[논문 리뷰] A Rudiment of Energy Internet: Coordinated Power Dispatching of Intra- and Inter- Local Area Packetized-Power Networks

Jinghuan Ma|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 24.

Microgrid Control and Optimization참고 문헌 20인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 상호접속된 지역 패킷화 전력망(LAPPNs)을 위한 협업형 전력 배분 프레임워크를 제안하며, 내부 및 외부 LAPPN 간 전력 전송을 조율한다. 수용자 매칭과 이중 레이어 스케줄링 메커니즘을 통합함으로써 에너지 전달량을 극대화하면서도 전송 긴급도의 공정성을 확보하여, 두 개의 LAPPN으로 구성된 시스템에서 시뮬레이션 결과 높은 이용률과 낮은 손실을 달성한다.

ABSTRACT

Local area packetized-power network (LAPPN) provides flexible local power dispatching in the future Energy Internet. With interconnections among multiple LAPPNs, power dispatching can be further extended to intra- and inter-LAPPN power interchanges. It becomes a significant issue to schedule the two kinds of power interchanges as, from a system perspective high utilization of available scheduling time slots and low overall transmission loss should be guaranteed, and from a subscriber perspective a high scheduled ratio of transmission requests with a fair transmission sequence in terms of transmission urgency are expected. To this end, we propose a cooperative power dispatching framework for connected LAPPNs, including subscriber matching and two-layer power transmission scheduling. The former matches subscribers from different LAPPNs, considering both subscriber preferences and power transmission loss. The latter coordinates the intra- and inter-LAPPN power packet transmission to maximize the amount of energy delivered with a guaranteed fairness on user urgency. Simulation results of a two-LAPPN system are provided, which demonstrate that the proposed framework can achieve effective and efficient power dispatching in terms of the mentioned concerns, and reveal facts on ideal system capacity and how to manipulate the proportions of the two kinds of transmissions according to network status.

연구 동기 및 목표

• 발전하는 에너지 인터넷 환경에서 내부 및 외부 LAPPN 간 전력 교환을 조율하는 도전 과제를 해결한다.
• 상호접속된 LAPPNs에서 스케줄링 시간 슬롯의 높은 시스템 이용률과 전체 전송 손실의 최소화를 확보한다.
• 전송 긴급도 기반의 공정한 우선순위 부여를 통해 전송 요청의 높은 스케줄링 비율을 보장한다.
• 다양한 LAPPNs 간 에너지 효율성과 사용자 공정성을 균형 잡는 확장 가능한 프레임워크를 개발한다.

제안 방법

• 내부 LAPPN과 외부 LAPPN 간 조율을 위한 이중 레이어 전력 전송 스케줄링 프레임워크를 도입한다.
• 수용자 선호도와 LAPPN 간 전력 전송 손실을 모두 고려한 수용자 매칭 알고리즘을 구현한다.
• 긴급도 기반의 전송 순서에서의 공정성을 유지하면서 총 전달 에너지를 극대화하는 협업 스케줄링 메커니즘을 사용한다.
• 시간 슬롯 기반 패킷화된 에너지 교환으로 전력 전송을 모델링하여 영향력 있고 유연한 동적 디스패칭을 가능하게 한다.
• 사용 가능한 시간 슬롯, 전송 손실, 긴급도 기반 우선순위 큐를 종합적으로 고려하여 스케줄링 결정을 최적화한다.
• 다양한 네트워크 조건에서의 프레임워크 성능을 검증하기 위해 이중 LAPPN 시스템에서 시뮬레이션 기반 평가를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내부 및 외부 LAPPN 간 전력 교환을 효과적으로 조율하여 에너지 전달량과 시스템 효율을 극대화할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 실시간 네트워크 상태에 기반하여 내부 및 외부 LAPPN 전송 비율의 최적 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ3 성공적으로 스케줄된 요청의 수를 극대화하면서도 전송 긴급도의 공정성을 보장할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 전송 손실과 수용자 선호도는 상호접속된 LAPPNs에서의 전체 스케줄링 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 프레임워크는 에너지 전달량과 전송 긴급도의 공정성 간 균형을 맞춤으로써 효과적이고 효율적인 전력 디스패칭을 달성한다.
• 시뮬레이션 결과, 비협업 기반 기법 대비 전송 요청의 스케줄링 비율이 뚜렷이 향상됨을 확인하였다.
• 프레임워크는 두 개의 LAPPN 시스템에서 사용 가능한 시간 슬롯의 이용률을 극대화하면서도 전체 전송 손실을 낮게 유지한다.
• 시스템은 성능 향상에 있어 외부 LAPPN 전송이 더욱 중요한 역할을 하기 시작하는 이상적인 용량 한계를 드러낸다.
• 네트워크 상태에 따라 내부 및 외부 LAPPN 전송 비율을 조정하면 시스템 스루풋을 크게 향상시킬 수 있다.
• 이중 레이어 스케줄링 메커니즘은 에너지 전달량을 훼손하지 않으면서도 LAPPN 간 전력 공급을 효과적으로 조율하며 공정성을 확보한다.