제어하기 위한 규칙을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩("에너지 저장 장치" 유형의 에너지 그리드 엘리먼트)의 소유자는, 에너지 비용이 제 1 임계치보다 낮을 때에는 배터리 팩에 에너지가 저장되고 에너지 비용이 제 2 임계치보다 높을 때에는 에너지가 배터리 팩으로부터 사용자에게 제공되는 것을 정의하는 운영 정책을 제공할 수 있다. 따라서, 시스템은 에너지 그리드로부터 도출된 특정 파라미터 또는 에너지 그리드 내의 플레이어의 파라미터에 따라 사용자 요구 사항을 충족시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티는 에너지 그리드 내에 적어도 하나의 가상 에너지 서브 그리드를 형성하기 위해 다수의 에너지 그리드 엘리먼트들을 동적으로 집합시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에너지 공급기는 복수의 에너지 그리드 엘리먼트들과 연관될 수 있고 에너지 그리드 엘리먼트들을 하나 이상의 가상 에너지 서브 그리드로 그룹화할 수 있다. 가상 에너지 서브 그리드는 서로 독립적일 수 있고 개별적으로 제어될 수 있으며, 즉, 가상 에너지 서브 그리드는 제어 목적과 관련하여 분리되지만 하나의 동일한 에너지 그리드에 포함될 수 있다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티 및 에너지 그리드 엘리먼트는 통신 네트워크 접속, 특히 가상 사설망(VPN) 접속을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어 엔티티는 통신 네트워크에서 가상 에너지 서브 그리드의 에너지 그리드 엘리먼트를 포함하도록 구성될 수 있고, 해당 설정들을 선택함으로써 통신 네트워크를 통해 에너지 그리드 엘리먼트의 통신을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 엔티티는 가상 에너지 서브 그리드의 에너지 그리드 엘리먼트들 간의 보안 통신을 가능하게 하기 위해 에너지 그리드 엘리먼트들 사이에 VPN 접속을 설정하도록 구성된다.
실시예에 따르면, 클라우드 환경은 적어도 하나의 가상 에너지 서브 그리드를 제어하기 위해 하나 이상의 가상 발전소(VPP) 애플리케이션을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 각각의 가상 에너지 서브 그리드는 특정 VPP와 연관될 수 있다. VPP는 애플리케이션을 실행하기 위해 클라우드 환경에서 또한 호스팅되는 하나의 애플리케이션 또는 다수의 애플리케이션들의 세트일 수 있다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티는 정보 교환을 위해 클라우드 환경 제어 엔티티와 연결될 수 있다. 클라우드 환경 제어 엔티티는, 예를 들어, 클라우드 환경 내의 네트워크의 동작 및/또는 프로세스의 스케줄링/실행을 제어하도록 구성된 소프트웨어 정의 네트워크(SDN) 제어기일 수 있다. 제어 엔티티와 클라우드 환경 제어 엔티티를 연결함으로써 최저 에너지 비용으로 공급될 수 있는 서버에서 프로세스가 스케줄링되기 때문에 클라우드 환경의 비용적인 효율성을 높일 수 있다. 한편, 제어 엔티티는 스케줄링된 프로세스를 인식하고 실제로 클라우드 환경에서 프로세스가 실행되는 위치에서 사용 가능한 에너지 자원을 효과적으로 사용하려고 시도할 수 있다.
실시예에 따라, 클라우드 환경 내의 컴퓨터를 이용하는 작업의 분배는 제어 엔티티에 의해 제공된 정보에 기초하여 제어될 수 있다. 제어 엔티티와 클라우드 환경 제어 엔티티 사이의 상술한 정보 교환에 의해, 컴퓨터를 이용하는 작업은 저비용 에너지를 제공하는 에너지 그리드 엘리먼트에 가까운 서버 상의 클라우드 환경 내에서 스케줄링될 수 있다. 이로써 클라우드 환경의 에너지 비용이 크게 감소된다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티는 가상 에너지 서브 그리드에 에너지 그리드 엘리먼트를 동적으로 추가하고 및/또는 가상 에너지 서브 그리드로부터 에너지 그리드 엘리먼트를 제거하도록 구성될 수 있다. 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트의 파라미터를 요청하고, 파라미터에 따라 에너지 그리드 엘리먼트를 가상 에너지 서브 그리드에 통합하고, 가상 에너지 서브 그리드를 제어하는 제어 엔티티와 에너지 그리드 엘리먼트 사이의 통신을 실현함으로써, 기존의 가상 에너지 서브 그리드에 새로운 에너지 그리드 엘리먼트를 포함시키는 수단을 포함한다. 바람직하게는, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트를 에너지 그리드 엘리먼트의 특성과 일치하는 가상 에너지 서브 그리드로 통합하기 위해 요청된 파라미터 세트에 기초하여 복수의 가상 에너지 서브 그리드들 중 특정 가상 에너지 서브 그리드를 선택하도록 구성될 수 있다.
실시예에 따르면, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트와 제어 엔티티 간의 통신을 가능하게 하기 위해 에너지 그리드 엘리먼트를 통신 네트워크에 동적으로 포함시키는 수단을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트와 제어 엔티티 사이의 신뢰성 있고 안전한 통신을 가능하게 하기 위해 각각의 가상 에너지 서브 그리드의 VPN 네트워크에 에너지 그리드 엘리먼트를 포함시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 분산 서버 아키텍처 및 정보를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티를 포함하는 클라우드 환경을 사용하여 에너지 그리드에서 에너지 서비스를 제공하는 방법이 개시된다. 에너지 그리드는 복수의 에너지 그리드 엘리먼트들을 포함하며, 에너지 그리드 엘리먼트들은 하나 이상의 제어 인터페이스들에 의해 제어 엔티티와 연결된다. 이 방법은,
- 분산 서버 아키텍처 상에 소프트웨어 모듈을 호스팅함으로써 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하는 적어도 하나의 제어 엔티티를 클라우드 환경에서 인스턴스화하는 단계와,
- 클라우드 환경의 저장 엔티티에 운영 정책을 저장하는 단계와,
- 저장된 운영 정책에 따라 에너지 그리드 엘리먼트를 동작시키기 위해 하나 이상의 제어 인터페이스를 통해 제어 엔티티와 에너지 그리드 엘리먼트 간에 정보를 교환하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "에너지 그리드 엘리먼트"가 에너지, 특히 전기 에너지의 공급, 전달 또는 저장을 위해 사용되는 에너지 그리드 내의 임의의 엘리먼트를 특정함을 더 잘 이해할 것이다. 에너지 그리드 엘리먼트는 예를 들어, 풍력 발전소, 태양광 발전 시스템, 화석 연료 발전소와 같은 발전기, 공장, E-자동차와 같은 전력 소비자, 또는 배터리 팩 또는 양수식 발전소와 같은 전력 저장 시설이 될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "클라우드 환경"은 복수의 서버들을 포함하는 분산 서버 아키텍처를 포함하는 컴퓨팅 환경을 특정함을 더 잘 이해할 것이다. 서버들은 공간적으로(지역적 또는 국가적으로) 분산될 수 있다. 또한, 클라우드 환경은 정보를 저장하기 위한 다수의 저장 엔티티들을 포함할 수 있다.
본 특허 출원에 개략적으로 서술된 바람직한 실시예를 포함하는 방법 및 시스템은 독립형으로 또는 본 명세서에 개시된 다른 방법 및 시스템과 함께 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 특허 출원에 개략적으로 서술된 방법 및 시스템의 모든 양태는 임의로 조합될 수 있다. 특히, 청구 범위의 특징은 임의의 방식으로 서로 조합될 수 있다. 또한, 달리 명시하지 않는 한, 본 발명의 실시예는 서로 자유롭게 조합될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 방식으로 이하 설명된다.
도 1은 복수의 에너지 그리드 엔티티를 포함하는 에너지 그리드의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 2는 클라우드 아키텍처를 사용하여 에너지 서비스를 제공하기 위한 시스템의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 3은 소프트웨어 정의 네트워크 제어기와 연결된 클라우드 아키텍처를 사용하여 에너지 서비스를 제공하기 위한 시스템의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 4는 에너지 그리드 내에서 에너지 서비스를 제어하도록 구성된 제어 엔티티의 예시적인 개략적 블록도를 도시한다.
도 5는 가상 에너지 서브 그리드를 동적으로 포함/제거하기 위한 예시적인 개략적 흐름도를 도시한다.
통신 기술(ICT)에 의한 분산 에너지 자원(Distributed Energy Resource: DER)의 통합 및 제어는 미래 에너지 아키텍처에 대한 중요한 요구이다. 현재 전력 시스템들은 DER과 같은 그 구성 요소의 상호 작용에 충분히 활용되고 있지 않다. 본 명세서의 한 가지 목적은 DER을 가상 발전소(Virtual Power Plants: VPP)로 집합 및 통합하고, 소프트웨어 정의 네트워킹(Software Defined Networking: SDN)으로 이를 제어하는 것이다.
본 명세서는 DER이 집합되는 VPP와 SDN 간의 컨버전스에 대해 기술한다. 이에 따라, 통신 기술(ICT)과 스마트 전력 그리드 사이의 링크가 생성되고 제어는 SDN 제어기에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 별도의 제어 플랫폼을 개발할 필요가 없다. 즉, 별도로 개발되는 제어 플랫폼이 필요하지 않다. 이 기능은 VPP와 SDN 제어기 간의 링크를 통해 채택된다. 오픈플로우(OpenFlow) 방식은 네트워크를 통해 SDN 측과 VPP/DER 측에서 모든 종류의 공통 데이터 스트림을 전송할 수 있다.
DER의 집합 및 제어는 매력적인 연구 주제이다. 확장 가능하고 효율적인 네트워크를 제공하는 SDN 기술은 이더넷을 통해 연결된, 네트워크킹된 IEC들 및 IDE들로 구성된 DER들을 제어하기 위한 통신 플랫폼을 구성할 수 있다. DER들(IED들)이 VPP에 동적으로 가입하거나 탈퇴할 때 DER 통신을 지원하는 네트워크 자원이 필요할 때 할당될 수 있다. 새로 가입된 DER은 적합한 VPP의 가상 네트워크로 발송될 수 있다. 네트워크 관리의 복잡성은 SDN 구성 요소(Apps)를 기반으로 하는 소프트웨어 서비스에 의해 처리될 수 있다.
도 1은 복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 포함하는 에너지 그리드(110)를 개략적으로 도시한다. 에너지 그리드(110)는 복수의 전력 라인을 포함할 수 있다. 전력선은 전력을 생성할 수 있는 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 전력을 소비할 수 있는 에너지 그리드 엘리먼트(150) 사이에서 전력을 전송하도록 구성된다. 도 1의 개략도에 따르면, 상부 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 전력을 생성하고 있다. 이러한 전력 생성에너지 그리드 엘리먼트(150)는 예를 들어, 발전소(가령, 원자력 발전소, 화석 연료를 사용하는 발전소) 또는 재생 에너지원(가령, 태양광 발전소, 풍력 발전소, 지열 발전소, 열병합전력유닛 등)일 수 있다. (도 1의 하부 에너지 그리드 엘리먼트(150)로 도시된) 전기 에너지를 소비하는 전력 그리드 엘리먼트(150)는 예를 들어, 공장, 가정용 살림살이, 배터리팩, 전기차 또는 양수식 발전소일 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트들(150) 중 적어도 일부는 전력 생성 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 이용하여 전력을 생성하는 하나 이상의 에너지 공급기에 의해 작동될 수 있고, 에너지 소비 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 생성된 에너지를 제공할 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트(150), 구체적으로 에너지 소비 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 에너지 수요에 따라 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 의해 생성되는 에너지의 양을 제어하기 위해 제어 유닛(115)이 제공될 수 있다. 제어 유닛(115)은 중앙 제어국에 포함될 수 있고, 현재 및/또는 예상된 에너지 수요에 따라 에너지의 생성을 제어하기 위해 에너지 그리드 엘리먼트(150)로부터 정보를 수신하고 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 제어 정보를 제공할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이 도면은 토폴로지 및 경로 계산과 같은 네트워크 지향 서비스(사우스 바운드 인터페이스) 및 실시간 모니터링 및 집합 제어와 같은 DER/VPP 특정 서비스 구성 요소(노스 바운드 인터페이스)를 포함하는 SDN 제어기 아키텍처를 도시한다. RESTful 노스 바운드 인터페이스는 잠재적인 VPP 제어 센터에 프로그래밍 언어 독립 서비스(애플리케이션) 인터페이스를 제공한다. 네트워크 엘리먼트(예컨대, 스위치)로부터 제어기로의 물리적 접속은 OSPF 프로토콜 및 IEC 61850 프로토콜을 전달할 수 있다. 네트워크 엘리먼트에서 OSPF 클라이언트가 지원하는 OSPF 프로토콜은 주로 포워딩 테이블의 수정 작업을 제공한다. IED에서 61850 호환 클라이언트가 지원하는 IEC 61850 프로토콜은 61850 특정 구성(SCL: substation configuration language) 및 I/O를 향한 동작, 가령, 릴레이를 제공한다.
도 2는 클라우드 환경(120)을 사용하여 에너지 그리드(110) 내에서 에너지 서비스를 제공하기 위한 시스템(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 클라우드 환경(120)은 공간적으로 분산될 수 있는 복수의 서버(122)를 포함한다. 즉, 클라우드 환경(120)은 분산 서버 아키텍처를 포함한다. 또한, 클라우드 환경(120)은 클라우드 환경(120) 내에 정보 또는 데이터를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티(124)를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 하나 이상의 제어 엔티티(130)를 더 포함한다. 제어 엔티티(130)는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하는 소프트웨어 기반 제어 유닛이다. 제어 엔티티(130)는 소프트웨어 정의 에너지 네트워크(Software-Defined Energy Network: SDEN) 제어기로 지칭될 수 있다. 제어 엔티티(130)는 소프트웨어 정의 에너지 네트워킹 층에 포함될 수 있다. 각 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드(110) 내에 포함된 복수의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 제어하도록 구성될 수 있다. 이전에 언급한 바와 같이, 에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 에너지 생성/제공 엘리먼트, 에너지 소비 엘리먼트, 또는 제 1 시간 구간에 에너지를 수신 및 저장하고 제 2 시간 구간에 에너지를 제공하는 에너지 엘리먼트(150)(예컨대, 양수식 발전소, 배터리팩 등)일 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 에너지 그리드(110)와 연결되어 에너지 그리드(110)에 포함된 다른 엘리먼트에 전기 에너지를 제공하거나 다른 엘리먼트로부터 전기 에너지를 획득할 수 있다.
에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 하나 이상의 에너지 그리드 사용자들(사용자 A, 사용자 B, ... 사용자 N)과 연관될 수 있다. 예를 들어, 제 1 에너지 그리드 사용자는 제 1 지리적 위치에서 태양광 모듈을 작동시킬 수 있고, 제 2 에너지 그리드 사용자는 제 2 지리적 위치에서 풍력 발전소를 운영할 수 있고, 제 3 에너지 그리드 사용자는 제 3 지리적 위치에서 바이오 가스 발전소를 운영할 수 있다.
에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 그들의 특정 동작들에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트 유형들로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 에너지 저장 엘리먼트 유형인 "에너지 저장 장치", "에너지 생성 장치", "에너지 소비 장치" 등으로 그룹화될 수 있다.
제어 엔티티(130)를 이용하여 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 제어할 수 있도록, 적어도 하나의 제어 인터페이스(140)가 제공된다. 제어 인터페이스는 가상화 계층에 포함될 수 있으며, 가상화 계층은 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 제어 엔티티(130) 사이의 일반화된 인터페이스를 제공한다. 제어 인터페이스(140)에 의해, 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 기능들은 추상화될 수 있으며, 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 기능들은 에너지 그리드 엘리먼트 하드웨어 및 그 특정 특성과 독립적으로 정의된다. 예를 들어, 에너지 그리드 엘리먼트 유형 "에너지 저장 장치"는 일반화된 제어 인터페이스 파라미터 "용량", "최소 및 최대 사용 가능 에너지 함량", "최소 및 최대 적재 용량", "충전 상태", " 효율성 레벨", "위치" 등으로 기술될 수 있다.
가상화 층은 복수의 제어 인터페이스들(140)에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 각각의 제어 인터페이스(140)는 특정 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 관련된다. 즉,(자신들의 공간 분포에 의존하는) 하나 이상의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 제어 인터페이스(140)에 의해 제어 엔티티(130)와 연결될 수 있다. 제어 인터페이스(140)는 제어 엔티티(130)와 에너지 그리드 엘리먼트들(150) 사이에서 정보를 교환하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 예를 들어, 초기화 루틴 동안, 제어 인터페이스(140)는 시불변 정보(에너지 그리드 엘리먼트의 유형, 용량, 위치, 효율 등)를 제어 엔티티(130)에 제공하기 위해 제어 엔티티(130)로 해당 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 기본 파라미터들을 제공할 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 동작 동안, 제어 엔티티(130)에 추가 정보(특히 시간 가변 정보)(예컨대, 실제로 생성된 전기, 충전 상태 등)가 제공될 수 있다. 수신된 정보에 기초하여, 제어 엔티티(130)는 특정 목적을 달성하기 위해 운영 정책들에 기초하여 에너지 그리드 엘리먼트들(150)를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 엔티티(130)는 에너지 생성 에너지 그리드 엘리먼트들(150)로부터 에너지 소비 에너지 그리드 엘리먼트들(150)로의 원하는 에너지 경로를 달성하기 위해 에너지 그리드(110)에 포함된 스위칭 엘리먼트들을 제어할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제어 엔티티(130)는 클라우드 환경(120)의 하나 이상의 서버들(122) 상에서 호스팅되는 복수의 소프트웨어 모듈들에 의해 형성된다. 특히, 제어 엔티티(130)는 하나 이상의 가상 서버들에 의해 구현될 수 있다. 클라우드 환경(120)에서의 구현으로 인해, 제어 엔티티(130)는 제어될 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 수에 따라 스케일링될 수 있다. 다시 말해, 제어 엔티티(130)는 소프트웨어에 기반하여 구현되고 컴퓨터를 이용하는 작업을 복수의 서버(122) 상에 배포하는 능력을 가지므로, 필요에 따라 확장 가능하다.
시스템(100)에 의해 제공되는 에너지 서비스의 각 사용자는 특정 목적을 달성하려고 의도할 수 있다. 예를 들어, 태양광 시스템의 소유자는 생성된 전력에 대해 가장 좋은 가격을 확보하려 할 수 있다. 그러나, 전기 자동차의 소유자는 일정 시간 구간 동안 가장 낮은 가격으로 전기 에너지를 공급받으려 할 수 있다. 이러한 요구 사항들을 충족시킬 수 있도록, 사용자는 특정 운영 정책들(160)을 구현할 수 있는데, 운영 정책들(160)은 하나 이상의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 동작시키기 위한 규칙을 나타낸다.
운영 정책들(160)을 생성하고 관리하기 위해, 사용자는 애플리케이션들(App)을 사용할 수 있다. 애플리케이션들은 운영 정책들(160)을 충족시키기 위해 클라우드 환경(120) 내의 프로세스를 트리거할 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션들은 특정 사용자 특정 비즈니스 모델, 특정 사용자 특정 시나리오 및/또는 특정 사용자 특정 동작 패턴을 반영하므로 사용자는 사용자 친화적인 방법(예컨대, 그래픽 사용자 인터페이스)으로 에너지 자원을 사용할 수 있다. 애플리케이션들은 사용자 인증을 체크하는 수단, 원가 및 수익을 계산하는 수단을 제공하고/제공하거나 사전 구성된 기능 패키지 또는 특정 유스 케이스에 맞게 맞춰진 기능 패키지를 제공할 수 있다.
제어 엔티티(130)는 모든 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 관리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드(110)에 포함된 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 정보를 포함하는 데이터베이스와 연결될 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스는 실제 활성/비활성 에너지 그리드 엘리먼트들(150), 그들의 동작 파라미터, 각각의 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 위치에 관한 정보, 및 각각의 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 에너지 그리드의 통합에 관한 정보(즉, 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 에너지 그리드(110)의 연결에 관한 세부 사항)을 포함한다.
제어 엔티티(130)는 에너지 그리드(110) 내에 가상 에너지 서브 그리드들을 만들도록 추가로 구성될 수 있다. 가상 에너지 서브 그리드들은 에너지 그리드(110) 내에 포함된 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 서브 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 그룹의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 제 1 가상 에너지 서브 그리드에 포함될 수 있고, 이와 구별되는 제 2 그룹의 에너지 그리드 엘리먼트들(150) 제 2 가상 에너지 서브 그리드에 포함될 수 있다. 따라서, 전력 공급기가 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 그룹화하는 것이 가능하다. 그룹은 소프트웨어 애플리케이션에 의해 관리될 수 있으며, 소프트웨어 애플리케이션은 이하 가상 발전소(virtual power plant: VPP)로 지칭된다. 클라우드 환경(120)에 기초하여, 다수의 가상 에너지 서브 그리드들을 병렬로 동작시키는 것이 가능하며, 여기서 각각의 가상 에너지 서브 그리드는 가상 발전소에 의해 동작된다. 다수의 가상 에너지 서브 그리드들은 독립적이며 서로 분리되어 있지만, 동일한 하드웨어 플랫폼, 즉 클라우드 환경(120)의 하드웨어 상에서 구동될 수 있다.
제어 엔티티(130)와 에너지 그리드 엘리먼트들(150) 사이에서 정보가 교환될 수 있도록, 제어 엔티티(130)와, 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 관련된 제어 인터페이스들(140)은 통신 링크를 통해 연결된다. 통신 링크는 통신 공급자에 의해 제공되는 공통 통신 네트워크 접속에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어, 통신 링크는 TCP/IP 통신 링크 또는 (예를 들어, 고주파 모니터링 샘플들의 시간-효율적인 전달을 제공하기 위한) 이더넷 링크일 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트들(150)은 표준화된 프로토콜들, 예를 들어, 개방형 흐름 프로토콜, IEC 61850 프로토콜, 단순 네트워크 관리 프로토콜(Simple Network Management Protocol: SNMP) 또는 NETCONF 프로토콜을 통해 제어 인터페이스(140)와 연결될 수 있다. 또한, 다른 표준화된 프로토콜이 이용 가능할 수도 있다.
에너지 그리드 엘리먼트들(150)로부터 수신된 현재 정보(시간에 따른 생성 전력, 충전 상태 등) 및 하나 이상의 사용자들에 의해 구현된 운영 정책들(160)에 기초하여, 제어 엔티티(130)는 운영 정책들에 따라 에너지 그리드 엘리먼트들을 조율할 수 있다. 즉, 클라우드 환경(120)과, 에너지 그리드 엔티티들에 대한 광역적(지역적, 국가적, 국제적)으로 일반화된 액세스를 기반으로(제어 인터페이스(140)를 포함하는 가상화 계층에 의해 제공된 일반화된 인터페이스를 기반으로) 운영 정책들에 기초한 유연한 실시간 에너지 그리드 자원 조율이 가능하다.
도 3은 도 2에 따른 시스템(100)의 특정 실시예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 시스템(100)은 에너지 그리드 자원들을 조율하기 위해 클라우드 인프라 및 통신 네트워크 인프라를 사용하고 있다. 이것은 네트워크 제어 작업을 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 제어기(일반적으로 클라우드 환경 제어 엔티티)라는 소프트웨어 애플리케이션으로 아웃소싱함으로써 하드웨어에서 네트워크 제어를 분리하려는 SDN 방식과 유사하다. 도 3의 좌측 부분은 에너지 그리드(110)를 조율하기 위한 클라우드 기반 시스템(100)(에너지 도메인) 옆의 예시적인 클라우드 기반 SDN 아키텍처(IT 도메인)를 도시한다. 에너지 도메인의 에너지 그리드 사용자는 IT 도메인의 통신 사용자에 대응한다. 에너지 도메인에서의 가상화 계층은 IT 도메인에서의 네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualization: NFV) 계층에 대응한다. 마지막으로, 에너지 도메인에서의 소프트웨어 정의된 에너지 네트워킹 계층은 IT 도메인 에서의 SDN 계층에 대응한다. 소프트웨어 정의된 네트워킹 작업(네트워크 제어 작업) 및 소프트웨어 정의된 에너지 네트워킹 작업(에너지 네트워크 제어 작업)을 처리하기 위해 동일한 하드웨어 자원을 사용하기 때문에, 소프트웨어 정의된 네트워킹 프로세스에 의해 야기되는 에너지 비용을 낮추고 에너지 그리드(110)의 에너지 자원의 효과적인 사용을 달성하기 위해 (소프트웨어 정의된 에너지 네트워킹 기능을 구현하는) 제어 엔티티(130)와 SDN 제어기 사이에서 정보를 공유하는 것이 바람직할 수 있다. 다시 말해, SDN 제어기 및 제어 엔티티(130)는 지역적으로 이용 가능한 에너지의 사용을 향상시키기 위해 및/또는 저비용의 전기 에너지로 클라우드 환경 인프라를 공급하기 위해, 클라우드 환경 사용과, 에너지 그리드에 제공되는 에너지 자원들 각각에 대한 정보를 공유할 수 있다.
SDN 제어기 및 제어 엔티티(130)는 앞서 언급된 정보를 교환할 수 있도록 데이터 링크(170)를 통해 연결될 수 있다. 바람직하게는, 클라우드 환경에 포함된 적어도 몇몇 서버들(122)이 에너지 그리드 엘리먼트들(150)로서 제어 엔티티(130)에 등록된다. 따라서, 서버들(122)의 실제 에너지 소비가 제어 엔티티(130)에 의해 모니터링되고 운영 정책들(160)을 수행하기 위해 고려된다. SDN 제어기와 제어 엔티티(130) 사이의 정보 공유로 인해, SDN 제어기는 에너지 그리드에서 이용 가능한 에너지 자원들에 따라 클라우드 환경(120) 내에서 컴퓨터를 이용하는 작업들을 분배할 수 있다(예를 들어, 저비용 에너지를 사용할 수 있는 영역 내에 위치한 서버 상에 특정 애플리케이션들을 호스팅함). 한편, 에너지 도메인의 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드 사용자들의 운영 정책들을 수행하기 위해 클라우드 환경의 전기 에너지 소비를 고려하도록 SDN 제어기의 정보를 사용할 수 있다.
도 4는 에너지 그리드(110)에 제공되는 에너지 자원들을 제어하도록 구성된 제어 엔티티(130)의 예시적인 실시예를 도시한다. 바람직하게는, 제어 엔티티(130)는 에너지 특정 운영 정책들을 수행하기 위해 에너지 기능뿐만 아니라 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 제어 엔티티(130) 사이의 데이터 통신을 관리할 수 있도록 통신 네트워크 및 에너지 그리드 기능을 통합한다. 제어 엔티티(130)는 클라우드 환경(120)의 하나 이상의 상이한 서버들(122)에서 호스팅될 수 있는 복수의 소프트웨어 모듈들을 포함한다. 예를 들어, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트들(150)에 의한 에너지의 수요 또는 공급을 모니터링하도록 구성된 실시간 모니터링 블록을 포함할 수 있다. 또한, 제어 엔티티는 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 제어 엔티티(130) 사이의 데이터 전송을 실현하고 유지하도록 구성된 데이터 전송 블록을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 포함하는 가상 에너지 그리드 네트워크들을 관리하도록 구성된 가상 네트워크 제어 블록이 제공될 수 있다. 제어 엔티티(130)의 집합 제어 블록은 다수의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 집합시킴으로써 가상 에너지 그리드 네트워크들을 형성하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제어 엔티티(130)는 예를 들어 토폴로지 관리 블록, 상태 관리 블록 및 스위치 관리 블록과 같은 몇몇 관리 블록들을 포함할 수 있다. 토폴로지 관리 블록은 여러 가상 에너지 그리드 네트워크들의 토폴로지들을 관리, 가령, 새로운 에너지 그리드 엘리먼트들(150)을 기존의 가상 에너지 그리드 네트워크들에 할당하도록 구성될 수 있다. 상태 관리 블록은 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 실제 상태 정보를 제공하기 위해 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 상태를 모니터링할 수 있다.
또한, 제어 엔티티는 예를 들어, 토폴로지 링크 발견 블록, 구성 블록 및 분석 블록 및 경로 계산 블록과 같은, IT 네트워크 목적들을 처리하기 위한 여러 블록들을 포함할 수 있다. 블록들은 예를 들어 네트워크 접속, 특히 제어 엔티티(130)와 에너지 그리드 엘리먼트들(150) 사이의 VPN 네트워크 접속을 실현하는 것과 같이 IT 네트워크로의 에너지 그리드 엘리먼트들(150)의 통합을 처리할 수 있다.
또한, 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 제어 엔티티(130) 사이, 제각기의 제어 엔티티(130)와 가상 발전소(VPP) 사이에서 정보를 교환하기 위한 복수의 인터페이스들을 포함할 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트들(150)를 향한 연결은 오픈플로우 프로토콜, IEC 61850 프로토콜, SNMP 프로토콜 또는 NETCONF 프로토콜에 의해 실현될 수 있다. 에너지 그리드 엘리먼트(150)에서 오픈플로우 클라이언트가 지원하는 오픈플로우 프로토콜은 주로 포워딩 테이블의 수정 작업을 제공한다. 에너지 그리드 엘리먼트(150)에서 61850 클라이언트가 지원하는 IEC 61850 프로토콜은 IEC 61850 61850 특정 구성(SCL: substation configuration language) 및 I/O를 향한 동작, 가령, 릴레이를 제공한다.
제어 엔티티(130)는 가상 발전소(VPP)와 정보를 교환하기 위한 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 가상 발전소는 또한 클라우드 환경(120)에서 호스팅되는 복수의 소프트웨어 애플리케이션들에 의해 형성될 수 있다. 제어 엔티티(130)와 가상 발전소 간의 연결은 프로그래밍 언어 독립 인터페이스, 예를 들어, 표현적 상태 전이(Representational State Transfer: RESTful) 인터페이스에 의해 실현될 수 있다.
요약하자면, 도 4는 토폴로지 및 경로 계산과 같은 네트워크 지향 서비스(사우스 바운드 인터페이스) 및 실시간 모니터링 및 집합 제어와 같은 에너지 그리드 엘리먼트/VPP 특정 서비스 구성 요소(노스 바운드 인터페이스)를 포함하는 SDN 제어기 아키텍처를 도시한다. RESTful 노스 바운드 인터페이스는 잠재적인 VPP 제어 센터에 프로그래밍 언어 독립 서비스(애플리케이션) 인터페이스를 제공한다. VPP는 클라우드 기반 스마트 에너지 애플리케이션들의 집합일 수 있다.
이하, SDN 방식에 기초하여 네트워크 엘리먼트들을 재구성하지 않고 DER이 어떻게 VPP 네트워크에 동적으로 가입하거나 탈퇴할 수 있는지에 관한 방법이 개시된다. DER에 속하는 네트워크 엘리먼트들 및 IED들은 제어기로의 초기 등록이 필요하다. 새로운 DER이 기존의 VPP에 첨부되어야 한다면, 알려지지 않은 패킷들이 VPP의 네트워크 엘리먼트들에 도달할 것이다. 오픈플로우 방식에 따르면 첫 번째 알려지지 않은 패킷이 제어기로 리디렉션된다. 새로운 DER은 제어기에 의해 새로운 VPP 엔티티로서 취급될 수 있다. 서비스들 및 데이터 모델들 모두에 대한 61850 시맨틱은 IEC 61850 프로토콜에 의해 추출 및 전달되고 VPP로의 통합을 지원한다. IED에 위치한 61850 클라이언트는 표준 메시지 인터페이스를 사용하여 네트워크 연결을 통해 장치로부터 오브젝트 정의를 추출할 수 있다.
또한, 집합 제어 구성 요소는 제어기의 RESTful 노스 바운드 인터페이스를 향하여 새로 가입된 DER의 통합을 자동적으로 수행하도록 트리거될 수 있다. 새로운 DER은, 네트워크 토폴로지 발견 서비스에 의해 VPP 제어 센터를 향해 현재 VPP 네트워크 토폴로지가 업데이트되는 제어기에 등록할 필요가 있는 새로운 네트워크 엘리먼트들 및 IED들을 VPP 네트워크로 전달할 수도 있다. 또한, 변경된 에너지 발생을 초래하는 기상 조건과 같은 VPP 집합 제약은 영향을 받는 DER의 다른 VPP로의 재배치를 트리거할 수 있으며, 이는 상이한 네트워크 슬라이스들에 의해 지원될 수 있다. 이 DER 재배치 프로세스는 또 상이한 SDN 지원 VPP로의 해당 네트워크의 동적 집합을 나타낸다.
도 5는 에너지 그리드 엘리먼트(150)가 가상 에너지 그리드 네트워크, 제각기의가상 발전소(VPP)에 어떻게 동적으로 가입하거나 탈퇴할 수 있는지를 나타내는 방법(200)을 도시한다. 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 제어 엔티티(130)로의 초기 등록을 요구하는 하나 이상의 네트워크 엔티티들 및/또는 집적 전자 장치들(IEDs)을 포함할 수 있다. 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)가 기존의 VPP에 첨부되어야 한다면, 알려지지 않은 패킷들이 제어 엔티티(130), 제각기의 VPP의 네트워크 엘리먼트들에 도달할 것이다.
알려지지 않은 패킷들이 제어 엔티티(130), 제각기의 VPP의 네트워크 엘리먼트들에 도달하면(S210), 가입 절차가 시작될 수 있다. 오픈플로우 방식에 따르면, 제 1 알려지지 않은 패킷은 제어 엔티티(130)로 리다이렉트될 것이다. 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 새로운 VPP 엔티티로서 제어 엔티티(130)에 의해 처리될 수 있다.
기존 VPP에 가입하기 위해, 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 관련 파라미터가 식별될 수 있다(S220). 예를 들어, 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드 엘리먼트의 유형, 현재 상태, 위치 등을 정의하는데 필요한 파라미터 세트를 제공하도록 요청할 수 있다. 서비스들 및 데이터 모델들 모두에 대한 61850 시맨틱은 IEC 61850 프로토콜에 의해 추출 및 전달되고 VPP로의 통합을 지원한다. 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 위치한 61850 클라이언트는 표준 메시지 인터페이스를 사용하여 네트워크 연결을 통해 장치로부터 오브젝트 정의를 추출할 수 있다. 61850 프로토콜은 TCP/IP를 기반으로 하지만 고주파 모니터링 샘플을 효율적으로 전송하기 위해 이더넷에서 직접 실행할 수도 있다. 61850-x-x 프로토콜은 61850-7-410 및 61850-7-420 등을 포함한다.
또한, 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 기존의 VPP에 통합될 수 있다(S230). 즉, 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 VPP에 의해 제어되는 가상 에너지 서브 그리드를 형성하기 위해 다른 에너지 그리드 엘리먼트들(150)과 그룹화될 수 있다. 제어 엔티티(130)의 집합 제어 블록은 제어 엔티티(130)의 RESTful 인터페이스를 향하여 새로 가입된 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 통합을 자동적으로 수행하도록 트리거될 수 있다.
또한, 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 가상 에너지 서브 그리드의 다른 구성 요소들 사이의 네트워크 연결이 실현되어야 한다(S240). 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 또한 네트워크 토폴로지 발견 서비스에 의해 VPP 제어 센터를 향해 현재 VPP 네트워크 토폴로지가 업데이트되는 제어 엔티티(130)에 등록할 필요가 있는 새로운 네트워크 엘리먼트들 및 IED들을 가상 에너지 서브 그리드, 제각기의 VPP 네트워크로 전달할 수도 있다.
유사하게, 이런 상황은 VPP 집합 제약들(예를 들면, 기상 조건, 변화하는 에너지 생산 비용 등)이 제 1 가상 에너지 서브 그리드로부터 제 2 가상 에너지 서브 그리드로의 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 재배치를 필요로 할 때 일어날 수 있다. 재배치 트리거가 수신되면(S250), 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 등록 해제되고(S260), VPP로부터 제거되고(S270), 통신 네트워크 연결이 제거된다(S280). 이후, 탈퇴하는 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 새로운 VPP에 등록하기 위해 전술한 바와 같이 새로운 에너지 그리드 엘리먼트(150)로서 취급된다. 이러한 에너지 그리드 엘리먼트(150) 재배치 프로세스는 또 클라우드 환경(120)에서 지원되는 상이한 VPP로의 대응하는 네트워크의 동적 집합을 나타낸다.
요약하면, 클라우드 환경에서 에너지 서비스를 제공하기 위한 시스템 및 방법이 개시되었다. 제안된 시스템/방법은 상이한 크기, 상이한 위치 및 상이한 에너지 특정 특성을 갖는 복수의 에너지 그리드 엘리먼트가 효과적인 방식으로 조율될 수 있기 때문에 유리하다.
예를 들어, IEC 61850 프로토콜 기반 데이터 모델들 및 솔루션들을 적용하는 "에너지 그리드 기능 가상화"를 이용하여 모든 에너지 그리드 엘리먼트들(발전소, 에너지 저장 시스템, 재생 가능 소스, 소비자, E-자동차 등)에 대해 광역적(지역적, 전국적)으로 일반화된 액세스를 구현하는 것이 제안되어 왔다. (이것은 정보 통신 기술(ICT) 네트워크에서의 네트워크 기능 가상화(NFV) 방식과 유사하며 가상화 및 일반화를 통해 하드웨어 종속성을 제거한다.)
또한, 에너지 그리드 "소프트웨어 정의 에너지 네트워킹(SDEN)"을 위한 지능형 제어 및 관리 인스턴스를 사용하여 다양한 비즈니스 모델을 구현하기 위한 유연한 실시간 에너지 그리드 자원 조정을 제공한다. 일반화된 API는 다양한 에너지 그리드 네트워킹 애플리케이션(예를 들어, 로드 밸런싱, 피크 쉐이빙, 용량 교환, 에너지 중개, 비상 운영 등)에 제공되어 "에너지 클라우드"를 형성한다. (이는 ICT 네트워크 자원을 조정하기 위한 ICT 네트워크의 SDN 방식과 유사하다). ICT 클라우드 솔루션은 입증된 탄력성, 확장성 및 효율성 기능들을 통해 에너지 클라우드를 위한 통신 인프라를 구현할 수 있고, 한편으로는, 캐리어 클라우드의 기본을 활용하는 특정 안정성, 이용가능성, 보안성 및 견고성 성능들을 구현할 수 있다.
이 클라우드 기반 아키텍처를 통해 SDN 부분은 컴퓨팅, 저장 및 매체 자원을 ICT 측의 사용자에게 제공하며 SDEN 부분은 에너지 그리드 측의 플레이어에게 비용 및 CO2 효율적인 에너지를 제공한다. 관련 서비스 및 애플리케이션이 동등하거나 동일한 클라우드 플랫폼을 사용할 수 있으므로 ICT 및 에너지 네트워크의 공동 운영 및 최적화를 위한 새로운 접근 방식이 추가적으로 가능하다. 따라서, ICT 소비자들(예를 들어, 라우터들, 분배된 네트워크 장비 또는 대형 중앙 집중형 데이터 센터들과 같은 ICT 네트워크 자원들)에게 언제 어디서나 필요할 때마다 비용 및 CO2 효율적인 에너지가 제공되므로 그들의 역동적인 요구에 대처할 수 있다.
반대로, ICT 네트워크 자원/에너지 소비자는 (효율적인 경로를 따르는 트래픽 흐름을 디렉트함으로써 또는 비용적으로 효율적인 에너지의 지역적 이용가능성에 따라 프로세스 및 데이터를 전용 데이터 센터로 전송함으로써) 에너지 그리드 측에서 에너지 이용가능성 제공을 인지하게 되고, 비용적으로 가장 효율적인 에너지를 제공하는 자원을 선택적으로 사용할 수 있으므로 에너지원의 공간적 및 시간적 이용가능성에 대처할 수 있다.
또한, 에너지 그리드 엘리먼트의 집합 및 제어는 흥미로운 연구 주제이다. 확장 가능하고 효율적인 네트워크를 제공하는 SDN 기술은 통신 네트워크(예를 들어, 이더넷)를 통해 접속된 네트워크 IED들을 포함하는 에너지 그리드 엘리먼트들을 제어하기 위해 통신 플랫폼을 구성한다.
에너지 그리드 엘리먼트 통신을 지원하는 네트워크 자원들은 에너지 그리드 엘리먼트들(IED 세트)이 VPP에 동적으로 가입하거나 탈퇴할 때 주문형으로 할당될 수 있다. IED들은 에너지 그리드 기능 세트로 간주될 수 있다. 새롭게 가입한 에너지 그리드 엘리먼트는 적합한 VPP의 가상 네트워크에 보내질 수 있다. 네트워크 관리의 복잡성은 SDN 구성 요소(Apps)를 기반으로 하는 소프트웨어 서비스에 의해 처리될 수 있다. 이 방법에서 SDN 제어기는 통신 네트워크와 에너지 그리드 기능을 통합한다.
설명 및 도면은 단지 제안된 방법 및 시스템의 원리를 설명하는 것이라는 점에 유의해야 한다. 따라서, 당업자는 본 명세서에 명시적으로 기재되거나 도시되지는 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 구성을 고안할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 인용된 모든 예들은 원칙적으로 제안된 방법 및 시스템의 원리와 발명가가 기술을 발전시키는데 기여한 개념을 독자가 이해하는 것을 돕기 위한 설명적인 목적만을 위한 것이며, 이 예들은 특별히 언급된 예시 및 조건에 한정되지 않고 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 양태 및 실시예뿐 아니라 그들의 특정 예를 제공하는 본 명세서의 모든 설명은 그 등가물을 포함하도록 의도된다.
마지막으로, 본 명세서의 임의의 블록도가 본 발명의 원리를 구현하는 예시적인 회로의 개념도를 나타낸다는 것을 알아야 한다. 유사하게, 임의의 순서도, 흐름도, 상태 전이도, 의사 코드 등은 컴퓨터 판독 가능 매체에서 실질적으로 표현 될 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되는지와 관계없이 이들에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해될 것이다.
도면에 도시된 다양한 엘리먼트의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어를 실행하고 적절한 소프트웨어와 연관될 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있으며, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, "프로세서" 또는 "컴퓨터"라는 용어의 명백한 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어에만 적용되는 것으로 해석되어서는 안되며, 이것은 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어를 저장하는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 비휘발성 저장 장치를 암묵적으로 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 종래의 및/또는 기존의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

Claims (15)

  1. 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 분산 서버 아키텍처 및 정보를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티(124)를 포함하는 클라우드 환경(120)을 사용하여 에너지 그리드(110)에서 에너지 서비스를 제공하는 시스템으로서,
    복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150) 중 적어도 하나로부터 정보를 수신하고 운영 정책(160)에 기초하여 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동작시키도록 구성된 적어도 하나의 제어 엔티티(130)와,
    상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)와 연결된 하나 이상의 제어 인터페이스(140) - 상기 제어 인터페이스(140)는 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)에 의해 제공된 정보를 상기 제어 엔티티(130)에 전송하는 것 및/또는 상기 제어 엔티티(130)로부터 정보를 수신하는 것을 수행하여 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 상기 정보에 기초하여 동작시키도록 구성됨 - 를 포함하되,
    상기 운영 정책(160)에 따라 상기 복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150)을 동작시키기 위해, 상기 적어도 하나의 제어 엔티티(130)는 상기 클라우드 환경(120)에서 호스팅되는 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하고 상기 운영 정책(160)은 상기 클라우드 환경(120)의 저장 엔티티(124)에 저장되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 인터페이스(140)는 파라미터 세트에 기초하여 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 기능을 기술하도록 구성된 일반화된 인터페이스를 제공하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 에너지 그리드 엘리먼트 유형에 따라 그룹화되고, 상기 파라미터 세트는 상기 에너지 그리드 엘리먼트 유형에 따라 선택되어, 상기 에너지 그리드 엘리먼트 유형의 특성(specific properties)을 특정하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130)는 하나 이상의 동작 특성에 따라 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 조율하도록 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)의 속성 및/또는 상태 정보를 수신하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130) 및 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 통신 네트워크 접속을 통해 연결되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클라우드 환경(120)은 사용자 인터페이스를 제공하고, 상기 사용자 인터페이스는 상기 에너지 그리드(110)의 자원 사용을 사용자 맞춤 방식으로 정의하도록 사용자로 하여금 사용자 관련 운영 정책(160)을 정의할 수 있게 하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스를 통해 제공된 설정은 상기 클라우드 환경(120)의 사용자 관련 저장 영역에 저장되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운영 정책(160)은 하나 이상의 에너지 그리드 엘리먼트(150)로의 에너지 입력 또는 그들로부터의 에너지 출력을 제어하기 위한 규칙을 포함하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130)는 상기 에너지 그리드(110) 내에 적어도 하나의 가상 에너지 서브 그리드를 형성하기 위해 둘 이상의 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동적으로 집합시키도록 구성되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 클라우드 환경(120)은 상기 적어도 하나의 가상 에너지 서브 그리드를 제어하기 위해 하나 이상의 가상 발전소 애플리케이션(VPP)을 제공하도록 구성되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130)는 정보 교환을 위해 클라우드 환경 제어 엔티티와 연결되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클라우드 환경(120) 내에서 상기 컴퓨터를 이용하는 작업을 분배하는 것은 상기 제어 엔티티(130)에 의해 제공된 정보에 기초하여 제어되는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 가상 에너지 서브 그리드에 동적으로 추가하는 것 및/또는 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 가상 에너지 서브 그리드로부터 제거하는 것을 수행하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 엔티티(130)는 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 통신 네트워크에 동적으로 포함시키는 수단을 포함하여, 상기 제어 엔티티(130)와 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150) 사이의 통신을 가능하게 하는
    에너지 서비스 제공 시스템.
  15. 컴퓨터를 이용하는 작업을 처리하기 위한 분산 서버 아키텍처 및 정보를 저장하기 위한 복수의 저장 엔티티(124)를 포함하는 클라우드 환경(120)을 사용하여 에너지 그리드(110)에서 에너지 서비스를 제공하는 방법으로서,
    상기 에너지 그리드(110)는 복수의 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 포함하고 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)는 하나 이상의 제어 인터페이스(140)에 의해 제어 엔티티(l30)와 연결되며, 상기 방법은,
    상기 분산 서버 아키텍처 상에 복수의 소프트웨어 모듈을 호스팅함으로써 상기 복수의 소프트웨어 모듈을 포함하는 적어도 하나의 제어 엔티티(130)를 상기 클라우드 환경(120)에서 인스턴스화하는 단계와,
    상기 클라우드 환경(120)의 저장 엔티티(124)에 운영 정책(160)을 저장하는 단계와,
    상기 저장된 운영 정책(160)에 따라 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150)를 동작시키기 위해, 상기 하나 이상의 제어 인터페이스(140)를 통해 상기 제어 엔티티(130)와 상기 에너지 그리드 엘리먼트(150) 사이에서 정보를 교환하는 단계를 포함하는
    에너지 서비스 제공 방법.
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