복잡한 전력망에도 적용 가능한 인공지능 에이전트 개발
[기계신문] 한국과학기술원(KAIST) 인공지능(AI)대학원 김기응 교수 연구팀이 인공지능 기반 전력망 운영관리 기술을 겨루는 국제경진대회인 ‘L2RPN 챌린지(Learning to Run a Power Network Challenge 2020 WCCI)’에서 최종 1위를 차지했다.
기계학습 연구를 촉진하기 위한 각종 경진대회를 주관하는 비영리단체 ChaLearn, 유럽 최대 전력망을 운영 관리하는 프랑스 전력공사의 자회사 RTE(Réseau de Transport d'Électricité) 및 세계 최대 규모의 전력 회사 SGCC(State Grid of China)의 자회사인 GEIRI North America(Global Energy Interconnection Research Institute)가 공동 주최한 이번 대회는 세계 각국의 50여 팀이 약 40일간(2020.5.20.~6.30.) 온라인으로 참여해 성황리에 마무리됐다.
단순한 전력망이 스마트그리드를 넘어서 에너지 클라우드 및 네트워크로 진화하려면 신재생에너지의 비율이 30% 이상이 되어야 하고, 신재생에너지 비율이 높아지면 전력망 운영의 복잡도가 매우 증가한다.
실제로 독일의 경우 신재생에너지 비율이 30%가 넘어가면서 전력사고가 3,000건 이상 증가할 정도로 심각한 상황이며, 미국의 ENRON 사태 직전에도 에너지 발전과 수요 사이의 수급 조절에 문제가 생기면서 잦은 정전 사태가 났다.
전력망 운영에 인공지능 기술 도입은 아직 초기 단계이며, 현재 사용되고 있는 전력망은 관리자의 개입 없이 1시간 이상 운영되기 힘든 실정이다. 이에 프랑스 RTE는 전력망 운영에 인공지능 기술을 접목하는 경진대회 ‘L2RPN’을 2019년 처음 개최했다. 이 대회는 IEEE-14라는 14개의 변전소를 포함하는 가상의 전력망에서 단순한 운영을 목표로 열렸다.
2020년 대회는 ‘L2RPN 2020 WCCI 챌린지’라는 이름으로 특정 국가 수도 규모의 복잡한 전력망을 72시간 동안 관리자의 개입 없이 스스로 안전하고 효율적으로 운영될 수 있는 인공지능 전력망 관리 에이전트를 개발하는 것을 목표로 열렸다. 시간에 따른 공급-수요의 변화, 시설 유지보수 및 재난에 따른 급작스러운 단전 등 다양한 시나리오에 대해 전력망 운영 관리 능력의 평가가 이뤄졌다.
김기응 교수 연구팀은 이번 2020년 대회에서 전력망 구조를 효과적으로 반영할 수 있는 그래프 신경망 모델 기반의 강화학습 에이전트를 개발해 참가했다. 기존의 에이전트들은 소규모의 전력망에서만 적용 가능하다는 한계가 있었지만, 김 교수 연구팀은 국가 수도 규모의 복잡한 전력망에도 적용 가능한 에이전트를 개발했다.
연구팀이 개발한 인공지능 전력망 운영관리 에이전트는 주어진 모든 테스트 시나리오에 대해 안전하고 효율적으로 전력망을 운영해 최종 1위의 성적을 거뒀다. 우승팀에게는 상금으로 미국 실리콘밸리에 있는 GEIRI North America를 방문할 수 있는 여행경비와 학회 참가 비용 3,000달러가 주어진다.
김기응 교수는 “앞으로도 기술을 고도화해 국가 규모의 전력망과 다양한 신재생에너지원을 다룰 수 있도록 확장할 계획”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 에너지 클라우드 기술개발 사업의 지원으로 설치된 개방형 에너지 클라우드 플랫폼 연구단과제로 수행됐다.
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