KR101249395B1 - 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 장치 및 방법과 그 시스템 - Google Patents

원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 장치 및 방법과 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 그리드 환경에서 전력 제어 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 특히 스마트 그리드 환경의 원격 검침 시스템에서 익명성 데이터를 이용하여 전력을 제어하기 위한 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템은, 스마트 그리드 환경에서 전력 단말 장치로부터 검침된 데이터를 수신하고, 검침 데이터를 익명화 하여 전송하는 스마트 미터; 상기 익명화된 검침 데이터를 수신하고, 상기 검침 데이터의 전송이 요청될 시 상기 익명화된 검침 데이터를 전송하는 미터 데이터 관리장치; 및 상기 익명화된 검침 데이터를 수신하여 분류하고, 데이터 마이닝을 통해 미래 상황을 예측하며, 이를 통해 전력 분배 및 생산을 제어하는 전력 제어 시스템을 포함함을 특징으로 한다.

Description

원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 장치 및 방법과 그 시스템{Apparatus and method for controlling power using anonymity data in a Advanced Metering Infrastructure and system thereof}
본 발명은 스마트 그리드 환경에서 전력 제어 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 특히 스마트 그리드 환경의 원격 검침 시스템에서 익명성 데이터를 이용하여 전력을 제어하기 위한 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것이다.
기술의 고도화와 경제 성장에 따라 전력의 생산 및 공급은 전 세계적으로 가장 중요한 필수요소로 자리매김 하였으나, 아직 화석연료에 의존하여, 그 효율성은 매우 낮은 편이다. 이러한 화석연료의 사용으로 인해 환경파괴에 대한 경각심이 늘어나게 되었고, 기존의 단 방향 전력망 시스템에 정보통신 기술을 접목한 스마트 그리드 기술에 대한 관심이 선진국을 중심으로 증대되어 활발하게 연구가 진행되고 있다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 사용 과금 및 전력공급의 효율성을 증대시키는 차세대 지능형 전력망이다.
스마트 그리드에서는 전기로 작동되는 모든 기기들이 유·무선 네트워크로 연결되며, 서로간의 정보 교환을 통하여 유기적인 관계로 이루어진다. 현재 제공되는 전력 시스템은 전력사용예측이 불가능하기 때문에 일반적으로 10%이상의 예비전력을 보유하여 저장하고 있다. 그러나 스마트 그리드 환경에서는 스마트 미터(Smart Meter)를 통해 실시간으로 사용되는 에너지를 분석함으로써 에너지를 효율적으로 분배할 수 있다.
스마트 그리드의 핵심 인프라로 원격 검침 시스템인 AMI(Advanced Metering Infrastructure)이 있다. 이는 에너지를 효율적으로 관리하기 위한 체계로써, 각 가정 내 설치되는 스마트 미터와 각 가정의 디바이스 및 전력량을 취합하는 미터 데이터 관리 시스템(MDMS: Meter Data Management System)으로 구성된다. 소비자들은 AMI를 통해 실시간 에너지 사용량 정보를 기반으로 에너지를 관리함으로써 가정 및 기업의 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 전체 에너지 사용량을 효율적으로 관리할 수 있다.
AMI는 최종 소비자와 전력회사 사이의 전력 서비스 정보화 인프라로서 스마트 그리드 운용에 필수적인 스마트 미터 기반의 핵심 인프라 시스템이다. 단순히 계량 값만을 읽어가는 기존의 AMR(Automated Meter Reading)과는 다르게 소비자의 수요 및 전력가격을 실시간으로 양방향 전송하는 역할을 담당한다.
AMI는 기존의 AMR과는 다르게 스마트 미터를 중심으로 양방향 통신과 오픈 프로토콜(Open Protocol)에 기반해 원격 전력 차단(Remote Connect/Disconnect)이 가능하고 선불형 계량(Prepayment)의 인프라가 될 수 있으며 실시간 요금제(RTP), 피크 요금제(Critical Peak Pricing), TOU(Time-of-Use)요금제 등 다양한 요금제의 적용도 가능하다. 또한, AMI는 수요반응 메커니즘에는 없어서는 안될 내용이며 더 나아가서는 홈 오토메이션, 홈 네트워킹과 연결되고, 결국 스마트 그리드 기본 인프라가 된다.
기존의 전력망 시스템은 외부네트워크에서 접근이 불가능한 폐쇄적인 구조를 가지고 있었기 때문에 보안에 대한 별다른 위협이 없다.
그러나 스마트 그리드 환경으로 진화하면서 유, 무선을 통한 외부네트워크 접속이 가능해지고 각 가정의 스마트 미터로 접속이 가능하기 때문에 스마트 미터는 해킹, 악성코드 웜 및 바이러스들과 같은 다양한 위험요소에 노출될 수 있으며, 이로 인해 소비자의 개인정보 노출 및 산업 시스템 마비 등의 손실을 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서 스마트 그리드 환경에서는 전송되는 전송되는 데이터의 안정성을 확보하기 위해서는 익명성을 띈 형태로 제공될 필요가 있다. 또한 이처럼 스마트 그리드 시스템의 근본적인 목적은 전력을 효율적으로 관리 및 제어하기 위함이다. 따라서 익명성을 띈 데이터를 이용하여 전력을 효율적으로 관리 및 제어할 수 있는 방안이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 스마트 그리드 환경에서 데이터의 안정성을 위해 익명 형태로 검침 데이터를 제공하고, 이를 이용하여 전력을 효율적으로 관리하기 위한 장치 및 방법과 그 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템은, 스마트 그리드 환경에서 전력 단말 장치로부터 검침된 데이터를 수신하고, 검침 데이터를 익명화 하여 전송하는 스마트 미터; 상기 익명화된 검침 데이터를 수신하고, 상기 검침 데이터의 전송이 요청될 시 상기 익명화된 검침 데이터를 전송하는 미터 데이터 관리장치; 및 상기 익명화된 검침 데이터를 수신하여 분류하고, 데이터 마이닝을 통해 미래 상황을 예측하며, 이를 통해 전력 분배 및 생산을 제어하는 전력 제어 시스템을 포함함을 특징으로 한다.
여기서 상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거할 수 있으며, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 검침 데이터를 암호화 한 상태로 검색이 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템은, 스마트 그리드 환경에서 전력 단말 장치로부터 검침된 데이터를 수신하고, 검침 데이터를 저장 및 미터 데이터 관리장치로 제공하는 스마트 미터; 상기 검침 데이터를 수신하고, 상기 검침 데이터의 전송이 요청될 시 상기 검침 데이터를 익명화하여 전송하는 미터 데이터 관리장치; 및 상기 익명화된 검침 데이터를 수신하여 분류하고, 데이터 마이닝을 통해 미래 상황을 예측하며, 이를 통해 전력 분배 및 생산을 제어하는 전력 제어 시스템을 포함한다.
여기서 상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거할 수 있으며, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수 있고, 상기 검침 데이터를 암호화 한 상태로 검색이 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 하나 이상의 전력 단말 장치에서 전력량을 검출하는 스마트 미터와 상기 스마트 미터로부터 데이터를 검침 데이터를 수집하는 미터 데이터 관리장치와 상기 미터 데이터 관리장치와 소정의 네트워크를 통해 연결되는 전력 제어 시스템에서 상기 검침 데이터를 이용하여 전력 생산 및 분배를 제어하는 방법으로, 익명화된 검침 데이터를 수신하여 이를 분류하고, 마이닝을 통해 미래의 사용량을 예측하는 단계; 상기 수신된 검침 데이터 및 상기 예측된 데이터를 저장하는 단계; 및 상기 예측된 데이터를 이용하여 전력 생산을 제어하고 수용가로 전력 분배를 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거할 수 있으며, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수 있고, 상기 검침 데이터를 암호화 한 상태로 검색이 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 미터 데이터 관리장치로부터 소정의 네트워크를 통해 익명화된 검침 데이터를 수신하는 통신부; 전력 제어가 필요할 시 상기 익명화된 검침 데이터를 분류하고, 마이닝을 통해 미래의 사용량을 예측하며, 상기 예측된 데이터를 이용하여 전력 생산을 제어하고 수용가로 전력 분배를 제어하는 제어부; 및 상기 수신된 검침 데이터 및 상기 예측된 데이터를 저장하는 저장부를 포함한다.
여기서, 상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거할 수 있으며, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수 있고, 상기 검침 데이터를 암호화한 상태로 검색 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스마트 그리드 환경에서 전송되는 검침 데이터의 안정성을 확보하면서 이를 이용하여 효과적으로 전력을 관리, 제어할 수 있다. 따라서 불필요한 전력 낭비를 방지하며, 검침된 데이터가 해킹 등의 사유로 개인의 프라이버시 등이 침해되는 것을 미리 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 스마트 그리드 환경 하에서 익명성 검침 데이터를 이용하여 전력 제어를 수행하기 위한 시스템 개념도.
도 2는 전력 단말장치에 등록 및 인증을 위한 공통 기능 블록 구성도.
도 3은 스마트 미터의 기능적 블록 구성도.
도 4는 미터 데이터 관리장치(300)의 기능적 블록 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 전력 제어 시스템의 기능적 블록 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 익명성 관리부에서 검침 데이터를 익명화하여 데이터를 송신하기 위한 제어 흐름도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 제어 시스템에서 라 익명성 검침 데이터를 이용하여 전력을 관리하기 위한 제어 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 스마트 그리드 환경 하에서 익명성 검침 데이터를 이용하여 전력 제어를 수행하기 위한 시스템 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 그리드 환경에서의 원격 검침 시스템은 각 가정의 적어도 하나 이상의 전력 단말 장치(100)와, 익명성 관리부를 가질 수 있는 스마트 미터(200)와, 익명성 관리부를 가질 수 있는 미터 데이터 관리장치(300)와 전력 제어 시스템(400) 및 미터 데이터 관리장치(300)와 전력 제어 시스템간 통신을 위한 무선/인터넷망(10)으로 구성될 수 있다. 여기서 무선/인터넷망(10)은 무선망과 유선망 또는 유선과 무선이 혼재된 네트워크 중 어떠한 네트워크여도 무방하며, 반드시 인터넷망일 필요는 없다.
한편, 도 1에 도시한 익명성 관리부는 필요에 따라 스마트 미터(200)에 포함되도록 구성할 수도 있고, 미터 데이터 관리장치(300)에 포함되도록 구성할 수도 있다. 또한 도 1에 도시하지 않았으나, 별도로 익명성 관리 서버를 두도록 구성할 수도 있다. 이러한 익명성 관리부의 위치는 시스템의 전체적인 설계에 따라 선택적으로 변경될 수 있다.
다음으로 전력 제어 시스템(400)은 미터 데이터 관리장치(300)로부터 제공된 익명성을 가진 검침 데이터를 토대로 수용가로 전력 공급을 제어하고, 과금 등을 수행하는 기능적인 시스템을 통칭한 것임에 유의하자.
각각의 전력 단말장치(100)는 기본적으로 인증 및 등록을 위한 구성을 가지며, 이에 대한 기능적 블록 구성은 모두 동일하다. 다만, 전력 단말장치(100)가 사용되는 역할에 따라 그 외의 부분이 달라진다. 예를 들어 토스터기 또는 전기밥솥 또는 전자레인지 등과 같이 각각 부하(load)로서 서로 사용되는 목적이 다르기 때문에 그 내부의 기능적 구성들이 달라질 수 있다. 여기서는 전력 단말장치(100)의 등록과 인증을 위한 동일한 구성만을 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2는 전력 단말장치에 등록 및 인증을 위한 공통 기능 블록 구성도이다. 첨부된 도 2를 참조하면, 스마트 미터(200)와 유/무선으로 통신하여 상호 인증을 수행하며, 통신부(110), 제어부(120), 저장부(130) 및 출력부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 전력 단말 장치(100)는 각 가정에서 이용되는 전력 소비 기기 또는 전력 생성 기기들 일 수 있다.
통신부(110)는 스마트 미터(200)와 데이터를 송수신하기 위한 것으로서, 유선 방식 또는 무선 방식을 사용할 수 있으며, 유선/무선 방식에서도 어떠한 특정 방식으로 제한되지 않으며, 다양한 통신 방식을 통해서 다른 단말 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 더하여, 통신부(110)는 하나 이상의 통신 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있으며, 이를 위하여 통신부(110)는 각각 서로 다른 통신 방식에 따라서 데이터를 송수신하는 복수의 통신 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(120)는 스마트 미터(200)와 통신 및 상호 인증을 위한 전반적인 제어를 수행하며, 전력 단말장치(100)의 초기 등록과 등록 이후 사용시 로그인 단계를 수행한다. 이러한 과정을 통해 전력 단말장치(100)는 스마트 미터(200)와 상호 인증을 수행한다. 여기서 초기 등록 및 로그인 과정을 통한 상호 인증은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으므로, 여기서는 더 설명하지 않기로 한다.
저장부(130)는 전력 단말 장치(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 특히 등록에 필요한 정보들 및 인증에 필요한 정보들을 저장할 수 있다. 이러한 저장부(130)는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리를 포함한다.
출력부(140)는 전력 단말 장치(100)의 동작 결과나 상태를 사용자가 인식할 수 있도록 제공하는 수단으로서, 예를 들면, 화면을 통해 시각적으로 출력하는 표시부나, 가청음을 출력하는 스피커 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 스마트 미터(200)의 기능적 블록 구성에 대하여 간략히 살펴보기로 한다. 도 3은 스마트 미터의 기능적 블록 구성도이다.
스마트 미터(200)는 전력 사용량을 실시간으로 검침하여 시간대별 요금을 알 수 있는 전자식 전력량계로서, 전력 요금 정보 및 실시간으로 검침한 전력 사용량을 저장하고, 미터 데이터 관리 장치(300)와 통신 접속을 진행하여 전력 요금 정보, 실시간 전력 사용량 정보에 대한 데이터 통신을 수행한다.
이를 도 3을 참조하여 스마트 미터(200)의 기능적 블록 구성을 살펴보기로 한다. 도 3은 스마트 미터의 기능적 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 스마트 미터(200)는 전력 단말장치(100) 또는 미터 데이터 관리 장치(300)와 상호 인증을 수행하기 위한 장치로, 통신부(210), 제어부(220), 전력 검침부(230), 저장부(240) 및 출력부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(210)는 스마트 미터(200) 및 미터 데이터 관리 장치(300)와 데이터를 송수신하기 위한 것으로서, 유선 방식 또는 무선 방식을 사용할 수 있으며, 유선/무선 방식에서도 어떠한 특정 방식으로 제한되지 않으며, 다양한 통신 방식을 통해서 다른 단말 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 더하여, 통신부(110)는 하나 이상의 통신 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있으며, 이를 위하여 통신부(210)는 각각 서로 다른 통신 방식에 따라서 데이터를 송수신하는 복수의 통신 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(220)는 전력 단말 장치(100) 및 미터 데이터 관리 장치(300)의 통신 및 상호 인증을 위한 전반적인 제어를 수행하며, 등록 단계 및 로그인 단계를 통해 상호 인증을 수행하고, 각 가정의 전력 단말 장치(100)의 실시간으로 전력을 검침하기 위한 제어를 수행한다. 또한 필요에 따라 스마트 미터(200)가 익명성 관리부를 가질 수 있으며, 이러한 경우 제어부(220)은 검침 데이터를 익명화하여 전송하기 위한 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
여기서 익명성 관리부의 동작을 좀 더 상세히 살펴보기로 하자.
제어부(220)가 수행하는 익명성 관리부의 동작은 검침 데이터 중 사용자가 노출될 수 있는 정보를 제거한 형태가 된다. 예를 들어, 사용자의 이름, 주소, 연락처 등의 정보가 검침 데이터에 포함되는 경우 이를 제거하거나 또는 암호화하여 전송할 수 있도록 하는 것이다. 또한 검침 데이터는 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거한 형태의 데이터만 전송하거나, 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자 등을 제거한 형태 또는 단순한 누적 전력 값만을 송신하는 형태로 전송하도록 할 수도 있다.
만일 검침 데이터의 전송 시 검침 데이터를 암호화하여 전송하는 경우라면, 암호화된 상태로 검색이 가능한 PIR(Privacy Information Retrieval)-Writing 기법을 사용할 수도 있다.
한편, 제어부(220)는 미터 데이터 관리 장치(300)와의 통신 및 상호 인증을 위한 전반적인 제어를 수행하며, 등록 단계 및 로그인 단계를 통해 상호 인증을 수행하고, 전력 검침부(230)에서 실시간으로 검침한 전력 데이터를 미터 데이터 관리장치(300)로 전송한다. 여기서 등록 단계는 스마트 미터(200)가 최초로 등록될 때 1회 수행하며, 이후, 모든 인증 및 데이터 전송 시에 등록단계는 수행되지 않는다.
전력 검침부(230)는 각 가정의 전력 단말 장치(100)의 전력량을 검침하여 검침된 전력량 정보를 제어부(220)로 전달한다.
저장부(240)는 스마트 미터(200)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 특히 전력 단말 장치(100)와 상호 인증을 하기 위해 필요한 등록 정보들 및 인증 정보들을 저장한다. 또한, 저장부(240)는 본 발명에 따라 스마트 미터(200)가 도 1의 익명성 관리부를 갖는 경우 이에 필요한 정보를 추가로 저장할 수 있다.
뿐만 아니라 저장부(240)는 미터 데이터 관리 장치(300)와 상호 인증을 하기 위해 필요한 등록 정보들 및 인증 정보들을 저장하고, 각 가정의 전력 단말 장치(100)에서 검침한 전력 데이터를 저장한다. 이러한 저장부(240)는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리를 포함한다.
출력부(250)는 스마트 미터(200)의 동작 결과나 상태를 사용자가 인식할 수 있도록 제공하는 수단으로서, 예를 들면, 화면을 통해 시각적으로 출력하는 표시부나, 가청음을 출력하는 스피커 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력부(250)는 각 가정의 전력 단말 장치(100)에서 측정한 전력량을 표시할 수 있다.
다음으로, 도 4을 참조하여 미터 데이터 관리장치(300)의 기능적 블록 구성에 대하여 간략히 살펴보기로 한다. 도 4는 미터 데이터 관리장치(300)의 기능적 블록 구성도이다.
미터 데이터 관리장치(300)는 스마트 미터(200)와 통신하여 상호 인증을 수행하고, 스마트 미터(200)로부터 검침된 전력 데이터를 수신하여 관리하며, 본 발명에 따라 계량된 미터 데이터를 암호화하여 네트워크를 통해 전송한다.
도 4를 참조하면, 미터 데이터 관리장치(300)는 통신부(310), 제어부(320), 저장부(330) 및 출력부(340)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 미터 데이터 관리 장치(300)는 미터 데이터 관리 시스템(MDMS, Meter Data Management System)에 포함된 서버 장치의 일종일 수 있다.
통신부(310)는 스마트 미터(200)와 데이터를 송수신하기 위한 것으로서, 유선 방식 또는 무선 방식을 사용할 수 있으며, 유선/무선 방식에서도 어떠한 특정 방식으로 제한되지 않으며, 다양한 통신 방식을 통해서 다른 단말 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 더하여, 통신부(310)는 하나 이상의 통신 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있으며, 이를 위하여 통신부(310)는 각각 서로 다른 통신 방식에 따라서 데이터를 송수신하는 복수의 통신 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(320)는 스마트 미터(200)와의 통신 및 상호 인증을 위한 전반적인 제어를 수행하며, 등록 단계 및 로그인 단계를 통해 상호 인증을 수행하고, 스마트 미터(200)에서 검침된 각 가정의 전력 단말 장치(100)의 전력 데이터를 관리한다. 또한 본 발명의 다른 실시 예에 따라 미터 데이터 관리장치(300)가 도 1에 도시된 익명성 관리부의 기능을 갖는 경우 제어부(320)는 검침된 데이터를 익명화하여 전력 제어 시스템(400)으로 검침 데이터를 전송하는 제어를 수행할 수 있도록 구성한다.
제어부(320)가 수행하는 익명성 관리부의 동작은 검침 데이터 중 사용자가 노출될 수 있는 정보를 제거한 형태가 된다. 예를 들어, 사용자의 이름, 주소, 연락처 등의 정보가 검침 데이터에 포함되는 경우 이를 제거하거나 또는 암호화하여 전송할 수 있도록 하는 것이다. 또한 검침 데이터는 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거한 형태의 데이터만 전송하거나, 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자 등을 제거한 형태 또는 단순한 누적 전력 값만을 송신하는 형태로 전송하도록 할 수도 있다.
만일 검침 데이터의 전송 시 검침 데이터를 암호화하여 전송하는 경우라면, 암호화된 상태로 검색이 가능한 PIR(Privacy Information Retrieval)-Writing 기법을 사용할 수도 있다.
저장부(330)는 미터 데이터 관리 장치(300)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 스마트 미터(200)와 상호 인증을 하기 위해 필요한 등록 정보들 및 인증 정보들을 저장하고, 스마트 미터(200)로부터 수신한 전력량 데이터를 저장한다. 특히 저장부(330)는 미터 데이터 관리장치(300)가 도 1에 도시된 익명성 관리부를 갖는 경우 익명성 관리 동작을 위한 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 저장부(150)는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리를 포함한다.
출력부(340)는 미터 데이터 관리 장치(300)의 동작 결과나 상태를 사용자가 인식할 수 있도록 제공하는 수단으로서, 예를 들면, 화면을 통해 시각적으로 출력하는 표시부나, 가청음을 출력하는 스피커 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 전력 제어 시스템(400)에서 본 발명에 필요한 기능적 블록 구성에 대해 간략히 살펴보기로 한다. 도 5는 본 발명에 따른 전력 제어 시스템의 기능적 블록 구성도이다.
통신부(410)는 미터 데이터 관리 장치(300) 및 무선망/인터넷망(10)과 통신을 수행하기 위한 것으로서, 유선 방식 또는 무선 방식을 사용할 수 있다. 또한 통신부(410)는 유선/무선 방식에서도 어떠한 특정 방식으로 제한되지 않으며, 다양한 통신 방식을 통해서 다른 시스템 또는 다른 노드와 데이터를 송수신할 수 있다. 더하여, 통신부(410)는 하나 이상의 통신 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있으며, 이를 위하여 통신부(410)는 각각 서로 다른 통신 방식에 따라서 데이터를 송수신하는 복수의 통신 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(420)는 전력 관리 시스템(400)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 본 발명에 따라 미터 데이터 관리장치(300)로부터 제공되는 익명성을 가진 검침 데이터를 수신하여 이를 분류하고, 미래를 예측한 결과와 수신된 데이터를 함께 저장하도록 제어한다. 이에 대한 동작은 후술되는 제어 흐름도를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
저장부(430)는 전력 제어 시스템(400)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 특히 본 발명에 따라 익명성을 가진 검침 데이터를 수신하여 저장하며, 익명성을 가진 검침 데이터로부터 추출된 미래 예측 데이터를 함께 저장할 수 있다.
이러한 저장부(430)는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리를 포함한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 익명성 관리부에서 검침 데이터를 익명화하여 데이터를 송신하기 위한 제어 흐름도이다.
도 6에서는 2가지 흐름도를 포함하고 있다. 먼저 사용자가 검침 데이터에 익명성을 갖도록 변환하여 전송하는 흐름과, 검침 데이터를 수신하여 저장하는 흐름을 포함하고 있다.
한편, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 익명성 관리부가 도 1의 미터 데이터 관리장치(300)에 포함된 경우를 가정하여 설명하도록 한다. 그러나 스마트 미터(200)에 익명성 관리부가 포함되는 경우에도 그 동작이 동일함에 유의하자.
제어부(320)는 S600단계에서 대기상태를 유지하고 있다. 대기상태란, 검침된 데이터가 수신되는가 또는 검침된 데이터의 송신이 필요한가 즉, 검침된 데이터의 전송 시점이 도래했는가 등의 이벤트가 발생 검출을 대기하는 상태이다. 이러한 대기상태를 유지하면서 제어부(320)는 S602단계로 진행하여 검침 데이터의 송신이 필요한가를 검사한다.
S602단계의 검사결과 데이터의 송신이 필요한 경우 저장부(330)에 저장된 검침 데이터를 읽어와 검침 데이터가 익명성을 갖도록 검침 데이터를 재 변환한다. 여기서 저장된 데이터가 익명성을 갖는다는 것은 검침 데이터 중 사용자가 노출될 수 있는 정보를 제거한 형태가 되도록 변환하는 것을 의미한다. 이를 예를 들어 설명하면, 사용자의 이름, 주소, 연락처 등의 정보가 검침 데이터에 포함되는 경우 이를 제거하거나 또는 암호화하여 전송할 수 있도록 하는 것이다. 또한 검침 데이터는 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거한 형태의 데이터만 전송하거나, 또는 전력을 사용하는 측에서 사용되는 부하의 종류와 숫자 등을 제거한 형태의 또는 단순한 누적 전력 값만을 송신하는 형태로 전송하도록 구성하는 것이 될 수 있다.
만일 검침 데이터의 전송 시 검침 데이터를 암호화하여 전송하는 경우라면, 제어부(320)는 검침 데이터를 암호화하며, 이때 암호화 방식은 암호화된 상태로 검색이 가능한 PIR(Privacy Information Retrieval)-Writing 기법을 사용할 수도 있다.
이후 제어부(320)는 S606단계에서 재 변환된 검침 데이터를 전송한다. 이를 통해 익명성을 갖는 검침 데이터를 전력 제어 시스템(400)으로 전송한다.
한편, S602단계에서 S610단계로 진행하는 경우 제어부(320)는 각 전력 단말장치들 중 적어도 하나로부터 직접 또는 다른 장치를 통해 검침 데이터가 수신되었는가를 검사한다. 만일 S610단계의 검사결과 검침 데이터가 수신된 경우 제어부(320)는 S612단계로 진행하여 검침 데이터를 저장부(330)에 저장한다. 반면에 S610단계의 검사결과 검침 데이터가 수신된 경우가 아니라면 S600단계로 진행하여 대기상태를 유지한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 제어 시스템에서 라 익명성 검침 데이터를 이용하여 전력을 관리하기 위한 제어 흐름도이다.
도 7에서도 2가지 흐름도를 포함하고 있으며, 하나는 익명성을 가진 검침 데이터를 수신하는 경우 이를 분류하고, 마이닝(Mining) 과정을 거쳐 데이터를 저장하는 흐름이며, 다른 하나는 전력 제어가 필요한 경우 마이닝 과정을 통해 저장된 데이터로부터 패턴을 분석하고, 향후 전력 소요의 흐름을 예측하여 전력을 제어하는 흐름이다.
먼저 제어부(420)는 S700단계에서 대기상태를 유지하고 있다. 대기상태란, 검침된 데이터가 수신되는가 또는 검침된 데이터를 이용하여 전력 제어가 필요한가를 검사하는 등 각종 이벤트의 발생을 대기하는 상태이다. 여기서는 본 발명과 관계되지 않은 이벤트에 대하여는 살펴보지 않기로 한다.
제어부(420)는 대기상태를 유지하며, S702단계로 진행하여 검침 데이터가 수신되었는가를 검사한다. S702단계의 검사결과 익명성을 가진 검침 데이터가 수신된 경우 제어부(420)는 S704단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 S710단계로 진행한다.
먼저 검침 데이터가 수신되어 S704단계로 진행하는 경우 제어부(420)는 익명성을 가진 검침 데이터를 분류하고, 검침 데이터의 마이닝 과정을 수행한다. 여기서 검침 데이터의 마이닝 과정이란, 수 많은 데이터 가운데 숨겨져 있는 유용한 상관관계를 발견하여, 미래에 실행 가능한 정보를 추출해 냄으로써 향후 전력 관리에 필요한 정보를 획득할 수 있도록 하는 과정을 말한다.　 이때, 수신된 검침 데이터가 PIR-writing 기법을 이용하여 수신된 경우에도 검침 데이터 마이닝 과정을 수행할 수 있다.
제어부(420)는 S704단계에서 익명성을 가진 검침 데이터의 분류 및 검침 데이터의 마이닝 과정을 완료하면, S706단계로 진행하여 수신된 데이터 그 자체와 데이터 마이닝을 통해 획득된 정보를 저장부(430)에 저장한다. 이때 마이닝을 통해 획득된 정보는 저장부(430)에서 별도의 위치에 저장될 수도 있으며, 수신된 데이터와 함께 저장될 수도 있다.
한편, S702단계에서 S710단계로 진행하면, 제어부(420)는 전력 제어가 필요한가를 검사한다. S710단계의 검사결과 전력 제어가 필요한 경우 제어부(430)는 S712단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 제어부(420)는 S700단계로 진행한다.
S712단계에서 제어부(420)는 저장부(430)에 익명성이 보장된 검침 데이터와 함께 또는 별도로 저장된 마이닝 데이터를 읽어와 향후 전력 소비의 패턴을 분석하고, 분석된 패턴으로부터 향후 전력 사용량을 예측한다.
그런 후 제어부(420)는 S714단계로 진행하여 분석된 패턴 및 예측 정보에 따라 전력 분배 및 생산을 제어한다. 이처럼 사용자의 암호화된 또는 익명성이 보장된 데이터로부터 마이닝 기법을 통해 미래를 예측하고 그 예측된 결과에 따라 전력의 분배 및 생산을 제어함으로써 불필요한 전력 생산을 방지할 수 있으며, 전력 분배에서도 효율성을 높일 수 있다.
본 발명은 스마트 그리드 환경에서 익명성을 가진 검침 데이터를 이용하여 전력을 제어하기 위한 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 발명으로, 암호화된 또는 익명성을 가진 검침 데이터를 송신하도록 함으로써 전력 수용가에서 해킹을 통해 침해당할 수 있는 프라이버시를 안전하게 지킬 수 있도록 함은 물론, 암호화된 또는 익명성을 가진 검침 데이터를 이용하여 전력의 생산 및 공급의 효율성을 높이도록 함으로써 전력 낭비를 줄이도록 한 기술이므로, 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
100: 전력 단말장치 110: 통신 모듈
120: 제어 모듈 130: 저장 모듈
140: 출력 모듈 200: 스마트 미터
210: 통신 모듈 220: 제어 모듈
230: 저장 모듈 240: 전력 검침모듈
250: 출력 모듈 300: 미터 데이터 관리장치
310: 통신 모듈 320: 제어 모듈
330: 저장 모듈 340: 출력 모듈
400: 전력제어 시스템 410: 통신 모듈
420: 제어 모듈 430: 저장 모듈

Claims (9)

  1. 스마트 그리드 환경에서 전력 단말 장치로부터 검침된 데이터를 수신하고, 검침 데이터를 익명화 하여 전송하는 스마트 미터;
    상기 익명화된 검침 데이터를 수신하고, 상기 검침 데이터의 전송이 요청될 시 상기 익명화된 검침 데이터를 전송하는 미터 데이터 관리장치; 및
    상기 익명화된 검침 데이터를 수신하여 분류하고, 데이터 마이닝을 통해 미래 상황을 예측하며, 이를 통해 전력 분배 및 생산을 제어하는 전력 제어 시스템을 포함함을 특징으로 하는 익명 데이터를 이용한 전력 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거함을 특징으로 하는 익명 데이터를 이용한 전력 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 익명 데이터를 이용한 전력 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 상기 검침 데이터를 암호화 한 상태로 검색이 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화함을 특징으로 하는 익명 데이터를 이용한 전력 제어 시스템.
  5. 하나 이상의 전력 단말 장치에서 전력량을 검출하는 스마트 미터와 상기 스마트 미터로부터 데이터를 검침 데이터를 수집하는 미터 데이터 관리장치와 상기 미터 데이터 관리장치와 소정의 네트워크를 통해 연결되는 전력 제어 시스템에서 상기 검침 데이터를 이용하여 전력 생산 및 분배를 제어하는 방법에 있어서,
    익명화된 검침 데이터를 수신하여 이를 분류하고, 마이닝을 통해 미래의 사용량을 예측하는 단계;
    상기 수신된 검침 데이터 및 상기 예측된 미래의 사용량 데이터를 저장하는 단계; 및
    상기 예측된 미래의 사용량 데이터를 이용하여 전력 생산을 제어하고 수용가로 전력 분배를 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 사용자의 이름, 주소, 연락처의 정보를 제거함을 특징으로 하는 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 상기 검침 데이터로부터 통계 데이터를 유추할 수 있는 데이터를 제거하거나 또는 수용가에서 사용되는 부하의 종류와 숫자를 제거하거나 또는 단순한 누적 전력 값만을 갖도록 하는 형태 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 검침 데이터의 익명화는, 상기 검침 데이터를 암호화 한 상태로 검색이 가능하도록 PIR-Writing 기법을 통해 암호화함을 특징으로 하는 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 방법.
  9. 미터 데이터 관리장치로부터 소정의 네트워크를 통해 익명화된 검침 데이터를 수신하는 통신부;
    전력 제어가 필요할 시 상기 익명화된 검침 데이터를 분류하고, 마이닝을 통해 미래의 사용량을 예측하며, 상기 예측된 미래의 사용량 데이터를 이용하여 전력 생산을 제어하고 수용가로 전력 분배를 제어하는 제어부; 및
    상기 수신된 검침 데이터 및 상기 예측된 미래의 사용량 데이터를 저장하는 저장부를 포함함을 특징으로 하는 원격 검침 시스템에서 익명 데이터를 이용한 전력 제어 장치.
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