KR20170031203A - 유틸리티 그리드에서의 신호 삽입 패턴 사이의 직교성을 이해하고 유지하기 위한 신호 삽입을 편성하는 시스템 및 방법 - Google Patents

유틸리티 그리드에서의 신호 삽입 패턴 사이의 직교성을 이해하고 유지하기 위한 신호 삽입을 편성하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

유틸리티 그리드 상에서 실험 시도를 구현하는 방법 및 시스템. 그리드 파라미터의 변화는 그리드 파라미터들의 변화가 중첩하지 않는 시간 기간들 및 공간 지역들을 생성하도록 편성되어, 그러한 시간 기간들 및 공간 지역들 내의 센서 데이터가 그리드 파라미터의 특정한 변화에 관련되게 한다. 이러한 관련된 데이터는 그 후 센서 응답 및 유틸리티 그리드 거동의 모델을 향상시키기 위해 이용될 수 있다.

Description

유틸리티 그리드에서의 신호 삽입 패턴 사이의 직교성을 이해하고 유지하기 위한 신호 삽입을 편성하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR COORDINATING SIGNAL INJECTIONS TO UNDERSTAND AND MAINTAIN ORTHOGONALITY AMONG SIGNAL INJECTIONS PATTERNS IN UTILITY GRIDS}
주요 파라미터(parameter)를 감지하고 그 결과를 이용하여 유틸리티 그리드(utility grid)의 작동 및 유지보수를 지시하는 것을 통해, 장애를 식별하고, 적절한 대응을 지시하며, 전력 품질을 유지하면서 재생 가능 자원을 전기망에 편입하는 것과 같은 적극적 관리가 가능하게 함으로써, 유틸리티 그리드의 성능 ― 유틸리티 그리드 신뢰성, 안전성, 및 효율 ― 이 매우 향상될 수 있다.
흔히, 유틸리티 그리드를 감시하기 위해 센서 네트워크(sensor network)가 이용된다. 이러한 센서 네트워크는 그리드의 단부에 배치된 스마트 계량기(smart meter), 그리드 노드(grid node)에서의 센서, 및 유틸리티 라인(utility line) 상의 또는 그 둘레의 센서를 포함할 수 있고, 이러한 센서는 수도망에서의 유속, 전기망에서의 전력 품질, 또는 유틸리티 그리드에서의 압력과 같은 그리드 파라미터를 측정한다. 이러한 센서는 일반적으로 측정된 속성을 나타내는 아날로그 신호(analog signal)를 출력하는 변환기이다. 이러한 출력은 그러한 속성들의 특정값들을 매핑(map)하기 위한 특성이 부여되거나, 및/또는 그것들이 세상의 특정한 상태, 예를 들어 조사가 필요한 잠재적 누설, 또는 재생 가능 자원을 전기망에 편입할 때 응답 전력의 증가의 식별을 나타내도록 분류될 필요가 있다. 센서의 특성 부여는 일반적으로 벤치 테스트(bench test)를 통해 이루어지고, 센서들은 그것들을 둘러싼 환경에서 다양한 간섭을 가질 수 있으며; 유틸리티 그리드 감시 네트워크 상의 센서들의 현장 특성 부여가 바람직할 수 있지만, 유틸리티 그리드를 감시하기 위해 이용되는 센서들의 많은 수 때문에 어렵고, 그러한 센서들 중 많은 것은 액세스(access)하기가 어렵다.
그리드 센서 데이터를 분석하고 응답을 지시함에 있어서의 추세는 분류 및 응답 지시에 이용되는 모델(model)을 구축하기 위해 대량의 그리드 이력 데이터(grid historical data)를 이용하는 "빅 데이터(big data)"이다. 그러나, 이러한 빅 데이터 모델(big data model)은, 사람들이 모델을 구축하기 위해 이력 데이터를 마이닝(mine)할 때, 상관관계에 대해 제한되고, 처리를 적극적으로 지시하거나 또는 미세 조절을 함에 있어서의 그것들의 효율성을 제한한다. 또한, 이러한 빅 데이터 모델은 일반적으로 대량의 데이터를 필요로 하여, 특정한 그리드 노드 또는 위치에서의 그리드 상황의 고도의 세분화(granularity)를 갖는 이해를 방해하거나 또는 오랜 작동 후에만 그러한 세분화를 달성할 수 있게 하며; 일부는 기계 학습 기법(machine learning technique)을 적용하고, 속도 및 세분화를 증가시키기도록 모델을 개선하였지만, 이러한 접근방법조차도 소극적으로 수집된 이력 데이터로부터의 상관관계에 계속 의존하고 있다.
AC 전력망으로부터 전력이 불법적으로 인출되는 노드를 발견하는 것과 같은, 그리드 장애를 드러내기 위해 신호 삽입이 이용되었고; 이러한 기법은 "스마트 계량기"와 같은 이미 특성이 부여된 고품질 센서에 의존하고, 동시에 또는 순차로 수행되게 편성되지 않은, 때로는 그리드 전반에 걸친 개별적 조치이며, 그래서 수많은 다양한 센서들의 현장 교정이 적합하지 않다. HVDC 배포 레벨(distribution level)에서와 같은 그리드의 하이 레벨(high level)에서의 대량 변화에 대한 그리드 전반에 걸친 응답을 시험하기 위해서 신호 삽입이 이용되기도 하였다. 그러한 신호 삽입은, 대량이거나, 개별적이거나, 사람이 개입하는(human mediated) 것이거나, 자동화에 민감하지 않거나, 소규모 국지적 시험을 하거나 또는 동시적 또는 순차적 시험을 구현하는 것이며, 또한 현장에서 교정하기에 부적절하고 개별적 국지적 센서의 응답에 특성을 부여하고 있다. 고도로 센서화된 그리드 상의 센서의 규칙적 현장 특성 부여를 위한 신호 삽입을 채택함에 있어서, 신호를 동시적 및 순차적 삽입하여 샘플(sample) 크기를 증가시킬 수 있고, 다른 신호 삽입에 의해 센서 응답을 혼란시키지 않고, 자동화할 수 있을 것이 요구된다.
유틸리티 그리드 관리는, 이러한 고도로 변화무쌍한 시스템에서 더 국지적인 레벨(local level)에서 그러한 최적화가 행해지게 함으로써, 빅 데이터 스마트 그리드 접근법(big data smart grid approach)으로 문제를 극복하고, 실시간 세분화를 갖는 미세 조정된 그리드 감시 및 관리를 허용하여, 스마트 그리드의 포텐셜에 대해 더 완전하게 평가하도록 그리드 파라미터를 최적화하고 포텐셜 그리드 비정상에 응답하도록, 센서 응답에 대한 실시간 인과관계가 있는 이해가 매우 유리하다.
본 발명은, 한 세트의 잠재적 신호 삽입을 수신하고, 신호 삽입에 대한 공간적 및 시간적 도달범위를 계산하며, 비중첩 도달범위를 갖는 신호 삽입 세트를 발생시키고, 주어진 시간 및 위치에서 유틸리티 그리드 내로의 발생된 신호 삽입 세트를 구현함으로써, 그리드 이벤트에 대한 센서 응답의 다중 동시적 및 순차적 시험을 가능하게 하는 유틸리티 그리드 내로의 신호 삽입의 자동화된 편성에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 방법의 단계들의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 구현을 위해 선택된 유틸리티 그리드, 그것과 관련된 센서 네트워크, 및 신호 삽입의 공간적 도달범위의 맵이다.
도 3은 본 발명의 시스템의 체계도이다.
도 4는 본 발명의 시스템의 다양한 구성요소 사이의 정보 흐름의 데이터 흐름도이다.
도 5는 특정한 시간 및 위치에 신호 삽입을 할당하는 반복 과정을 위한 순서도이다.
도 6은 시스템 실시 형태의 구조 및 그것들의 유틸리티 그리드와의 상호 작용을 묘사하는 도면이다.
신호 삽입은 "스마트 그리드" 활동과 같은, 센서 네트워크를 통해 감시되는 유틸리티 그리드 상에서의 현재의 그리드 이벤트에 대한 이해를 향상시키기 위해 센서 응답에 특성을 부여하거나 또는 센서 출력 분류를 향상시키는 수단을 제공한다. 이러한 이해는, 신호 삽입에 대한 센서 응답의 시험들이 샘플 크기를 최대화하고 센서 출력의 이해에서의 공간적 및 시간적 세분화를 생성하지만, 이러한 다양한 시험들이 서로의 결과들을 혼란스럽게 하지 않도록, 동시에 성공적으로 실행될 수 있을 때, 가장 효율적으로 향상되고 개선될 수 있다. 결과적으로, 유틸리티 그리드 내로의 다중 신호 삽입을 시간적으로 및 공간적으로 자동으로 편성하여 다른 방식으로 할 수 있는 것보다 더 큰 샘플 크기를 보장하면서, 신호 삽입을 중첩함으로써 샘플들이 자체적으로 혼란을 일으키지 않는 것도 보장하는 것이 유리하다. 그렇게 얻어진 수많은 혼란을 일으키지 않는 실험 샘플들은 국지적 최적화를 촉진하기에 충분한 시간적 및 공간적 세분화를 갖는 즉시 사용할 수 있는 인과관계가 있는 지식을 얻을 수 있게 하여, 그리드 유지보수, 장애 응답, 효율 향상 및 그리드 운영자에 대한 더 풍부한 정보 제공을 해내는 "스마트 그리드" 최적화 기법의 가능성을 실현한다.
도 1은 본 발명의 방법의 순서도이다. 단계 100에서 한 세트의 잠재적 신호 삽입이 수신되고, 단계 102에서 잠재적 신호 삽입들에 대한 공간적 및 시간적 도달범위가 계산되며, 단계 104에서 공간적 및 시간적 도달범위가 중첩하지 않도록 복수의 잠재적 신호 삽입이 선택되고 편성되며, 단계 106에서 유틸리티 그리드 내로 신호 삽입이 구현된다. 선택적으로, 단계 108에서 적어도 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위 내에서 센서 데이터가 수집될 수 있다. 센서 데이터는, 그리드 파라미터를 측정하는 변환기에 의해 출력된 전기적 파형과 같은, 유틸리티 그리드를 따르는 센서들의 출력, 또는 유틸리티 그리드를 따르는 센서들로부터의 처리된 출력이다. 데이터 수집은 공간적 및 시간적 도달범위에 더하여 연속적으로 또는 주기적 또는 지역적으로 수행될 수도 있다. 선택적으로, 단계 110에서 센서 데이터가 특정한 신호 삽입과 관련될 수 있다.
단계 100에서 한 세트의 잠재적 신호 삽입이 수신된다. 잠재적 신호 삽입은 센서 응답의 모델을 시험하기 위해 네트워크 전반에 걸쳐 구현될 수 있는 신호 삽입의 시간, 위치 및 속성을 나타내는 데이터이다. 신호 삽입의 속성은, 신호 삽입의 규모와 같은 특정한 특징과 함께 신호 삽입이 실행되는 유틸리티 그리드의 유형, 또는 삽입에 의해 변하는 유틸리티 그리드 변수에 대한 사항이다. 신호 삽입은, 전류, 전압, 또는 그리드 제어부를 작동시킴으로써 유발되는 역률의 증가 또는 감소와 같은, 그리드 파라미터, 예를 들어, 전기망에서의 전기적 신호 삽입의 변화에 의해 제어된다.
유틸리티 그리드 내로 실행되는 신호 삽입은 사물통신(M2M: machine to machine) 제어를 통해 자동으로 구현될 수 있거나, 또는 그것들의 구현에서 사람이 개입하여, 전기망 상의 특정한 산업 부하를 정지시키는 것과 같은 특정한 행위를 수행하도록 그리드 직원에 대한 자동적 지시를 통해 이루어질 수 있다. 이러한 신호 삽입은, 밸브 조절, 전원 작동, 또는 그러한 다른 변화와 같은 그리드 작동 양태의 변화에 기초한 그리드 상황의 변화에 의해 제어된다. 이러한 신호 삽입은, 가스망, 수도망, 및 전기망을 비롯한 유틸리티 그리드에서 수행될 수 있다. 가스망에서, 신호는, 예를 들어, 특정한 지점에서의 압력을 증가 또는 감소시키기 위해 파이프를 통한 가스의 경로설정을 전환하는 것을 통해 삽입될 수 있다. 이러한 신호에 대한 응답은, 그리드 파이프를 둘러싼 센서 네트워크에 의해 검출된 누설의 개수 및/또는 중대성 증가 또는 감소, 또는 저압 또는 고압으로 구동되는 지역에 연결된 하류 압력의 변화일 수 있다. 이러한 신호 삽입은, 사람이 개입하는 경우에, 다양한 밸브 및 스위치의 조절을 수행하는 유지보수 직원에게 배포되는 스케줄 지시에 따라 다양한 밸브 및 스위치를 수동 조절하는 것을 통해 이루어질 수 있고; 이러한 스케줄은 유지보수 대기 행렬(queue), 추가 태스크과 같은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 또는 다른 휴대형 컴퓨팅 장치 상의 전자메일, 텍스트 메시지, 캘린더 리마인더와 같은 다양한 전자적 수단을 통해 배포될 수 있다. 이러한 사람이 개입하는 경우에, 이러한 조절의 시간은, 이러한 신호 삽입에 대한 그리드 응답의 결과로서 발생되는 후속 데이터의 처리에 이용하기 위해, 변화가 실제로 구현된 시간을 기록하기 위해 통신망 연결된 장치를 이용하여 유지보수 직원이 체크(check)하게 함으로써, 검사될 수 있다. 완전 사물통신으로 구현되는 가스망 상의 신호 삽입의 실시 형태에서, 스위치 및 밸브는 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 시스템에 연결된 작동기에 의해 작동되며, 시스템에 의해 전송되는 신호에 응답하거나 또는 시스템에 의해 그러한 작동기를 위한 제어기에 배포되는 명령 또는 스케줄에 따라 작동한다. 사물통신에 의한 구현은 구현 시간 변동이 더 적을 것이므로 더 면밀하게 편성된 시험이 가능하게 하며, 향상된 타이밍(timing)은 더 복잡한 시도들이 수행될 수 있게 한다. 이러한 구현에서, 센서 상황 및 작동기 상태를 감시하는 것이 끊임없이 계속되어, 공간적 및 시간적으로 분포된 영향들 사이의 관계를 실시간으로 이해하게 할 수 있고, 관계 변화뿐만 아니라 로컬 센서 상태가, 예를 들어 검출된 전환들의 팩토리얼 아이솔레이션(factorial isolation)을 통해, 검출되고 특성이 부여되게 할 수 있다.
전기망에서, 사람이 개입하는 방법은, 전력 흐름의 수동 전환, 커패시터 뱅크(capacitor bank) 또는 부하 탭 전환기(load tap changer)의 전환, 그리드에 연결된 전원의 작동 또는 중지, 그리드 상의 전력 소모 효과가 큰 거대 산업용 장비(아크 로(arc furnace)와 같은) 또는 다른 주요 수동 제어 전력 부하의 작동 또는 중지를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전환은, 자동으로 생성되고 적절한 유지보수 직원(예컨대, 특정한 제어에 대한 액세스(access)를 가지며 책임이 있는 사람)에게 배포되는 스케줄 지시에 따라 유지보수 직원에 의해 실행되고; 이러한 스케줄은 유지보수 대기 행렬, 추가 태스크과 같은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 또는 다른 휴대형 컴퓨팅 장치 상의 전자메일, 텍스트 메시지, 캘린더 리마인더와 같은 다양한 전자적 수단을 통해 배포될 수 있다. 이러한 사람이 개입하는 경우에, 이러한 조절의 시간은, 이러한 신호 삽입의 결과로서 발생되는 후속 데이터의 처리에 이용하기 위해, 전환이 실제로 구현된 시간을 기록하도록 통신망 연결된 장치를 이용하여 유지보수 직원이 체크하게 함으로써, 검사될 수 있다. 이러한 사람이 개입하는 방법은, 전력 품질, 라인 온도, 라인 처짐(line sag), 응답 전력 레벨, 및 다른 인수와 같은 측정 가능한 인수를 변경할 수 있으며, 그것은 그러한 측정 가능한 그리드 인수를 관측하는 센서 네트워크에 의해 계산될 수 있다.
전기망에서, 사물통신(M2M) 방법은 더 큰 제어 규모를 제공하며, 다양한 수단을 통해 선택되고 편성된 신호를 자동으로 삽입할 수 있다. 이것은 커패시터 뱅크의 자동화된 전환 또는 부하 탭 전환기를 위한 위치를 선택하는 것과 같은 사람이 개입하는 실시예에서 이용될 수 있는 전환 및 유지보수 거동의 유형들의 자동화를 포함하며, 또한 신호 삽입의 M2M 방법은 소비자 위치에서의 편성된 수요 및 부하를 생성하도록 단부 위치의 기기와 같은 장치의 사용을 편성하는 것과 같은 조치를 포함하기 위해, 또는 더 복잡한 상황을 발생시키기 위한 다중 유형의 그리드 영향 조치들의 조합의 복잡한 편성, 또는 자동적 역률 수정 유닛에 변화를 도입하는 것을 구현하기 위해 더 큰 제어 정밀성 및 폭을 이용할 수 있다. 대량의 데이터조차도 특정한 조합들을 반영하는 단지 제한된 샘플 크기만을 가질 수 있고, 수많은 조합의 가능성은 이러한 문제에 대한 빅 데이터 해법이 다루기가 거의 불가능하게 하므로, 이러한 조합의 가능성은 빅-데이터 접근법을 통해 해결하기가 매우 곤란하다. 이러한 신호 삽입은, 발전, 스위치, 응답 전력 관리를 위해 이용되는 부하 탭 전환기 및 커패시터 뱅크와 같은 전압 조정 설비, 그리드로부터 전력을 받는 스마트 계량기 및 스마트 기기, 및 시스템에 의한 원격 제어에 민감한 다른 그리드 구성요소를 비롯한, 관련된 그리드 구성요소 및 통신망 연결된 장치의 자동적 제어를 통해 개시될 수 있다. 이것들은, 부하 탭 전환기 상의 위치를 전환하는 효과, 특정한 커패시터 뱅크를 위한 스위치를 개폐하는 효과, 또는 배포된 발전원(generation source), 새로운 부하의 추가 또는 제거 또는 자동적 역률 수정 유닛의 특정한 작동의 통합의 효과를 통해, 파형, 응답 전력 레벨, RMS 전압 및 전류 레벨과 같은 전력 품질 변수를 다루는 밀리초 수준 제어 능력의 이점을 가질 수 있다.
삽입된 신호는, 단순하게는, 하나의 개별적 그리드 조치를 지시하는 것, 예를 들어, 수도망 또는 가스망에서 밸브 개방을 지시하는 것, 또는 하나의 특정한 재생 가능 자원을 작동 스위치를 통해 그리드에 연결함으로써 온라인하는 것, 또는 그리드 상황을 변화시키기 위해 전기망 사례에서 한 서브스테이션(substation)으로부터의 출력 전압을 변경하는 것일 수 있거나, 또는 그것들은, 복잡하게는, 그것들의 개별적 공간적 및 시간적 도달범위가 중첩하여 그것들의 중첩하는 도달범위 내의 영역들에서의 다중 인수 처리를 생성하도록 편성된 다중 그리드 조치로 이루어질 수 있다. 이러한 다중 인수 처리는, 그리드의 그 지류에서의 응답 전력의 전압 파형 및 레벨에 대한 그러한 예시적 조치의 효과와 같은 그러한 파라미터들의 조합 효과를 조사하기 위해, 그리드의 바로 하류에 광전지 인버터를 연결하면서, 예를 들어 서브스테이션으로부터의 출력을 조절하여, 다중의 상이한 그리드 파라미터들의 변화를 포함할 수 있다. 다른 한 실시예의 복잡한 그리드 조치는, 전기망에서의 응답 전력에 관한 더 세분화된 제어를 제공하기 위해, 부하 탭 전환기 위치 및 커패시터 뱅크 전환 둘 다를 동시에 변화시키는 것일 수 있다. 다중 인수 처리는 특정한 그리드 파라미터의 유사한 변화들의 다중 인스턴스를 생성하기 위해, 예를 들어, 그리드의 더 민감한 인접 부분들은 그리드 내로 실행되는 전반적인 신호 삽입의 구성요소에 대해서만 노출함으로써 그러한 부분을 더 좁은 또는 상이한 작동 범위 내에 유지하여 그러한 부분들을 보호하면서, 그리드 상의 하나 이상의 특정한 위치에서의 그리드 파라미터의 특정한 변화의 규모를 증가시키도록 추가적 효과를 이용하기 위해 이용될 수 있으며; 예를 들어, 더 강인한 노드의 둘레의 민감한 노드에서의 전력 레벨은 더 강인한 노드를 포함하지만, 다른 민감한 노드는 포함하지 않는 예견된 공간적 도달범위를 갖는 증가가 각각 주어질 수 있고, 이러한 다중 민감한 노드들은 각각의 민감한 노드에서의 개별적 증가를 초과하는 강인한 노드에서의 전력의 조합된 증가를 생성하도록 그것들의 더 좁은 작동 범위 내에서의 전력 증가를 각각 제공할 수 있다.
복잡한 신호들의 경우, 시간적 및 공간적 도달범위는 전체적인 구성된 세트로서의 시스템 상의 복잡한 신호의 효과를 처리하는 것에 기초하여 예견된다. 그러한 복잡한 신호의 경우, 개별적 그리드 조치들이 중첩하는 공간적 및 시간적 도달범위를 가질 것이며, 복잡한 신호를 이루는 정해진 세트의 그리드 조치들이 하나의 신호 삽입으로서 대신 처리되어, 정해진 세트의 그리드 조치들의 조합의 전반적인 공간적 및 시간적 도달범위가 다른 어떤 신호도 그리드 내에 삽입될 수 없는 공간 영역 및 시간 기간을 결정하기 위해 이용되어, 다른 그리드 신호 삽입으로부터의 복잡한 신호 삽입의 직교성을 유지하게 한다.
복잡한 신호들은, 다른 시스템에 의해 유래되거나 또는 그리드 직원에 의해 선택된 후 함께 행해질 그리드 조치들의 세트 및 그러한 그리드 조치들의 시간 및 위치로서 이미 정해지는 시스템 내에 입력될 수 있거나, 또는 예를 들어, 조합론을 조사하는 부분적으로 관찰 가능한 마르코프 결정 과정(POMDP: Partially Observable Markov Decision Process) 모델에 의해 지시된 바와 같은 그리드 조치의 세트로부터 다중 그리드 조치를 선택하거나, 또는 그리드 전반에 걸쳐 위치마다 변하는 작동 상황에 대한 제한 내에서 작동하는, 시스템에 의해 유래될 수 있다.
그리드 응답을 조사하는 신호 삽입은, 예를 들어, 주성분 또는 푸리에 분석을 통해 즉각적 또는 규칙적 지연된 방식으로 동시 발생하는, 어떤 제어된 그리드 활동과 공간적-시간적 규칙성을 갖는 파형들을 검색함으로써 구성될 수 있다. 파형 또는 성분 파형(예를 들어, 주파수, 전압, 및/또는 전류)에서의 이러한 통계적 규칙성은 그리드 조치를 그리드 상황에서의 변화와 연계시켜, 그리드 조치의 적극적 제어에 기초하여 그리드 상황을 다루는 이용 가능한 선택 세트를 제공한다. 그리드 조치에 관한 이러한 파형 성분들의 관측된 시간 및 위치에 관한 데이터는 특정한 신호 삽입에 대한 공간적 및 시간적 도달범위를 결정하기 위해 이용될 수 있다.
신호 삽입들에 대해, 단계 102에서, 신호 삽입 및 그리드의 속성에 기초하여, 시간적 및 공간적 도달범위가 계산된다. 시간적 도달범위는 센서 네트워크가 삽입된 신호에 관한 이벤트를 관측하고 있을 기간이다. 시간적 도달범위는, 신호의 진행중인 전파, 에코(echo), 또는 신호와 관련된 다른 센서 응답을 비롯한, 신호 자체의 지속기간, 및 신호에 대한 예견된 센서 응답의 지속기간을 포함한다. 이러한 시간적 도달범위는, 고도의 신뢰 간격으로, 센서가 신호 삽입에 대해 응답하고 있을 지속기간의 예견된 시간을 이용하여, 한 실시예로 그리드 구성요소의 모델 및 모델에 신호 삽입을 입력하는 것을 이용하거나, 또는 이전의 신호 삽입들이 그리드를 따라 검출된 지속기간들의 이력 모델을 이용하고, 그것을 관련 데이터에 대한 지속기간 및 공통의 공간적 도달을 갖는 다른 시도들을 배제하기 위한 기간으로 이용하여, 계산될 수 있다. 공간적 도달범위는 그리드 센서들이 그 신호에 대해 응답을 나타낼 것인 도달범위이며; 이것은, 신호 삽입에 대한 그리드 응답을 예견하는 모델, 예를 들어, 그리드 요소들의 특징 및 신호 삽입의 속성을 그 후에 신호 삽입이 드러날 영역을 계산하기 위해 이용할 그리드 구성요소 모델, 또는 그것의 도달범위가 계산된 것과 유사한 이전의 신호 삽입에서의 관측된 공간적 도달범위들에 기초한 이력 데이터 모델을 통해, 예견될 수 있다. 그 후, 공간적 도달범위는, 고도의 신뢰 간격(예를 들어, 95% 신뢰 간격)으로, 삽입된 신호에 대해 응답을 나타낼 것인 최원거리 센서를 예견하고, 현재의 시도에 대한 공간적 불확실성의 기간 동안 공간적 도달범위의 지역에서 응답을 생성할 것 같으면 다른 시도도 수행되는 것을 방지함으로써, 제어될 수 있다. 예를 들어, 분배망 상의 커패시터 뱅크를 전환함으로써 실행되는 신호 삽입의 경우, 공간적 도달범위는 분배망의 하류 부분일 수 있으며, 시간적 도달범위의 한 실시예는 커패시터 뱅크의 전환에 의해 도입된 과도 현상이 안정하기 위해 소요되는 시간일 수 있다. 이러한 도달범위들은 삽입되는 신호에 대해 특정한 것이며, 신호는 시간적 및 공간적 범위를 설정함에 있어서 모든 고려되는 입력의 다중 유형 및 위치들을 갖는 복잡한 것일 수 있고, 예를 들어 특정한 시간에 재생 가능한 에너지원을 온라인할 때 서브스테이션들에서의 전력 품질 관리 유닛들의 응답을 다양한 방식으로 변경하며; 이 실시예에서, 공간적 도달범위는 재생 가능한 에너지원의 전력 기여의 도달범위를 벗어날지라도 그러한 서브스테이션들이 차지하는 그리드의 규모에 기초할 수 있고, 시간적 불확실성은, 재생 가능 자원의 제거 후에도 있을 전력 파형에 대한 전력 품질 관리 유닛의 효과로 인해, 그 재생 가능 자원의 사용 종료 후의 기간을 포함할 수 있다. 도달범위는, 특정한 그리드 조치들에 대한 관측된 응답에 관한 이력 데이터, 예를 들어 특정한 그리드 조치들의 이전의 인스턴스(instance)들에 공간적 및 시간적으로 가까운 푸리에(Fourier) 또는 주성분 분석(Principal component analysis)을 통해 발견된 파형 성분들을 이용하여 계산될 수도 있다.
단계 104에서, 도달범위 정보를 특정한 시간 및 위치에 대해 신호 삽입을 할당하는 것에 대한 제한으로서 이용하여, 그리드 상의 복수의 신호 삽입들을 편성하기 위해 프로세서가 이용되며; 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위의 영역 및 기간은 서로 중첩하는 것이 허용되지 않는데, 그러한 중첩이 삽입된 신호에 대한 센서 응답을 측정하는 시도에 혼란을 도입할 수 있기 때문이며, 그러한 중첩 위치 및 시간에서 잠재적으로 검출될 수 있는 다중 신호들이 서로 간섭하거나 또는 어떤 신호가 검출되고 있는지에 관한 불확실성을 유발할 수 있기 때문이다. 시간적 도달범위 및 공간적 도달범위 둘다 중첩하면 신호들을 서로 혼란시킬 것이며; 신호들은 공간에서 중첩하지 않지만 시간에서 중첩할 수 있고, 시간에서 중첩하지 않지만 공간에서 중첩할 수 있음을 알아야 한다. 신호 삽입의 편성은, 양호하게는, 어떤 시간 기간에 걸쳐 그리드의 전체에서 구현될 선택된 비-간섭 신호 삽입들의 세트의 절약성 및 완성도를 최대화하도록 구성된, 그래픽 모델링 기법, 예를 들어, 주성분 분석, 베이지안 네트워크(Bayesian network) 또는 마르코프 랜덤 필드(Markov random field) 또는 그것들의 아류를 통해, 이루어진다. 선택된 신호 삽입들과 관련해서 무작위로 발생하는 그리드 파라미터에서의 다른 그리드 제어 활동 또는 자연적 변화는 편성된 신호 삽입의 도달범위 내의 그리드 상에서 계속 발생할 수 있다.
신호 삽입의 편성은 이러한 혼란 없는 공간 및 시간 범위에서 특정한 실험 시도를 구현하고, 그리드 상황 및 센서 응답의 이해를 향상시키도록 이루어질 수 있다. 그리드 제어 및 센서 응답 지식을 발견할 수 있는 잠재적으로 유용한 시도를 식별하기 위해 데이터에서의 종속성을 찾기 위해 베이지안 인과관계망(Bayesian Causal Network)이 이용될 수 있다. 어떤 그리드 제어부 요소들 및 그것들의 조합이 파형의 근본적인 원인인지를 체계적으로 조사하기 위해 규범적 작동 제한을 재개하고 강제적 무작위 추출, 및 실험 설계(라틴 방진(Latin Square)과 같은)를 이용함으로써, 그러한 파형 성분들에 대한 근본적인 인과관계 경로에 관련된 지향성 및 변수를 분석하기 위해 체계적 다변수 실험이 행해진다. 이러한 실험 설계들은, 분석을 개선하기 위해, 예를 들어, 관심 있는 파형 성분들에 관해 무작위적인 기본 제1 패스에 관한 제어들의 제거를 통해 기본 제1 패스에 관한 제어들의 ¾을 제거하고, 그 후 관심 있는 그러한 파형 성분들에 인과적으로 연계된 제어 또는 제어들의 조합을 적절히 식별하기 위해 제2 시도에서 잔여 제어들의 팩토리얼 조합을 이용하여 반복될 수 있다.
다른 한 실시예에서, 그리드 구성요소들 사이의 조건적 종속 구조에 관한 불확실성을 연속적으로 저감하기 위한 신호 삽입 결정들을 순차로 하기 위해, 부분적으로 관찰 가능한 마르코프 결정 과정(POMDP)이 이용될 수 있다. POMDP는 예견된 이득을 최대화하도록 추가로 구조화될 수 있으며, 그럼으로써 이득 함수는 불확실성 저감 및 다른 작동 목적의 조합이다. 다른 작동 목적은, 예를 들어, 전기망 상에서, 부하 균형, 전력 품질 최적화, 재생 가능한 통합, 및 장애 예견 지수; 수도망 상에서, 유동 최적화, 손실 방지, 기반시설 강인성 관리; 가스망 상에서, 역류 관리, 누설 방지 및 최소화, 및/또는 기반시설 강인성 관리를 포함한다. 이러한 신호 삽입 관리는 신호 삽입들이 그것들의 시간적 및 공간적 불확실성에서 중첩하지 않도록 편성될 것임을 보장한다. 차원들 중 하나, 공간 또는 시간 상의 중첩은, 다중 시도들을 동시에 수행하고, 시도들을 잇따라 수행함으로써 시간 기간 당 학습을 최대화하기 위한 네트워크의 편성의 허용 가능한 부분이지만, 데이터가 주어진 신호 삽입과 적절히 관련될 수 있고 다른 신호 삽입들에 의한 혼란을 일으키지 않는 그 신호 삽입에 대한 그리드 응답에 관한 명료한 데이터를 제공하는 것을 보장하기 위해, 신호 삽입들은 시간적 레벨 또는 공간적 레벨 중 적어도 하나에서 분리되어야 한다. 일부 실시 형태에서, 시간 및 공간 두 차원 모두에서 중첩하는 신호 삽입들이 서로 상호작용하지 않는 상이한 그리드 파라미터들에 영향을 주는 경우에, 신호들의 편성은 공간적 및 시간적 도달범위들의 중첩을 허용할 수 있으며, 그것은, 예를 들어, 그 신호 삽입에 대한 영향을 주는 그리드 파라미터들을 식별하는 각각의 신호 삽입에 대한 메타데이터(metadata), 및 그리드 파라미터들의 거동에 관한 이론적 또는 관측적 데이터에 기초할 수 있는 상호작용하는 그리드 파라미터들의 표(table)로부터 결정될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 신호 삽입은, 다른 신호 삽입들의 공간적 및 시간적 도달범위 외에, 그리드의 작동 범위에 의해서 제한될 수도 있다. 이러한 실시 형태에서, 규범적 작동 제한 데이터가 수신되고, 신호 삽입 시기의 예견된 또는 실제의 그리드 상황이 신호 삽입의 예견된 효과와 조합되며, 신호 삽입이 특정한 시간 및 위치에 할당될 수 있는지 여부를 결정하기 위해, 그 조합의 결과가 그리드의 허용 가능한 상태와 비교될 수 있다. 대안적으로, 입력하기 위해 이용 가능한 신호 삽입들은 그리드의 정상 가동 포락선(normal operational envelope) 내에서 이용되는 제어 상태 또는 제어 상태들의 조합만을 포함하도록 제한되어, 제어들을 그것들의 정상 범위를 벗어난 상태에 둘 신호 삽입들을 선택할 가능성을 배제할 수 있다.
도 5는 신호 삽입을 편성하는 방법의 한 비제한적인 예시적 실시 형태의 상세도이다. 신호를 편성하는 것에 대한 반복적 접근방법인 이 실시예에서, 신호 삽입이 선택되고(500), 현재의 그리드 상황이 수신되며(502), 선택된 신호 삽입이 그리드 상황에 기초한 그리드 제한 내에 있을지 여부가 결정된다(504). 선택된 신호 삽입이 그리드 상황에 대한 그리드 제한 내에 있으면, 동시적 신호 삽입 데이터가 수신되고(506), 선택된 신호 삽입이 어떤 현재의 신호와 중첩하는지를 결정하기 위해 이용되며(508), 그것이 중첩하지 않으면, 신호는 삽입을 위한 스케줄이 마련되고(510), 동시적 신호 삽입 데이터가 업데이트된다(512). 배치될 수 있는 잔여 신호 삽입이 있는 한, 과정이 계속 반복된다(514). 단계 504에서 신호 삽입이 그리드 제한과 모순된다고 결정되거나 또는 단계 508에서 공간적 및 시간적 도달범위에서 기존의 신호 삽입들과 중첩한다고 결정되면, 신호 삽입이 가능성에서 배제되며, 배치될 것이 남아 있으면 새로운 신호 삽입이 선택된다.
단계 500에서 신호 삽입이 선택된다. 신호 삽입은, 특정한 실험 설계에 대한 그 신호 삽입을 시험하는 잠재적 가치 또는 요구되는 샘플 수에 의해 신호 삽입들을 배열하는, 잠재적 신호 삽입들의 표로부터 선택될 수 있다. 선택은 이러한 배열된 삽입들을 따라 최우선순위 신호 삽입에서 시작해서 순서대로 진행함으로써 실행될 수 있다.
단계 502에서 그리드 상황이 수신된다. 그리드 상황은, 당면한 삽입을 위한 신호들이 선택되는 현재의 측정, 또는 신호 삽입들이 선택되고 편성되는 시간에 대한 현재의 모델 및/또는 이력 데이터에 기초한 예상이다. 그리드 상황은, 특정한 분배 임계치를 초과하게 유지될 필요가 있는, 전기망에서의 응답 전력의 레벨과 같은, 특정한 정상 작동 범위 내에 유지되어야 하는 작동 파라미터를 포함한다.
단계 504에서, 그리드 상황에 기초하여, 선택된 신호 삽입의 그리드 제한의 준수 여부가 결정된다. 각각의 신호 삽입은 그것과 관련된 효과를 가지며, 예를 들어 서브스테이션에서의 부하 탭 전환기의 전환과 관련된 신호 삽입은 그 서브스테이션 근처의 이용 가능한 응답 전력을 증가 또는 감소시킬 것이다. 이러한 효과는 단계 502에서 수신된 그리드 상황에 더해지며, 작동 제한에 비교된다. 작동 제한은 다양한 그리드 파라미터의 허용 가능한 상태, 예를 들어 송전 실패를 회피하기 위해 요구되는 응답 전력의 임계 레벨, 또는 수도 분배망 또는 가스 분배망 상의 특정한 지점에서의 압력 또는 유속과 같은 그리드에 대한 다른 양태의 정상 작동 상황을 정한다. 이 실시예에서, 선택된 신호 삽입 효과 및 그리드 상황의 합은 제한에 비교된다. 합이 제한 내에 있으면, 신호 삽입은 다음 단계로 전달되며, 그렇지 않으면, 신호 삽입이 배제되고, 시스템은 그 다음의 가능한 신호 삽입으로 이동하거나, 또는 배치될 어떤 신호 삽입 가능성도 남아 있지 않으면, 단계 514에 따라 과정이 종료된다. 단계 506에서 동시적 신호 삽입 데이터가 수신된다. 동시적 신호 삽입 데이터는, 진행중 및/또는 계획된 신호 삽입 및 그것들의 공간적 및 시간적 도달범위이다. 동시적 신호 삽입 데이터는, 선택된 신호 삽입의 시기를 포함하는 시간적 도달범위를 갖거나 또는 선택된 신호 삽입의 시간적 도달범위 동안에 발생하도록 스케줄된, 진행중 및/또는 계획된 신호 삽입으로 제한될 수 있다.
선택된 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위는 단계 508에서 동시적 신호 삽입 데이터와 비교된다. 선택된 신호 삽입이 공간적 도달범위 및 시간적 도달범위 둘 다에서 동시적 신호 삽입 데이터와 중첩하지 않으면, 신호는 삽입이 승인되고, 단계 510으로 이동한다. 선택된 신호 삽입이 진행중 및/또는 계획된 신호 삽입과 공간 및 시간 둘 다에서 중첩하는 것이면, 선택된 신호 삽입이 배제되고, 새로운 신호 삽입이 선택되어 과정을 재개하거나, 또는 단계 514에 따라 과정이 종료된다.
삽입이 승인된 신호들은 단계 510에서 삽입 스케줄이 마련된다. 이 단계에서, 사람 구현자에게 메시지를 보내거나 또는 선택된 신호 삽입을 유발하기 위해 필요한 적절한 작동기 및 다른 제어부를 활성시킴으로써, 예를 들어 전기망 상의 서브스테이션에서 커패시터 뱅크 스위치 상의 작동기를 활성시킴으로써, 즉각 삽입할 신호가 즉각적으로 구현된다. 신호들이 미리 스케줄되는 실시예에서는, 단계 510은, 사람 구현자에게 제공되는 유지보수 대기 행렬 또는 다른 지시에 신호 삽입 행위를 더하거나, 또는 이 실시예의 M2M 실시 형태에서 자동화된 행위들의 스케줄을 마련함으로써, 조치들을 각각의 지정된 시간에 행하도록 스케줄을 마련하는 단계를 포함한다.
단계 512에서 동시적 신호 삽입 데이터가 업데이트된다. 이 실시예에서는 이것이 단계 510에서 삽입을 위해 스케줄된 신호 및 그것의 각각의 공간적 및 시간적 도달범위를 후속 반복의 단계 506에서 수신되는 신호 삽입 목록에 추가함으로써 행해지며, 그것에 대한 선택된 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위가 단계 508에서 비교된다.
배치될 수 있는 신호 삽입이 남아 있는 한, 과정은 계속 반복되며, 그것은 단계 514에서 결정된다. 이 실시예에서는 이것은 아직 선택되고 시험되지 않은 신호 삽입을 위한 잠재적 신호 삽입의 표를 점검함으로써 결정된다. 그러한 신호 삽입이 존재하면, 선택 단계 500으로 복귀되고; 특정한 시간을 위해 배치되게 시도할 신호 삽입이 더 이상 남아 있지 않으면, 과정이 종료된다.
도 1을 다시 보면, 그 후, 단계 106에서 편성된 신호 삽입이 유틸리티 그리드에서 구현된다. 그 후, 신호 삽입의 편성된 세트에 따라 그것들의 시간적 및 공간적 불확실성 제한을 유지하면서, 적절한 시간 및 위치에서의 지시된 그리드 조치를 취함으로써 신호들이 센서 네트워크 내에 삽입된다. 신호 삽입은, 그리드에 영향을 주는 어떤 조치를 언제 어디에서 구현할 것인지에 관해 사람 행위자들에게 지시하는 전자메일 시스템, 자동화된 메시지 전송, 대기 행렬 생성 시스템, 또는 다른 수단과 같은 수단을 통해, 그리드 직원에게 적절한 지시를 배포함으로써, 전기망에서 스위치를 작동시키거나, 또는 수도 분배망 및 가스 분배망에서 밸브를 개폐하는 것과 같은 그리드 조치를 수행하도록 그리드 유지보수 직원과 같은 사람 행위자들에게 지시함으로써, 그러한 사람 행위자들에 의해 구현될 수 있다. 신호 삽입은 또한, 프로세서 및 작동기, 스위치, 소스(source) 및 다른 그리드 구성요소에 배포되고, 취해야 할 그리드 조치 및 그러한 취해질 그리드 조치에 대한 시간 및 위치를 상세하게 열거하는, 신호 및/또는 데이터에 기초하여, 스위치 및 밸브를 제어하는 작동기, 또는 재생 가능 자원의 활성화를 자동으로 지시하거나 또는 지시된 그리드 조치를 다른 방식으로 구현하는 제어기의 조치를 프로세서에게 지시하는 것과 같은, 사물통신 조치를 통해 부분 또는 전부가 구현될 수도 있다.
단계 108에서 적어도 삽입된 신호들의 시간적 및 공간적 불확실성 내의 센서 네트워크의 영역들에 대해 센서 출력이 수집된다. 네트워크 상의 신호 삽입들의 도달범위를 벗어난 시간 및 공간을 포함해서 연속적으로 또는 주기적으로 데이터가 수집되면, 그러한 시간 및 위치로부터의 데이터는 연속적으로 수집되는 센서 네트워크 데이터로부터 파싱(parse)될 수 있다. 공간적 및 시간적 도달범위들의 중첩을 방지하도록 편성된 신호 삽입들의 경우, 단지 하나의 특정한 신호 삽입의 효과들이 관측될 수 있는 한정된 시간 및 위치를 보장하고 다중 신호 삽입들이 동시에 실행되게 하며, 그리드 내로 연속하여 실행될 신호 삽입들이 신호 삽입들을 혼란시키지 않고 샘플 크기 및 지식을 증가시키게 함으로써, 중첩하는 신호 삽입들이 서로를 혼란시키는 것을 방지하기 위해 도달범위들이 이용되므로, 응답 및 삽입된 신호는 시간적 및 공간적 도달범위에 기초하여 관련될 수 있다. 이러한 관련된 데이터는, 센서 출력 및 그러한 센서 출력에 영향을 준 신호 삽입에 기초하여 센서 출력의 특성을 부여하거나 또는 분류하기 위해 이용되는, 센서 응답의 모델을 개선하기 위해 이용될 수 있다. 데이터의 대안적 용도는, 특정한 그리드 조치에 대한 그리드 응답의 모델을 업데이트하고 개선하는 것, 또는 기계 학습을 통한 그리드 상황에 관한 신호 삽입의 영향에 대한 지식을 이용하여 특정한 작동 파라미터를 유지하거나 또는 작동 목표를 추구하기 위한 적극적 제어 프로토콜(protocol)을 개선하는 것을 포함한다.
도 2는 다중 동시적 신호 삽입들이 그것들의 공간적 및 시간적 도달범위에 따라 편성되는 유틸리티 그리드의 도면이며, 본 발명의 실시예들에 따라, 어떤 시점에서 그리드 내에 동시에 삽입되고, 신호 삽입들이 서로의 효과의 측정을 혼란시킴이 없이, 관측 및 측정을 위해 그리드를 교란하기 위한, 편성된 신호 삽입의 위치 및 도달범위를 묘사한다. 맵(200)은 많은 라인(line) 및 다른 그리드 요소를 갖는 영역, 및 202, 206, 및 210에 배치되고 자동화된 조치가 취해질 수 있는 전기적 서브스테이션들을 예시하며, 그러한 서브스테이션들에서의 자동화된 조치들의 실시예는, 특정한 커패시터들을 온(on) 또는 오프(off) 전환하는 것 및 서로에 대한 전류 및 전압의 위상을 변경하고 그 서브스테이션에서의 응답 전력의 레벨을 제어하기 위해 부하 탭 전환기들의 위치를 조절하는 것이다. 공간적 도달범위(204)는 서브스테이션(202)에서 삽입되는 신호 삽입에 대한 선택된 부하 탭 전환기 및 커패시터 스위치 위치가 계산되며, 그 선택의 효과의 이력 데이터 및/또는 모델, 및 언제 어디에서 그 효과가 95% 신뢰 간격 내에서 관측될 수 있는지에 의해 결정된다. 서브스테이션(206) 및 서브스테이션(210)에서 각각 취해지는 선택된 조치들에 대해, 공간적 도달범위(208 및 212)가 마찬가지로 계산된다. 3개의 서브스테이션 모두에서의 조치들이 동시에 실행되고, 그래서 시간적으로 중첩하지만, 도달범위들은 공간적으로 중첩하지 않으며, 그래서 각각의 공간적 도달범위(204, 208, 및 212) 내의 신호 삽입에 대한 그리드 응답들은, 다중 동시적 신호 삽입을 서로 혼란시킴이 없이, 그러한 특정한 신호 삽입에 대한 각각의 그러한 신호 삽입의 도달범위 내의 센서들의 응답을 결정하기 위해, 신호 삽입 및 202, 206, 및 210과 제각기 관련될 수 있다. 예를 들어, 편성 단계 동안, 공간적 도달범위(204)를 갖는 서브스테이션(202)에서의 신호 삽입이 이미 선택되었고, 206에서의 잠재적 신호 삽입은 더 큰 중첩하는 공간적 도달범위(214)를 가졌으며, 공간적 도달범위(214)를 갖는 신호 삽입은 편성 과정에서 배제될 것이고, 공간적 도달범위(206)를 갖는 202에서의 신호 삽입과는, 그것이 중첩할 것이기 때문에, 동시에 선택될 수 없을 것이며, 그래서 그 신호 삽입은 배제되고, 공간에서 뿐만 아니라 시간에서도 기존의 신호 삽입 선택과 중첩하지 않는 도달범위를 갖는 다른 하나가 선택된다.
이 편성은, 신호 삽입에 대한 센서 이해 및 그리드 응답의 모델을 개선함에 있어서 그러한 신호 삽입의 효율성을 해침이 없이, 다중 신호 삽입이 그리드 상에서 자동으로 구현되게 하여, 감지 및 제어 시스템이 다중 샘플을 동시에 자동으로 생성하는 것이 가능하고, 유틸리티 그리드 상의 센서 이해 및 이벤트 분류 기준을 개발하는 과정을 가속한다.
도 3은 편성된 유틸리티 그리드 시스템으로서의 본 발명의 실시 형태의 도면이다. 메모리는 플래시 메모리, 자기 매체를 이용하는 하드 디스크 드라이브(hard disk drive), 또는 데이터를 저장하고 빈번하게 규칙적으로 액세스될 수 있는 다른 데이터 저장 방법과 같은 알려진 컴퓨터 저장 수단일 수 있다. 프로세서는 소프트웨어 명령을 통해 연산을 하도록 구성될 수 있다. 구성요소들 사이의 연결은 고정 배선이거나, 다중 단계에 대해 공통의 프로세서를 이용하거나, 또는 다양한 802.11 프로토콜, 지그비(ZigBee) 또는 블루투스(Bluetooth) 표준, 이더넷(Ethernet)과 같은 유선 또는 무선 수단, 또는 별도의 센서, 프로세서, 메모리 및 모듈 사이에서 데이터를 전송하는 다른 알려진 수단을 통해 연결된 통신망일 수 있다. 센서, 메모리, 프로세서, 및 모듈은 센서 자체를 비롯한 여러 위치들에 배포되거나 또는 중간 또는 중앙 위치에 함께 배치될 수 있다.
신호 삽입 메모리(300)는 유틸리티 그리드 내에 삽입될 수 있는 신호 삽입의 특징을 저장한다. 이 메모리는, 신호 삽입에 의해 영향을 받는 시간, 위치, 규모 및 파라미터를 비롯한, 잠재적 신호 삽입의 특징을 저장하도록 구성된다. 이 메모리는, 사람이 개입하는 실시 형태의 경우 그리드 직원에게 제공되는 지시 세트, 또는 작동기, 및 본 발명의 사물통신 실시 형태에서 작동기에 배포될 명령과 같은, 신호 삽입을 위한 구현 데이터를 저장할 수도 있다.
그리드 모델 메모리(302)는 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위를 계산하기 위해 이용되는 그리드 정보를 저장한다. 그리드 정보는, 예를 들어, 그리드 특징, 그리드 응답 모델, 구성요소 및 그것들의 상호 연결 모델, 또는, 푸리에 또는 주성분 분석을 통해 발견된, 전기망에서 그리드 조치와 관련된 전반적인 전력 파형의 성분과 같은 그리드 상황에서 관측된 변화와 관련된 한 세트의 제어 가능한 그리드 조치들의 데이터베이스로서 저장될 수 있다. 유틸리티 그리드 상의 도달범위를 예견하기 위해 이용되는 구성요소 및 상호 연결의 실시예는, 수도망에서의 파이프 길이, 파이프 폭, 및 합류 위치, 가스망에서의 파이프 길이, 파이프 폭, 및 합류 위치, 또는 전기망에서의 소스, 서브스테이션, 연결 라인, 전류의 소스 및 싱크(sink)를 포함한다. 그리드 응답 모델은, 유틸리티 및 그리드 구성요소의 물리적 속성, 및/또는 과거의 그리드 조치에 대한 유틸리티 그리드의 공간적 및 시간적 응답 특징 이력에 기초한 모델에 기초할 수 있다.
도달범위 프로세서(304)는, 신호 삽입에 대한 그리드 응답이 센서들에 의해 검출될 수 있는 시간 기간 및 공간 지역을 예견하기 위해, 그러한 그리드 특징 또는 신호 삽입의 모델 및 특징을 이용함으로써, 그리드 모델 메모리(302) 및 신호 삽입 특징으로부터의 그리드 속성 또는 응답 모델을 이용하여, 신호 삽입에 대한 공간적 및 시간적 도달범위를 계산한다. 예를 들어, 도달범위 프로세서는, 신호 삽입을 구현하기 위해 이용될 그리드 조치를 식별하기 위해 신호 삽입 특징을 이용하고, 그러한 특정한 유형의 그리드 조치의 공간적 및 시간적 도달범위에 관한 과거의 관측을 결정하기 위해 그러한 그리드 조치에 관한 이력 데이터를 참조하며, 그 후, 신호 삽입을 위한 공간적 및 시간적 도달범위를 예견하기 위해 그러한 과거의 관측을 이용할 수 있다.
편성 프로세서(306)는, 베이지안 네트워크 또는 마르코프 랜덤 필드 또는 그 아류와 같은 그래픽 모델링 기법을 신호 삽입 세트 및 그것들의 계산된 지역에 대해 적용하여, 신호 삽입들의 공간적 및 시간적 도달범위가 중첩하지 않도록 신호 삽입들을 공간 및 시간에 배치하는 것을 통해 그러한 신호 삽입들의 직교성을 유지하면서, 구현할 신호 삽입 세트를 결정하도록 구성된 프로세서이다.
신호 구현 수단(308)은, 사람이 개입하는 실시 형태에서 유틸리티 그리드 전반에 걸쳐 신호 삽입 및 그것들의 편성을 통제하는 지시 준수를 배포하고 보장하기 위한 어떤 도구든 될 수 있거나, 또는 본 발명의 사물통신 실시 형태에서 신호 삽입을 자동으로 구현하기 위해 이용되는 프로세서, 제어기, 및 작동기일 수 있다. 실시예는, 사물통신 실시예의 경우에, 수도망 및 가스망에서의 밸브들을 제어하는 작동기 또는 부하 탭 전환기의 배치를 위한 제어부 또는 응답 전력을 관리하기 위해 이용되는 커패시터 뱅크를 위한 스위치와 같은 전기적 서브스테이션에 위치한 제어 회로 및 작동기, 또는 태양발전기 또는 풍력발전기와 같은 분포된 전원들 사이의 연결 및 그리드의 잔부를 제어하는 스위치를 포함한다. 사람이 개입하는 실시 형태의 경우, 실시예는, 전자메일 또는 텍스트 메시지의 자동 생성 및 배포, 유지보수 직원이 지닌 컴퓨팅 장치 및 대기 행렬 생성 명령 및 그리드의 태스크 완료 및 상태 및/또는 할당된 유지보수 태스크 완료 보고를 수신하기 위해 컴퓨팅 장치가 동기되는 서버를 포함한다.
선택적으로는, 센서 네트워크(310)가 본 발명을 구현하는 시스템의 부분일 수 있다. 센서 네트워크는, 유속, 전류, 전압, 라인 온도, 라인 처짐과 같은 그리드 파라미터를 측정하기 위해 유틸리티 그리드 전반에 걸쳐 분포되고, 그 출력이 신호 삽입에 기인하는 그리드 상황 변화에 반영될 수 있는, 복수의 통신 가능하게 연결된 개별적 네트워크 센서(312, 314 및 316)일 수 있다. 이러한 네트워크 센서는, 예를 들어, 메탄 검출기, 센서를 가진 케이블 단말, 수도 유량계, 전기적 "스마트 계량기", 또는 그러한 다른 그리드 센서일 수 있다. 이러한 센서는 구현된 신호 삽입에서 유래하는 그리드 상황 변화를 감시하고, 그 데이터는 센서가 데이터를 포착하는 시간 및 위치에 기초하여 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위에 따라 파싱될 수 있다.
도 4는, 편성된 유틸리티 그리드 시스템으로서의 본 발명의 실시예의 요소들 사이의 정보 전달, 및 유틸리티 그리드로의 신호 삽입을 자동으로 편성하고 구현하기 위한 각각의 요소에서의 그 정보의 변환을 나타내는, 데이터 흐름도이다.
신호 삽입 특징(400)은, 신호 삽입의 규모, 시간, 위치, 및 속성을 비롯한, 위치와 같은 정보를 포함하는, 그리드 상에서 구현될 수 있는 신호 삽입을 기술하는 데이터이다. 신호 삽입의 속성은, 그리드 파라미터를 취급하기 위해 취해질 특정한 조치 또는 신호 삽입을 구현하기 위해 취급될 특정한 그리드 파라미터를 포함할 수 있다. 신호 삽입 특징(400)은 신호 삽입 메모리(402)에 저장되고, 도달범위 프로세서(404) 및, 선택적으로는, 편성 프로세서(406)에 전달된다. 도달범위 프로세서에서, 신호 삽입 특징 및 그리드 모델 메모리(410)로부터의 그리드 특징(408)을 이용하여 특정한 위치에서의 주어진 신호 삽입에 대한 공간적 및 시간적 도달범위(412)를 계산한다.
공간적 및 시간적 도달범위(412)는 특정한 신호 삽입에 의해 영향을 받을 시간 기간 및 공간 영역을 정한다. 이것들은 시간 기간 및 공간 영역을 예견하는 도달범위 프로세서(404)에서 최초로 정해지며, 그 후 신호 삽입(414)의 비중첩 편성된 세트에 공간적 및 시간적 도달범위를 배치하는 편성 프로세서(406)로 보내진다.
편성된 신호 삽입(414)은 특정한 신호 삽입을 그리드 내에 구현할 시간과 위치, 및 그러한 신호 삽입을 구현하는 상세사항의 정의이다. 신호 삽입을 구현하는 상세사항은 사람이 구현하는 실시 형태를 위해 요구되는 조치를 갖고 있을 유지보수 자원에 배포될 지시일 수 있거나, 또는 본 발명의 사물통신 실시 형태에서 신호 삽입을 구현하고 있을 작동기 및 다른 요소를 제어하기 위한 기계 명령일 수 있다. 신호 삽입을 위한 시간 및 위치는 명령이 신호 삽입 특징(400)에 기초할 때는 편성 프로세서(406)에 의해 결정되며, 지시된 시간 및 위치에서의 선택된 신호 삽입의 직접 사물통신에 의한 구현을 위해서든, 또는 신호가 사람 행위자에 의해 삽입되는 실시 형태에서 신호 삽입을 구현하고 있을 유지보수 자원 및 그러한 자원에 대한 배포의 스케줄 생성 또는 대기 행렬 생성을 위해서든, 신호 구현 수단(416)에 보내진다.
본 발명의 예시적 실시 형태를 포함하는 전반적인 구조의 간단한 실시예가 도 6에 제시된다. 제어 결정 계층(600)은 일부 또는 모든 그리드 제어를 위한 상태에 관한 결정을 한다. 그리드 제어부 결정은, 제어의 처리가 서로 영향을 미치지 않는 샘플들을 생성하는 것을 보장하고, 전기망에서의 특정한 전압 레벨, 또는 가스망 또는 수도망에서의 유속을 보장하는 것과 같은 특정한 그리드 파라미터를 향상시키거나 또는 고도의 학습치를 제공하기 위한 제어 결정을 선택적으로 선택하는, 방법에 따라 이루어진다. 제어 결정 계층(600)에서의 제어 결정은 제어부(602, 604, 및 606)에 의해 실행된다. 특정한 제어의 실시예는 커패시터 뱅크 스위치, 부하 탭 전환기, 전기망 상의 스위치 및 저장 장치, 또는 수도망 및 가스망 상의 밸브 및 소스를 포함한다. 제어부는, 예를 들어, 스위치를 작동시키고, 부하 탭 전환기 위치를 이동시키며, 밸브를 좁히거나 또는 확장함으로써 제어 결정을 실행할 수 있다. 제어부의 조치는 그리드 파라미터를 변경하고, 그러한 변경은 그리드(608)를 통해 전파된다. 예를 들어, 가스망에서 밸브를 개방하는 것은 밸브로부터 특정한 거리 내의 하류에서 시간이 지남에 따라 압력 증가를 유발할 수 있거나, 또는 전기망에서, 전력 품질 및 응답 전력 레벨은 커패시터 뱅크의 온 또는 오프 전환에 기초하여 변할 수 있다. 그리드를 따라 배치된 센서(614, 616, 및 618)는 그리드 파라미터를 측정하고, 그리드(608)를 통해 전파되는 신호 삽입을 검출한다. 신호 삽입들은, 제어부(602)에 의해 삽입되는 신호에 의해 영향을 받는 지역의 윤곽을 나타내고 그리드(608)에 대한 센서(614)의 연결을 포함하는 공간적 도달범위(610), 및 제어부(606)에 의해 삽입되는 신호에 의해 영향을 받는 지역의 윤곽을 나타내고 그리드(608)에 대한 센서(618)의 연결을 포함하는 공간적 도달범위(612)와 같은 그 신호 삽입의 공간적 도달범위라고 정의되는, 그것들이 그리드(608)를 통해 전파되는 범위에서 제한된다. 데이터 처리 계층(620)은, 공간적 및 시간적 도달범위들이 센서 데이터를 포함하는 신호 삽입들과 센서(614, 616, 및 618)로부터의 데이터를 관련시키며, 예를 들어 공간적 도달범위(610)에 기초하여 제어부(602)에 의해 구현되는 신호 삽입으로부터의 데이터와 센서(614)로부터의 데이터를 관련시키고, 공간적 도달범위(612)에 기초하여 제어부(606)에 의해 구현되는 신호 삽입과 센서(618)로부터의 데이터를 관련시킨다. 데이터 처리 계층(620)으로부터의 관련된 센서 데이터는, 그 후, 그리드 거동 및 센서 응답에 관한 이해를 결정하기 위해 데이터 분석 계층(622)에 의해 분석된다. 데이터 분석 계층(622)에 의해 발생되는 그리드 거동의 이러한 이해는, 예를 들어 전기 라인에서 전압이 강하될 때 전압 저하 상황에 대한 임계치 또는 경보를 설정하기 위해, 또는 정상적 작동 임계치를 넘어가는 메탄 레벨에 대한 경보를 설정하는, 예를 들어, 일상적인 작동 동안 그리드 센서(614, 616, 및 618)로부터의 출력을 해석하기 위해 이용되는 센서 응답 모델의 형태를 가질 수 있다. 데이터 분석 계층(622)은 그리드 내의 신호 삽입을 반복적으로 편성하고 구현하기 위한 제어 결정 계층(600)과 인터페이스(interface)로 연결하고, 예를 들어 그리드 상의 신호 삽입의 효과를 예견하거나 또는 학습이 특정한 신호 삽입에 의해 개선될 수 있는 정도를 계산함으로써 구현할 신호 삽입의 선택을 향상시키는 정보를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 편성된 신호 삽입(signal injection)을 유틸리티 그리드(utility grid) 내로 전달하는 방법으로서,
    복수의 신호 삽입에 대한 공간적 및 시간적 도달범위를 수신하는 단계;
    신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위가 중첩하지 않도록 유틸리티 그리드 내로 구현될 복수의 신호 삽입에 대한 시간 및 위치를 선택하는 단계; 및
    선택된 시간 및 위치에서 유틸리티 그리드 내로 신호 삽입을 구현하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유틸리티 그리드를 따라 센서로부터 데이터를 수집하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 센서 데이터의 시간 및 위치와 신호 삽입의 공간적 및 시간적 도달범위에 기초하여, 센서로부터 수집된 데이터를 신호 삽입과 관련시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 신호 삽입은 그리드 제어부의 상태를 전환함으로써 구현되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 그리드 제어부는 커패시터 뱅크(capacitor bank)인, 방법.
  6. 제4항에 있어서, 그리드 제어부는 부하 탭 전환기(load tap changer)인, 방법.
  7. 제4항에 있어서, 그리드 제어부는 인버터(inverter)인, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 신호 삽입을 구현하는 단계는 태스크(task)를 수행할 그리드 직원을 파견하는 단계인, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 신호 삽입이 구현될 시간 및 위치를 선택하기 위해 그래픽 모델링 기법(graphical modeling technique)이 이용되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 그래픽 모델링 기법은 베이지안 인과관계망(Bayesian Causal Network)인, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 신호 삽입이 구현될 시간 및 위치를 선택하기 위해 부분적으로 관찰 가능한 마르코프 결정 과정(Partially Observable Markov Decision Process)이 이용되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 공간적 도달범위는 이전의 신호 삽입에 대한 유틸리티 그리드 응답의 데이터베이스에 기초하여 계산되는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 시간적 도달범위는 이전의 신호 삽입에 대한 유틸리티 그리드 응답의 데이터베이스에 기초하여 계산되는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 복수의 신호 삽입 중 적어도 일부는 유틸리티 그리드 내로 동시에 실행되는, 방법.
  15. 유틸리티 그리드 내로 편성된 신호 삽입을 실행하는 시스템으로서,
    복수의 신호 삽입에 대한 공간적 도달범위를 저장하도록 구성된 메모리;
    복수의 신호 삽입에 대한 시간적 도달범위를 저장하도록 구성된 메모리;
    시간적 도달범위 및 공간적 도달범위가 모두 중첩하지 않는 신호 삽입에 대한 시간 및 위치의 세트를 선택하도록 구성된 프로세서; 및
    선택된 시간 및 위치에서 신호 삽입을 구현하는 유틸리티 그리드 상의 복수의 제어부를 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 유틸리티 그리드를 따라 복수의 센서를 더 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 복수의 센서로부터의 데이터를 신호 삽입과 관련시키도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 프로세서는 그래픽 모델링 기법을 이용하여 신호 삽입을 위한 시간 및 위치를 선택하도록 구성된, 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 이전의 신호 삽입에 대한 그리드 응답의 데이터베이스에 기초하여 신호 삽입에 대한 공간적 도달범위를 계산하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 이전의 신호 삽입에 대한 그리드 응답의 데이터베이스에 기초하여 신호 삽입에 대한 시간적 도달범위를 계산하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 시스템.
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