슈퍼컴퓨터 시스템의 성능과 보유 용량이 증가함에 따라 전력소비, 전산실 냉각, 시스템 설치 공간, 유지비용 등의 여러 가지 문제가 대두되고 있다. 이러한 문제의 시작은 슈퍼컴퓨터의 성능증가에 따라 전력밀도가 증가하는 것과 관계가 있다. 그래서 제조사에서는 저전력 서버, 고효율 서버를 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 또한, 시스템 관리측면에서도 시스템 가상화, 통합화를 통하여 서버의 수를 줄여서 전력소비를 줄이는 방안도 나오고 있다. 본 논문에서는 24시간 365일 서비스를 하는 시스템을 위하여 시스템을 사용하지 않는 시간에는 전원을 끄고 작업이 시작되면 다시 서버에 전원을 공급하여 살리는 기능을 자동적으로 하는 전원자동관리 시스템(Automatic Power Management System, APMS)을 개발하였다. APMS를 이용하여 에너지 절감효과를 기술하였다.
국내외적으로 스마트그리드 구축을 위해 스마트미터, 센서, PMU(Phasor Measurement Unit) 및 IED(Intelligent Electronic Device) 등의 다양한 장치들이 전력시스템에 보급되고 있다. 스마트미터는 전력소비자의 전력사용량 뿐 아니라 다양한 계량 정보를 상위 수집시스템에 전달할 수 있는 기능을 갖추고 있으며, 계통에 설치된 여러 종류의 센서, PMU 및 IED들 또한 상위 감시제어시스템에 수많은 데이터를 제공한다. 이렇듯 스마트그리드 구축에 따른 스마트미터의 보급, 센서 및 IED의 확산에 따라 전력시스템에서 발생되는 방대한 데이터의 관리 문제와 어떻게 이들 데이터를 전력시스템 운영에 유용하게 활용할 수 있는가에 대한 문제들이 새롭게 부각되고 있다. 본 논문은 스마트그리드 구축에 따라 발생되는 수많은 데이터의 관리와 이들 데이터의 활용사례에 대하여 기술한다.
국내에는 다양한 스마트 전력기기들이 충분히 개발되어 있는 상황으로 빌딩의 전력 관리 시스템(이하 BEMS)를 구축하고 효율적으로 사용하기 위한 인프라가 충분히 갖추어 있다. 하지만 기존 건물 내배선의 유연성 부족으로, 효율적인 운영을 위해서는 상태 정보를 취득하고 이를 바탕으로 전기 설비 구조 변경 공사를 통할 수밖에 없는 상황이다. 그리고 빌딩의 대형화에 따라 전력 사용량이 커짐으로, 운영을 통한 효율성 관리 여지가 커지고 있다. 따라서 본 문에서는 빌딩 내 전력 배분의 유연성을 가질 수 있는 전력 설비를 투자하고 이를 운영하기 위해 취득 데이터를 바탕으로 3상 급전 해석 코어를 설계하고 BEMS에 추가적으로 운영을 지원하는 시스템을 설계한다.
유비쿼터스 시대에 진입하면서 시장은 편의성과 휴대성을 점점 요구하고 한 장치에서 다양한 기능들을 수행할 수 있는 "all-in-one" 제품을 지향하고 있다. 특히 mp3player, 동영상 레이어 같은 멀티미디어요소는 모바일 디바이스에서 빠질 수 없는 기능이 되었다. 그러나 디바이스가 다양한 기능을 수행하게 될수록 내부의 하드웨어들은 더 많은 전원을 필요로 하고 있지만, 휴대성이 강조되는 모바일 디바이스에서 전지의 발전 속도가 모바일 디바이스에서 요구되는 전원모델을 충족시키지 못하고 있다. 따라서 전원 관리는 모바일 디바이스의 휴대 시간 증가를 위해서 매우 중요한 사항이 되었다. 본 논문에서는 임베디드환경의 모바일 멀티미디어 플랫폼에서 전력을 통합적으로 관리 할 수 있는 시스템 구현에 대해서 기술한다. 어플리케이션이 요구하는 전력공급 시스템을 설계하고, 이를 응용프로그램에서 제어할 수 있는 통합 소프트웨어인 디바이스 드라이버와 API를 설계하여 현재 산업계에서 요구하는 middle & high range 제품군(Smart Phone/PMP/DMB 등)에 최적화된 전력 관리 솔루션을 제공하고자 한다.
급격하게 증가하는 무선데이터의 수요를 충족시키기 위해서 주파수 효율이 보다 좋은 통신시스템을 개발하려는 많은 연구가 진행되고 있다. 주파수 이용 효율이 획기적으로 개선된 통신시스템이 개발되지 않는 이상 통신사업자는 무선데이터 수요를 충족시키기 위해서 많은 수의 기지국을 운용해야 한다. 때문에 통신사업자는 기지국 장비의 운용 및 유지비용을 절감하는 시스템이 반드시 필요하다. 무선데이터의 수요는 시간, 장소 등에 따라서 유동적으로 변화한다. 만약 무선데이터의 수요에 따라서 운용중인 기지국 장비들을 상황에 맞게 선택적으로 운용한다면 많은 전력을 절감할 수 있다. 본 논문에는 무선트래픽의 수요가 급격히 감소하는 심야에 무선통신 장비의 전원을 제어하거나, 전력 피크 시간에 전력 수요관리를 통해서 기지국 장비의 소모 전력을 줄임으로써 운용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 이동통신 장비의 전력관리 시스템의 설계와 구현에 대해서 기술한다. 본 논문에서 제안하는 시스템의 타당성을 검증하기 위해서 현장시험을 수행하였으며, 현장시험에서는 통신 트래픽이 줄어드는 심야 시간에서 무선통신 장비의 소모 전력을 관리함으로써 기지국 장비의 소모 전력을 26% 줄일 수 있음을 입증하였다.
휴대 기기의 보급 확대에 따라 작은 배터리의 사용 시간 연장을 위해 배터리의 전력 관리 기법이 필요하다. 기존의 전력 관리 기법들은 전압 변경에 따른 오버헤드를 고려하지 않거나 부분적으로 고려하였다. 따라서 전압 변경 오버헤드는 개인용 멀티미디어 시스템의 실시간 태스크의 스케줄을 보장 못하는 경우가 발생할 수 있다. 본 논문은 전압 변경 오버헤드를 고려하면서 시스템의 이용률 정보를 바탕으로 사용 가능한 주파수의 개수와 연속된 주파수 사이의 간격을 조절하여 소비 전력을 줄이는 전력 관리 알고리즘을 제안한다. 본 알고리즘은 주파수 변경 회수를 줄여 기존의 CC RT-DVS 방법과 smoothing 방법에 비해 10에서 25%정도 소비 전력을 절감할 수 있다.
전력선 가입자망은 그 잠재적인 활용도가 매우 높아 국내외 전력 회사들의 관심도가 매우 높아지고 있다. 기존의 단순한 전력 공급만을 목적으로 하던 수용가의 전력선을 통신망으로 이용하면 전기 이용은 물론 정보가전기기, 컴퓨터 기기 등의 홈 네트워킹, 홈 오토메이션 및 인터넷 통신이 가능하게 됨으로써 관련 업종의 경쟁력 제고와 전력 사용기기를 최적 제어함으로써 가정의 편리성과 에너지 효율을 극대화 할 수 있다. 또한 전력선망을 보유한 전력회사에서는 원격 수요관리, 검침 및 자동화 기술을 통하여 보다 효율적인 전력 운영과 수용가 이익을 증대화 시킬 수 있다. 본 논문에서는 전력선 통신을 이용하여 원격검침, 수요관리, 고객 관리 및 전력 정보 제공, 심야전력 관리 및 감시 등의 다양한 서비스를 경제적으로 제공하기 위하여 우리나라 실정에 맞는 전력부가 서비스 시스템의 주요 기기들을 설계하고 개발한다.
사회의 발달에 따라 전기 전자 통신설비에 대한 중요성 및 이용률이 커짐에 따라 전기사고 발생 시 파급되는 인적, 물적 피해 또한 급증하여 안정적인 전력공급이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 수배전반 전기사고 사전 예방을 위해 전기 관리자가 시간과 장소에 구애받지 않고 전력설비의 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 구축한 스마트폰을 활용한 수배전반 종합 감시 시스템에 대하여 설명한다. 스마트폰을 활용한 수배전반 종합 감시 시스템은 크게 전력설비의 상태를 모니터링 할 수 있는 감시부분, 설비 데이터 분석을 통해 전력설비의 상태를 미리 예측하고 이상을 진단하는 진단부분, 그리고 승인된 관리자만 접속 및 관리가 가능하도록 하는 보안부분으로 구성하였다. 향후 스마트폰을 이용한 수배전반 종합 감시 시스템의 활용은 수배전반 전기 사고의 감소와 관리 효율 증대에 큰 도움이 될 것으로 사료된다.
현대의 제 기술 시스템, 특히 IT 시스템의 서비스의 운용은 전기에너지와 불가분의 관계에 있다. 주요 IT 시스템 일수록 전기의 안정적인 공급을 위해 무정전전원 장치(UPS)를 두고 있다. 그러나 UPS는 상용전원(commercial power)에 문제가 생겼을 때 작동하지 않는 사례가 많이 보고되고 있으며 이로 인해 해당 기업 혹은 기관에서는 설비 및 데이터의 손상과 서비스의 중단으로 인해 기업브랜드 가치 손상과 많은 복구비용을 부담하게 된다. 본 논문에서는 UPS 및 정류기 등에 예비전력으로 사용되는 산업용 고정형 축전지설비에 대한 서비스의 배경, 축전지 관리, 도입 효과를 기술하고 이를 IT 서비스화 하는 것에 대해 기술한다. 또한 축전지설비 진단 기술 및 예비전력 관리시스템 설계 시 고려사항에 대해 기술하고 예비전력관리에 관한 시장, 사업모델, 향후 전망 그리고 시장활성화 방안에 대해서 제안한다.
최근 휴대용 임베디드(Embedded) 시스템들은 크기는 작아지나 사용자들의 요구를 만족시키기 위해서 여러 가지 복합적인 기능을 내장하고 있다. 복합적인 기능 수행을 하기 위해서는 처리 능력이 뛰어난 프로세서들을 사용해야만 하고 시스템의 크기를 줄이기 위해서 적은 용량의 배터리를 사용하는 것이 일반적이다. 그러므로 시스템을 한번 충전한 후에 사용할 수 있는 배터리 사용 시간(Battery Life Time)은 중요한 문제로 대두되고 있다. 시스템의 배터리 사용 시간을 늘리기 위해서는 효율적인 전원 설계, 기능 수행에 따른 전력 관리 그리고 프로세서의 전압과 프로세서 클럭(Clock)의 주파수를 최적화하는 것이 가장 중요하다. 이를 위해서 본 논문에서는 전력 효율을 예측하여 시스템의 전체적인 전력 효율을 최적화하는 전원 구성을 하였으며 각 기능에 따른 전력 관리를 위해서 음악 파일 재생과 동영상 파일 재생을 위한 마이크로 프로세서를 사용하고 디지털 멀티미디어 방송(Digital Multimedia Broadcasting) 시청을 위한 별도의 마이크로 프로세서를 사용함으로써 음악 재생과 동영상 재생 시에는 디지털 멀티미디어 방송시청을 위한 마이크로 프로세서에 전원 공급을 차단함으로써 전력 관리를 최적화한다. 마지막으로 시스템에서 사용되는 프로세서들의 전력 관리를 위해 가변 전압 주파수 스케일링(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)을 적용하여 프로세서들 또한 최적화하고 실제 구현된 시스템에 실험 결과들을 통하여 감소된 소비 전력의 결과를 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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