마이크로소프트 리서치, 美 전력망 송전 토폴로지 오픈 데이터셋 공개… 48개 주·이스턴 인터커넥션 21,697개 버스 규모

마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)가 공개적으로 이용 가능한 데이터만을 활용해 구축한 미국 전력망의 송전 토폴로지 근사 모델을 오픈 데이터셋으로 공개했다. 미국 본토 48개 주를 포괄하며 다중 주(multi-state) 단위의 인터커넥션 규모 네트워크까지 포함한다.

공개된 데이터셋은 단 11개의 버스(bus)로 구성된 소형 시스템부터 21,697개 버스를 연결하는 전체 이스턴 인터커넥션(Eastern Interconnection) 그리드에 이르기까지 다양한 규모를 다룬다. 파이프라인은 미국 본토 전역에서 검증되었고, 비교 가능한 공개 데이터가 존재하는 다른 지역으로도 일반화될 수 있도록 설계됐다.

이 모델들은 AC 최적 전력 흐름(AC Optimal Power Flow, AC-OPF) 분석을 지원해, 송전 혼잡(congestion), 용량(capacity), 수요 입지(demand siting) 같은 문제를 제한된 데이터 없이도 물리 기반으로 연구할 수 있게 한다. 마이크로소프트 리서치는 송전 확장 잠재력 평가, 표적 송전선 업그레이드, 대규모 데이터센터 부하 배치 등의 적용 사례를 함께 제시했다.

전 세계 대다수 지역과 마찬가지로 미국에서도 현실적인 송전 단계 그리드 데이터는 핵심 인프라 정보(critical infrastructure information)로 분류돼 엄격한 접근 통제 대상이다. 이 때문에 연구자들은 보통 수십 개 버스 규모의 '토이(toy)' 네트워크나 실제 인프라와 무관한 합성 모델 가운데 하나를 택해야 했다. 데이터 기반·AI 기반 접근법에는 물리적으로 타당한 대규모 그리드 데이터가 필요해 이런 한계가 특히 제약으로 작용해 왔다.

파이프라인의 출발점은 송전 회랑(transmission corridor), 변전소, 발전소의 물리적 배치 정보를 담고 있는 오픈스트리트맵(OpenStreetMap)이다. 이 지리적 골격에 미국 에너지정보청(EIA) 에너지 통계와 미 인구조사국(U.S. Census) 데이터 등 공개 데이터셋을 결합해 발전 용량, 연료 구성(fuel mix), 수요, 운영 경계 등을 보강한다.

핵심 검증 기준은 '풀이 가능성(solvability)'이다. 최적 전력 흐름(OPF) 문제를 풀어, 송전선 용량·전압 한계·발전기 능력 같은 물리적 제약을 만족하면서 수요에 맞춰 발전을 배분할 수 있는지 확인하는 방식이다. 마이크로소프트 리서치는 36개 주를 가로지르고 2만 개 이상의 버스를 포함하는 전체 이스턴 인터커넥션에 대해 공개 데이터만으로 AC-OPF를 풀어내며, 대륙 규모에서도 수렴 해(convergent solution)가 도출됨을 입증했다.

모델의 한계도 분명히 했다. 운영 그리드의 정확한 복제본이 아니며, 시장 예측이나 전력 균형 당국의 실시간 운영 의사결정용도 아니다. 전기적 파라미터는 표준 엔지니어링 참고 자료에서 추정하고, 병렬 회로는 모두 열거하지 않고 근사하며, 수요는 공개 데이터 기반의 공공 프록시(public proxy)로 배분된다. 목표는 공개 데이터만으로 개별 주부터 다중 지역 시스템까지 구조적·전기적으로 현실적인 모델을 만드는 것이다.

기하학적으로 정합한 그리드 모델은 신규 송전 용량의 물리적 가능 위치를 따지는 데 활용될 수 있다. 송전 회랑은 전송 가능한 회로 수에 물리적 한계를 갖는다. 회로 하나에는 도체(conductor) 3개가 필요하며, 대부분의 송전탑 구조는 1~3개 회로(도체 3~9개)를 수용한다. 그 이상으로 용량을 늘리려면 새로운 통행권을 확보해야 하는데, 도시 지역에서는 비용이 크고 법적·정치적 제약이 크다는 설명이다.

마이크로소프트 리서치 측은 이 모델이 오픈스트리트맵에서 가져온 실제 송전 회랑의 지리 구조를 보존하기 때문에, 각 경로의 병렬 회로 수를 세고 그리드가 물리적으로 포화 상태인 지점을 시각화할 수 있다고 밝혔다. 발전과 수요와 무관하게 그리드가 공간적으로 막혀 있는 지점을 찾아내는 것은 최적화 문제가 아니라 공간적 타당성 문제이며, 지리 정합 모델만이 답할 수 있는 영역이라는 설명이다.

마이크로소프트 리서치는 이 데이터셋이 대규모 데이터센터, AI 워크로드, 재생에너지 발전, 극한 기상 이벤트로 인해 점점 시급해지는 에너지 시스템 질문들에 답할 수 있는 토대라고 강조했다. 방법론·검증 결과·한계에 대한 상세 내용은 함께 발표된 별도 연구 논문에 정리됐다.