KR20210147594A - 에너지 데이터 수집 및 관리에 최적화 기능을 제공하는 엣지 컴퓨팅 장치의 통신시스템 및 데이터베이스 운영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지의 공급과 수요에 필요한 다수개의 시스템과 시설에서 실시간으로 발생하는 방대한 데이터를 관리하기 위해서 기계학습 기능이 탑재된 상태머신을 포함한 네트워크 통신 장치를 개발하고, 그 장치에 연결된 제품에 대한 데이터를 수집하는 과정에서부터 에너지 데이터에 대한 이상 판단, 활용처 분류, 정제 및 가공을 수행하고, 이후 데이터 선별 단계에서는 현 시설 상태에 따라 데이터의 가중치를 부여하고 계산하여, 우선순위를 판단하여 폐기, 장기/단기 저장, 대기, 상위 보고, 긴급 알람, 즉각 처리 등의 상황 정보를 데이터 앞단에 포함하여 상위 시스템과 직간접적으로 연결된 시설에 모니터링을 위한 데이터를 송신하고, 필요에 따라서는 제어 명령을 하달할 수 있는 정보처리 기능을 보유한 통신 장치 개발과 그 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 데이터 수집 및 관리에 최적화 기능을 제공하는 엣지 컴퓨팅 장치의 통신시스템 및 데이터베이스 운영방법{Edge computing devices and methods that provide optimization for energy data collection and management}

본 발명은 엣지 컴퓨팅 장치와 방법에 관한 것으로, 특히 실시간 에너지 데이터 수집과 분류 기능이 융합된 엣지 컴퓨팅 환경의 통신 시스템 운영 및 데이터베이스 구축기술에 관한 것이다.

스마트그리드 또는 마이크로 그리드를 운영하는 환경에서는 에너지 시설에 대한 데이터를 실시간으로 수집과 동시에 분석하여 시스템을 제어해야 한다. 이를 위해서는 통신 환경이 보다 빠르고 신뢰성이 높아져야 할 필요성이 있다. 하지만 현재까지 제시되고 있는 서버 구축 방식이나 클라우드 컴퓨팅 방식으로는 데이터 발생량이 방대하여 비용이나 속도에서 현실적인 운영이 어려움이 많은 상황이다.

이를 해결하기 위해서 데이터가 발생하는 시스템의 최말단에서 수집되는 데이터를 분류하는 동시에 전처리를 하는 방안이 가장 유력한 대안으로 이를 위해서는 에너지 시설에 최적화된 엣지 컴퓨팅 기반 에너지 데이터 운영관리 기술이 필요하다.

그리고 이러한 기술을 원활하게 활용하기 위해서는 간단한 구조로 통신 속도를 증대하기 위한 데이터 맵을 제작하여, 이를 활용한 데이터 경량화가 반드시 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에너지 시설에 최적화된 엣지 컴퓨팅 기반 에너지 데이터 운영관리 기술과, 간단한 구조로 통신 속도를 증대하기 위한 데이터 맵을 구성하고 이를 활용한 데이터 경량화가 가능하도록 한 최적화된 통신 게이트웨이 장치와 그 운영기술을 제공하기 위한 것이다.

즉 실시간 에너지 데이터 수집과 분류 자동화 기능이 제공되는 엣지 컴퓨팅 환경의 통신 시스템 및 데이터베이스 운영기술로서, 에너지 데이터 통신 게이트웨이 기술 및 제품, 에너지 설비 데이터 및 센서 데이터 운영기술 개발, 엣지 컴퓨팅 기반 에너지 데이터 세트 설계 및 데이터 맵 구성, 에너지 데이터 전용 통신 모듈 및 게이트웨이 제작, 신뢰성 검증/비정상 데이터 분류/복원이 가능한 데이터 분류 및 정합 시스템 개발을 제공하도록 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에너지 시설 및 장비에 대한 데이터를 수집하는 단계; 유선과 무선 네트워크 연결 방식을 통해 다수 개의 에너지 시설과 장비를 본 발명 장치에 연결하여 데이터를 실시간으로 수집하는 단계를 제공하는 엣지 컴퓨팅 방법을 제공한다.

그리고 수집된 다량의 모드버스 형식의 데이터를 본 발명 장치에서 제공하는 에너지 데이터 변환 기능을 활용하여, 각 데이터에 대한 에너지 분야에서 공용화된 명칭들로 새롭게 재정의하여 인덱스 키워드를 부여하는 가상의 데이터 테이블을 작성하는 방법도 제공한다.

또한 인덱스 키워드가 부여된 새로운 데이터를 에너지 데이터를 신규 생성하며, 이는 기존 장비의 상태 데이터, 관계성 데이터, 이력 데이터, 품질 데이터, 긴급 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것이며, 데이터를 생성하는 고유의 판별 기능이 적용된 방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 장비의 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하고, 데이터 판별 단계는, 획득한 데이터를 장치에서 제공하는 상태머신부에 전송하여, 우선 데이터의 정상/비정상을 판단하고 현재 시스템 상태를 바탕으로 데이터 상태를 시뮬레이션한다.

그리고 시뮬레이션 결과와 기존 학습 데이터를 기초로 판별하는 과정으로, 현재 데이터에 대해서 폐기, 장기/단기 저장, 대기, 상위 보고, 긴급 알람, 즉각 처리 중 하나를 데이터의 앞단에 우선순위 항목으로 신규 작성하여 데이터를 전송하는 방법도 더 제공한다.

또 데이터 판별 결과를 기초로, 에너지 데이터의 우선순위를 바탕으로, 이 중에서 공통으로 처리되어야 할 데이터를 추출하는 과정에서 폐기와 장기/단기 저장을 제외하고, 상위 시스템으로 전송될 데이터 그룹과 직접 처리할 데이터 그룹을 결합하여 에너지 데이터 맵을 작성하는 방법을 제공한다.

또 우선순위가 폐기 또는 저장인 데이터를, 통신 장치에서 바로 데이터를 삭제하여 메모리 부하를 줄이도록 하고 저장인 데이터는 장기와 단기를 구분하여 각각에 설정된 기간만큼 저장한 뒤 특정 지시가 없는 경우에 데이터를 자동으로 삭제하여 관리하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 상위 시스템과 통신하는 통신부; 장치에 설치된 통신부를 통해 분류되고 판별된 최종 에너지 데이터를, 연결된 상위 시스템으로 전송하는 컴퓨팅 시스템을 제공한다.

그리고 복수의 전력 기기들이 제공하는 데이터를 현장에서 실시간으로 통합 수집하고, 이를 선별하여 상위 시스템으로 최적의 에너지 데이터를 전송하는 통신 장치을 제공한다.

또 산업용 통신 기법을 이용하여 다수 개의 에너지 시설에 대한 데이터를 수집할 수 있으며, 상위에 운영관리를 담당하는 시스템에 각 기기들의 상태에 대한 정보를 바탕으로 시스템의 전반적인 상태를 판단하고 이 상태정보에 따라서 수집된 각 데이터의 우선순위를 선별하여 그에 따라 데이터를 처리하는 기능을 제공하는 통신 장치를 제공한다.

또 유무선 통신을 이용하여 기기들의 데이터를 모니터링하는 과정에서 긴급한 수준에 따라서 상위 솔루션의 보고 이전 단계에서 긴급 제어 명령을 수행할 수 있는 독립적 제어 관리 기능을 내장하여 사고 또는 응급 처치가 필요한 경우 상위 관제 시스템의 직접적 명령이 지연되는 경우에도 피해를 최소화 할 수 있는 긴급 프로세스가 가동되는 기능을 제공하는 통신 장치를 제공한다.

또 시스템 전반적인 상태 정보와 실시간 취득 데이터를 상태머신 상에서 적응형 방식으로 판단하여, 우선순위 부여하는 데이터 선별 모듈에 가중치를 전달함으로써, 현장 적응형 데이터 선별할 수 있는 경량화된 인공지능 기능을 탑재한 엣지 컴퓨팅 장치를 개발함으로써 에너지 시스템에 대한 정형/비정형 데이터에 대한 분류 기능부터 데이터 통합관리 기능을 기본적으로 제공하며, 사고, 고장, 파손, 등의 다양한 상황 발생 시에 데이터 이상 상황의 패턴을 판단하여 상위 시스템에 보고하고, 현장에서 즉각적 대응이 가능한 장치로써 기본적으로는 통신 게이트웨이와 소형 로컬 서버 역할 하는 동시에 긴급 제어 및 안전감시 장치로 활용이 가능한 장치를 제공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 에너지 데이터의 수집과 관리를 최적화하여 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 데이터 관리 구성도
도 2는 본 발명에 따른 통신시스템 논리 구조도
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 데이터 흐름도
도 5는 데이터 신규 맵핑 방식을 통한 에너지 데이터 맵 구성 방법을 보인 구성도
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 엣지 컴퓨팅 장치의 외형도

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

에너지를 발전이나 수전하여 이를 수요처에 적절하게 분배하여 사용하기 위해서는 다수 개의 정보처리 장치와 전력 설비가 구성되며, 이는 발전, 변환, 송전, 배전, 계측, 소비하는 과정에서 다양한 설비를 제어하기 위한 운영관리 기능이 필수적이다. 현재까지 이러한 설비들은 내부에 이미 제품의 제작 단계에서 기설치된 각 시스템 제조사들의 제어용 프로그램과 내부 통신 장치로 제어되고 있다.

하지만 에너지 시설이 하나의 통일된 시스템으로 통합되고 있는 상황에서 다수 개의 기기의 데이터를 실시간으로 수집하는 동시에 해당 데이터들이 어떤 상황인가를 직접 판별하여, 상위 관제 시스템으로 많은 양의 빅 데이터를 송신하는 방식이 아니라 현장에서 상당 부분 판단과 분류를 거쳐 정련된 데이터를 송신하고자 하는 필요성이 발생한다.

이는 점차 에너지시스템에 대한 데이터의 활용범위와 그 중요성이 높아지면서, 수집하고 처리해야 할 데이터의 분량이 기하급수적으로 늘어나면서 필요 이상의 리소스와 기술이 요구되고 있는 문제를 해결하기 위함이다. 특히 에너지의 공급과 소비를 실시간으로 최적 관리하여 효율성을 높이는 지능형 전력망(스마트그리드)를 구축 운영하기 위해서는 에너지 데이터 관리의 최적화가 필수적이다.

현재까지 대부분 에너지 시설에 대한 데이터를 특별한 여과과정 없이 수집하여, 빅 데이터를 구성하고 이를 통합관제시스템에서 분석하고 관리하는 방식을 취하고 있으나, 그 분량이 방대하여 실제 활용이 어려운 상황이다. 이를 해결하기 위해서는 시설의 최말단에서 취득하는 공급과 수요의 실시간 정보를 최대한 경량화해야 할 필요성이 발생하고 이러한 기능을 제공하는 통신 장치와 운용기술이 필요하다.

본 발명은 에너지의 공급과 수요에 필요한 다수개의 시스템과 시설에서 실시간으로 발생하는 방대한 데이터를 관리하기 위해서 기계학습 기능이 탑재된 상태머신을 포함한 네트워크 통신 장치를 개발하고, 그 장치에 연결된 제품에 대한 데이터를 수집하는 과정에서부터 에너지 데이터에 대한 이상 판단, 활용처 분류, 정제 및 가공을 수행하고, 이후 데이터 선별 단계에서는 현 시설 상태에 따라 데이터의 가중치를 부여하고 계산하여, 우선순위를 판단하여 폐기, 장기/단기 저장, 대기, 상위 보고, 긴급 알람, 즉각 처리 등의 상황 정보를 데이터 앞단에 포함하여 상위 시스템과 직간접적으로 연결된 시설에 모니터링을 위한 데이터를 송신하고, 필요에 따라서는 제어 명령을 하달할 수 있는 정보처리 기능을 보유한 통신 장치 개발과 그 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 에너지 시설 및 장비에 대한 데이터를 수집하는 단계와, 유선과 무선 네트워크 연결 방식을 통해 다수 개의 에너지 시설과 장비를 본 발명 장치에 연결하여 데이터를 실시간으로 수집하는 단계를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 수집된 다량의 모드버스 형식의 데이터를 본 발명 장치에서 제공하는 에너지 데이터 변환 기능을 활용하여, 각 데이터에 대한 에너지 분야에서 공용화된 명칭들로 새롭게 재정의하여 인덱스 키워드를 부여하는 가상의 데이터 테이블을 작성한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 인덱스 키워드가 부여된 새로운 데이터를 에너지 데이터를 신규 생성하며, 이는 기존 장비의 상태 데이터, 관계성 데이터, 이력 데이터, 품질 데이터, 긴급 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것이며, 데이터를 생성하는 고유의 판별 기능이 적용된 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 장비의 데이터를 획득하는 단계를 더 포함한다. 그리고 데이터 판별 단계는, 획득한 데이터를 장치에서 제공하는 상태머신부에 전송하여, 우선 데이터의 정상/비정상을 판단하고 현재 시스템 상태를 바탕으로 데이터 상태를 시뮬레이션한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 시뮬레이션 결과와 기존 학습 데이터를 기초로 판별하는 과정으로, 현재 데이터에 대해서 폐기, 장기/단기 저장, 대기, 상위 보고, 긴급 알람, 즉각 처리 중 하나를 데이터의 앞단에 우선순위 항목으로 신규 작성하여 데이터를 전송한다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 데이터 판별 결과를 기초로, 에너지 데이터의 우선순위를 바탕으로, 이 중에서 공통으로 처리되어야 할 데이터를 추출하는 과정에서 폐기와 장기/단기 저장을 제외하고, 상위 시스템으로 전송될 데이터 그룹과 직접 처리할 데이터 그룹을 결합하여 에너지 데이터 맵을 작성한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 우선순위가 폐기 또는 저장인 데이터를, 통신 장치에서 바로 데이터를 삭제하여 메모리 부하를 줄이도록 하고 저장인 데이터는 장기와 단기를 구분하여 각각에 설정된 기간만큼 저장한 뒤 특정 지시가 없는 경우에 데이터를 자동으로 삭제하여 관리한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 컴퓨팅 시스템은 상위 시스템과 통신하는 통신부가 구비되며, 장치에 설치된 통신부를 통해 분류되고 판별된 최종 에너지 데이터를, 연결된 상위 시스템으로 전송한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 전력 기기들이 제공하는 데이터를 현장에서 실시간으로 통합 수집하고, 이를 선별하여 상위 시스템으로 최적의 에너지 데이터를 전송한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 산업용 통신 기법을 이용하여 다수 개의 에너지 시설에 대한 데이터를 수집할 수 있으며, 상위에 운영관리를 담당하는 시스템에 각 기기들의 상태에 대한 정보를 바탕으로 시스템의 전반적인 상태를 판단하고 이 상태정보에 따라서 수집된 각 데이터의 우선순위를 선별하여 그에 따라 데이터를 처리하는 기능을 제공한다.

또 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신장치는, 유무선 통신을 이용하여 기기들의 데이터를 모니터링하는 과정에서 긴급한 수준에 따라서 상위 솔루션의 보고 이전 단계에서 긴급 제어 명령을 수행할 수 있는 독립적 제어 관리 기능을 내장하여 사고 또는 응급 처치가 필요한 경우 상위 관제 시스템의 직접적 명령이 지연되는 경우에도 피해를 최소화 할 수 있는 긴급 프로세스가 가동되는 기능을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 통신장치는, 시스템 전반적인 상태 정보와 실시간 취득 데이터를 상태머신 상에서 적응형 방식으로 판단하여, 우선순위 부여하는 데이터 선별 모듈에 가중치를 전달함으로써, 현장 적응형 데이터 선별할 수 있는 경량화된 인공지능 기능을 탑재한 엣지 컴퓨팅 장치를 개발함으로써 에너지 시스템에 대한 정형/비정형 데이터에 대한 분류 기능부터 데이터 통합관리 기능을 기본적으로 제공하며, 사고, 고장, 파손, 등의 다양한 상황 발생 시에 데이터 이상 상황의 패턴을 판단하여 상위 시스템에 보고하고, 현장에서 즉각적 대응이 가능한 장치로써 기본적으로는 통신 게이트웨이와 소형 로컬 서버 역할 하는 동시에 긴급 제어 및 안전감시 장치로 활용이 가능하다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 유선 및 무선 네트워크 연결 방식을 통해 에너지 시설 및 장비에 대한 데이터를 수집하는 수집 단계; 및
   상기 수집된 다량의 모드버스 형식의 데이터마다 에너지 데이터 변환기능을 활용하여, 에너지 분야에서 공용화된 명칭들로 재정의하여 인덱스 키워드가 부여된 새로운 데이터를 에너지 데이터로 신규 생성하여 가상의 데이터 테이블을 작성하는 작성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터베이스 운영방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 신규 생성된 에너지 데이터는, 상기 에너지 시설 및 장비의 상태 데이터, 관계성 데이터, 이력 데이터, 품질 데이터, 긴급 데이터 중 적어도 하나를 포함하고,
   데이터를 생성하는 고유의 판별 기능이 적용된 것을 특징으로 하는 데이터베이스 운영방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수집된 데이터를 판별하는 판별단계; 및
   상기 데이터를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 단계를 더 포함하고,
   상기 판별 단계는, 상태 머신부가 상기 수집된 데이터의 정상 또는 비정상 상태를 판단하고,
   상기 시뮬레이션 단계는, 현재 시스템 상태를 기초로 데이터 상태를 시뮬레이션하며,
   상기 시뮬레이션 결과와 기존 학습 데이터를 기초로 하여 현재 데이터에 대해서 폐기, 장기 저장, 단기 저장, 상위 보고, 긴급 알람, 즉각 처리 중 하나를 데이터의 앞 단에 우선순위 항목으로 신규 작성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터베이스 운영방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 판별단계의 판별 결과에 따라 에너지 데이터의 우선순위를 기초로 하여, 공통 처리되어야 할 데이터를 추출하는 과정에서 폐기와 장기/단지 저장을 제외하고, 상기 시스템으로 전송될 데이터 그룹과 직접 처리할 데이터 그룹을 결합하여 에너지 데이터 맵을 작성하는 것을 특징으로 하는 데이터 베이스 운영방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 우선순위가 폐기인 데이터는, 통신장치에서 바로 삭제하여 메모리 부하를 줄이고,
   상기 우선순위가 저장인 데이터는 각각 설정된 저장 기간만큼 저장한 후 특정 지시가 없으면 자동으로 삭제하여 관리하는 것을 특징으로 하는 데이터 베이스 운영방법.
6. 복수의 상위 시스템;
   복수의 장치들; 및
   상기 상위 시스템과 장치들이 통신하도록 하는 통신 게이트웨이 장치를 포함하고,
   상기 통신 게이트웨이 장치는 상기 장치들이 제공하는 데이터를 실시간 수집 및 선별하여 최종 에너지 데이터를 상위 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 통신 게이트웨이 장치는,
   상기 수집된 데이터를 이용하여 상위 시스템 및 장치들의 전반적인 상태를 판단한 후 각 데이터의 우선순위를 선별하여 처리하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 통신 게이트웨이 장치는,
   상기 장치들의 데이터를 모니터링하면서 긴급한 수준에 따라 상위 솔루션의 보고 이전 단계에서 긴급 제어 명령을 수행할 수 있는 독립적 제어 관리 기능을 내장하고, 사고 또는 응급 처치가 필요한 경우 상위 관제 시스템의 직접적 명령이 지연되는 경우에도 피해를 최소화 할 수 있는 긴급 프로세스가 가동되는 것을 특징으로 하는 통신시스템.

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