KR101759893B1 - 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치 - Google Patents

분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실제 분산자원 장비와 동일하게 동작하는 가상장비 프로세스를 적어도 하나 이상 생성하고 생성된 상기 가상장비 프로세스를 동작 및 관리하는 적어도 하나 이상의 모의운전 클라이언트; 및 기 정의된 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 가상장비 구성정보를 생성하여 생성된 상기 가상장비 구성정보에 따라 상기 가상장비 프로세스를 상기 모의운전 클라이언트로 분배하는 모의운전 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치{VIRTUAL DEVICE MANAGEMENT APPARATUS BASED ON SCENARIO FOR DISTRIBUTED ENERGY RESOURCES}
본 발명은 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산자원 모의운전을 수행하기 위하여 다양한 운전 상황과 분산자원들 간의 관계를 시나리오로 작성하고, 작성된 시나리오를 기반으로 가상장비를 생성하여 관리하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치에 관한 것이다.
분산자원(DER, Distributed Energy Resources)은 스마트 그리드를 구성하는 핵심 구성요소 가운데 하나로서 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지원과, 에너지 저장장치, 전기자동차 등을 총칭한다.
전통적인 에너지원과 비교하여 분산자원은 발전량이 기상조건과 같은 외부요인에 의해서 변화한다. 분산자원 발전량의 비중이 높은 마이크로 그리드와 같은 환경에서 안정적으로 계통을 운영하기 위해서는 분산자원의 발전현황을 실시간으로 감시하고 필요한 제어명령을 내려야 한다. 분산자원을 감시하고 제어하는 기능은 연계 대상이 되는 분산자원 장비의 모델링 정보(정보 표현 방식)과 통신 프로토콜(정보 교환 방식)을 수용하여 상호운용성을 보장해야 하고, 실제 계통운영 환경과 유사한 방식으로 동작하는 장비를 대상으로 기능을 시험할 수 있어야 한다.
하지만 제조사별로 장비를 모델링하고 통신 프로토콜을 적용하는 방식이 모두 다르기 때문에 분산자원을 제어하는 응용서비스를 개발하기 위해서는 실제 장비와 연계를 통한 기능 검증이 필요하다.
종래에는 분산자원 장비가 주로 사용하는 통신기술로 Modbus, DNP 3.0, IEC 61850 등이 사용되었는데, 이 중에서 Modbus, DNP 3.0은 제조사가 제공하는 모델링 정보를 참조해야 하고, IEC 61850의 경우 사전 기능 검증을 수행해야 하며, 기능 개발 당시 고려되지 않았던 장비나 환경에 대해서는 적용이 불가능하였으며, 항시 운전되는 계통의 특성으로 인해 운영 중인 계통에 신규 기능을 개발하여 시험하거나 적용하는 것이 불가능하다.
또한 종래 기술들은 분산자원 장비의 모델링 정보 및 통신 프로토콜 정보를 시뮬레이션에 반영하지 못하거나, 장비와의 상호운용성을 시험할 수 없다.
게다가 종래 기술들은 특정 프로토콜 제품을 대상으로 한 상호운용성 시험만 가능하여 다양한 프로토콜들이 함께 운영되는 마이크로 그리드 운영 시나리오를 적용할 수 없다.
특히, 분산자원을 위주로 전력공급을 수행하는 마이크로 그리드의 경우 설비 도입에만 많은 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0941478호(2010.02.02)의 '분산전원 연계 배전계통에서의 보호협조 평가시스템 및 그 구동방법'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 스크립트 언어로 분산자원 장비의 모델링 정보, 통신 프로토콜 정보, 장비 간 연계정보, 장비의 데이터 생성 알고리즘을 기술하고 이를 바탕으로 동작하는 가상장비 프로세스를 생성하여 운전함으로써, 실제 장비가 없더라도 분산자원 연계기능의 상호운용성을 검증할 수 있도록 한, 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치는, 실제 분산자원 장비와 동일하게 동작하는 가상장비 프로세스를 적어도 하나 이상 생성하고 생성된 상기 가상장비 프로세스를 동작 및 관리하는 적어도 하나 이상의 모의운전 클라이언트; 및 기 정의된 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 가상장비 구성정보를 생성하여 생성된 상기 가상장비 구성정보에 따라 상기 가상장비 프로세스를 상기 모의운전 클라이언트로 분배하는 모의운전 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 서버는 분산처리 구조로 상기 모의운전 클라이언트와 각각 통신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오는 스크립트 언어의 형태로 기술되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오는 계통운전 환경, 이벤트 발생 조건, 분산자원 장비 모델링 정보, 분산자원 장비 통신 프로토콜 정보 및 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오는 분산자원 장비를 정보모델과 통신 프로토콜 매핑 정보의 조합으로 정의하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 서버는 상기 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 상기 가상장비 구성정보를 생성하고 이벤트, 기상정보, 시간 정보 중 어느 하나 이상을 설정하는 모의운전 시나리오 해석 모듈; 및 상기 가상장비 프로세스를 상기 모의운전 클라이언트 각각으로 분배하고 실행현황을 관리하는 가상장비 분산실행 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 상기 모의운전 시나리오를 구성요소별로 분류하되, 환경요소, 발전요소, 운영요소 및 조정요소로 분류하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오는 구성요소 간 연관관계를 참조 방식과 이벤트 방식 중 어느 하나로 표현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 상기 모의운전 시나리오 상에 각 구성요소간에 참조 그래프를 생성하여 참조 그래프 상의 구성요소간 순환참조 존재 여부 및 참조 위반 여부를 검사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 참조 방식은 참조의 대상이 되는 구성요소의 값과 참조하는 구성요소의 값이 동시간대로 연동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 참조 방식에서 구성요소 간에 순환참조를 방지하기 위해 구성요소 간의 참조를 제한하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 상기 환경요소는 상기 환경요소를 참조하고, 상기 발전요소는 상기 환경요소를 참조하며, 상기 운영요소는 상기 환경요소와 상기 발전요소 및 상기 운영요소를 참조하며, 상기 조정요소는 상기 운영요소를 참조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 이벤트 방식은 참조하는 구성요소의 값이 참조의 대상이 되는 구성요소의 값이 변한 다음 시간대에 변화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 상기 모의운전 시나리오 상에서의 상기 가상장비 프로세스의 자원 소모량을 분석하여 상기 모의운전 클라이언트에 분배하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 상기 가상장비 프로세스에 속하는 변수별 타 구성요소의 참조 횟수, 변수별 타 구성요소를 참조하는 횟수, 가상장비 프로세스가 사용하는 통신 프로토콜 중 어느 하나 이상을 이용하여 상기 자원 소모량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 상기 모의운전 시나리오에 기술된 정보를 바탕으로, 상기 가상장비 프로세스 각각에 구비된 데이터의 시간의 흐름에 따른 변화를 사전에 연산하여 상기 모의운전 클라이언트에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모의운전 클라이언트는 상기 모의운전 서버로부터 배정받은 상기 가상장비 프로세스를 생성하고 생성된 상기 가상장비 프로세스를 실행시키고 관리하는 가상장비 프로세스 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은 상기 가상장비 프로세스의 동작 상태를 모니터링하여 상기 가상장비 프로세스가 설정시간 동안 응답이 없으면 무응답 상태의 가상장비 프로세스를 삭제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은 상기 가상장비 프로세스를 삭제한 후, 상기 가상장비 프로세스를 다시 생성할 여유자원이 있는지 여부를 판단하고 여유자원이 있으면, 가상장비 프로세스를 새롭게 재생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은 상기 가상장비 프로세스를 삭제한 후, 상기 가상장비 프로세스를 다시 생성할 여유자원이 있는지 여부를 판단하고 여유자원이 없으면, 여유자원이 없음을 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 여유자원이 없음을 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈로 전달받으면, 상기 분산실행 클라이언트 중 나머지 다른 분산실행 클라이언트의 여유 자원 현황을 파악하여 상기 무응답 상태의 가상장비 프로세스를 여유 자원이 있는 상기 분산실행 클라이언트 중 어느 하나에 재배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스크립트 언어로 분산자원 장비의 모델링 정보, 통신 프로토콜 정보, 장비 간 연계정보, 장비의 데이터 생성 알고리즘을 기술하고 이를 바탕으로 동작하는 가상장비 프로세스를 생성하여 운전함으로써 실제 장비가 없더라도 분산자원 연계기능의 상호운용성을 검증할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 다른 모의운전 시나리오 해석 모듈의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변수 연동방식에 따르 변수값 변화의 차이를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 분배 예를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 관리 모듈의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모의운전 시나리오의 구성 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변수간 참조그래프를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 관리 모듈의 가상장비 프로세스 재생성 과정을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 다른 모의운전 시나리오 해석 모듈의 동작 과정을 도시한 순서도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변수 연동방식에 따르 변수값 변화의 차이를 예시적으로 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 분배 예를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 관리 모듈의 동작 과정을 도시한 순서도이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모의운전 시나리오의 구성 예시도이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변수간 참조그래프를 나타낸 도면이며, 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상장비 프로세스 관리 모듈의 가상장비 프로세스 재생성 과정을 도시한 순서도이다.
실제 계통환경에서 장비가 운전하는 것과 동일한 통신기능을 제공하는 모의운전을 수행하기 위하여, 본 실시예에서는 모의운전 시나리오에 기반하여 가상장비 프로세스를 분산된 클라이언트 프로그램에 배치하여 생성하고 운전한다.
모의운전 시나리오에는 모의운전을 실행할 환경정보(기상, 시간의 흐름), 분산자원 장비의 데이터 모델링, 프로토콜 정보, 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘, 분산자원 장비간 연계정보, 및 공통 이벤트 정보 등이 입력된다.
기존에는 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘을 상세하게 기술할 수 없었고 범위를 가지는 랜덤함수의 형태로만 정할 수 있었으며, 기상의 변화에 따른 분산자원 발전량의 변화와 같은 현실적인 데이터 생성은 할 수 없었다. 이에 본 실시예에서는 스크립트 기반 언어를 적용함으로써 실제 분산자원 장비와 유사하게 동작하는 가상의 분산자원을 생성할 수 있다.
하나의 가상장비, 즉 분산자원 장비는 데이터 모델링 정보와 통신 프로토콜 정보의 조합으로 정의된다.
가상장비는 유형별로 유사한 데이터 모델링을 가지지만 실제 통신 프로토콜 정보는 상이하게 정의된다. 가상장비의 모델링 정보와 통신 프로토콜 매핑 정보를 분리함으로써 동일한 모델링 정보를 가지지만 서로 다른 통신기술이 적용된 가상장비 프로세스(21)들을 생성할 수 있다.
모의운전 시나리오에 기입된 모든 정보들은 객체(Object)와 변수(Variables)로 구성되어 시스템의 메모리상에 저장된다. 이를 기반으로 모의운전 시나리오가 분석되는 과정에서 생성되는 가상장비 프로세스(21)의 대수, 가상장비 프로세스(21)를 운전하는데 필요한 컴퓨팅 자원(CPU, RAM) 등이 계산되고 자원을 최적으로 사용할 수 있도록 분산 클라이언트로 배정된다.
가상장비 프로세스(21) 간의 연관 관계를 모의운전에 반영하기 위해 변수 참조와 이벤트라는 두가지 처리 방식을 적용하고, 효율적인 모의운전의 수행을 위하여 각 가상장비 프로세스(21)는 모의운전 도중에 데이터 생성 알고리즘을 수행하지 않고, 모의운전이 시작되기 전에 미리 데이터 생성 알고리즘을 수행하여 각 가상장비 프로세스(21)가 시간별로 어떠한 데이터를 가지게 되는지 지정한다.
게다가, 대량의 분산자원이 계통에 존재하는 상황을 모의운전할 수 있도록 가상장비 프로세스(21)별로 모의운전하는데 소요되는 자원의 양을 계산하고, 이를 바탕으로 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)로 가상장비 프로세스(21)를 배치하여 모의운전을 수행한다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치는 기 정의된 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 가상장비 구성정보를 생성하여 생성된 상기 가상장비 구성정보에 따라 가상장비 프로세스를 모의운전 클라이언트(20)로 분배하는 모의운전 서버(10), 및 모의운전 서버의 제어명령에 따라 가상장비 프로세스(21)를 적어도 하나 이상 생성하고 생성된 가상장비 프로세스(21)를 동작 및 관리하는 적어도 하나 이상의 모의운전 클라이언트(20)를 포함한다.
모의운전 서버(10)는 복수의 모의운전 클라이언트(20)와 통신한다. 모의운전 클라이언트(20)는 가상장비 프로세스(21)를 생성하여 모의운전 서버(10)와 통신한다.
모의운전 서버(10)는 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 가상장비 구성정보를 생성하고 이벤트, 기상정보, 시간 정보 등을 설정하는 모의운전 시나리오 해석 모듈(11), 및 가상장비 프로세스(21)를 모의운전 클라이언트(20)로 분배하고 실행현황을 관리하는 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)을 포함한다.
모의운전 클라이언트(20)는 가상장비 프로세스(21), 및 생성할 가상장비 프로세스(21)의 개수를 결정하고 생성된 가상장비 프로세스(21)를 관리하며 가상장비 프로세스(21)와의 통신 기능을 수행하는 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)을 포함한다. 여기서, 가상장비 프로세스(21)는 실제 분산자원 장비와 동일하게 가상으로 동작하며 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)과 통신기능을 수행한다.
먼저, 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 도 2 에 도시된 바와 같이 일반 텍스트 파일 형식으로 작성된 시나리오 파일을 불러온 후(S110), 모의운전 시나리오를 분석하여 문법오류가 있는지를 판단하고(S120), 문법오류가 있으면 동작을 종료한다.
여기서, 모의운전 시나리오는 계통운전 환경, 이벤트 발생 조건, 분산자원 장비 모델링 정보, 분산자원 장비 통신 프로토콜 정보, 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘을 포함한다. 이들 각 정보들은 스크립트 언어의 형태로 표현되어 기술된다.
여기서, 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘은 분산자원이 시간 또는 다른 조건에 따라 어떻게 변화할 것인지에 대해서 지정할 수 있다. 단순히 수열을 지정할 수 있고 무작위의 값을 지정하도록 할 수도 있다. 또한 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘은 모의운전 시나리오 내의 다른 요소들을 참조하여 데이터를 아래의 데이터 생성 알고리즘 예시와 같이 생성하게 할 수 있다. 이를 통해서 Sine 곡선, Cosine 곡선과 같은 형태로 데이터를 생성하게 할 수도 있다.
<데이터 생성 알고리즘 예시>
Figure 112015086351047-pat00001
데이터 생성 알고리즘이 모의운전 시나리오 상의 다른 요소들을 참조할 때, 순환참조가 발생할 수 있다. 순환참조란, 참조의 대상이 되는 변수가 다시 해당 변수를 참조하는 것으로, 이러한 변수가 존재한다면 실제 시뮬레이션을 수행하는 과정에서 끊임없이 참조만 발생한다.
아래의 순환참조 예시는 발전기의 발전량과 ESS의 저장량이 서로 참조하는 순환참조가 나타난 상황이다.
<순환참조 예시>
Figure 112015086351047-pat00002
순환참조를 방지하기 위하여, 분산자원 모의운전 시나리오의 구성요소를 아래의 표 1 과 같이 분류하고 분류에 따라 참조를 제한할 수 있다.
구성요소 분류 및 참조 가능 요소 예시
분류 구성요소 참조가능
환경 기온, 습도, 시간, 사용자 지정 변수 등 환경
발전 태양광발전기, 풍력발전기, 디젤발전기, 마이크로 가스 터빈 발전기 등 환경
운영 부하량, 수요량, 발전량, 주파수 등 환경, 발전, 운영
조정 ESS, 보호게전기, 차단기 등 운영
각 분류에 해당하는 구성 요소가 참조 가능 요소 이외의 요소를 참조한다면 참조 위반으로 판정되어 모의운전을 실행할 수 없다.
한편, 단계(120)에서의 판단 결과 문법오류가 없으면, 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 모의운전 시나리오를 구성요소별로 분류함과 더불어 구성요소의 변수별로 분류한다(S130).
이어 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 각 구성요간 참조 그래프를 생성(S140)하고, 구성요소 간 순환참조 존재 여부 및 참조 위반 여부를 검사한다. 즉, 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 구성요소 간 참조 가능 요소 위배 여부 및 구성요간 순환(Cycle) 참조가 발생하였는지 여부로 구성요소 간 순환참조 존재 여부 및 참조 위반 여부를 검사한다(S150,S160).
이 경우, 순환참조 존재 여부 및 참조 위반 여부를 검사한 결과, 순환참조가 발생하지 않았으면, 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 시나리오 스크립트를 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)로 전송한다(S170).
모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 변수 참조 외에도 이벤트를 사용하여 다른 구성요소의 값을 연동할 수 있다. 참조의 경우, 참조한 값이 참조의 대상이 되는 값과 동시간대로 연동되지만 이벤트의 경우, 이벤트 발생 조건이 만족된 다음 시간대에 변수가 반영된다.
도 3 에는 2가지 연동 방식이 도시되었는데, 변수 a와 b가 존재하고 변수 b가 변수 a보다 1만큼 크도록 연동할 경우, a가 시간에 따라 1, 2, 3, 4... 의 순으로 변경된다면 변수 참조를 사용했을 경우 b는 a가 변하는 것과 동시간대에 2, 3, 4, 5... 로 변경되지만, 이벤트를 사용할 경우 0, 2, 3, 4 .. 의 순으로 변경된다.
이벤트는 이벤트의 영향을 받을 변수에 이벤트 리스너를 등록하고 이벤트를 발생조건을 입력하여 적용한다. 아래의 이벤트를 적용한 코드 예시에는 전체 발전량이 수요량을 초과할 경우, 이벤트를 발생시켜서 풍력발전기의 최대 발전량을 제한하는 것을 나타낸다.
<이벤트 적용 예시>
Figure 112015086351047-pat00003
가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 시나리오 해석을 통해 식별된 가상장비 프로세스(21)를 어떠한 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 배치할지 여부를 결정하고 전체 모의운전을 모니터링한다. 또한 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 사용자의 입력을 받아 모의운전 시작명령과 중지 명령 등의 명령을 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 전달한다.
가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 가상장비 프로세스(21)를 배치하기 위해서 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)의 가용 자원과 함께 가상장비 프로세스(21)의 자원 예상 소모량을 계산하여 고려한다. 이 때, 가상장비 프로세스(21)를 구성하는 변수의 숫자, 및 하나의 변수가 얼마만큼 참조되는지를 함께 고려한다. 이를 수식으로 표현하면 아래의 수학식1과 같다.
Figure 112015086351047-pat00004
여기서, R(i)는 i번째 가상장비 프로세스(21)의 자원 소모량이고, Vi,n는 i번째 가상장비 프로세스(21)의 n번째 변수이며, Protocol(R(i))는 i번째 가상장비 프로세스(21)의 통신기능을 수행하는데 필요한 자원 소모량이며, T(Vi,n)는 Vi,n을 참조하는데 필요한 메모리 공간이다. 또한 Refinner(Vi,n)는 Vi,n을 참조하는 Vi내의 변수의 수이고, Refouter(Vi,n)는 Vi,n을 참조하는 Vi외의 변수의 수이며, Refevent(Vi,n)는 Vi,n을 참조하는 이벤트의 수이며, γ,δ,ε는 보정계수이다.
가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 자원 예상 소모량을 계산할 경우, 프로토콜 정보, 매핑 정보 등 가상장비 프로세스(21)의 통신기능을 수행하는데 필요한 자원 소모량을 별도로 계산하며 이 값에는 각 통신기술을 실행하는데 필요한 자원의 평균값을 사용한다.
가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전 수행에 따라 가상장비 프로세스(21)가 생성할 데이터에 대한 목록을 작성한다. 각 가상장비 프로세스(21)는 읽기 전용으로 지정된 변수에 대해서는 동적으로 정보를 생성하지 않고 미리 정해진 데이터 목록을 참조한다.
도 4 의 (a)에는 3대의 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 가상장비 프로세스(21)가 배치된 상황이 도시되었는데, 하나의 가상장비 프로세스(21)를 하나의 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 배치된 상황으로 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)#1에는 ESS(Energy Storage System) 1과 스위치가 배정되었고, 가상장비 프로세스 관리 모듈 #2에는 태양광 발전기가, 가상장비 프로세스 관리 모듈 #3에는 차단기와 ESS2가 배치되었다. 이 때, 모든 장비가 태양광 발전기를 참조한다면 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)끼리 현재 태양광 발전기의 정보를 공유하기 위해 수시로 통신해야 한다.
도 4 의 (b)에는 상기한 태양광 발전기의 정보를 공유하기 위해 수시로 통신해야 하는 문제점을 해소하기 위해, 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 태양광 장비를 다른 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에도 태양광발전기의 데이터 생성 목록을 함께 전송한다. 이 경우에는 변수 값을 참조하기 위한 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)간의 통신을 필요로 하지 않는다. 이벤트에 의해서 태양광 장비의 값에 변화가 생길 때만 가상장비 프로세스 관리 모듈(22) 간 동기화 메시지가 교환된다.
가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 위치하여 배정받은 가상장비 프로세스(21)를 생성하고 실행한다. 가상장비 프로세스(21)는 실제 분산자원 장비처럼 동작하며 통신기능을 수행한다.
도 5 를 참조하면, 가상장비 프로세스(21)는 설정시간 간격으로 프로세스 모듈로 데이터를 전송하여 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에게 계속 운전중임을 알린다. 만약 설정시간 동안 가상장비 프로세스(21)가 응답, 즉 동작하지 않는 경우, 가상장비 프로세스 모듈(22)은 해당 가상장비 프로세스(21)가 작동하지 않는 것으로 판단하고 동일한 가상장비 프로세스(21)를 다시 생성한다. 이에 대해서는 후술한다.
가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 외부로부터 데이터 조회 요청을 수신하고 이를 식별하고(S210), 이때 데이터 조회 요청이 있으면(S220), 데이터 생성 목록을 참조하여 현재 시간에 맞는 데이터를 검색하여 응답 처리한다(S230).
반면에, 데이터조회 요청이 없으면, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 외부 입력에 의해서 데이터가 변경되었는지 여부를 판단하고(S240), 이때 데이터가 변경되었으면, 변경된 데이터에 기반하여 데이터 생성 목록을 수정한 후(S250), 수정된 목록을 다른 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)로 전송한다.
즉, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 상기한 단계(S250)에서 수정된 데이터를 참조하는 다른 데이터 목록을 갱신하고(S260), 갱신된 데이터 목록을 동기화한다(S270).
이어, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 이벤트 발생 조건을 만족하는지 여부를 판단하고(S280), 판단 결과 이벤트 발생 조건을 만족하면 이벤트 발생 사실을 가상장비 프로세스(21)로 전달한다(S290).
여기서 상기한 단계(S210~S290)은 모의운전 종료조건 만족시까지 반복된다.
이하에서는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치를 이용한 모의운전 예를 설명한다.
도 6 에는 실시예로서 모의운전을 수행할 요소들을 나타낸다. 환경요소로는 시간, 기온, 풍속을 고려하고 발전 요소로서 풍력발전기를 모의운전한다. 운영요소로는 부하, 발전량, 조정요소로는 ESS를 모의운전한다.
본 실시예에서는 계통의 부하와 발전량에 따라 ESS가 충방전되는 상황을 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)로 모의운전한다.
각 구성요소 간 참조관계는 기온과 풍속이 시간을 참조하고 풍력발전기는 풍속을 참조한다. 부하는 기온을 참조하고 발전량은 풍력발전기를, ESS는 부하와 발전량을 모두 참조한다. ESS의 충방전으로 인한 발전량 또는 부하량의 최종 변화는 이벤트로 처리한다.
모의운전 시나리오를 구성하기 위하여 환경요소 중 시간을 변수로 입력한다. 본 실시예에서는 시간을 초단위로 변화시키고 30초간 모의운전을 시행한다. 이 때, 시간을 나타내는 변수는 아래의 시간변수 선언과 같이 기술될 수 있다.
<시간변수 선언>
Figure 112015086351047-pat00005
아래의 또한 기온과 풍속 설정과 같이, 기온은 시간의 흐름에 따라 10도부터 시간의 흐름에 따라 0.2도씩 증가하게 하고 풍속은 시간이 15초 전일때는 30m/s, 후에는 25m/s으로 변화하도록 한다.
<기온과 풍속 설정>
Figure 112015086351047-pat00006
풍력발전기의 경우 아래의 풍력발전기 및 ESS 변수 선언과 같이, 발전량을 풍속×5가 되도록 하고 정보 및 통신프로토콜은 IEC 61850으로 모델링한다. 그리고 발전량에 대한 정보를 "WTUR1$MX$W$mag$f“에 매핑한다. ESS는 통신프로토콜을 DNP 3.0로 설정하여 변수를 모델링한다.
<풍력발전기 및 ESS 변수 선언>
Figure 112015086351047-pat00007
부하량은 아래의 계통 발전 및 부하 변수 선언과 같이, 기온 × 10의 값과 ESS가 충전중일 경우, 방전량의 합이 되도록 설정하고, 발전량은 풍력발전기의 발전량과 ESS가 방전중일 경우에 한하여 방전량의 합으로 설정한다.
<계통 발전 및 부하 변수 선언>
Figure 112015086351047-pat00008
또한, ESS 충방전 조정을 이벤트로 설정한다. ESS 충방전은 계통 총 발전량과 부하의 차이를 비교하여 10을 초과할 때 ESS의 충/방전량을 (발전량 - 충전량 - 8)만큼 조정한다. 이것을 스크립트 언어로 표현하면 아래의 ESS 발전량 조절 이벤트와 같다.
<ESS 발전량 조절 이벤트>
Figure 112015086351047-pat00009
모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 상기한 모의운전 시나리오를 분석하여 모의운전 수행이 필요한 분산자원을 판별하고 도 7 에 도시된 바와 같은 참조 그래프를 생성한다. 본 실시예에서 모의운전 수행이 필요한 분산자원은 ESS와 풍력발전기다. 각 변수간 참조 그래프는 아래의 표 2와 같이 생성된다.
가상장비 프로세스별 요구 자원(메모리량)
변수명 데이터 타입 외부참조 내부참조 이벤트참조 요구 자원량
windTurbine
gen int 1 0 0 1,616 bit
Protocol IEC 61850 - - - 50MB
ESS
name String 0 0 0 32 bit
gen int 0 0 0 16 bit
Protocol DNP 3.0 - - - 30MB
참조 그래프상에서, 순환이 발생하지 않고 구성 요소간 참조 위반이 일어나지 않기 때문에 모의운전 시나리오 해석 모듈(11)은 참조그래프와 스크립트를 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)로 전달한다.
가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 각 가상장비 프로세스(21)별로 필요한 자원의 양을 분석한다. 본 실시예에서는 풍력발전기와 ESS 두 대의 가상장비 프로세스(21)만 존재하므로 이 두 장비에 대해서만 분석한다.
아울러, 분석을 위한 변수(γ,δ,ε)를 설정한다.
한편, 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 모의운전 수행시 시간대별로 각 가상장비 프로세스(21)와 변수들이 생성할 데이터를 아래의 표 3과 같이 생성하여 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 설치된 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)로 전달한다.
변수들이 생성할 데이터
time windSpeed temperature windTurbine-gen grid-gen grid-load ESS-gen
1 30 10.2 150 150 102 0
2 30 10.2 150 150 14 40
… … … … … … …
30 25 16 125 158 160 -33
가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 배정받은 가상장비 프로세스(21)의 정보와 데이터를 바탕으로 모의운전을 수행한다.
가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 주기적으로 가상장비 프로세스(21)를 감시하면서 가상장비 프로세스(21)의 상태를 감시한다.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 가상장비 프로세스(21)의 응답이 일정시간 이상 없을 경우, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 가상장비 프로세스(21)를 삭제한다.
이 경우, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 가상장비 프로세스 삭제를 성공하였는지를 판단하고(S310), 가상장비 프로세스 삭제를 성공하였으면 가상장비 프로세스(21)를 재생성한다(S320).
만약, 가상장비 프로세스(21)가 삭제되지 않을 경우, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에 가상장비 프로세스(21)를 새로 생성할 만큼 충분한 자원이 존재하는지를 판단하고(S330), 가상장비 프로세스(21)를 새로 생성할 만큼 충분한 자원이 존재하면 상기한 바와 같이 가상장비 프로세스(21)를 재생성한다(S320).
반면에, 가상장비 프로세스(21)를 새로 생성할 만큼 충분한 자원이 존재하지 않으면, 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)은 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)로 해당 사실을 전달한다.
아울러, 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 해당 가상장비 프로세스(21)를 실행할 수 있을 만큼의 여유 자원을 가진 다른 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)을 탐색하고(S340), 탐색 결과 가상장비 프로세스(21)를 실행할 수 있을 만큼의 여유 자원을 가진 다른 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)이 존재하면, 가상장비 프로세스(21)를 실행하도록 지시함으로써, 여유자원이 있는 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)에서 가상장비 프로세스(21)를 생성한다(S350).
반면에, 가상장비 프로세스(21)를 실행할 수 있을 만큼의 자원을 가진 다른 가상장비 프로세스 관리 모듈(22)가 존재하지 않는다면, 가상장비 분산실행 관리 모듈(12)은 모의운전을 종료한다(S360).
이와 같이 본 실시예는 스크립트 언어로 분산자원 장비의 모델링 정보, 통신 프로토콜 정보, 장비 간 연계정보, 장비의 데이터 생성 알고리즘을 기술하고 이를 바탕으로 동작하는 가상장비 프로세스(21)를 생성하여 운전함으로써 실제 장비가 없더라도 분산자원 연계기능의 상호운용성을 검증할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 모의운전 서버
11: 모의운전 시나리오 해석 모듈
12: 가상장비 분산실행 관리 모듈
20: 모의운전 클라이언트
21: 가상장비 프로세스
22: 가상장비 프로세스 관리 모듈

Claims (21)

  1. 실제 분산자원 장비와 동일하게 동작하는 가상장비 프로세스를 적어도 하나 이상 생성하고 생성된 상기 가상장비 프로세스를 동작 및 관리하는 적어도 하나 이상의 모의운전 클라이언트; 및
    기 정의된 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 가상장비 구성정보를 생성하여 생성된 상기 가상장비 구성정보에 따라 상기 가상장비 프로세스를 상기 모의운전 클라이언트로 분배하는 모의운전 서버를 포함하며,
    상기 모의운전 시나리오는 분산자원 장비를 정보모델과 통신 프로토콜 매핑 정보의 조합으로 정의하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모의운전 서버는 분산처리 구조로 상기 모의운전 클라이언트와 각각 통신하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오는 스크립트 언어의 형태로 기술되는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오는 계통운전 환경, 이벤트 발생 조건, 분산자원 장비 모델링 정보, 분산자원 장비 통신 프로토콜 정보 및 분산자원 장비의 데이터 생성 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 모의운전 서버는
    상기 모의운전 시나리오를 해석하여 모의운전을 수행할 상기 가상장비 구성정보를 생성하고 이벤트, 기상정보, 시간 정보 중 어느 하나 이상을 설정하는 모의운전 시나리오 해석 모듈; 및
    상기 가상장비 프로세스를 상기 모의운전 클라이언트 각각으로 분배하고 실행현황을 관리하는 가상장비 분산실행 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은
    상기 모의운전 시나리오를 구성요소별로 분류하되, 환경요소, 발전요소, 운영요소 및 조정요소로 분류하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오는 구성요소 간 연관관계를 참조 방식과 이벤트 방식 중 어느 하나로 표현되는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은
    상기 모의운전 시나리오 상에 각 구성요소간에 참조 그래프를 생성하여 참조 그래프 상의 구성요소간 순환참조 존재 여부 및 참조 위반 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 참조 방식은 참조의 대상이 되는 구성요소의 값과 참조하는 구성요소의 값이 동시간대로 연동되는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 참조 방식에서 구성요소 간에 순환참조를 방지하기 위해 구성요소 간의 참조를 제한하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 모의운전 시나리오 해석 모듈은 상기 환경요소는 상기 환경요소를 참조하고, 상기 발전요소는 상기 환경요소를 참조하며, 상기 운영요소는 상기 환경요소와 상기 발전요소 및 상기 운영요소를 참조하며, 상기 조정요소는 상기 운영요소를 참조하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 이벤트 방식은 참조하는 구성요소의 값이 참조의 대상이 되는 구성요소의 값이 변한 다음 시간대에 변화하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 상기 모의운전 시나리오 상에서의 상기 가상장비 프로세스의 자원 소모량을 분석하여 상기 모의운전 클라이언트에 분배하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은
    상기 가상장비 프로세스에 속하는 변수별 타 구성요소의 참조 횟수, 변수별 타 구성요소를 참조하는 횟수, 가상장비 프로세스가 사용하는 통신 프로토콜 중 어느 하나 이상을 이용하여 상기 자원 소모량을 계산하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은
    상기 모의운전 시나리오에 기술된 정보를 바탕으로, 상기 가상장비 프로세스 각각에 구비된 데이터의 시간의 흐름에 따른 변화를 사전에 연산하여 상기 모의운전 클라이언트에 전송하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 모의운전 클라이언트는
    상기 모의운전 서버로부터 배정받은 상기 가상장비 프로세스를 생성하고 생성된 상기 가상장비 프로세스를 실행시키고 관리하는 가상장비 프로세스 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은
    상기 가상장비 프로세스의 동작 상태를 모니터링하여 상기 가상장비 프로세스가 설정시간 동안 응답이 없으면 무응답 상태의 가상장비 프로세스를 삭제하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은
    상기 가상장비 프로세스를 삭제한 후, 상기 가상장비 프로세스를 다시 생성할 여유자원이 있는지 여부를 판단하고 여유자원이 있으면, 가상장비 프로세스를 새롭게 재생성하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 가상장비 프로세스 관리 모듈은
    상기 가상장비 프로세스를 삭제한 후, 상기 가상장비 프로세스를 다시 생성할 여유자원이 있는지 여부를 판단하고 여유자원이 없으면, 여유자원이 없음을 가상장비 분산실행 관리 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈은 여유자원이 없음을 상기 가상장비 분산실행 관리 모듈로 전달받으면, 분산실행 클라이언트 중 나머지 다른 분산실행 클라이언트의 여유 자원 현황을 파악하여 상기 무응답 상태의 가상장비 프로세스를 여유 자원이 있는 상기 분산실행 클라이언트 중 어느 하나에 재배치하는 것을 특징으로 하는 분산자원 모의운전을 위한 시나리오 기반 가상장비 관리 장치.
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