디지털트윈 기반 홈에너지관리시스템 프레임워크 개발
Development of a home energy management system framework based on digital twins
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초록
디지털트윈 기술은 제조업 분야에서 시작되어 스마트 시티, 에너지, 운송, 헬스 등 다양한 산업으로 빠르게 확산되고 있다. 이 기술은 여러 시스템과 조직 간의 데이터 통합을 향상시켜 더 정교한 모델링과 예측을 가능하게 하며, 이를 통해 운용 효율성을 높이고 의사 결정을 개선한다. 스마트홈 분야에도 디지털트윈 기술을 적용하는 연구가 시도되었으나 개념 실증 정도에 그치고 있으며, 실질적인 구현을 통한 검증 사례는 찾아볼 수 없다. 본 논문에서는 디지털트윈 기술을 스마트홈의 에너지 관리에 활용하여 에너지 효율화를 위한 디지털트윈 기반 홈 에너지 관리 시스템의 프레임워크를 제안한다. 제안된 프레임워크는 스마트홈의 다양한 서비스에 적용할 수 있는 다목적 프레임워크를 제공하는 것을 목표로 하며, 구축 비용을 절감하기 위해 오픈소스 소프트웨어 기반의 기술 스택을 활용하여 구현된다. 구현된 시스템은 실제 사용자가 거주하는 공동주택에 장기간 설치 및 운영함으로써, 시스템의 실행 가능성, 유용성, 확장성을 검증한다.
Abstract
Digital twin technology, which originated in the manufacturing sector, is rapidly expanding into various industries such as smart cities, energy, transportation, and healthcare. This technology enhances data integration across multiple systems and organizations, enabling more precise modeling and prediction, thereby improving operational efficiency and decision-making. Although research has been conducted to apply digital twin technology in the smart home sector, it has mostly been limited to conceptual demonstrations, with no substantial implementation and verification cases. This paper proposes a framework for a digital twin-based home energy management system aimed at improving energy efficiency by utilizing digital twin technology in smart home energy management. The proposed framework is designed to be a versatile platform applicable to various smart home services and is implemented using an open-source software-based technology stack to reduce construction costs. The system is tested and verified by installing and operating it over an extended period in a residential apartment where actual users live, thereby validating its feasibility, utility, and scalability.
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