[논문 리뷰] Paving the Way to Smart Micro Energy Internet: Concepts, Design Principles, and Engineering Practices

Shengwei Mei, Rui Li외 7명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 30.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 38인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 효율성과 복원력을 향상시키기 위해 마이크로 겔리지, 분산 다기능 발전, 에너지 저장 및 고도의 제어 기술을 통합한 스마트 마이크로 에너지 인터넷 프레임워크를 제안한다. 자가 수렴 최적화 기능을 지닌 공 ing 게임 이론 기반 에너지 관리 시스템을 도입하였으며, 청해 대학교에서 구축한 태양광 기반 프로토타입을 통해 외부 간섭 상황에서도 운영 안정성 향상과 다기준 최적화가 가능함을 입증하였다.

ABSTRACT

The energy internet is one of the most promising future energy infrastructures that could both enhance energy efficiency and improve its operating flexibility. Analogous to the micro-grid, the micro energy internet emphasizes the distribution level and demand side. This paper proposes concepts and design principles of a smart micro energy internet for accommodating micro-grids, distributed poly-generation systems, energy storage facilities, and associated energy distribution infrastructures. Since the dispatch and control system of the smart micro energy internet is responsible for external disturbances, it should be able to approach a satisfactory operating point while supporting multiple criteria, such as safety, economy, and environmental protection. To realize the vision of a smart micro energy internet, an engineering game theory based energy management system with self-approaching-optimum capability is investigated. Based on the proposed concepts, design principles, and energy management system, this paper presents a prototype of China's first conceptual solar-based smart micro energy internet, established in Qinghai University.

연구 동기 및 목표

• 분산 에너지 자원과 수요 측 관리 기술을 통합한 스마트 마이크로 에너지 인터넷의 종합적 개념적 프레임워크를 개발하는 것.
• 외부 간섭 상황에서도 시스템 안정성과 효율성을 확보하기 위해 고도의 배치 및 제어 메커니즘을 적용하는 것.
• 마이크로 에너지 시스템에서 안전성, 경제성, 환경 지속 가능성 간의 균형을 확보하는 설계 원칙을 제안하는 것.
• 자기 수렴 최적 운영이 가능한 공 ing 게임 이론 기반 에너지 관리 시스템을 구현하고 검증하는 것.

제안 방법

• 논문은 마이크로 겔리지, 다기능 발전 시스템, 에너지 저장 장치를 포함한 분산 에너지 자원 중심의 스마트 마이크로 에너지 인터넷 아키텍처를 제시한다.
• 안전성, 경제성, 환경 영향 최소화를 동시에 고려하면서 외부 간섭 상황을 대비한 디스패치 및 제어 시스템을 설계한다.
• 에이전트들이 반복적으로 최적 운영 지점으로 수렴할 수 있도록 공 ing 게임 이론 기반 에너지 관리 시스템을 제안한다.
• 에너지 흐름을 동적으로 조정하고 운영 편차를 감소시키기 위해 자가 수렴 최적화 메커니즘을 활용한다.
• 전력 수요-공급 균형, 장비 제약 조건, 환경 목표를 고려한 에너지 에이전트 간 상호작용을 수학적으로 모델링한다.
• 청해 대학교에서 태양광 기반 발전과 실시간 제어를 활용한 프로토타입을 구현하여 타당성과 성능을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 분산 에너지 자원을 통합하면서도 간섭 상황에서도 안정성을 유지할 수 있는 스마트 마이크로 에너지 인터넷의 설계 방법은 무엇인가?
• RQ2 마이크로 에너지 시스템에서 안전성, 경제성, 환경 보호를 동시에 최적화하기 위한 제어 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 중앙 집중식 전역 최적화 없이도 에너지 관리 시스템이 자가 수렴 최적 운영을 달성할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 마이크로 에너지 인터넷 구현에서 확장성, 신뢰성, 지속 가능성을 보장하는 공학적 원칙은 무엇인가?
• RQ5 실제 환경 조건에서 게임 이론 기반 접근법이 분산 에너지 에이전트 간의 협업을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 공 ing 게임 이론 기반 에너지 관리 시스템은 전체 시스템 정보가 없이도 에이전트들이 최적 운영 지점으로 수렴하는 데 성공하였다.
• 청해 대학교에서의 프로토타입 시스템은 변동하는 부하 및 재생 가능 에너지 생산 변동 상황에서도 안정적인 운영을 보였으며, 제안된 프레임워크의 타당성을 확인하였다.
• 분산 자원과 에너지 저장 장치의 조율된 디스패치를 통해 에너지 효율성이 향상되고 운영 비용이 감소하였다.
• 설계 원칙을 통해 태양광 기반 발전, 다기능 발전, 에너지 저장 장치의 효과적인 통합이 가능해져 고비율 재생 가능 에너지 통합이 가능해졌다.
• 외부 간섭 상황에서도 시스템 보안과 환경 기준 준수를 유지하여 제어 시스템의 강건성을 입증하였다.
• 실현된 시스템은 자가 수렴 최적화 행동이 실제 마이크로 에너지 네트워크에서의 적응성과 복원성을 향상시킨다는 점을 보여주었다.