[논문 리뷰] Research Needed in Computational Social Science for Power System Reliability, Resilience, and Restoration

Jaber Valinejad, Lamine Mili외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 22.

Opinion Dynamics and Social Influence참고 문헌 87인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 정서 전염 이론을 영감으로 삼아 사회적 상호작용, 특히 최종 사용자 만족도, 미디어 확산 및 협력이 전력 시스템의 신뢰성과 복원력에 미치는 영향을 연구하기 위해 에이전트 기반 인공사회 모델을 제안한다. 시뮬레이션 결과 전력 부족과 증가한 미디어 노출은 사용자 만족도를 낮추며, 사회적 협력은 시스템의 복원력을 향상시킨다. 이는 전력 시스템 계획 및 운영에서 계산 기반 사회과학의 필수성에 대한 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

In the literature, smart grids are modeled as cyber-physical power systems without considering the computational social aspects. However, end-users are playing a key role in their operation and response to disturbances via demand response and distributed energy resources. Therefore, due to the critical role of active and passive end-users and the intermittency of renewable energy, smart grids must be planned and operated by considering the computational social aspects in addition to the technical aspects. The level of cooperation, flexibility, and other social features of the various stakeholders, including consumers, prosumers, and microgrids, affect the system efficiency, reliability, and resilience. In this paper, we design an artificial society simulating the interaction between power systems and the social communities that they serve via agent-based modeling inspired by Barsade's theory on the emotional spread. The simulation results show a decline in the consumers' and prosumers' satisfaction levels induced by a shortage of electricity. It also shows the effects of social diffusion via the Internet and mass media on the satisfaction level. In view of the importance of computational social science for power system applications and the limited number of publications devoted to it, we provide a list of research topics that need to be achieved to enhance the reliability and resilience of power systems' operation and planning.

연구 동기 및 목표

• 기술적 사이버-물리 모델과 계산 기반 사회과학을 융합함으로써 전력 시스템 연구에서의 격차를 메우기.
• 최종 사용자 정서, 협력 및 사회적 확산이 시스템 신뢰성과 복원력에 미치는 영향을 조사하기.
• 인공사회 프레임워크를 통해 사회적 행동과 전력 시스템 성능 간의 상호의존성을 모델링하기.
• 수요 반응 및 복구 계획에서 만족도, 위험 인식, 공감과 같은 사회적 요소의 필요성을 부각하기.
• 전력 시스템 운영 및 계획에서 계산 기반 사회과학을 발전시키기 위한 연구 계획 제공하기.

제안 방법

• 전력 시스템과 사회 공동체 간의 상호작용을 시뮬레이션하는 인공사회에 기반한 에이전트 기반 모델 개발하기.
• Barsade의 정서 전염 이론을 바탕으로 만족도와 위험 인식의 확산을 모델링하기.
• 대중 미디어 및 인터넷 플랫폼을 통한 사회적 확산을 집단적 정서 상태의 주요 원동력으로 통합하기.
• 전기 가용성과 사회적 영향력에 의해 영향을 받는 동적 만족도 수준을 가진 소비자 또는 프로슈머로 최종 사용자 모델링하기.
• 하중 차단 시나리오를 시뮬레이션하여 사용자 만족도 및 협력 수준에 미치는 영향 평가하기.
• 유도형 계산 기반 사회과학을 활용해 개인 에이전트 규칙에서 유도되는 타원적 행동을 탐색하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전력 부족은 전력 시스템 내 최종 사용자 만족도와 사회적 협력에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 대중 미디어를 통한 사회적 확산은 전력 차단 기간 동안 사용자 불만을 어떻게 증폭하거나 완화하는가?
• RQ3 공포와 공감과 같은 정서 상태는 수요 반응 및 페어 투 페어 에너지 공유에 참여하는 데 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 신뢰, 유연성, 협업과 같은 사회적 행동은 시스템 복원력을 향상시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 계산 기반 사회과학 모델은 전력 시스템 계획 및 운영에 어떻게 통합되어 신뢰성을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 전력 부족은 최종 사용자 만족도에 측정 가능한 하락을 초래하며, 이 효과는 높은 미디어 접근성 조건에서 더욱 심화된다.
• 대중 미디어 플랫폼을 통한 사회적 확산은 집단적 만족도 수준에 크게 영향을 미치며, 정전 기간 동안 정서의 확산 속도를 가속화한다.
• 특히 전력 부족 상황에서 사용자 간의 협력과 공감이 증가하는 경향을 관찰할 수 있다.
• 정서적으로 만족하고 사회적으로 연결된 상태일수록 프로슈머와 소비자는 수요 반응에 더 높은 유연성과 참여 의지를 보인다.
• 시뮬레이션을 통해 개인 에이전트 규칙만으로는 예측할 수 없는 집단적 행동, 예를 들어 조율된 에너지 공유와 같은 행동이 유도되는 것으로 확인되었다.
• 인공사회 모델의 전력 시스템 운영에의 통합은 고비용 또는 고위험 시나리오의 가상 테스트를 가능하게 하며, 시나리오 기반 계획 수립을 지원한다.