본 과제는 여러 곳에 흩어져 있는 태양광, 풍력 발전소나 에너지 저장 장치 같은 '계통유연자원'들을 하나의 발전소처럼 묶어 관리하는 '가상발전소(VPP)' 통합 플랫폼을 개발하는 연구임. 이를 통해 전력망을 총괄하는 독립계통운영자(ISO)와 우리에게 전기를 공급하는 배전망을 운영하는 배전망운영자(DSO) 간의 협력 체계를 구축하여 전력 시스템의 안정성과 효율성을 높이는 것을 목표로 함. 연구 목표는 전력시장과 배전망운영자(DSO) 간의 협력 및 운영 체계를 구축하고, 전력시장에 참여하는 통합발전소(VPP)의 요구사항과 성능 기준을 마련하는 데 있음. 또한, 이에 대한 적합성 평가를 위한 검증 및 실증 운전을 수행하는 것임. 핵심 연구 내용은 VPP-DSO-ISO 간의 협조 및 운영체계 구축을 위한 기술, 제도, 규정 개발임. 또한, 집합자원 포트폴리오를 수용하는 VPP 통합플랫폼을 개발하고, VPP 연계 BESS(PCS 2MW, 총 에너지저장용량 8MWh 이상)를 구축하여 실증함. VPP 집합자원 통합 관제 및 전력시장 실시간 대응 운영시스템을 개발하고, VPP 통합플랫폼의 확장성과 의사결정 지원 기능을 개발하는 것도 포함됨. 실시간 전력시장에 대비한 공급형, 혼합형, 수요형 VPP 통합모델의 시장 참여를 설계하고, 실시간 전력시장 입찰 시 오차율 최소화 및 경제성 기반 입찰 방안을 마련하는 것도 주요 내용임. 기대 효과는 신재생에너지원의 융복합 운영 및 확장성을 고려한 운영관리 시스템 개발을 통해 기술 경쟁력을 확보하는 것임. 국내 전력시장 환경에 최적화된 시스템으로 해외 솔루션에 선제적으로 대응하고, 분산에너지 보급 모델을 확대 적용하는 데 기여함. 또한, 신재생에너지 자원의 전력거래를 통한 경제적 효과를 극대화하여 전기요금 절감 및 재생에너지 출력 제약으로 인한 경제·환경적 비용을 절감하는 효과가 예상됨. 특히 제주도 내 에너지저장시스템 보급 확대로 출력 제한 피해를 줄이고, 새로운 수익 모델 형성을 통해 지역 경제 활성화에 크게 기여할 것으로 전망됨.

본 과제는 태양광, 인버터, 전기자동차, 건물부하가 함께 연결되는 AC/DC 전력망을 더 안전하고 효율적으로 쓰기 위한 제어·고장판단·운영·사이버보안 기술을 개발하는 연구임. 연구 목표는 계통 연계형 태양광 발전기 최적 제어 및 고장 감지·식별, 계통 연계 인버터 고장 감지·식별·제거(clearing), 인버터 기반 건물 부하 및 전기자동차 데이터 기반 모델링·최적 운영, VPP 시장 설계 및 최적 입찰 전략, 분산전원·VPP·전력망 레벨 사이버보안 기술 개발임. 기대 효과는 분산전원 고장 처리와 사이버 위협 대응이 가능한 차세대 AC/DC 전력망 운영·보호협조·시장/사이버보안 산업화 및 저탄소 에너지 사회 전환 근거 제시임.

본 과제는 재생에너지 확대에 따라 늘어나는 출력제어량을 정교하게 예측하고, 저장수단별로 어떤 조합이 경제적으로 유리한지 정하는 체계를 연구함. 연구목표는 제주지역 연도별 출력제어량 예측과 저장수단별 포트폴리오 구성방안 제시이며, 핵심 연구내용은 제9차 전기본 및 제5차 신기본 계획을 반영해 출력제어량 도출 타당성을 평가하고, 저장수단 잠재량·시장상황을 고려한 실현가능한 Storage Mix와 저장수단 별 보상체계(안) 및 인센티브 논리 도출함. 기대효과는 단기 출력제한 대책·제도개선, Carbon Free Island 보완, 적정 보조금·Storage Mix 로드맵·P2H·P2G 보조금 체계 마련, 탄소중립 시나리오 기초자료 확보임.

◦ 연구의 필요성, 창의성 및 도전성 본 제안연구는 대부분의 선행연구들이 대상을 송전계통에서의 상태추정으로 한정지었다는 사실에서 착안하여 연구대상을 배전계통으로 상정하고자 한다. 배전계통은 ①송전계통과 선로의 R/X 비율이 상이하여 DC 계통으로의 근사가 어렵고, ②계통구성이 빈번하게 변경되며, ③분산에너지원이 빈번하게 추가되고, ④스마트미터, 전기자동차 충전기 등의 보안이 취약한 연계점을 통해 다양한 형태의 FDI 공격이 작용할 수 있는 환경이라는 점이 본 제안연구에서 주목하고 있는 주요한 특징이다. 위와 같은 환경을 가정한다면 FDI 공격자 입장에서는 배전계통의 특징들을 종합적으로 고려하면서 학습시간을 효과적으로 단축하고, 공격의 효과는 극대화시킬 수 있는 창의적인 방법들의 고안이 필요하다. 반대로 FDI를 탐지하고 대응하는 입장에서는 기존보다 고도화된 공격을 탐지하고 비용효율적으로 대응할 수 있는 수단을 마련해야 해 매우 도전적인 작업을 수행해야 한다. 특히, FDI를 방어하는 입장에서는 고도화된 공격전략을 미리 알고 있어야 이를 고려한 더욱더 고도화된 탐지 및 대응전략을 수립할 수 있다. 본 연구제안은 공격의 고도화, 방어의 고도화를 상호반복하면서 FDI 공격에 대한 더 높은 수준의 사이버 보안수준을 달성하고자 하는 새로운 접근방식을 제안하고자 한다. 또한, 기존 연구들에서 많이 다뤄지지 않았던 FDI 공격을 탐지한 후 이에 대한 대응방안까지 같이 고민함으로써 보다 실제적인 배전계통 운영까지 염두에 둔 기술들을 개발하고자 한다. ◦ 연차별 세부 연구목표 [1차년도] - 공격자가 일부 스마트미터와 전기자동차 충전기 연계점에서 탈취한 정보 등을 종합해 배전계통 구성과 상태변수를 추정하는 기술 개발 (System Topology Estimation) - 배전계통 구성에 대한 추정을 기준으로 FDI 공격전략을 제한된 시간 내에 효율적으로 학습할 수 있는 강화학습 체계 개발 [2차년도] - FDI 공격효과 극대화를 위한 적응형(Adaptive) 연속공격기법 1차 공격 후 계통상황을 추정한 뒤 이를 고려하여 추가적인 공격을 시간차를 두고 주입하는 기법을 의미 개발 - 개발한 전략을 반영한 FDI 공격을 고려한 탐지방법 및 공격-탐지 반복기반의 자가학습 프레임워크 개발 [3차년도] - FDI 공격 탐지 시 자동화된 데이터 보정을 통한 방어기능을 탑재한 배전계통 상태추정 기법 개발 - 보정기능의 불완전성에 대비한 배전계통 제어설비 운용을 통한 신뢰도 유지방법 개발 ◦ 추진전략 및 방법 본 연구의 제안자는 2020년에 미래 배전계통 환경에서 분산에너지로 인한 배전혼잡과 전압문제를 심층강화학습 기법을 기반으로 계산된 짧은 주기의 빈번한 계통재구성을 통해 해결하고 이를 통해 불필요한 망 투자수요를 최소화하는 새로운 배전계통 운영방식을 제안한 논문을 유명 학술지에 게재하였다 (참고문헌 S.H. Oh et al. 2020 – 오석화 논문). 본 제안연구는 해당 자체선행연구의 후속연구들 중 한 갈래로 구상된 것이며 지난 연구과정에서 축적한 배전계통 대상의 강화학습에 대한 노하우와 실험실 인프라를 효과적으로 활용하려고 한다. 각 연차별 연구내용들은 상호 유기적으로 연결되어 순차적으로 진행될 예정이다.