美, 전력망 손상 시 스스로 보수하는 AI 개발...정전 피해 막는다

인공지능(AI)이 인간의 일자리를 위협하기 시작해서 벌써부터 걱정하는 목소리가 있다. 그런데 전력망에 문제가 생겼을 때 수리 인력을 사고 현장에 보내지 않고도 해결하는 연구가 미국에서 진행 중이라고 클린테크니카가 25일(현지 시각) 소개했다.

미국의 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories)와 뉴멕시코 주립대학(New Mexico State University)팀이 함께 작은 로봇이 아닌 최첨단 알고리즘 라이브러리를 사용하여 전력망을 자동으로 보수하는 시스템을 개발하고 있다.

이 알고리즘을 전력망 릴레이에 코딩함으로써 시스템은 전력망 운영자가 수리를 시작하거나 지침을 제공하기 전에 가능한 한 많은 곳에 전력을 신속하게 복원할 수 있다.

샌디아 국립연구소의 전기 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 마이클 롭(Michael Ropp)은 "궁극적인 목표는 시스템이 상황이 매우 나빠졌을 때 스스로 임시방편을 마련하고 고칠 수 있는 것"이라며, “시스템이 손상되거나 손상된 후 시스템은 가능한 한 많은 고객에게 전력을 공급하는 새로운 정상 상태에 도달하는 방법을 자동으로 파악할 수 있다. 핵심은 전적으로 로컬 측정으로 수행하므로 값비싼 광섬유나 인간 컨트롤러가 필요하지 않다는 것”이라고 말했다.

마이클 롭이 구상한 미래의 전력망에는 배터리 뱅크와 같은 지역 에너지 저장 시스템과 옥상 태양광 패널 및 풍력 터빈과 같은 재생 에너지 공급이 더 많아질 것이다.

이런 시스템은 중앙 전력망이 다운된 경우에도 병원, 수처리 공장 및 기타 중요 인프라 주변에 마이크로그리드를 형성할 수 있다. 이런 마이크로그리드는 중앙 전력망이 손상되었을 때 자동으로 스스로 치유하고 서로 연결되어 전력을 공유하고 가능한 한 많은 고객에게 서비스를 제공할 수 있다.

마이크로그리드는 전력망의 탄력성을 높일 수 있지만 에너지 생산과 에너지 소비의 균형을 맞추고 시스템 일부가 손상되거나 사용할 수 없게 될 경우 재구성하는 등 중요한 기능을 자동으로 수행해야 한다.

오늘날 재생 에너지원에서 생성된 직류 전기를 전력망이 사용할 수 있는 교류 전기로 변환하는 장치인 전력 인버터를 사용하여 마이크로그리드에서 이런 기능을 하려면 전력망 운영자는 재해 발생 시 신뢰할 수 없고 사이버 공격에 취약할 수 있는 고가의 고속 통신을 설치해야 한다.

그러나, 마이클 롭의 프로젝트 목적은 각 개별 장치가 수행할 수 있는 측정만을 사용하여 스스로 보수하고 비용을 절감하면서 신뢰성까지 높이는 것이다.

인버터가 많은 마이크로그리드의 핵심기능 중 하나는 전력 수요가 공급보다 커지면 소수의 고객을 차단하는 것이다. 천연가스, 석탄 또는 원자력 발전소로 구동되는 전력망에서 이러한 수요-공급 불균형이 발생하면 전력망의 주파수가 떨어진다.

기존 릴레이 알고리즘이 주파수가 떨어지는 것을 감지하면 전력망 일부의 전원을 차단한다. 그러나 마이크로그리드에 전력을 공급하도록 설계된 인버터는 과부하가 걸리면 전원 공급 장치의 전압 조절을 중단한다고 마이클 롭은 말했다.

샌디아 국립연구소 연구팀은 이러한 전압 감소를 사용하여 덜 중요한 고객의 전원을 차단할 시기를 릴레이에 알려주는 알고리즘을 개발했다.

허리케인이나 지진과 같은 자연재해가 발생하는 동안 병원, 생활 보조 시설, 수처리 시설은 특히 중요하므로 전력을 유지하는 것이 중요하다. 은행, 식료품점, 레크리에이션 센터 또는 대피소 역할을 하는 학교도 지역사회의 기능에 매우 중요하지만, 개별 일반 주택과 동네는 상대적으로 중요하지 않다.

또한, 연구팀은 전력망의 망가진 영역을 피하는 방식으로 시스템이 자체 보수할 수 있는 알고리즘도 개발했다. 연구팀은 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 3개의 상호 연결된 마이크로그리드로 구성된 작은 시스템을 모델링하고 통신 없이도 알고리즘을 통해 시스템이 전력 생산과 소비의 균형을 유지한다.

연구원들은 2022년 북미 전력 심포지엄에서 논문 결과를 공유했고, 과학 저널인 전력 공급에 관한 IEEE 트랜잭션(IEEE Transactions on Power Delivery)에도 논문을 발표했다.