KR101677844B1

KR101677844B1 - 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템

Info

Publication number: KR101677844B1
Application number: KR1020150060655A
Authority: KR
Inventors: 성민영; 고영후
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2016-11-21
Also published as: KR20160129184A

Abstract

본 발명은 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 전력 스케줄링 제어장치에 있어서, 설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 전송받아 모니터링하는 장치 감시부; 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하는 우선순위 설정부; 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로, 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 스케줄링 용량예측부; 및 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 전력사용 스케줄링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치에 관한 것이다.

Description

전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템{Electric load scheduling devices, methods, and system for peak power reduction}

본 발명은 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템에 대한 것이다.

최근 전력 집중에 의한 블랙아웃, 원자력 발전소의 불안정성으로 인한 재난 등으로 인해 사용 전력 절감은 세계적 이슈가 되고 있다. 전력피크 감소는 전력집중을 완화하는 방법이다. 전력 피크를 완화시키면, 전력 피크와 전력 소비 변화를 감소시켜, 예비전력을 효율적으로 운영할 수 있고, 전력 생산 비용을 감소시킨다.

도 1은 한 가정에서의 전력소비량을 시간에 따라 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 2는 전략소비량 스케줄 그래프를 도시한 것이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 히터(ductheaterHRV), 냉장고(FridgeRange) 등과 같은 전자기기는 일정한 작동주기를 갖는 전자기기로 분류될 수 있고, 전자레인지(microwave), 식기세척기(DisposalDishwasher) 등은 일정한 작동주기가 없이 사용자에 의해 작동이 결정되는 전자기기에 해당 됨을 알 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자레인지(microwave) 같은 주기성이 없는 장치와 달리 에어컨과 냉장고 등 같은 장치는 일정한 작동주기가 있는 것을 확인할 수 있다.

이처럼 가정이나 사무실에서 사용되는 대부분의 전기 장치들은 사람에 의해 작동이 결정되지만, 냉장고와 에어컨 같은 장치들은 온도유지를 위해서 주기적인 ON/OFF 제어에 의해 작동된다.

이렇게 주기적인 작동 패턴을 보이는 전기장치들의 주기 별 전력 사용시간을 여러 등분하여 통합적인 스케줄링을 통해 제어하면 요구 전력이 분산되어 전력 피크를 완화시킬 수 있고, 장치고유의 목적도 이룰 수 있다.

위와 같이 스케줄러에 의해 작동이 결정되는 장치들은 Load-schedulable electrical devices(LSED)라 정의 하도록 한다. 위와 같은 LSED의 스케줄링을 통해 전력 소모의 편차를 감소시켜 전력피크를 낮추며, 장치의 온도유지와 같은 장치의 특정 목적을 만족할 수 있는 스케줄링 방법이 요구된다.

또한, 전력 스케줄링을 하는 과정에서 사용자의 입력에 의해 작동되는 장치는 스케줄링이 불가능하며, 이러한 장치를 IED(interactive electric devices)로 정의하도록 한다. 따라서 LSED를 스케줄링하는 과정에서 IED이 작동하게 되었을 때, 주어진 제약조건(시간적, 온도적 등)을 지키면서 IED가 작동할 때, LSED의 실행이 최대한 지연될 수 있는 방법의 개발이 요구되었다.

대한민국 등록특허 제10-1281309호 대한민국 공개특허 제10-2013-0110866호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 냉장고와 에어컨 등과 같이 온도유지를 위해서 주기적인 ON/OFF 제어에 의해 작동되어 스케줄링이 가능한 전기장치들의 주기 별 전력 사용시간을 여러 등분하여 통합적인 스케줄링을 통해 제어하게 됨으로써 요구 전력이 분산되어 전력 피크를 완화시킬 수 있고, 장치의 목적(온도 유지)도 이룰 수 있는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 소모의 편차를 감소시켜 전력피크를 낮추며, 장치의 스위칭횟수 최소화와 온도유지와 같은 장치의 특정 목적 역시 만족할 수 있는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 실시간 스케줄링 기법 (LSF, EDF)와 온도기반 스케줄링 기법 (TCBM, Lazy scheduling)을 이용하여 전력 스케줄링을 하게 되고, 스위칭 횟수를 줄이기 위해 limited preemtibility(제한 선점) 기법이 적용되고, 스케줄링을 하기 위해서 스케쥴링 용량(scheduling capacity)은 CPU 스케줄링 기법의 utility 개념을 이용하게 되고, 이것은 주어진 장치의 주기 시간동안 장치가 작동해야(전력을 소모)하는 시간의 비율로서, 기계 학습 기법 중 SVM(support vector machine)을 이용하여 전력 요구 예측모델을 생성하여, 생성된 모델을 토대로 동적인 전력요구를 예측할 수 있는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 스케줄링을 하는 과정에서 사용자에 입력에 의해 작동되는 장치(IED(interactvie electric devices))는 스케줄링이 불가능하므로, LSED 스케줄링 과정에서 IED가 작동할 때 주어진 제약조건(시간적, 온도적 등)을 지키면서, LSED의 실행이 최대한 지연될 수 있는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치, 제어기법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 전력 스케줄링 제어장치에 있어서, 설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 전송받아 모니터링하는 장치 감시부; 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하는 우선순위 설정부; 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로, 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 스케줄링 용량예측부; 및 상기 우선순위 설정부에서 설정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 결정한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 전력사용 스케줄링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치로서 달성될 수 있다.

또한, 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 비주기적 장치 작동시간 예측부를 더 포함하고, 상기 스케줄링 용량 예측부는, 상기 장치 감시부가 전송한 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 예측된 전력요구값을 수정, 변경하여 전력요구 데이터를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 실시간 스케줄링 기법은 LSF(Least Slack First) 및 EDF(Earliest Deadline First) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 우선순위 설정부는 온도기반 스케줄링 기법을 더 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 온도기반 스케줄링 기법은 TCBM(Thermal Comfort-Band Maintenance) 및 Lazy scheduling인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 전력사용 스케줄링부는, 상기 우선순위 설정부에서 설정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 결정된 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치의 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 최대한 지연시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 전력 스케줄링 제어방법에 있어서, 설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 장치 감시부가 전송받아 실시간으로 모니터링하는 단계; 우선순위 설정부에서, 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하고, 스케줄링 용량예측부에서, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하는 단계; 및 전력사용 스케줄링부에서, 상기 우선순위 설정부에서 설정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 비주기적 장치 작동시간 예측부가, 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력요구 데이터를 생성하는 단계는, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 수정하여 전력요구 데이터를 생성하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계에서, 상기 우선순위 설정부에서 결정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 예측한 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치의 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 최대한 지연시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 앞서 언급한 제2목적에 따른 제어방법이 실행가능한 프로그램이 기록된 기록매체로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 전력 스케줄링 시스템에 있어서, 설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어하고, 전원부와, 현재의 장치 정보값을 실시간으로 측정하는 센서부를 갖는 다수의 LSED 장치; 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치; 상기 LSED 장치들의 센싱값을 전송받아 모니터링하는 장치 감시부와, 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하는 우선순위 설정부와, 상기 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 비주기적 장치 작동시간 예측부와, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 스케줄링 용량 예측부와, 상기 우선순위 설정부에서 결정된 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 전력사용 스케줄링부를 구비한 스케줄링 제어부; 상기 IED 장치의 작동여부를 감지하는 전력망 감시부; 및 상기 스케줄링 제어부에서 생성한 전력스케줄링 데이터를 기반으로 상기 LSED 장치의 전원부를 제어하는 전력사용제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 우선순위 설정부는 온도기반 스케줄링 기법과, 스위칭 횟수를 줄이기 위한 제한선점 기법(limited preemtibility) 중 적어도 어느 하나를 더 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 스케줄링 제어부는 상기 우선순위 설정부에서 결정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 예측된 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치의 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 최대한 지연시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 전력 스케줄링 방법에 있어서, 설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어를 하는 LSED 장치들의 센싱값을 장치 감시부가 전송받아 실시간으로 모니터링하는 단계; 우선순위 설정부에서, 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하고, 스케줄링 용량예측부에서, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 단계; 전력사용 스케줄링부에서, 상기 우선순위 설정부에서 설정한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계; 및 전력사용제어부가, 상기 전력사용 스케줄링부에서 생성한 전력스케줄링 데이터를 기반으로 상기 LSED 장치의 전원부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 전력망 감시부가 실시간으로 IED 장치의 작동여부를 감지하는 단계; 및 비주기적 장치 작동시간 예측부가, 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력요구 데이터를 예측하는 단계는, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제6목적은, 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 앞서 언급한 제5목적에 따른 스케줄링 방법이 실행가능한 프로그램이 기록된 기록매체로서 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 냉장고와 에어컨 등과 같이 온도유지를 위해서 주기적인 ON/OFF 제어에 의해 작동되어 스케줄링이 가능한 전기장치들의 주기 별 전력 사용시간을 여러 등분하여 통합적인 스케줄링을 통해 제어하게 됨으로써 요구 전력이 분산되어 전력 피크를 완화시킬 수 있고, 장치의 목적도 이룰 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 소모의 편차를 감소시켜 전력피크를 낮추며, 장치의 온도유지와 같은 장치의 특정 목적 역시 만족할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 실시간 스케줄링 기법 (LSF, EDF)와 온도기반 스케줄링 기법 (TCBM, Lazy scheduling)을 이용하여 전력 스케줄링을 하게 되고, 스위칭 횟수를 줄이기 위해 limited preemption(제한 선점) 기법이 적용되고, 스케줄링을 하기 위해서 스케쥴링 용량(scheduling capacity)은 CPU 스케줄링 기법의 utility 개념을 이용하게 되고, 이것은 주어진 장치의 주기 시간동안 장치가 작동해야(전력을 소모)하는 시간의 비율로서, 기계 학습 기법 중 SVM(support vector machine)을 이용하여 전력 요구 예측모델을 생성하여, 생성된 모델을 토대로 동적인 전력요구를 예측할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 스케줄링을 하는 과정에서 사용자에 입력에 의해 작동되는 장치(IED(interactvie load devices))는 스케줄링이 불가능하므로, LSED 스케줄링 과정에서 IED가 작동할 때 주어진 제약조건(시간적, 온도적 등)을 지키면서, LSED의 실행이 최대한 지연될 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 한 가정에서의 전력소비량을 시간에 따라 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 방법이 적용된 전략소비량 스케줄 그래프,
도 3은 도 1에서 LSED로 정의되는 전자기기와, IED로 정의되는 전자기기를 나타낸 그래프,
도 4는 도 2에서 LSED로 정의되는 전자기기와, IED로 정의되는 전자기기를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템의 블록도,
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 LSED 스케줄링 방법의 시뮬레이션 set up 표,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LSED 스케줄링 방법에 따른 온도변화율, 전력편차, 스위칭 횟수를 나타낸 그래프,
도 8a은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자에 의해 작동 시간이 결정되는 IED 전자기기가 작동된 경우의 스케줄링 방법을 모식적으로 나타낸 그래프,
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자에 의해 작동 시간이 결정되는 IED 전자기기가 작동된 경우 스케줄링 방법의 흐름도,
도 9는 스케줄링을 적용하지 않은 종래 전력 소모 트레이스와 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 기법들(TCBM, LSF)을 적용한 전력 소모 트레이스와의 편차의 CDF를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템(1) 및 스케줄링 방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 방법이 적용된 전략소비량 스케줄 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 도 2에서 LSED로 정의되는 전자기기와, IED로 정의되는 전자기기를 나타낸 확대 그래프를 도시한 것이다.

도 4는 도 3에 대비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 LSED 스케줄링 방법이 적용되게 됨으로써, 오버랩팅을 피하여 LSED에 해당하는 DuctHeaterHRV와 FridgeRange가 스케줄링되어 졌음을 알 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3과 대비하여, IED에 해당하는 DisposalDishwaher와 Microwave가 가동됨에 따라 IED를 반영한 스케줄링 방법이 적용되어, LSED에 해당하는 DuctHeaterHRV와 FridgeRange의 작동을 딜레이시킴으로써, 전력피크값을 낮추도록 스케줄링하게 됨을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템(1)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 기본적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템(1)은 LSED를 기반으로 한 스케줄링 방법에, IED를 고려한 스케줄링 방법이 적용되게 된다.

먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템(1)의 블록도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전력피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템(1)은 전체적으로 스케줄링 제어부(100)와, 전력사용 제어부(200), LSED 장치, 전력망 감시부(300) 등을 포함하여 구성되게 됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 제어부(100)는 일반 PC, 산업용 PC 또는 임베디드 보드가 될 수 있으며, 소프트 웨어로 제작되게 된다. 이러한 스케줄링 제어부(100)에서는 LSED를 기반으로 한 전력 스케줄링 방법과, IED를 고려한 스케줄링 방법이 적용되어 전력 스케줄을 생성하게 된다.

구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 제어부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 장치감시부(101)와, 스케줄링 용량 예측부(103)와, 장치 우선순위 설정부(104)와, 전력사용 스케줄링부(105)와, 비주기적 장치 작동시간 예측부(102)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 장치 감시부(101)는 다수의 LSED 장치 내에 구비된 장치 센서부에서 측정된 측정값(예를 들어, 온도값)을 실시간으로 전송받아 LSED 장치를 주기적으로 모니터링하게 된다. 그리고, 이러한 측정값을 스케줄링 용량 예측부(103)에 전송하게 된다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 용량 예측부(103)는 스케줄링을 하기 위한 전력요구(load demand)를 예측하게 된다. 이러한 전력요구는 CPU 스케줄링의 유틸리티 개념을 적용하게 되며, 이것은 주어진 장치의 주기 시간 동안 장치가 작동해야(전력을 소모)하는 시간의 비율에 해당한다. 본 발명의 일실시예에서는 기계 학습 기법 중 SVM(support vector machine)을 이용하여 전력요구 예측모델을 생성하게 되고, 생성된 모델을 토대로 동적인 전력요구를 예측하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 용량예측부(103)는, IED의 작동이 일어나게 되는 경우, 이를 반영하여 전력피크를 감소시키기 위해 IED 작동을 고려하여 예측된 스케줄링 용량을 수정하게 된다.

즉, 전력망 감시부(300)는 IED의 작동을 실시간으로 모니터링하게 되고, 스케줄링 제어부(100)의 일구성인 비주기적 장치 작동시간 예측부(102)에서는, 전력망 감시부(300)에 의해 IED의 작동이 감지되었을 때, 이때 IED 실행시간을 예측하게 된다. 따라서, 스케줄링 용량 예측부(103)는 이러한 비주기적 장치 작동시간 예측부(102)에서 예측된 IED 실행시간과, 장치 감시부(101)에서 전송한 측정값을 기반으로 하여, 전력 용량을 결정하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 장치 우선순위 설정부(104)는 제어대상이 되는 LSED 장치 중에서 스케줄링을 할 우선순위를 설정하게 된다. 즉, 선택된 스케줄링 기법에 따라 LSED 장치의 작동 우선순위를 결정하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 우선순위를 결정하게 되는 스케줄링 기법에는, 실시간 스케줄링 기법인 LSF와 EDF 그리고, 온도기반 스케줄링 기법인 TCBM, Lazy sheduling이 적용되며, 그리고, 스위칭 횟수를 줄이기 위한 제한 선점기법(limited preemption)이 위 알고리즘 각각에 적용되게 된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 제한 선점기법을 각 전력 스케줄링 기법에 적용하여 스위칭 횟수를 줄일 수 있다. 제한 선점기법이 적용된 각 LSED는 한번 작동되면, 일정 크기의 선점불가 시간 간격(non-preemptible chunk size) 이후에 선점이 가능하다. 이때 시간 주기는 선점불가 시간간격은 사용자에 의해 설정되는 값이다.

LSF(Least Slack First) 기법은 슬랙(slack)을 기반으로 우선순위를 결정하는 방법으로써, 슬랙이란 특정 주기 내에서, 장치가 중단되어 있을 수 있는 시간을 의미한다. LSF 방법은 이러한 스랙이 짧은 순위로 LSED 장치의 우선순위를 결정하게 된다.

또한, EDF 기법은 데드라인(Deadline)을 기반으로 우선순위를 결정하는 방법으로써, 데드라인이란 다음 주기가 시작되는 시점을 의미한다. 따라서, EDF 방법은 이러한 데드라인까지 남은 시간이 짧은 순위로 LSED 장치의 우선순위를 결정하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 우선순위 설정부(104)는 실시간 스케줄링 방법뿐 아니라, 온도기반 스케줄링 방법을 적용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 적용되는 온도기반 스케줄링 방법으로는 TCBM(Thermal Comfort-Band Maintenance)와 Lazy scheduling이 존재한다. 이러한 온도기반 스케줄링 방법은 현재 온도를 기반으로 LSED 장치들을 스위칭(Turn on/off)하도록 한다.

즉, 작동 중인 LSED 장비에 의한 전력요구가 스케줄링된 전력용량을 초과하게 되는 경우, Lazy scheduling에 의해 임의로 LSED 장비 중 어느 하나를 turn off시키게 되고, TCBM에 의해 설정된 온도에 가장 가까운 LSED 장비를 turn off하게 된다. 즉, 이러한 스케줄링 방법은 온도에 기반하여 현재의 사용전력이 스케줄링된 전력용량을 초과하게 되는 경우 동시에 작동되게 되는 LSED 장비의 수를 제한하게 됨으로써 전력 피크값을 감소시키도록 제어하게 된다.

결국 본 발명의 일실시예에 따른 우선순위 설정부(104)는 스케줄링을 위한 LSED 장치들간의 각종 우선순위를 결정하고, 온도를 기반으로 하여 현재의 사용전력이 스케줄링된 전력용량을 초과하게 되는 경우, 스케줄링 용량 예측부(103)에서 결정한 동시 작동될 수 있는 LSED 장치의 개수에 부합되도록 LSED 장치를 turn off하도록 하고, 스위칭횟수와 기간을 제한하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 전력사용 스케줄링부(105)는 도 5에 도시된 바와 같이, 스케줄링 용량예측부(103)에서 예측한 동적인 전력요구 데이터와 우선순위 설정부(104)에서 결정한 우선순위 데이터를 기반으로 하여 특정 주기에 대해 전력 스케줄링 데이터를 생성하게 된다.

또한, 다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전력사용 스케줄링부(105)는 스위칭이 일어나게 되는 기간(turn on되서 turn off 되는데까지의 기간)을 제한하도록 설정할 수 있다. 즉, 스위칭 기간이 과도하게 짧은 경우 초기전력 소모가 커지기 때문에, 이러한 스위칭 기간, 횟수를 줄이기 위해 제한선점 기법(Limited preemptibility)이 적용되게 된다.

제한 선점기법을 각 전력 스케줄링 기법에 적용하여 스위칭 횟수를 줄일 수 있다. 제한 선점기법이 적용된 각 LSED는 한번 작동되면, 일정 크기의 선점불가 시간 간격(non-preemptible chunk size) 이후에 선점이 가능하다. 이때 시간 주기는 선점불가 시간간격은 사용자에 의해 설정되는 값이다.

그리고, 전력사용제어부(200)는 이러한 스케줄링 데이터를 기반으로 하여, LSED 장치들 각각에 구비된 전원부를 제어하여 LSED 장치 각각이 이러한 스케줄에 부합되게 작동되도록 제어하게 된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 LSED 스케줄링방법과, IED를 반영한 스케줄링 방법 각각에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 실험예에 따른 LSED 스케줄링 방법의 시뮬레이션 set up 표를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 실험예에서는 LSED 스케줄링 방법에 앞서 언급한 LSF, EDF, TCBM 그리고, Lazy scheduling 기법을 적용하였고, LSED 장치들로는 4개의 냉장고(refrigerator)를 사용하였다. 시뮬레이션 기간은 1주일이고, 설정된 주기에 대해 LSED 장치가 turn on 된 시간 비율은 56%이었고, 스위칭 제한 시간은 0분, 5분, 10분으로 설정하여 실험을 진행하였다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LSED 스케줄링 방법에 따른 온도변화율, 전력편차, 스위칭 횟수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 LSED 스케줄링방법이 적용된 경우, 전력 편차가 급격하게 감소되게 되었음을 알 수 있다. 또한, 동시에 가동되는 LSED 장치의 개수를 2개 또는 3개로 제한한 경우와, 2개와 3개 사이에서 유동적으로 제한한 경우 스위칭 횟수의 증가와 온도변화율의 증가없이 전력편차가 감소될 수 있음을 알 수 있다.

다음으로는 본 발명의 일실시예에 따른 IED의 작동을 고려한 스케줄링 방법에 대해 설명하도록 한다.

IED장치는 작동시점과 작동시간이 사용자에 의해 걸정되는 장치들로서, 스케줄링의 예측이 불가능하고, IED 장치의 작동이 발생하게 되는 경우 이를 고려하여 전력소비를 스케줄링하게 된다. 이러한 IED 장치의 예로서는 마이크로웨이브, 커피머신, 식기세척기, TV 등이다.

도 8a은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자에 의해 작동 시간이 결정되는 IED 전자기기가 작동된 경우의 스케줄링 방법을 모식적으로 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자에 의해 작동 시간이 결정되는 IED 전자기기가 작동된 경우 스케줄링 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

IED의 시작시간 작동시간은 사용자에 의해서 정해지며, 이것은 전력을 인공적으로 스케줄하는 것을 불가능하게 한다. 대신 IED가 작동을 시작할 때, IED heuristic을 이용하여 LSED를 위한 스케줄러 용량을 줄인다. 이런 전력 수요의 감소는 IED에 의해서 발생되는 전력 증가를 감소시킨다.

IED heuristic은 IED가 작동할 때, LSED에 제공되는 스케줄러 용량을 감소시키고, IED의 작동이 중지된 후 스케줄러 용량을 IED가 작동했을 때 감소만큼 보상하여 제공한다.

이렇게 스케줄러 용량을 줄여 LSED의 실행을 지연시킬 수 있다. IED heuristic을 통한 스케줄링은 도 8a에 도시되어 있으며, 도 8b는 LSED τ_k의 스케줄러 용량이 시간 t에 IED σ의 등장에 의해 조절되는 것을 나타낸다.

LSED τ_k는 현재 주기에서 남은 실행시간 e_k, t부터 데드라인까지 시간인 d_k, LSED가 작동할 때 소비하는 평균 전력 p_k로 구성되며, τ_k(e_k, d_k, p_k)로 나타낼 수 있다.

IED σ는 실행시간 e_σ, 평균 소비 전력 p_σ로 구성되며, σ(e_σ,p_σ)로 나타낼 수 있다. 원래 시간 t에서 데드라인까지 시간인 t+d_k에 대해 LSED τ_k는 스케줄러 용량 u_k가 할당되어 있다.

스케줄러 용량 u_k는 e_k/d_k로 얻을 수 있으며, 데드라인 까지 남은 시간 중 실행시간의 차지하는 비율이다. 이 스케줄러 용량 u_k는 IED heuristic에 의해 u`_k와 u``_k의 쌍으로 변경된다.

u`_k는 IED가 동작한 시간인 t에서 t+e_σ까지 스케줄러 용량이며, u``_k는 IED의 작동이 종료된 후 시간 t+e_σ에서 데드라인까지 시간 t+d_k까지의 스케줄러 용량이다.

스케줄러 용량 쌍 (u`_k. u``_k) 는 △_k를 최소화하도록 계산된다. 이때 △_k는 시간 t+e_σ에서 총 전력의 차이이다. u`_k는 u_k보다 작게 되며, 줄어든 스케줄링 용량만큼 LSED의 실행이 IED 작동 종료 후로 지연될 수 있다.

IED heuristic의 순서도는 도 8b에 도시되어 있다. IED heuristic은 집합 L을 입력으로 받으며, 집합 L에는 스케줄링의 대상이 되는 LSED n대가 속해 있다. 첫 과정으로 집합 L에 속한 LSED τ_k에 대해 수정된 스케줄러 용량 (u`_k. u``_k)과 g_k를 계산한다(S1, S2).

이때이며, 1≤k≤n 모든 장치에 대해서 위 과정을 반복 수행한다. 수정된 스케줄러 용량 (u`_k. u``_k)은 IED 작동이 종료되는 시점인 t+e_σ에서 평균 총 전력의 차이 값인 △_k를 최소화하는 값으로 설정된다(S1). △_k는 다음 수학식 1에 의해서 얻어진다.

[수학식 1]

△_k를 최소화하는 수정된 스케줄러 용량 (u`_k. u``_k)은 다음의 수학식 2 같이 얻어진다.

[수학식 2]

g_k는 IED heurisitc에 의해 얻은 편차 감소 이득이며, 다음과 같은 수학식 3을 얻을 수 있다(S2).

[수학식 3]

g_k가 클수록 더 좋은 성능을 보여준다.

다음 과정으로 집합 L`에 속할 LSED 집합을 결정해야 한다. 집합 L` 에는 IED 를 고려하여 스케줄러 용량이 수정될 LSED가 속하게 된다. 집합 L` 에 속하는 LSED를 결정하기 위해 집합 L에 속한 LSED τ_k를 g_k의 내림차순으로 정렬한다(S3).

그 다음, 차례대로 집합 L`에 LSED를 더하며, 이 과정은 t+e_σ시점에서 전력 차이가 남아있으면 반복 수행한다(S4,S5). IED heuristic 적용 전 전력차이는 p_σ 이며, IED heurisitc이 적용되는 LSED가 추가될수록 전력차이는 감소한다. 집합 L`에 속한 LSED는 수정된 스케줄러 용량을 기반으로 스케줄링 된다.

도 9는 스케줄링을 적용하지 않은 종래 전력 소모 트레이스와 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 기법들(TCBM, LSF)을 적용한 전력 소모 트레이스와의 편차의 CDF를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시에에 따른 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 방법을 적용하게 되었을 때, 전력편차(Power deviation) 300W를 기준으로 보았을 때, 누적확률(Cumulative probability)이, LSF의 경우 약 6.2%, TCBM의 경우 약 6.5%정도 증가하게 되었음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템
100:전력 스케줄링 제어부
101:장치 감시부
102:비주기적 장치 작동시간 예측부
103:스케줄링 용량 예측부
104:장치 우선순위 설정부
105:전력 사용 스케줄링부
200:전력사용 제어부
300:전력망 감시부
400:LSED 장치
401:센서부
402:전원부

Claims

전력 스케줄링 제어장치에 있어서,
설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 전송받아 모니터링하는 장치 감시부;
실시간 스케줄링 기법과 온도기반 스케줄링 기법과 스위칭 횟수를 줄이기 위한 제한선점 기법(limited preemptibility)을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하는 우선순위 설정부;
상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로, 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 스케줄링 용량예측부;
상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 전력사용 스케줄링부; 및
사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 비주기적 장치 작동시간 예측부를 포함하고,
상기 스케줄링 용량 예측부는, 상기 장치 감시부가 전송한 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위해 예측된 전력요구값을 수정, 변경하여 전력요구 데이터를 생성하며,
상기 전력사용 스케줄링부는, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치의 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 지연시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 실시간 스케줄링 기법은 LSF(Least Slack First) 및 EDF(Earliest Deadline First) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 온도기반 스케줄링 기법은 TCBM(Thermal Comfort-Band Maintenance) 및 Lazy scheduling인 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어장치.
삭제
전력 스케줄링 제어방법에 있어서,
설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 장치 감시부가 전송받아 실시간으로 모니터링하는 단계;
우선순위 설정부에서, 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하고, 스케줄링 용량예측부에서, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 단계;
전력사용 스케줄링부에서, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계; 및
비주기적 장치 작동시간 예측부가, 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 단계를 더 포함하고,
상기 전력요구 데이터를 생성하는 단계는, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 수정하여 전력요구 데이터를 생성하며,
상기 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계에서, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 예측한 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치의 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 딜레이시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 제어 방법.
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컴퓨터에 의해 판독가능하며,
제 7항에 따른 제어방법이 실행가능한 프로그램이 기록된 기록매체.
전력 스케줄링 시스템에 있어서,
설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어하고, 전원부와, 현재의 장치 정보값을 실시간으로 측정하는 센서부를 갖는 다수의 LSED 장치;
사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치;
상기 LSED 장치들의 센싱값을 전송받아 모니터링하는 장치 감시부와, 실시간 스케줄링 기법과 온도기반 스케줄링 기법과 스위칭 횟수를 줄이기 위한 제한선점 기법(limited preemptibility)을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하는 우선순위 설정부와, 상기 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 비주기적 장치 작동시간 예측부와, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 스케줄링 용량 예측부와, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 전력사용 스케줄링부를 구비한 스케줄링 제어부;
상기 IED 장치의 작동여부를 감지하는 전력망 감시부; 및
상기 스케줄링 제어부에서 생성한 전력스케줄링 데이터를 기반으로 상기 LSED 장치의 전원부를 제어하는 전력사용제어부를 포함하고,
상기 스케줄링 제어부는, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로, IED 장치의 실행시간 동안, LSED 장치 중 적어도 어느 하나의 작동을 중단시키고, 그 작동을 IED 장치의 실행시간 이후로 딜레이시키도록 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 시스템.
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전력 스케줄링 방법에 있어서,
설정된 값을 유지시키기 위해 주기적인 on/off 제어가 가능한 LSED 장치들의 센싱값을 장치 감시부가 전송받아 실시간으로 모니터링하는 단계;
우선순위 설정부에서, 실시간 스케줄링 기법을 이용하여 상기 LSED 장치들의 스케줄 우선순위를 결정하여 우선순위 데이터를 생성하고, 스케줄링 용량예측부에서, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 단계;
전력사용 스케줄링부에서, 상기 우선순위 설정부에서 생성한 우선순위 데이터와 상기 스케줄링 용량예측부에서 생성한 전력요구 데이터를 기반으로 특정 주기 내의 전력스케줄링 데이터를 생성하는 단계;
전력사용제어부가, 상기 전력사용 스케줄링부에서 생성한 전력스케줄링 데이터를 기반으로 상기 LSED 장치의 전원부를 제어하는 단계; 및
전력망 감시부가 실시간으로 IED 장치의 작동여부를 감지하는 단계; 및
비주기적 장치 작동시간 예측부가, 사용자에 의해 입력에 의해서 작동되는 IED 장치의 작동이 감지된 경우, 상기 IED 장치의 실행시간을 예측하는 단계를 포함하고,
상기 전력요구 데이터를 생성하는 단계는, 상기 장치 감시부가 전송받은 센싱값과, 상기 작동시간 예측부에서 예측한 IED 장치의 실행시간을 기반으로 스케줄링을 위한 전력요구값을 예측하여 전력요구 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 피크 감소를 위한 전력 스케줄링 방법.
삭제
컴퓨터에 의해 판독가능하며,
제 14항에 따른 스케줄링 방법이 실행가능한 프로그램이 기록된 기록매체.