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표제지
목차
제1장 서론 8
제1절 연구의 배경 및 목적 8
제2절 국내외 에너지 관련 기술 동향 11
1) 스마트 그리드 12
2) 신재생 에너지 14
3) 에너지 저장 장치 15
4) 에너지 관리 시스템 16
제2장 태양광 발전 시스템 18
제1절 개론 18
제2절 태양광 발전 시스템의 구성요소 20
제3절 태양광 발전 시스템의 특징 23
제4절 태양광 패널의 열화현상 26
제3장 에너지 데이터 처리와 지능형 에너지 서비스 플랫폼 29
제1절 플랫폼 아키텍처 29
(1) 플랫폼의 기능 요구 사항 29
(2) 플랫폼의 기술 요구 사항 33
(3) 외부 협업 디바이스 33
제2절 데이터베이스 구조 34
제3절 에너지 데이터 처리 알고리즘 38
(1) 태양광 패널 효율 진단 알고리즘 38
(2) 소비 예측 및 분배 알고리즘 42
(3) 대기 전력 학습 알고리즘 45
제4절 지능형 에너지 서비스 48
(1) 에너지 정보 모니터링 서비스 48
(2) 태양광 효율 진단 서비스 49
(3) 태양광 고장 진단 서비스 49
(4) 에너지 자동 분배 서비스 49
(5) 사용자 위치 기반 에너지 절감 서비스 49
(6) 대기 전력 차단 서비스 50
제5절 Application Programming Interface 51
(1) Power Consumption (모니터링) 52
(2) Power Production (모니터링) 52
(3) Power Charging (모니터링) 53
(4) Power Discharging (모니터링) 54
(5) Room Information (모니터링) 55
(6) User Information (모니터링) 55
(7) PV Checking (모니터링) 56
(8) PV Prediction (모니터링) 57
(9) User Detecting (모니터링) 57
(10) Appliance Relationship (제어) 58
(11) Appliance Control (제어) 59
(12) Appliance Group-Control (제어) 59
(13) Standby Power Reduction (제어) 60
(14) Standby Power Studying (제어) 61
(15) User Delegation (제어) 61
제4장 실험 및 결과 63
제1절 실험 수행 63
제2절 실험 결과 63
(1) 태양광 패널 효율/고장 진단 63
(2) 에너지 분배 알고리즘 수행 67
(3) 대기 전력 차단 효과 검증 70
제5장 결론 75
참고문헌 76
국문초록 79
Abstract 80
표 1. 재생가능 에너지의 비용 8
표 2. 기존 전력망과 스마트 그리드 비교 12
표 3. 스마트 그리드 기술 영역별 주요 기술 14
표 4. 주택 및 빌딩에 적용이 가능한 신재생 에너지원의 장단점 15
표 5. 전력산업 적용 분야별 에너지저장시스템 요구기술 특성 16
표 6. 적용 대상에 따른 에너지 관리 서비스 17
표 7. 태양광 발전의 장단점 18
표 8. 국내 자가용 태양광 발전 생산량 추기 23
표 9. 신재생에너지 종류별 설치단가 24
표 10. 다양한 태양광 열화 현상 27
표 11. 플랫폼에서 필요로 하는 에너지 데이터 및 활용 방안 31
표 12. 플랫폼에서 필요에 요구되는 기능 32
표 13. 플랫폼에서 필요로 하는 API 32
표 14. 플랫폼에서의 데이터베이스 34
표 15. 에너지 데이터 수집 방안 35
표 16. 플랫폼 엔진에서 제공하는 알고리즘 38
표 17. DR과 PR을 통한 태양광 패널 상태 결정 40
표 18. 플랫폼 엔진에서 제공하는 서비스 48
표 19. 플랫폼에서의 API 51
표 20. 파워 소비 모니터링 API의 요청인자 52
표 21. 파워 소비 모니터링 API의 출력값 52
표 22. 파워 생산 모니터링 API의 요청인자 52
표 23. 파워 생산 모니터링 API의 출력값 53
표 24. ESS의 충전 API의 요청인자 53
표 25. ESS의 충전 API의 출력값 54
표 26. ESS의 방전 API의 요청인자 54
표 27. ESS의 방전 API의 출력값 54
표 28. 공간의 API의 요청인자 55
표 29. 공간의 API의 출력값 55
표 30. 사용자 정보의 API의 요청인자 56
표 31. 사용자 정보의 API의 출력값 56
표 32. PV 패널의 API의 요청인자 56
표 33. PV패널의 API의 출력값 57
표 34. PV 패널 예상 발전량의 API의 요청인자 57
표 35. PV패널 예상 발전량의 API의 출력값 57
표 36. 사용자의 상태 API의 요청인자 58
표 37. 사용자의 상태 API의 출력값 58
표 38. 가전 관계 제어 API의 요청인자 58
표 39. 가전 관계 설정 제어 API의 출력값 58
표 40. 가전 관계 해제 제어 API의 출력값 58
표 41. 가전기기 제어의 API의 요청인자 59
표 42. 가전기기 전원 공급 제어의 API의 출력값 59
표 43. 가전기기 전원 차단 제어의 API의 출력값 59
표 44. 특수 메시지 전달의 API의 출력값 59
표 45. 가전기기 그룹 제어의 API의 요청인자 60
표 46. 가전기기 그룹 전원 공급의 API의 출력값 60
표 47. 가전기기 그룹 전원 차단의 API의 출력값 60
표 48. 대기전력 제어 API의 요청인자 60
표 49. 대기 전력 제어 시행의 API의 출력값 61
표 50. 대기 전력 제어 중지의 API의 출력값 61
표 51. 대기전력 학습의 API의 요청인자 61
표 52. 대기전력 학습의 API의 출력값 61
표 53. 에너지 제어 권한의 API의 요청인자 62
표 54. 에너지 제어 권한의 API의 출력값 62
표 55. 실험 내용 및 검증 방법 63
표 56. 태양광 발전 시스템 효율 측정의 정확성 65
표 57. 태양광 발전 시스템의 상태 측정의 정확성 66
표 58. 테스트 베드에 설치된 가전 기기 67
표 59. 가전기기 운영 계획표 68
표 60. PR이 60 이상인 경우 가전기기 운영 68
표 61. PR이 30 이하인 경우 가전기기 운영 68
표 62. PR이 60 이상인 경우 가전기기 운영 69
표 63. PR이 30 이하인 경우 가전기기 운영 69
그림 1. 홈 에너지 관리 시스템의 구성 요소 11
그림 2. 지붕형 태양광 발전 시스템의 보급예상도 18
그림 3. 태양광 발전 시스템의 구성요소 20
그림 4. 태양광 모듈의 구성 21
그림 5. 월별 평균 태양광 발전량 24
그림 6. 날씨에 따른 시간별 발전량 추이 25
그림 7. 태양광 패널의 열화 현상에 대한 열적외선 사진 26
그림 8. 정상상태 패널과 열화현상이 발생한 패널의 IV 커브 그래프 27
그림 9. 실제 태양광 패널의 MPPT와 기대 MPPT 비교 28
그림 10. 에너지 데이터 처리 및 분석 플랫폼 아키텍처 30
그림 11. Reference Database 구조 35
그림 12. Appliance Database 구조 36
그림 13. Photovoltaic Database 구조 36
그림 14. User Database 구조 37
그림 15. Service Database 구조 37
그림 16. 태양광 패널 효율 및 고장 진단 알고리즘 39
그림 17. 각 가전기기그룹과 발전원 42
그림 18. 소비 예측 및 분배 알고리즘의 시퀀스 다이어그램 44
그림 19. 가전기기들의 전력 소비 및 대기 전력 패턴 45
그림 20. 대기전력 학습 알고리즘 46
그림 21. 태양광 패널과 내부 시스템 64
그림 22. 태양광 발전 시스템 및 데이터 수집 장치 64
그림 23. 가전기기가 설치된 테스트 베드 67
그림 24. 대기전력 학습 결과 74
초록보기 더보기
미래 에너지 환경은 지금과 달리 각 주택/빌딩/공장 등이 에너지 생산자이자 소비자의 역할을 할 것 이다. 따라서 새로운 에너지 관리 시스템은 신재생 에너지 시스템을 고려해야 하며 수많은 고려 사항들을 데이터로 교환하며 에너지를 관리 하게 될 것이다.
본 논문에서는, 미래 에너지 환경을 가정하여 신재생 에너지 시스템을 고려한 새로운 에너지 관리 방안에 대해 연구 개발하였다. 우선 기존의 에너지 관리 시스템의 한계인 확장성, 범용성, 정확성, 편리성 등의 요소를 해결하고자 노력하였다. 그리하여 자체 프로토콜이 아닌 REST API 기반의 서비스와 데이터 수집, 처리, 관리를 중심으로 한 차세대 에너지 서비스 플랫폼을 설계 하였다.
또한 신재생 에너지 시스템 가운데 가장 폭넓게 쓰이고 있고 향후에도 가장 많이 보급될 것이라 예상되는 태양광 발전 시스템으로부터 정확한 효율/고장 진단을 통해 에너지 관리 서비스를 구현하고 사용하는데 도움을 주었다.
그리고 플랫폼으로 수집된 데이터들을 이용하여 에너지 분배를 한다거나 대기전력을 자동으로 학습하여 차단하는 것을 보여줌으로서 본 논문의 플랫폼이 현재의 에너지 관리 시스템처럼 기능적 한계를 가지는 것이 아닌, 데이터 처리 방법에 따라 다양한 에너지 서비스가 만들어 질 수 있음도 보였다.
본 연구의 결과물들은 미래 에너지 환경에서 사용하게 될 에너지 서비스 플랫폼의 구조, 역할, 기능 등을 보임으로써 미래 에너지 관리 시스템을 개발하는데 작은 기여가 될 수 있을것이라 기대한다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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