[논문]수요자원으로써의 조명제어시스템 연구

김정욱

doi:10.5855/energy.2015.24.3.115

수요자원으로써의 조명제어시스템 연구
A study on the lighting control system as a demand resources 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.24 no.3, 2015년, pp.115 - 121

초록
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본 논문은 수요 자원으로 활용이 가능한 조명제어 시스템을 연구하였다. 기존의 조명제어 알고리즘은 에너지수요에 관계 없이 에너지량을 절감하거나 수요자원으로 활용하기 위하여 수용가의 불편을 감수하면서 강제적으로 조명을 차단하는 알고리즘을 사용하고 있다 이 논문에서는 사용자의 근무 괘적성을 유지하면서도 수요자원으로서 활용이 가능한 새로운 조명제어 알고리즘을 제시하고, 시뮬레이션을 통하여 유용성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the introduction plan of the renewable energy in innovation city. The introduction plan to make the condition of innovation city best should consider the economical efficiency, the quality of life and the sustainable development. The design of balanced city is demanded to build environment friendly and sustainable city. Energy efficient buildings should be designed to deal with the energy efficiency and environment problem. Therefore, in this paper, we analyze the energy efficiency and provide the method to introduce the renewable energy system, in various buildings. As a result, the renewable energy plans of each innovation city are suggested and analyzed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

조명제어 시스템의 에너지 절약 효과를 산정하기 위하여 표준화된 측정 방법이 필요하다. 건물의 종류 (사용 형태에 따른 구분)에 따른 시간대별 표준 점유율을 기준으로 조명 에너지절감 알고리즘의 효과를 측정하는 것이다. 유럽의 EN15232(Energy performance of buildings Impact of Building Automation, Controls and Building Management)는 건물의 종류별로 시간대별 점유율을 제시하고 있다.
패턴제어는 신(Scene) 제어라고도 하며, 정해진 구역의 조명회로 중에 특정 환경 또는 시간대에 점등이 필요한 조명회로를 패턴으로 구분하여 조건에 맞는 조명만 점등하도록 한다. 동일 근무 공간에서 근무 시간의 조명과 점심 시간의 조명 패턴을 달리 유지하여 에너지를 절약하고자 하는 것이다. 그룹제어와 패턴제어는 독립적으로 적용되며 패턴은 근무 시간 이후와 청소, 점심 시간에 적용이 가능하다.
전력 수요관리라고 하는 국가적인 필요성이 있으나 조명이 근무 효율에 끼치는 영향이 크므로 에너지 Conservation 방안이 가지는 비효율성을 개선할 필요가 있으며 조명의 질적 수준이 보장되지 않는 상태에서의 에너지절감 효과 산정이 가지는 문제점을 보완 할 수 있도록 수요 기반의 새로운 조명에너지 절감 알 고리즘을 도입하였다. 또한 논문에서는 표준화된 시간 대별 점유율 조건하에 조명 제어 시스템의 에너지절감 효과를 산정할 수 있는 방법론을 제시하였다.
본 논문에서는 기존의 조명 에너지절감 알고리즘을 에너지 Efficiency와 Conservation 관점으로 정리하였다. 전력 수요관리라고 하는 국가적인 필요성이 있으나 조명이 근무 효율에 끼치는 영향이 크므로 에너지 Conservation 방안이 가지는 비효율성을 개선할 필요가 있으며 조명의 질적 수준이 보장되지 않는 상태에서의 에너지절감 효과 산정이 가지는 문제점을 보완 할 수 있도록 수요 기반의 새로운 조명에너지 절감 알 고리즘을 도입하였다.
본 논문에서는 조명 시스템의 에너지절감 방안을 정리하였고, 건물에너지 피크수요를 저감하면서도 건물 내 근무자의 근무 환경 저하를 최소화하는 전력 수요관리 방법을 제시하고자 한다.
전력 수요관리는 국가적인 관심사로 필요성이 인정되나 에너지량을 줄이는 것과 함께 조명 환경의 질적 저하를 최소화하는 방안이 제시되어야 한다. 본 논문에서는 조명 질을 고려한 조명 에 너지절감 방안을 제시하여 이러한 문제점을 보완하고자 한다.
본 알고리즘의 효율성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 전체 구역이 n개의 소지역으로 구분되어 있고, 피크 설정치는 C개의 소지역이 전부 점등이 된 경우의 에너지량으로 가정한다.
유럽의 EN15232(Energy performance of buildings Impact of Building Automation, Controls and Building Management)는 건물의 종류별로 시간대별 점유율을 제시하고 있다. 우리나라도 이러한 기준의 제시가 필요하나, 이러한 논의는 본 논문의 범위를 벗어나는 문제이므로, 본 논문에서는 표준 조건하에서 조명 에너지절감량을 산정하는 방법을 제시하도록 한다.
조명 에너지절감을 위한 위하여 LED 조명에 대하여 조명의 디밍 레벨을 조정하는 것이다. 특수 기능이 내장된 발리스터를 채택한 형광등의 경우에도 조도 제어가 가능하다.

가설 설정

근무 시간에는 그룹제어와 패턴제어가 둘다 사용될 수 있으나, 근무 시간에 패턴제어를 활용하는 경우는 적용 시간에 맞추어 조명회로를 지정하는 설정 작업을 추가로 하여야 한다. 따라서, 근무 시간에는 그룹제어를 적용한다고 가정한다. ESB = ES_B(T₃) + ES_B(T₅)이고, ES_C = ES_C(T₁) + ES_C(T₂) + ES_C(T₄) 이다.
본 알고리즘의 효율성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 전체 구역이 n개의 소지역으로 구분되어 있고, 피크 설정치는 C개의 소지역이 전부 점등이 된 경우의 에너지량으로 가정한다. 각 소지역의 공간 점유율이 변하는 경우에 전체 에너지량이 C를 초과하는 경우에만 에너지 절감제어를 수행한다.

제안 방법

각 알고리즘이 적용 가능한 시간대를 지정하기 위하여 하루를 야간(T₁), 청소(T₂), 오전근무(T₃), 점심(T₄), 오후근무(T₅) 시간대로 분리하였다. 시간대별 조명에너지 절감량을 산정하여 전체 조명에너지 절감량 산정이 가능하다.
본 논문의 새로운 알고리즘(Fig. 2)에서는 기존 연구를 보완하여 전력 수요관리에 따른 사용자의 불편을 최소화하도록 설정된 전력 목표치를 초과하면 기존 조명의 조도를 줄여서 피크수요를 줄이도록 한다. [5]의 알고리즘이 최초의 설정치를 사용자가 임의로 설정하는 반면에 이 알고리즘은 부하관리사업자(또는 Load Aggregator)의 DR(Demand Response) 프로그램에 의하여 목표 전력 설정치를 결정하게 된다.
본 논문에서는 기존의 조명 에너지절감 알고리즘을 에너지 Efficiency와 Conservation 관점으로 정리하였다. 전력 수요관리라고 하는 국가적인 필요성이 있으나 조명이 근무 효율에 끼치는 영향이 크므로 에너지 Conservation 방안이 가지는 비효율성을 개선할 필요가 있으며 조명의 질적 수준이 보장되지 않는 상태에서의 에너지절감 효과 산정이 가지는 문제점을 보완 할 수 있도록 수요 기반의 새로운 조명에너지 절감 알 고리즘을 도입하였다. 또한 논문에서는 표준화된 시간 대별 점유율 조건하에 조명 제어 시스템의 에너지절감 효과를 산정할 수 있는 방법론을 제시하였다.

성능/효과

본 알고리즘은 조명제어 시스템과 출입통제 시스템의 연계를 통하여 효율적인 구축이 가능하다. 출입통제 시스템에 의하여 출입 요구가 발생하면 전체 조명 전력량을 예측하여 새로운 점등 지역에 적용할 조도를 계산하여 조명을 제어하게 된다.
소지역의 점유율에 따른 시간별 분포는 랜덤으로 생성하였으며, 점유율이 높을수록 에너지 절감 효과가 커짐을 알 수 있다. Fig.

후속연구

인원의 출입이 빈번한 출퇴근 시간 및 점심 시간 전후에 더욱 효과가 높을 것으로 생각된다. 본 알고리즘은 다수 건물의 에너지를 원격지에서 관리하는 군관리 체계에서 조명제어에 유용하게 활용이 가능하다. 군관리 체계에서는 수요반응 연계를 위하여 Polynomial 시간안에 수행이 가능한 부하배분 알고리즘[2]에 의하여 각 수용가의 피크 설정치를 결정하여 수요반응 연계를 수행할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	조명제어 시스템은 무엇에 따라 시스템의 구조 및 배선 방법이 결정되는가?	조명제어 시스템은 조명회로(또는 전등회로)와 조명스위치를 매칭하는 방법에 따라 시스템의 구조 및 배선 방법이 결정된다.
	조명을 제어하는 최소 단위가 개별 조명등기구인 경우에 어떤 기술을 이용하여 통신을 하는가?	지능형 스위치를 이용하여 동작하는 경우에는 조명기구별로 조명 전용 제어장치와 통신 결선이 필요하다. 이 경우에 DALI (Digital Addressable Lighting Interface) 또는 PLC (Power Line Controller) 기술을 이용하여 통신을 하게 된다.
	건물의 에너지 소비 합리화가 저탄소 녹색성장의 중요한 과제가 되고 있는 이유는?	전체 국가 에너지의 22%를 건물에서 차지하고 있어 건물의 에너지 소비 합리화는 저탄소 녹색성장의 중요한 과제가 되고 있다. 최근에는 ICT 기술을 활용하여 에너지 수요를 조절하는 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다[1][2].

참고문헌 (7)

Seung-Kwon Yang, Dae-Young Kim, "A Study on the Cost Effective DSM Method for Lighting Power Control through Pilot Test Based on Pre-Verified Methodologies", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 27, No. 2, pp. 7-13, 2013
Jin-Ho Kim, Seong-Cheol Kim, Jong-Bae Park,, "A Demand-side Valuation and Application of Office lighting Dimming Control in Electricity Markets", Journal of the Korean institute of illuminating and electrical installation engineers, Vol. 22, No. 2, pp. 35-41, 2008
Jeong-uk Kim, Chang-Jin Boo, Jeong-Hyuk Kim, Seong-Bo Oh, and Ho-Chan Kim, "A Study on the Effective M&V Method for the Lighting Control System",Journal of Energy Engineering, Vol. 20, No. 3, pp. 216-223, 2011

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Jeong-uk Kim, "Building AHU Load Control Algorithm based on Demand Response", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 60, No. 9, pp. 1658-1662, 2011
Jeong-uk Kim, "A New Load Control Algorithms based on Power Consumption", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 59, No. 9, pp. 1658-1662, 2010
Yukio Akashi, Jason Neches, Andy Bierman, Energy Savings for load shedding ballast for fluorescent lighting systems, Lighting Research Center, 2002
Jeong-uk Kim,, "A New Load Allocation Algorithms of Direct Load Control", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 59, No. 2, pp. 407-410, 2010

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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