WO2020116738A1 - 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2020116738A1
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    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for operating a microgrid, and to a method and apparatus for operating a microgrid operated based on a hierarchical blockchain.
  • Micro Grid is similar to Smart Grid in that it uses information technology in the power grid to control power generation and requires functions such as power generation and consumption forecasting, but its application scale is smaller than that of Smart Grid. The difference is that it is relatively small and the location of the power source and the customer (the main body of electricity consumption) is close, so a large-scale transmission facility is not required.
  • the United States Department of Energy defines the Micro Grid as:
  • DER distributed Energy Resources
  • a microgrid is a localized power grid that connects consumers with distributed energy resources (DER) such as wind power and solar power, and operates off-grid with the entire power system to provide self-sufficiency of power. ), and it is a power grid that can operate on-grid if necessary.
  • DER distributed energy resources
  • microgrid has a small range of power grids
  • power quality instability of new and renewable power sources is more affected, so when constructing a microgrid, technologies to prevent these problems should be applied.
  • microgrids include an energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system
  • the ESS serves to store power at the time of excessive power supply and supply the stored power to the consumer at the time of high demand, thereby contributing to the power quality and stability of supply of the microgrid.
  • a system that allows monitoring and control of consumers or DERs connected to the microgrid is also necessary, and these systems control the operation of the power source or the consumer according to the state of the microgrid to stably control the power supply status. To keep it.
  • the microgrid performs optimal operation on a limited resource within the microgrid and performs system-linked operation or power transaction for resource limitation or economical optimization. From a power trading point of view, the microgrid has an e-prosumer function.
  • the microgrid may exist in the form of a group, and stable power supply and profit optimization can be achieved through interconnection within the group.
  • FIG. 1 shows a network connection diagram of microgrids existing in a collective form.
  • an EMS server is present at a top node for interconnection.
  • all information related to a plurality of microgrids may be collected in the EMS server, and a plurality of microgrids may be interconnected based on the information.
  • the EMS server requires a high specification, so the installation cost is excessive, and there is a problem in that an unnecessary cost is generated by a high-spec EMS in a microgrid collective environment in which high-quality power supply is not required.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for operating a microgrid capable of decentralization in an environment in which various microgrids are interconnected through a network and a power grid.
  • the blockchain stack unit may calculate an average value of information recorded on the n-th layer blockchain.
  • the blockchain stack unit may delete the n-th layer block when the n+1 layer block is generated.
  • the blockchain stack unit may transmit and store the deleted n-layer block on a cloud system.
  • nth data chaining cycle may be synchronized to the utility operating system.
  • nth data chaining cycle may be synchronized with a cycle of transmitting information to the power company operating system.
  • the power company operating system collects and manages data hierarchically
  • the blockchain stack unit may form a blockchain for data corresponding to the hierarchical data of the power company operating system.
  • the information recorded in the block may include at least one of current status information, predicted status information, power transaction information, and control information.
  • the agent device for multi-microgrid operation based on hierarchical blockchain collects current state information of all facilities operating in the microgrid and generates predicted state information based on the collected information Intelligence; An individual MG operation unit operating a microgrid based on current status information and predicted status information of the information unit; And forming an n-th layer block during the successive n-th data chaining cycle, and processing information recorded on the n-th layer blockchain constituting the block chain generated during the n-th data chaining cycle each time the n-th data chaining cycle ends. It includes a blockchain stack unit for generating an n+1 layer block.
  • the blockchain stack unit may calculate an average value of information recorded on the n-th layer blockchain.
  • the blockchain stack unit may delete the n-th layer block when the n+1 layer block is generated.
  • nth data chaining cycle may be synchronized to the utility operating system.
  • nth data chaining cycle may be synchronized with a cycle of transmitting information to the power company operating system.
  • the power company operating system collects and manages data hierarchically
  • the blockchain stack unit may form a blockchain for data corresponding to the hierarchical data of the power company operating system.
  • the blockchain stack unit may generate information for transmission to the power company operating system.
  • the information recorded in the block may include at least one of current status information, predicted status information, power transaction information, and control information.
  • the present invention can achieve decentralization by operating multiple microgrids in a peer to peer manner based on a layered blockchain.
  • the agent apparatus when the upper layer block is generated, the capacity of the agent device can be reduced by deleting the block chain of the lower layer used for generating the upper layer block. Therefore, the agent apparatus can be implemented with a device having a small resource, so that decentralization and low-cost microgrids can be simultaneously achieved.
  • FIG. 1 shows a network connection diagram of microgrids existing in a collective form.
  • FIG. 4 is a view for explaining a method of creating a block chain of the block chain of FIG. 3.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
  • the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.
  • the term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.
  • 2 shows a network connection diagram of microgrids present in a group form according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining the structure and function of the gateway and cloud system.
  • 4 is a view for explaining a method of creating a block chain of the block chain of FIG. 3.
  • a hierarchical blockchain-based multi-microgrid operating system (hereinafter referred to as a “micro-grid operating system”) includes a plurality of microgrids (100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, hereinafter referred to as ⁇ ”, cloud system 200, communication network 300, and power company operating system 400.
  • ⁇ various distributed power sources may be selectively applied in multiple ways, and the operation method may also be different.
  • the plurality of microgrids 100 may be connected through a mutual power network (N).
  • the power grid N may provide an electrical network for power transmission between a plurality of microgrids in a predetermined topology such as a ring structure, a tree structure, and a star structure.
  • the plurality of microgrids 100, the cloud system 200, and the power company operating system 400 may communicate through the mutual communication network 300. As described later, the plurality of microgrids 100 may operate as a node participating in the blockchain creation process. And, the operation can be achieved by the agent device 110 to be described later.
  • each of the plurality of microgrids 100 may include an agent device 110.
  • the agent device 110 includes an individual MG operation unit 111, a decision unit 112, an information unit 113, a blockchain stack unit 114, a distributed ledger management unit 115, and other block information analysis unit 116. can do.
  • the decision unit 112 may compare and analyze current status information/forecast status information with other microgrid current status/forecast status information to establish a power transaction plan and perform power transaction. At this time, the power transaction can be concluded between the parties in a peer-to-peer manner without an intermediate agent.
  • the decision unit 112 may be equipped with an algorithm for optimal economic efficiency and perform power transactions that are optimal for economic efficiency. However, the optimal algorithm in the economy may be implemented on the decision unit 112 with a simpler algorithm than the integrated EMS, which previously integrated and manages a plurality of microgrids.
  • the information unit 113 may collect current status information (eg, voltage, current, phase, frequency, output amount, power generation amount) of all currently operated facilities at a predetermined cycle. And, the information unit 113 based on the current status information, the predicted value (predicted status information, for example, PV power generation amount, AC power reception amount, etc.) for a state after a preset time (for example, 5 to 15 minutes) Can be created. To this end, the information unit 113 provides information on devices (PV Converter, ESS Bi-Converter, Inverter, AMI (for DC Grid), AMI (for AC Grid), RTU, etc.) remotely located through the IoT device interface/Legacy interface. It can be collected and equipped with a prediction algorithm based on this information.
  • V Converter Power Converter
  • ESS Bi-Converter Inverter
  • AMI for DC Grid
  • AMI for AC Grid
  • RTU etc.
  • the blockchain stack unit 114 may block-chain (modulate, apply a Hash function, etc.) current status information, predicted status information after a predetermined time, and the like. The method of forming and managing the blockchain of the blockchain stack unit 114 will be described later.
  • the distributed ledger management unit 115 may manage power transaction records.
  • the other block information analysis unit 116 may analyze (demodulate) the current state information and the predicted state information of the other microgrid with the block chaining code.
  • the cloud system 200 may provide cloud services such as PaaS and IaaS.
  • the cloud system 200 may provide an energy cloud platform and an energy business platform.
  • the energy cloud platform can perform a role of collecting some information of the sub-stage microgrid to the cloud platform and processing some of the energy business platform.
  • the energy cloud platform may include an interface hub 201, a blockchain service 202, an analysis service hub 203, and a service connection hub 204.
  • the interface hub 201 may support heterogeneous protocols in the form of a hub to support different data protocols of various microgrids and distributed power sources.
  • the blockchain service unit 202 may manage blockchain-based information uploaded from a lower end microgrid (lower node).
  • the blockchain service unit 202 can participate as a blockchain node.
  • the analysis service hub 203 may provide analysis services such as state and power generation and demand forecasting based on high-speed and massive amounts of data than the sub-stage for power transaction and automatic control between multiple microgrids and distributed power sources. .
  • the service linkage hub 204 forms an integrated HUB form to operate a new service by interworking with APIs configured by external participants and users based on information collected from several microgrids and distributed power sources and some processed information. Can have
  • the energy business platform may provide an environment (eg, “energy marketplace”) in which a plurality of energy prosumers 205 and 207 can participate in a power related business (eg, power transaction).
  • the platform may perform a platform function that provides additional services to various external stakeholders based on information collected and processed through the energy cloud platform
  • the energy business platform may include an automatic control operation optimization unit 206.
  • the automatic control operation optimization unit 206 may provide services such as P2P transactions and virtualized power transactions, which are new business areas for the microgrid and distributed power users at the lower stages. As described above, it may be a service such as providing new automatic control operation optimization through comparative analysis of model algorithms of multiple microgrid operations.
  • the user, seller, and manager portals can provide energy business platform access portals for respective entities, thereby providing service discovery and use according to roles.
  • the agent device 110 may interoperate with the cloud system 200. Through this, the service provided by the above-described cloud system 200 may be used.
  • the blockchain stack unit 114 may form a blockchain according to a hierarchical data chaining cycle.
  • the hierarchical data chaining cycle may be n layers.
  • the data chaining period of each layer may be synchronized with a period of transmitting information to the power company operating system 400 which is an upper node.
  • the data chaining cycle may be 1 month, and in the case of average power generation, the data chaining cycle is 0.5 It can be a month and in the case of a power transaction history it can be a year.
  • the blockchain stack unit 114 may generate an upper block for the corresponding data at each hierarchical data chaining cycle.
  • the data chaining period is set to increase as the layer is higher, and the lower layer data of the first level can be collectively processed at each arrival of the corresponding data chaining cycle to form a block that is increased by one level.
  • Blockchain stack unit 114 generates a block in time series for current state information, predicted state information, power transaction information, power device control information, etc. at a preset period (for example, 5 minutes) during the first data chaining cycle.
  • a blockchain may be formed.
  • the block has a data structure of a linked list having a connection relationship with an earlier data block according to the order of occurrence, and the internal structure of the data block may be configured as a tree having a hierarchical structure.
  • the block may include a body or header, as is well known.
  • one of current status information, predicted status information, power transaction information, and power device control information can be recorded, and in the header, a password such as Merkle Hash (Merclout) or nonce (any number related to encryption) It may contain code.
  • a password such as Merkle Hash (Merclout) or nonce (any number related to encryption) It may contain code.
  • the consensus process for blockchain formation may be as noted.
  • the input may include data and an encryption key of all blocks.

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Abstract

본 발명은 마이크로그리드 운영 방법 및 그 장치에 관한 것으로 계층적 블록체인에 기반해 운영되는 마이크로그리드 운영 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 네트워크 및 전력망을 통해 다양한 마이크로그리드가 상호 연계되는 환경에서 탈중앙화를 할 수 있는 마이크로그리드 운영 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법은 블록체인 스택부가 연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 제 n 계층 블록을 형성하는 단계; 및 블록체인 스택부가 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보를 처리하여 제 n+1 계층 블록을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 마이크로그리드 운영 방법 및 그 장치에 관한 것으로 계층적 블록체인에 기반해 운영되는 마이크로그리드 운영 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
마이크로그리드(Micro Grid)는 전력망에 정보 기술이 접목되어 발전량 조절을 위한 제어가 수행되며, 발전·소비량 예측 등의 기능을 필요로 한다는 점에서 스마트그리드와 유사하지만, 그 적용 규모가 스마트그리드에 비하여 상대적으로 작고, 발전원과 수용가(전력소비 주체)의 위치가 가깝기 때문에 대규모 송전 설비가 필요하지 않다는 차이점이 있다.
미국의 에너지국(Department Of Energy, DOE)은 마이크로그리드(Micro Grid)를 다음과 같이 정의하고 있다.
명확히 정의된 전기적 범위 안에서 상호 연결된 '수용가'와 '분산 에너지 자원(Distributed Energy Resource, DER)'의 그룹으로 계통에 대하여 하나의 제어 가능한 개체(entity)이며, 계통으로부터 연결 및 독립이 가능하다.
다시 말해, 마이크로그리드는 지역화된 전력망으로 수용가와 풍력, 태양광 등의 분산 에너지 자원(DER)을 연결한 것으로써, 전체 전력 계통과 독립적(off-grid)으로 동작하여 전력의 자급자족(自給自足)이 가능하며, 필요에 따라 계통과 연계(on-grid)되어 동작할 수도 있는 전력망이다.
그러나 단순히 수용가와 DER을 연결하는 것만으로는 마이크로그리드를 구성 및 운영하기에 충분하지 않다. 풍력 발전이나 태양광 발전의 경우, 풍속이나 일조량에 따른 발전량의 변화가 발생하기 때문인데, 이러한 풍력이나 태양광 발전 설비를 별다른 제어 없이 계통으로 전력을 공급하도록 연결할 경우, 전력 계통의 전력 품질은 예측과 관리가 매우 어려워진다.
특히 마이크로그리드는 구성되는 전력망의 범위가 작기 때문에 신재생 발전원의 전력 품질 불안정에 더욱 큰 영향을 받게 되므로 마이크로그리드를 구성할 때는 이러한 문제들을 방지하기 위한 기술들이 적용되어야 한다. 또한 전력 품질 및 공급의 안정성을 확보하기 위하여 대부분의 마이크로그리드는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)을 포함하여 구성된다.
이때, ESS는 전력 공급 과잉 시점에는 전력을 저장하고, 수요가 많아지는 시점에는 저장해 둔 전력을 수용가로 공급하는 역할을 수행함으로써 마이크로그리드의 전력 품질 및 공급의 안정성에 기여한다.
그리고 ESS뿐만 아니라 마이크로그리드에 연결되어 있는 수용가나 DER들을 모니터링하고 제어할 수 있도록 하는 시스템 또한 필요한데, 이러한 시스템들은 마이크로그리드의 상태에 따라 발전원이나 수용가의 동작을 제어하여 전력의 공급 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 해 준다.
또한 단순한 모니터링과 제어뿐만 아니라 발전·수요량을 예측하고 Peak Cut, Load Shift, Demand Response 등의 부가 서비스를 가능하도록 하여 에너지 사용 효율을 높이고 부가적인 이득을 창출할 수 있도록 한다.
마이크로그리드는 마이크로그리드 내의 한정된 자원에서 최적 운전을 수행하고 자원의 한계가 발생하거나 경제성 최적을 위해 계통 연계 운전 또는 전력 거래를 수행한다. 전력 거래 관점에서 마이크로그리드는 이프로슈머(e-Prosumer) 기능을 가진다.
상황에 따라 마이크로그리드는 집단의 형태로 존재할 수 있고, 그 집단 내에서 상호 연계를 통해 안정적인 전력 공급 및 수익 최적화를 달성할 수 있다.
도 1은 집단 형태로 존재하는 마이크로그리드의 네트워크 연계도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상호 연계를 위해 최상위 노드에 EMS 서버가 존재한다. 그리고, EMS 서버에 복수의 마이크로그리드 관련 모든 정보가 수집되고 그 정보를 바탕으로 복수의 마이크로그리드가 상호 연계될 수 있다. 이 같은 시스템 구조 상에서 EMS 서버는 높은 스펙이 필요하여 설치 비용이 과다하고, 고품질의 전력 공급이 필요하지 않은 마이크로그리드 집단 환경에서는 고사양의 EMS에 의해 불필요한 비용이 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 네트워크 및 전력망을 통해 다양한 마이크로그리드가 상호 연계되는 환경에서 탈중앙화를 할 수 있는 마이크로그리드 운영 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법은 블록체인 스택부가 연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 제 n 계층 블록을 형성하는 단계; 및 블록체인 스택부가 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보를 처리하여 제 n+1 계층 블록을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시, 상기 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보에 대한 평균값을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시 상기 제 n 계층 블록을 삭제할 수 있다.
또한, 상기 블록체인 스택부는 상기 삭제되는 n 계층 블록을 클라우드 시스템 상에 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 상기 제 n 데이터 체인화 주기는 전력회사 운영 시스템에 동기화될 수 있다.
또한, 상기 제 n 데이터 체인화 주기는 상기 전력회사 운영 시스템에 정보를 전송하는 주기에 동기화될 수 있다.
또한, 상기 전력회사 운영 시스템은 계층적으로 데이터를 수집 관리하고, 상기 블록체인 스택부는 상기 전력회사 운영 시스템의 계층적인 데이터에 대응한 데이터에 대한 블록 체인을 형성할 수 있다.
또한, 상기 블록체인 스택부는 상기 n+1 계층 블록 생성시, 상기 전력 회사 운영 시스템에 전송하기 위한 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 블록에 기록되는 정보는 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블록 생생시 해쉬가 적용되며 상기 해쉬에 대한 입력으로 이전 블록의 데이터가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영을 위한 에이전트 장치는 마이크로그리드 내에서 운영되는 모든 설비의 현 상태 정보를 수집하고 수집된 정보를 기반으로 예측 상태 정보를 생성하는 정보부; 상기 정보부의 현 상태 정보 및 예측 상태 정보를 기반으로 마이크로그리드를 운영하는 개별 MG 운영부; 및 연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 제 n 계층 블록을 형성하고, 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보를 처리하여 제 n+1 계층 블록을 생성하는 블록체인 스택부를 포함한다.
여기서, 상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시, 상기 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보에 대한 평균값을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시 상기 제 n 계층 블록을 삭제할 수 있다.
또한, 상기 블록체인 스택부는 상기 삭제되는 n 계층 블록을 클라우드 시스템 상에 전송하여 저장할 수 있다.
또한, 상기 제 n 데이터 체인화 주기는 전력회사 운영 시스템에 동기화될 수 있다.
또한, 상기 제 n 데이터 체인화 주기는 상기 전력회사 운영 시스템에 정보를 전송하는 주기에 동기화될 수 있다.
또한, 상기 전력회사 운영 시스템은 계층적으로 데이터를 수집 관리하고, 상기 블록체인 스택부는 상기 전력회사 운영 시스템의 계층적인 데이터에 대응한 데이터에 대한 블록 체인을 형성할 수 있다.
또한, 상기 블록체인 스택부는 상기 n+1 계층 블록 생성시, 상기 전력 회사 운영 시스템에 전송하기 위한 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 블록에 기록되는 정보는 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블록 생생시 해쉬가 적용되며 상기 해쉬에 대한 입력으로 이전 블록의 데이터가 사용될 수 있다.
본 발명은 계층화된 블록체인에 기반하여 다중 마이크로그리드를 peer to peer 방식으로 운영하는 것에 의해 탈중앙화를 달성할 수 있다.
그리고, 본 발명은 상위 계층 블록 생성시 그 상위 계층 블록 생성을 위해 사용된 하위 계층의 블록 체인이 삭제되는 것에 의해 에이전트 장치의 용량이 작아질 수 있다. 따라서, 작은 리소스를 가지는 디바이스로 에이전트 장치를 구현할 수 있어 탈중앙화와 저가형 마이크로그리드를 동시에 달성할 수 있다.
도 1은 집단 형태로 존재하는 마이크로그리드의 네트워크 연계도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집단 형태로 존재하는 마이크로그리드의 네트워크 연계도를 나타낸다.
도 3은 게이트웨이 및 클라우드 시스템의 구조 및 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 블록체인 스택부의 블록 체인 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 시스템에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집단 형태로 존재하는 마이크로그리드의 네트워크 연계도를 나타낸다. 도 3은 게이트웨이 및 클라우드 시스템의 구조 및 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 3의 블록체인 스택부의 블록 체인 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 시스템(이하, “마이크로그리드 운영 시스템”이라고 칭함)은 복수의 마이크로그리드(100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, 이하, 淄”이라 통칭함)와 클라우드 시스템(200), 통신망(300), 전력회사 운영 시스템(400)을 포함한다. 마이크로그리드는 다중으로 다양한 분산전원이 선택적으로 적용될 수 있고, 그 운영 방식도 상이할 수 있다. 복수의 마이크로그리드(100)는 상호 전력망(N)을 통해 연결될 수 있다. 전력망(N)은 링구조, 트리구조, 스타구조 등 기 설정된 토폴로지로 복수의 마이크로그리드 간의 전력 전송을 위한 전기적인 네트워크를 제공할 수 있다. 복수의 마이크로그리드(100), 클라우드 시스템(200), 전력회사 운영 시스템(400)은 상호 통신망(300)을 통해 통신할 수 있다. 후술하는 바와 같이 복수의 마이크로그리드(100)는 블록체인 생성 과정에 참여하는 노드로서 동작할 수 있다. 그리고, 그 동작은 후술하는 에이전트 장치(110)에 의해 달성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수의 마이크로그리드(100) 각각은 에이전트 장치(110)를 포함할 수 있다.
에이전트 장치(110)는 개별 MG 운영부(111), 의사 결정부(112), 정보부(113), 블록체인 스택부(114), 분산원장관리부(115), 타 블록정보 해석부(116)를 포함할 수 있다.
개별 MG 운영부(111)는 기본적으로 마이크로그리드 별 운영을 제공하며 주지된 EMS의 기본적인 기능을 수행할 수 있다. 개별 MG 운영부(111)는 기본적으로 현 상태 정보값으로 운영되며 이후 예측 상태값을 사용해 향후 운전 계획을 수립할 수 있다.
의사결정부(112)는 현 상태 정보/예측 상태 정보 등을 타 마이크로그리드 현 상태 정보/예측 상태 정보와 비교 분석하여 전력 거래 계획을 수립하고 전력 거래를 수행할 수 있다. 이때 전력 거래는 중간의 에이전트가 없이 Peer to Peer 방식으로 당사자 간에 체결될 수 있다. 의사결정부(112)는 경제성 최적 알고리즘을 탑재하고 경제성 최적이 되는 전력 거래를 수행할 수 있다. 다만, 기존의 복수의 마이크로그리드를 통합 관리하던 통합 EMS 보다는 단순한 알고리즘으로 경제서 최적 알고리즘이 의사결정부(112) 상에 구현될 수 있다.
정보부(113)는 현재 운영되는 모든 설비의 현 상태정보(예를 들어, 전압, 전류, 위상, 주파수, 출력량, 발전량)를 기 설정된 주기로 수집할 수 있다. 그리고, 정보부(113)는 현 상태 정보에 기반하여 기 설정된 시간(예를 들어, 5 ~ 15분) 이후의 상태에 대한 예측값(예측 상태 정보, 예를 들어, PV 발전량, AC 수전량 등)을 생성할 수 있다. 이를 위해, 정보부(113)는 IoT 디바이스 인터페이스/Legacy 인터페이스를 통해 원격에 위치한 디바이스(PV Converter, ESS Bi-Converter, Inverter, AMI(DC Grid 용), AMI(AC Grid 용), RTU 등) 정보를 수집할 수 있고, 이 정보를 기반으로 한 예측 알고리즘을 탑재할 수 있다.
블록체인 스택부(114)는 현 상태 정보, 기 설정된 시간 이후의 예측 상태 정보 등을 블록체인화(변조화, Hash 함수 적용 등)를 할 수 있다. 블록체인 스택부(114)의 블록체인 형성 방법 및 관리 방법은 후술한다.
분산원장 관리부(115)는 전력 거래 기록을 관리할 수 있다.
타 블록 정보 해석부(116)는 블록체인화 코드를 가지고 타 마이크로그리드의 현 상태 정보 및 예측 상태 정보를 해석(복조화)할 수 있다.
클라우드 시스템(200)은 PaaS, IaaS 등의 클라우드 서비스를 제공할 수 있다. 클라우드 시스템(200)은 에너지 클라우드 플랫폼 및 에너지 비즈니스 플랫폼을 제공할 수 있다. 에너지 클라우드 플랫폼은 하위단 마이크로그리드 일부 정보를 클라우드 플랫폼에 수집, 에너지 비즈니스 플랫폼 전달을 위한 일부 가공 등의 역할을 수행할 수 있다.
에너지 클라우드 플랫폼은 인터페이스 허브(201), 블록체인 서비스(202), 분석 서비스 허브(203), 서비스 연계 허브(204)를 포함할 수 있다.
인터페이스 허브(201)는 다양한 마이크로그리드 및 분산발전원의 상이한 데이터 프로토콜 지원을 위하여 이종 프로토콜을 허브 형태로 지원할 수 있다.
블록체인 서비스부(202)는 하위단 마이크로그리드(하위 노드)에서 올려준 블록체인 기반 정보를 관리할 수 있다. 블록체인 서비스부(202)는 블록체인 노드로서 참여할 수 있다.
분석서비스 허브(203)는 하위단 여러 마이크로그리드 및 분산전원 간 전력거래 및 자동제어를 위한 하위단 보다 고속, 방대한 양의 데이터를 기반으로 상태 및 발전량, 수요량 예측 등의 분석 서비스를 제공할 수 있다.
서비스 연계 허브(204)는 하위단 여러 마이크로그리드 및 분산전원에서 수집된 정보와 일부 가공된 정보를 바탕으로 외부 참여자 및 사용자가 직접 구성한 API에 연동하여 새로운 서비스를 운영할 수 있도록 통합적인 HUB 형태를 가질 수 있다.
에너지 비즈니스 플랫폼은 복수의 에너지 프로슈머(205, 207)가 전력 관련 비즈니스(예를 들어, 전력 거래)에 참여할 수 있는 환경(예를 들어, “에너지 마켓 플레이스”을 제공할 수 있다. 이때, 에너지 비즈니스 플랫폼은 에너지 클라우드 플랫폼을 통하여 수집 가공된 정보를 바탕으로 외부의 다양한 이해당사자에게 추가적인 서비스를 제공하는 플랫폼 기능을 수행할 수 있다. 에너지 비즈니스 플랫폼은 자동 제어 운영 최적화부(206)를 포함할 수 있다. 자동 제어 운영 최적화부(206)는 하위단의 마이크로그리드 및 분산전원 사용자를 대상으로 상호간의 새로운 비즈니스 영역인 P2P 거래 및 가상화 전력거래 등의 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 서비스는 자동제어운영최적화와 같이 다수의 마이크로그리드 운영의 모델 알고리즘 비교 분석을 통한 새로운 자동제어운영최적화 제공과 같은 서비스일 수 있다.
도 3에서 사용자, 판매자, 관리자 포털은 각각의 주체별 에너지 비즈니스 플랫폼 Access 포털을 제공하여 역할에 맞는 서비스 발굴 및 이용을 제공할 수 있다.
에이전트 장치(110)는 클라우드 시스템(200)과 상호 연동을 할 수 있다. 이를 통해 상술한 클라우드 시스템(200)이 제공하는 서비스를 이용할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 블록체인 스택부(114)가 계층적 블록 체인을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 블록체인 스택부(114)는 계층적인 데이터 체인화 주기에 따라 블록 체인을 형성할 수 있다. 계층적인 데이터 체인화 주기는 n 개의 계층일 수 있다. 각 계층의 데이터 체인화 주기는 상위 노드인 전력회사 운영 시스템(400)에 정보를 전송하는 주기에 동기화될 수 있다. 예를 들어, 전력 요금 산정을 위한 한달 동안의 전력 사용량 정보(전력회사가 운영하는 망을 통해 수전한 전력량 정보)의 경우, 데이터 체인화 주기는 1달일 수 있으며, 평균 발전량의 경우 데이터 체인화 주기는 0.5달일 수 있으며 전력거래이력의 경우 1년 일 수 있다. 블록 체인 스택부(114)는 계층적인 데이터 체인화 주기시마다, 해당 데이터에 대한 상위 블록을 생성할 수 있다. 이와 달리, 계층이 높아질수록 데이터 체인화 주기가 증가하도록 설정하고, 해당 데이터 체인화 주기 도래시마다, 1단계 낮은 하위 계층 데이터를 일괄적으로 처리하여 1 단계 상향한 블록을 형성할 수 있다.
블록체인 스택부(114)는 제 1 데이터 체인화 주기 동안 기 설정된 주기(예를 들어, 5분)로 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 전력 디바이스 제어 정보 등에 대한 블록이 시계열적으로 생성되면서 블록 체인이 형성될 수 있다. 블록은 발생 순서에 따라 앞선 데이터 블록과의 연결 관계를 가지는 링크드 리스트(Linked List)의 데이터 구조를 가지며 데이터 블록의 내부 구조는 계층적 구조를 가지는 트리 형태로 구성될 수 있다. 블록은 주지된 바와 같이 바디(body)아 헤더(header)를 포함할 수 있다. 바디에는 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 전력 디바이스 제어 정보 중 하나가 기록될 수 있고 헤더에는 머클해시(머클루트)나 넌스(nounce, 암호화와 관련되는 임의의 수) 등의 암호코드가 담겨 있을 수 있다. 블록 체인 형성을 위한 합의 과정은 주지된 바와 같을 수 있다. 블록 생성시 해쉬가 적용되는 경우, 입력은 전 블록의 데이터 및 암호화키를 포함할 수 있다.
도 4에서 B1은 제 1 계층 블록을 의미하고, B2-n은 제 2 계층 블록을 의미하고, Bn-n은 제 n 계층 블록을 의미할 수 있다. 제 2 계층 블록은 제 1 계층 블록 보다 상위 계층 블록으로 제 1 계층 블록 상의 바디에 기록된 정보의 처리(예를 들어, 평균값 생성)를 통해 생성된 정보가 바디에 기록되는 블록일 수 있다. 일반화하면, n 계층 블록은 제 n-1 계층 블록 보다 1 단계 상위 계층 블록으로 제 n-1 계층 블록 상의 바디에 기록된 정보의 처리(예를 들어, 평균값 생성)를 통해 생성된 정보가 바디에 기록되는 블록일 수 있다.
블록체인 스택부(114)는 연속되는 제 1 데이터 체인화 주기 동안 제 1 계층인 블록 체인을 형성하고, 제 1 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 1 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 1 계층 블록 상에 기록된 정보(현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 전력 디바이스 제어 정보 등)를 평균값을 내어 제 2 계층 블록을 생성할 수 있다. 그리고, 연속되는 제 2 데이터 체인화 주기 동안 상기와 같은 방식으로 제 2 계층 블록을 형성하고, 제 2 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 2 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 2 계층 블록 체인 상에 기록된 정보(제 1 데이터 체인화 주기 동안 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 전력 디바이스 제어 정보 등의 평균값)에 대한 평균값을 내어 제 3 계층 블록을 생성할 수 있다. 이를 일반화하면, 블록체인 스택부(114)는 연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 상기와 같은 방식으로 제 n 계층 블록을 형성하고, 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보(제 n 데이터 체인화 주기 동안 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 전력 디바이스 제어 정보 등의 평균값)에 대한 평균값을 내어 제 n+1 계층 블록을 생성할 수 있다. 계층적인 데이터 체인화 주기가 전력회사 운영 시스템(400)이 요구하는 계층적인 데이터 구조(달리 표현하면, 계층적인 데이터 별 전력회사 운영 시스템에의 전송 주기)에 동기화되는 경우 계층적인 데이터 체인화 주기 종료시마다 생성되는 상위 블록은 계층적인 데이터 별 전력회사 운영 시스템이 해당 주기 종료 시점에서 요청하는 데이터(예를 들어, 1 달 동안 전력회사가 운영하는 배전망을 통한 수전량, 전력 사용량, 0.5 달 동안의 발전량 평균, 1년 동안의 전력 거래 내역 등)를 기록한 것일 수 있다. 이를 위해, 계층적인 데이터 체인화 주기 종료시마다 블록 체인 상의 바디 정보를 처리하여 전력 회사에 전송하기 위한 계층적인 데이터 중 선택된 데이터 생성을 할 수 있다. 전력 회사 운영 시스템(400)은 계층적으로 데이터를 수집 관리할 수 있다. 상위 계층 블록 생성시마다 그 상위 계층 블록 생성을 위해 사용된 하위 블록체인은 해당 마이크로그리드 상에서 삭제될 수 있다. 이에 의해, 블록체인 운영 시스템이 간결해질 수 있다. 그리고, 마이크로그리드 상에서 삭제되는 블록체인은 클라우드 시스템(200) 상의 블록체인 서비스부(202)에 전송되어 관리될 수 있다.
상기와 같이 마이크로그리드 마다 구비된 블록체인 스택부(114)는 블록체인 형태로 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력거래 정보, 제어 정보 등을 관리하는 것에 의해 탈중앙화를 달성함과 동시에 보안을 유지할 수 있다. 그리고, 블록 생성시마다 다수의 마이크로그리드가 블록을 공유함에 따른 데이터 부하는 상술한 계층적인 블록체인 구조를 통해 해소할 수 있다. 그리고, 상위 계층 블록 생성시 그 상위 계층 블록 생성을 위해 사용된 하위 계층의 블록 체인이 삭제되는 것에 의해 에이전트 장치의 용량이 작아질 수 있다. 따라서, 작은 리소스를 가지는 디바이스로 에이전트 장치를 구현할 수 있어 탈중앙화와 저가형 마이크로그리드를 동시에 달성할 수 있다.

Claims (20)

  1. 블록체인 스택부가 연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 제 n 계층 블록을 형성하는 단계;
    블록체인 스택부가 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보를 처리하여 제 n+1 계층 블록을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시, 상기 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보에 대한 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시 상기 제 n 계층 블록을 삭제하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 삭제되는 n 계층 블록을 클라우드 시스템 상에 전송하여 저장하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 n 데이터 체인화 주기는 전력회사 운영 시스템에 동기화되는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 n 데이터 체인화 주기는 상기 전력회사 운영 시스템에 정보를 전송하는 주기에 동기화되는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력회사 운영 시스템은 계층적으로 데이터를 수집 관리하고,
    상기 블록체인 스택부는 상기 전력회사 운영 시스템의 계층적인 데이터에 대응한 데이터에 대한 블록 체인을 형성하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 n+1 계층 블록 생성시, 상기 전력 회사 운영 시스템에 전송하기 위한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록에 기록되는 정보는 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 생생시 해쉬가 적용되며 상기 해쉬에 대한 입력으로 이전 블록의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 계층적 블록체인 기반 다중 마이크로그리드 운영 방법.
  11. 마이크로그리드 내에서 운영되는 모든 설비의 현 상태 정보를 수집하고 수집된 정보를 기반으로 예측 상태 정보를 생성하는 정보부;
    상기 정보부의 현 상태 정보 및 예측 상태 정보를 기반으로 마이크로그리드를 운영하는 개별 MG 운영부; 및
    연속되는 제 n 데이터 체인화 주기 동안 제 n 계층 블록을 형성하고, 제 n 데이터 체인화 주기 종료시 마다 해당 제 n 데이터 체인화 주기 동안 생성된 블록 체인을 구성하는 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보를 처리하여 제 n+1 계층 블록을 생성하는 블록체인 스택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시, 상기 제 n 계층 블록 체인 상에 기록된 정보에 대한 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 제 n+1 계층 블록의 생성시 상기 제 n 계층 블록을 삭제하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 삭제되는 n 계층 블록을 클라우드 시스템 상에 전송하여 저장하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 n 데이터 체인화 주기는 전력회사 운영 시스템에 동기화되는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 n 데이터 체인화 주기는 상기 전력회사 운영 시스템에 정보를 전송하는 주기에 동기화되는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전력회사 운영 시스템은 계층적으로 데이터를 수집 관리하고,
    상기 블록체인 스택부는 상기 전력회사 운영 시스템의 계층적인 데이터에 대응한 데이터에 대한 블록 체인을 형성하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 블록체인 스택부는 상기 n+1 계층 블록 생성시, 상기 전력 회사 운영 시스템에 전송하기 위한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 블록에 기록되는 정보는 현 상태 정보, 예측 상태 정보, 전력 거래 정보, 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 블록 생생시 해쉬가 적용되며 상기 해쉬에 대한 입력으로 이전 블록의 데이터가 사용되는 것을 특징으로 하는 에이전트 장치.
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