상업용 건물에서 전기에너지 소비 절감을 위한 멀티 에이전트 기반의 분산에너지 제어 기술 개발

• Published in: 설비공학 논문집, 32(2) Vol. 32; no. 2; pp. 75 - 87
• Main Authors: 김익성(Ick Sung Kim), 김우현(Woohyun Kim), 송유진(Eu Gine Song)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.02.2020
• Subjects: 기계공학; Model-based control(모델기반 제어); Market-based control(시장기반 제어); Distributed energy control(분산에너지 제어); Building energy(건물에너지)
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2020.32.2.075

본 논문에서는 최근 건물에서의 에너지관리 필요성이 높아지고 있는 가운데 에이전트를 기반으로 분산에너지 제어를 사용함으로써 에너지소비와 피크냉방전력수요 절감에 대하여 건물 냉방시뮬레이션을 통하여 그 효과를 검증하였다. 이를 위해 분산에너지 관리플랫폼을 기반으로 하여 모델기반 사전 대응적인 예측과 시장기반 최적화를 통해 실시간 전기요금에 따라 가장 효율적인 건물 운영방법을 정하고 각 실마다 냉방설정온도와 조도레벨을 제어하였다. 시뮬레이션은 총 5일간 대전 지역의 기상데이터를 적용하여 EnergyPlus로 모델링한 건물의 시뮬레이션을 통하여 3가지 Case를 비교기준조건과 비교하였다. 제안된 방식은 기존의 일정하게 20℃의 실내온도를 유지하는 냉방방식에 비하여 실내 쾌적도를 실내 거주자가 받아들일 수 있는 수준에서 유지하면서 냉방설비의 전력량 비용에 있어서 약 15%(Case 1)와 18% (Case 3) 정도의 효과를 나타내었다. 또한 조명의 조도레벨을 70% 이상 100% 이하의 조도범위에서 설정레벨을 조절을 하면 일정하게 건물의 100% 조도레벨을 유지하는 제어에 비하여 약 11%정도(All Case)의 절감효과를 나타내었다. 본 연구에서 검토한 제어방식의 주목적은 건물에너지 전력량 저감이었으나 피크 냉방부하의 절감에 대한 효과도 함께 비교하였다. 비교운전방식에 비해서 최대부하시간에 11%(Case 1), 18%(Case 2), 15%(Case 3) 정도로 피크전력 부하 절감의 효과를 확인할 수 있었다. 앞서 설명한 바와 같이 모델기반 예측과 시장기반 최적화를 이용한 분산에너지 제어 기술은 thermal mode을 활용하여 매 타임스텝별 에너지수급과 비용이 균형을 이루는 점을 찾아 시장원리에 기반을 둔 최적제어 방법을 선택하였다. 또한, 에이전트 제어를 통해 자율적인 제어가 가능하여 각 에이전트별 상태와 목표에 따른 최적제어 방향에 의해 냉방설정온도 및 조도레벨을 바꿔주기 때문에 재실자의 편의성이 향상되었다. 건물의 다양한 설비 운영에 대한 최적화뿐만 아니라 분산되어 있는 다양한 에너지원(가스, 전기, 태양열등)으로 구성된 건물의 경우 각 에너지원의 요금제를 고려해 가장 운영비를 절감할 수 있는 운전방법의 선택이 가능하며 멀티 에이전트는 분산에너지 관리플랫폼을 활용해 만들어졌기 때문에 에이전트를 새로 만들고 활용하는 데에 제한이 없으며 각 구성 요소들을 따로 제어할 수 있는 분산 제어를 활용해 지역적으로 분산된 신 재생에너지원들을 관리하고 활용하는 것이 가능할 것이다. The electric utility industry is faced with the growing challenge of providing a stable supply of power to meet the public’s demand, while also integrating rapid growth in distributed variable renewable generation. Traditional means of balancing short- and long-term supply and demand imbalance will be costly. Alternative approaches to using flexible loads in buildings are needed to mitigate the imbalance at a lower cost. In this paper, a agent-based distributed control strategy is proposed for commercial buildings to coordinate the electricity consumption of air handling units with variable air volume, chiller system, and lighting systems. Based on the market-based control, the electricity consumption is adjusted by changing temperature set-points and dimming levels in response to the market equilibrium price. The proposed strategy was tested and validated in a simulation environment. The results demonstrate the agent based-distributed control strategy managed the controllable loads in the building to maintain the electricity consumption at the desired level without significant impact on occupants’ comfort. Overall, the results demonstrate that the ILC allows coordination of the controllable loads and provides energy consumption savings. KCI Citation Count: 1