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그린뉴딜 시대에도 전력망의 운영 효율성과 안전성을 담보할 수 있을까.
KAIST AI대학원 김기응 교수 연구팀(홍성훈, 윤든솔 석사과정, 이병준 박사과정)이 인공지능 기반 전력망 운영관리 기술을 겨루는 국제경진대회인 ‘L2RPN 챌린지(Learning to Run a Power Network Challenge 2020 WCCI)’에서 최종 1위를 차지했다.
이 대회는 기계학습 연구를 촉진하기 위한 각종 경진대회를 주관하는 비영리단체 ChaLearn, 유럽 최대 전력망을 운영관리하는 프랑스 전력공사의 자회사 RTE(Reseau de Transport d‘Electricite)社 및 세계 최대 규모의 전력 회사 SGCC(State Grid of China)의 자회사인 GEIRI North America(Global Energy Interconnection Research Institute, 북미 글로벌 전력망 연계 연구소)이 공동주최했다. 세계 각국의 50여개 팀이 5월 20일부터 6월 30일까지 온라인으로 참여해 성황리에 마감됐다.
이 대회의 1위를 차지한 연구는 과기정통부 에너지 클라우드 기술개발 사업의 지원으로 설치된 개방형 에너지 클라우드 플랫폼 연구단과제로 수행됐다.
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신재생 에너지 많이 쓰면 전력망 운영 복잡도 증가
실제로 독일의 경우 신재생 에너지 비율이 30%가 넘어가면서 전력사고가 3,000건 이상 증가할 정도로 심각하며, 미국의 ENRON 사태 직전에도 에너지 발전과 수요 사이의 수급 조절에 문제가 생기면서 잦은 정전 사태가 났었던 예도 있다.
전력망 운영 AI 도입 초기 단계
전력망 운영에 인공지능 기술 도입은 아직 초기 단계이며, 현재 사용되고 있는 전력망은 관리자의 개입 없이 1시간 이상 운영되기 힘든 실정이다. 이에 프랑스의 RTE(Reseau de Transport d’Electricite) 社는 전력망 운영에 인공지능 기술을 접목하는 경진대회 ‘L2RPN’을 2019년 개최했다.
시간에 따른 공급-수요의 변화, 시설 유지보수 및 재난에 따른 급작스러운 단전 등 다양한 시나리오에 대해 전력망 운영관리 능력의 평가가 이뤄졌다.
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국가 수도 규모 전력망 가능한 인공지능 에이전트 개발
김기응 교수 연구팀은 전력망 구조를 효과적으로 반영할 수 있는 그래프 신경망 모델 기반의 강화학습 에이전트를 개발해 대회에 참가했다.
기존의 에이전트들은 소규모의 전력망에서만 적용 가능하다는 한계가 있었지만, 본 연구팀의 에이전트는 국가 수도 규모의 복잡한 전력망에도 적용 가능한 에이전트를 개발했다. 연구팀이 개발한 인공지능 전력망 운영관리 에이전트는 주어진 모든 테스트 시나리오에 대해 안전하고 효율적으로 전력망을 운영하여 최종 1위의 성적을 거뒀다.
우승팀에게는 상금으로 미국 실리콘밸리에 있는 GEIRI North America를 방문할 수 있는 여행경비와 학회참가 비용 3,000달러가 주어진다. 연구진은 앞으로도 기술을 고도화해 국가 규모의 전력망과 다양한 신재생 에너지원을 다룰 수 있도록 확장할 계획이다.