[논문 리뷰] Integration of SCADA services in cross-infrastructure holistic tests of cyber-physical energy systems

Van Hoa Nguyen, Tung Lam Nguyen외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 15.

Real-time simulation and control systems참고 문헌 20인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 사이버-물리 에너지 시스템의 통합 테스트에 감시 제어 및 데이터 획득(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA) 서비스를 통합하는 방법을 제안하며, 원격 하드웨어-인-더-러프 및 공진합 시뮬레이션을 통해 상호 운용성 있고 현실적인 검증을 가능하게 한다. 이 방법은 분산된 플랫폼을 통해 고립된 마이크로그리드의 실시간 제어를 성공적으로 구현하여 연구 인프라 간 실험의 정밀도와 확장성을 향상시켰다.

ABSTRACT

Cyber-Physical Energy System, due to its multi-domain nature, requires a holistic validation methodology, which may involve the integration of assets and expertise from various research infrastructures. In this paper, the integration of Supervisory Control and Data Acquisition services to cross-infrastructure experiment is proposed. The method requires a high degree of interoperability among the participating partners and can be applied to extend the capacity as well as the degree of realism of advanced validation method such as co-simulation, remote hardware-in-the-loop or hybrid simulation. The proposed method is applied to a case study of multi-agent system based control for islanded microgrid where real devices from one platform is integrated to real-time simulation and control platform in a distanced infrastructure, in a holistic experimental implementation.

연구 동기 및 목표

• 다양한 연구 인프라 간 사이버-물리 에너지 시스템의 통합 검증을 가능하게 하기 위해.
• 다양한 플랫폼의 SCADA 서비스를 분산형 실시간 실험에 통합하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 공진합 시뮬레이션 및 원격 하드웨어-인-더-러프와 같은 고급 테스트 방법의 현실성과 확장성을 향상시키기 위해.
• 거리가 떨어진 곳에 있는 실제 장치와 실시간 시뮬레이션 플랫폼 간의 상호 운용성을 입증하기 위해.
• 통합된 SCADA 서비스를 활용하여 고립된 마이크로그리드에 다중 에이전트 시스템 기반 제어 전략을 검증하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 지리적으로 분산된 인프라 간 SCADA 시스템과 실시간 시뮬레이션 플랫폼 간의 상호 운용성을 가능하게 한다.
• 표준화된 통신 프로토콜을 사용하여 한 인프라의 실제 장치를 다른 인프라의 실시간 시뮬레이션 환경에 연결한다.
• 물리적 장치와 시뮬레이션 구성 요소를 하나의 실험 프레임워크 안에 통합함으로써 하이브리드 시뮬레이션을 지원한다.
• 테스트 중인 마이크로그리드를 조율하기 위해 다중 에이전트 시스템 기반 제어 아키텍처를 구현한다.
• 통합을 통해 인프라 경계를 초월한 마이크로그리드의 종단 간 모니터링 및 제어가 가능해진다.
• 사례 연구를 통해 고립된 마이크로그리드의 원격 하드웨어-인-더-러프 테스트를 통해 시스템을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 연구 인프라에서 온 SCADA 서비스를 통합된 실시간 테스트 프레임워크에 어떻게 통합할 수 있는가?
• RQ2 다양한 인프라 간 SCADA 통합이 사이버-물리 에너지 시스템 검증의 현실성에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 실제 장치를 포함한 분산형 하이브리드 시뮬레이션 환경에서 다중 에이전트 제어 시스템을 효과적으로 테스트할 수 있는가?
• RQ4 원격 다중 플랫폼 실험에서 동기화와 상호 운용성을 유지하기 위한 기술적 과제와 해결 방법은 무엇인가?
• RQ5 SCADA 서비스 통합이 통합 테스트 방법의 확장성과 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 SCADA 서비스를 활용하여 물리적 마이크로그리드 장치를 원격 실시간 시뮬레이션 플랫폼과 실시간으로 통합하는 데 성공했다.
• 표준화된 통신 및 동기화 프로토콜을 통해 서로 다른 연구 인프라 간의 상호 운용성이 달성되었다.
• 통합 테스트 환경은 다중 에이전트 시스템을 통해 고립된 마이크로그리드를 안정적이고 정확하게 제어하는 데 성공했다.
• 실제 하드웨어와 고정밀 시뮬레이션을 조합함으로써 검증 과정의 현실성이 크게 향상되었다.
• 이 방법은 사이버-물리 에너지 시스템의 다른 다중 인프라 테스트 시나리오에 대해 확장 가능하고 적응 가능함을 입증했다.
• 사례 연구를 통해 분산된 플랫폼 간 전체 SCADA 시각화 및 제어 기능을 갖춘 원격 하이브리드 테스트의 가능성이 확인되었다.