KR20190132187A - An incentive-based demand response method and system considering composite DR resources - Google Patents

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KR20190132187A
KR20190132187A KR1020180170593A KR20180170593A KR20190132187A KR 20190132187 A KR20190132187 A KR 20190132187A KR 1020180170593 A KR1020180170593 A KR 1020180170593A KR 20180170593 A KR20180170593 A KR 20180170593A KR 20190132187 A KR20190132187 A KR 20190132187A
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홍승호
우맹맹
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

Demand response (DR) has been recognized as a strong tool helping to mitigate power imbalance in a future smart energy system. The present invention constructs an intraday resource trading framework bringing DR resources in various industry fields (large company or small business clients) at a system level from a viewpoint of a grid operator (GO). The GO and generators are evaluated to procure necessary system resources at minimal costs. When considering separate actions of the groups involved, the Stackelberg game theory is adopted to analyze coordination among various decision makers. Identified was a unique Stackelberg equilibrium producing an optimal result for a resource trading game between the GO and demand-side participants. A simulation result shows that the total procurement costs were minimized by applying an approach according to the present invention. The incentive-based demand response method repeats first to fifth steps when a difference between calculated costs and costs calculated by m iterations is greater than a predetermined value, determines that the Stackelberg equilibrium has been reached when the difference between the calculated costs and the costs calculated by m iterations is less than or equal to the predetermined value, and allows demand responses to be made by using grid operator incentives in a Stackelberg equilibrium state, industrial consumer load reductions, and service provider load reductions.

Description

복합적 DR 자원을 고려한 인센티브 기반 수요응답 방법 및 시스템{An incentive-based demand response method and system considering composite DR resources}Incentive-based demand response method and system considering composite DR resources

본 발명은 인센티브 기반 수요응답(DR)에 관한 것으로서, 상세하게는 그리드 운영자(GO)가 산업 소비자(IC) 및 서비스 제공자(SP)로 구성된 복합적 수요반응 자원이 있는 시장 환경에서 부족 자원을 최소 비용으로 보상하기 위한 인센티브 기반 수요응답 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to incentive-based demand response (DR). Specifically, the grid operator (GO) is the least expensive in a market environment with complex demand response resources consisting of industrial consumers (ICs) and service providers (SPs). The present invention relates to an incentive-based demand response method and system.

종래의 전기 에너지 시스템은 재생 가능 에너지 원의 보급률이 높고 다양한 에너지 사용 패턴으로 인해 급격한 변화를 겪고 있으며 이로 인해 수요와 공급간에 큰 변동이 발생할 수 있다. 따라서 그리드 운영자(GO)는 이러한 변동의 균형을 맞추고 그리드의 운영 유연성을 향상시키기 위해 많은 양의 자원을 조달해야 한다. Conventional electric energy systems have a high penetration rate of renewable energy sources and are undergoing rapid changes due to various energy usage patterns, which may cause large fluctuations between supply and demand. Therefore, grid operators (GOs) need to procure large amounts of resources to balance these fluctuations and increase the operational flexibility of the grid.

특히, 재생 가능 에너지의 간헐적 특성으로 인해 수요 공급 균형 작업은 매우 역동적이고 예측하기가 어려워진다. 효율적인 방법으로 불균형을 완화하려면 전기 에너지 시스템에 연결된 모든 이해 관계자의 지능형 통합이 필요하므로 전기 그리드를 효과적인 방식으로 모니터링, 관리 및 최적화 할 수 있다. 사물인터넷( Internet of Things)(IoT)은 스마트 에너지 시스템을 기능화하기 위한 핵심 요구 사항인 광범위한 감지 및 네트워킹 능력으로 인해 전기 에너지 시스템의 지능형 관리를 개발하는 수단으로 예견되고 있다. In particular, the intermittent nature of renewable energy makes supply-demand balancing work very dynamic and difficult to predict. Efficient ways to mitigate imbalances require intelligent integration of all stakeholders connected to the electrical energy system, enabling the electrical grid to be monitored, managed and optimized in an effective manner. The Internet of Things (IoT) is anticipated as a means of developing intelligent management of electrical energy systems due to its extensive sensing and networking capabilities, a key requirement for functionalizing smart energy systems.

전통적으로 전력 시스템은 수요가 많거나 재생 가능한 자원으로 인해 발생하는 불균형 효과를 완화하기 위해 발전기에 의존한다. 지난 10년 동안 수요반응 (DR)은 전체 전력 시스템의 경제성을 높이는 것 외에도 균형 잡힌 자원을 제공할 상당한 잠재력을 가진 것으로 인식되었다. 이러한 경제적 효율은 DR 리소스가 제공하는 서비스가 유연한 발전기의 서비스보다 훨씬 저렴하기 때문이다.Traditionally, power systems rely on generators to mitigate the imbalance effects caused by high demand or renewable resources. In the past decade, demand response (DR) has been recognized to have significant potential to provide balanced resources in addition to increasing the economics of the entire power system. This economic efficiency is because the services provided by DR resources are much cheaper than the services of flexible generators.

종래 연구는 연구자가 상업 부문뿐만 아니라 주거 고객을 대상으로 한 소비 수준에서 그리드 신호에 대한 반응으로 최종 소비자의 DR을 모델링하는데 수행되었다. 다른 연구들은 재해 복구 계획에 산업 부하를 투입하려고 시도했다. DR을 집계 수준으로 가져간 연구도 있었다. 예측된 시장 가격을 전제로 하루 앞두고 도매 에너지 시장에 DR 수집자(aggregator)의 참여를 최적화하기 위한 의사 결정 모델이 개발되었다. 잠재적인 과부하를 줄이기 위해, 종래 연구에서 조정자와 스케줄링 프레임워크가 제안되어 수집자가 금전 인센티브를 통해 소비자로부터 DR을 유도한다. 다른 연구는 사전에 인센티브를 제공함으로써 서비스 공급자(SP)가 가입한 고객으로부터 용량 리소스를 집계하는 DR 메커니즘을 제안한다. Previous studies have been conducted by researchers in order to model the end consumer's DR in response to grid signals at the consumption level for residential customers as well as the commercial sector. Other studies have attempted to put industrial load into disaster recovery plans. Some studies have brought DR to an aggregate level. A day ahead of the estimated market price, a decision model was developed to optimize the participation of DR collectors in the wholesale energy market. In order to reduce potential overload, coordinators and scheduling frameworks have been proposed in previous studies to allow collectors to drive DR from consumers through monetary incentives. Another study suggests a DR mechanism that aggregates capacity resources from a service provider (SP) subscribed customer by providing incentives in advance.

최근 조사에 따르면 지역 시스템 운영자가 직접 파견할 수 있다면 DR 리소스에 대한 근본적인 중요성이 더 크다는 것을 보여준다. 몇 가지 연구가 이 관점에서 DR을 탐구해 왔다. 종래 연구에서 산업 부하의 특수 처리를 통해 발전량과 수요 측면 자원 모두에서 부하 추종 매장량을 조달함으로써 전력 시스템 일관성을 유지하기 위한 2단계 균형 메커니즘이 제안되었지만, 규모가 큰 고객은 간단하게 취급을 받았다. 또한, 종래 연구는 시스템 부하 수준의 전력 균형 계획을 제시하여 발전량과 부하가 통합적으로 처리되도록 했으며, 산업 부하만이 적격 수요측 자원으로 간주되고 부하 조정 비용은 시스템 운영자가 미리 아는 것으로 가정되었다. 이러한 모델은 더 개발되었으며, 여기서 고객 부하 시프트 입찰 곡선은 일일 부하 시프팅 시장에서 입찰가를 GO에게 제출하는 고객의 총 응답을 나타내기 위해 적용되었다. Recent research shows that the fundamental importance of DR resources is greater if local system operators can dispatch themselves. Several studies have explored DR from this point of view. Previous studies have proposed a two-stage balancing mechanism to maintain power system consistency by procuring load tracking reserves from both power generation and demand side resources through special handling of industrial loads, but large customers were simply treated. In addition, the previous study proposed a power balance plan at the system load level, so that the generation amount and the load were handled integrally, and only the industrial load was regarded as a qualified demand side resource and the load adjustment cost was assumed to be known in advance by the system operator. This model was further developed, where the customer load shift bidding curve was applied to represent the total response of customers submitting bids to GO in the daily load shifting market.

실제적인 구현과 관련하여 DR 자원은 일반적으로 직접 입찰, 양자 계약 또는 시스템 용량의 역할을 통해 일일 시장에 참여할 수 있다. 이것은 DR 리소스가 몇 시간 앞당겨질 필요가 있거나 GO가 사전에 긴급 상황을 예측해야 한다는 것을 의미한다. 그러나 최근 경험에 따르면 일일 시장 결정은 간헐적인 재생 가능 자원의 매우 역동적이고 예측하기 어려운 특징 때문에 주로 실시간에 가깝게 이루어진 신속 결정에 비해 높은 불확실성을 가지고 있음이 입증되었다. 이와 관련하여, DR 리소스의 대다수가 실시간 중에 제공되지 않을 수도 있으므로 DR의 가치는 심각하게 손상 될 수 있다. 따라서 새로운 자원 거래 프레임워크가 필요하며, 이를 통해 DR의 가치뿐만 아니라 경쟁력도 증가시켜야 한다. In terms of practical implementation, DR resources can generally participate in the daily market through the role of direct bidding, bilateral contracts or system capacity. This means that DR resources need to be advanced several hours earlier, or GO must predict an emergency ahead of time. Recent experience, however, has shown that daily market decisions have higher uncertainty than rapid decisions that are made in near real time because of the very dynamic and unpredictable nature of intermittent renewable resources. In this regard, the value of DR can be seriously impaired because the vast majority of DR resources may not be available in real time. Therefore, a new resource trading framework is needed, which should increase not only the value of DR but also the competitiveness.

한국등록특허 제10-1748766호Korean Patent Registration No. 10-1748766

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 복합적인 DR 자원이 존재하는 환경에서 그리드 운영자의 비용을 최소화하면서도 DR 자원을 가진 주체의 이익을 최대화할 수 있는 새로운 자원 거래 프레임워크를 제공하는 것이다. The present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to minimize the cost of the grid operator in an environment in which complex DR resources exist, while trading new resources that can maximize the benefit of a subject having DR resources. To provide a framework.

이를 위하여, 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 방법은 그리드 운영자(GO), 산업 소비자(IC) 및 서비스 제공자(SP)로 구성된 수요반응 시스템의 인센티브 기반 수요반응 방법에 있어서, 상기 그리드 운영자가 m+1 반복(iteration m+1)에서 m 반복(iteration m)의 그리드 운영자 인센티브(πm GO)를 갱신하고 그 갱신한 그리드 운영자 인센티브(πm+1 GO)에 근거해 갱신한 산업 소비자에 적용되는 제1 인센티브 및 서비스 제공자에 적용되는 제2 인센티브를 각각 상기 산업자 소비자 및 상기 서비스 제공자에게 제공하는 제1 단계와, 상기 산업 소비자가 제1 인센티브에 근거해 갱신한 산업 소비자 부하 감축량을 상기 그리드 운영자에게 전송하는 제2 단계와, 상기 서비스 제공자가 제2 인센티브에 근거해 갱신한 서비스 제공자 부하 감축량을 상기 그리드 운영자에게 전송하는 제3 단계와, 상기 그리드 운영자가 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량, 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 비용을 계산하는 제4 단계와, 상기 그리드 운영자가 상기 계산한 비용(Cm+1 GO)을 m 반복에서 계산한 비용(Cm GO)과 비교하여 작거나 같으면 상기 계산한 비용을 최적 비용으로 결정하고, 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브를 그리드 운영자 인센티브의 최댓값과 비교하여 작거나 같으면 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브를 최적 그리드 운영자 인센티브로 결정하는 제5 단계와, 상기 그리드 운영자가 상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값 이하인지 판단하는 제6 단계를 포함하여, 상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값보다 크면 상기 제1 단계 내지 제5 단계가 반복되고, 상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값 이하이면 슈타켈버그 평형에 도달한 것으로 판단하고 슈타켈버그 평형 상태의 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량, 서비스 제공자 부하 감축량을 이용하여 수요반응이 수행되는 것을 특징으로 한다. To this end, the incentive-based demand response method according to the present invention is an incentive-based demand response method of a demand response system composed of a grid operator (GO), an industrial consumer (IC) and a service provider (SP), wherein the grid operator is m + 1 applies to industrial consumers who have updated grid operator incentives (π m GO ) from iteration m + 1 to m iterations and based on the updated grid operator incentives (π m + 1 GO ) A first step of providing a first incentive and a second incentive applied to the service provider to the industrial consumer and the service provider, respectively, and the industrial consumer load reduction amount updated by the industrial consumer based on the first incentive; A second step of transmitting to the grid operator and a service provider load reduction amount updated by the service provider based on the second incentive to the grid operator; A third step of transmitting, a fourth step of the grid operator calculating a cost based on the updated grid operator incentives, an industrial consumer load reduction amount, and a service provider load reduction amount; If C m + 1 GO ) is less than or equal to the cost calculated in m iterations (C m GO ), the calculated cost is determined as the optimal cost, and the updated grid operator incentive is compared with the maximum value of the grid operator incentive. A fifth step of determining the updated grid operator incentive as an optimal grid operator incentive, and a sixth step of determining, by the grid operator, whether a difference between the calculated cost and the cost calculated in m iterations is equal to or less than a predetermined value. Including the first step to the fifth stage if the difference between the calculated cost and the cost calculated in m iterations greater than a predetermined value Is repeated, and if the difference between the calculated cost and the cost calculated in the m iterations is less than or equal to the predetermined value, it is determined that the Staeckelberg equilibrium has been reached and the Staggerberg equilibrium grid operator incentive, industrial consumer load reduction, service provider It is characterized in that the demand response is carried out using the load reduction amount.

본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 방법은 그리드 운영자, 산업 소비자 및 서비스 제공자로 구성된 수요반응 시스템의 인센티브 기반 수요반응 방법에 있어서, 상기 그리드 운영자는 산업 소비자 부하 감축량에 따라 산업 소비자에게 지급할 인세티브 비용, 서비스 제공자 부하 감축량에 따라 서비스 제공자에게 지급할 인센티브 비용, 그리드의 자원 부족량에서 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량을 감산한 자원량을 생산하는데 소요되는 발전 비용을 합산한 조달 비용이 최소화되도록 그리드 운영자 인센티브를 결정하는 것을 특징으로 한다. The incentive-based demand response method according to the present invention is an incentive-based demand response method of a demand response system composed of a grid operator, an industrial consumer, and a service provider, wherein the grid operator pays an incentive cost to an industrial consumer according to an industrial consumer load reduction amount. Minimizes procurement costs by adding incentive costs to service providers according to service provider load reductions, generation costs to produce resources that reduce industrial consumer load reductions and service provider load reductions from grid resource shortages. Determine grid operator incentives as much as possible.

본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 방법은 그리드 운영자, 산업 소비자 및 서비스 제공자로 구성된 수요반응 시스템의 인센티브 기반 수요반응 방법에 있어서, 상기 그리드 운영자가 그리드 운영자 인센티브를 갱신하고 그 갱신한 그리드 운영자 인센티브에 근거해 산업 소비자에 적용되는 제1 인센티브와 서비스 제공자에게 적용되는 제2 인센티브를 갱신하는 단계와, 상기 산업 소비자가 제1 인센티브에 근거해 산업 소비자 부하 감축량을 산정하는 단계와, 상기 서비스 제공자가 제2 인센티브에 근거해 서비스 제공자 부하 감축량을 산정하는 단계와, 상기 그리드 운영자가 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 비용을 계산하고 이 비용이 슈타켈버그 평형에 도달했는지 판단하는 단계를 포함한다. The incentive-based demand response method according to the present invention is an incentive-based demand response method of a demand response system composed of a grid operator, an industrial consumer, and a service provider, wherein the grid operator updates a grid operator incentive and based on the updated grid operator incentive. Updating the first incentive applied to the industrial consumer and the second incentive applied to the service provider, wherein the industrial consumer calculates an industrial consumer load reduction based on the first incentive; Estimating service provider load reduction based on incentives; the grid operator calculates costs based on grid operator incentives, industrial consumer load reductions, and service provider load reductions, Includes determining if it has been reached do.

본 발명에 따른 그리드 운영자(GO)의 수요반응 관리 방법은 산업 소비자와 서비스 제공자에 대한 그리드 운영자(GO)의 수요반응 관리 방법에 있어서, 그리드 운영자(GO) 인센티브 비율의 초깃값을 설정하고, 초깃값에 근거해 산업 소비자에 적용할 제1 GO 인센티브 비율과 서비스 제공자에게 적용할 제2 GO 인센티브 비율을 결정하고, 산업 소비자의 수요 감축량의 초깃값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 초깃값을 수신하여 그리드 운영자의 조달 비용의 초깃값을 계산하는 초기화 단계와, 그리드 운영자 인센티브 비율을 갱신하여 제1 GO 인센티브 비율의 갱신값과 제2 GO 인센티브 비율의 갱신값을 산출하고 갱신값을 각각 산업 소비자와 서비스 제공자에게 전송하는 갱신 단계와, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값을 수신하는 갱신값 수신 단계와, 상기 그리드 운영자 인센티브 비율의 갱신값, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값 및 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값에 근거해 그리드 운영자의 조달 비용을 계산하는 비용 계산 단계와, 상기 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값을 특정값과 비교하는 차이값 비교 단계를 포함한다. In the method of managing demand response of the grid operator (GO) according to the present invention, in the method of managing demand response of the grid operator (GO) for industrial consumers and service providers, the initial value of the grid operator (GO) incentive ratio is set, and The first GO incentive rate to be applied to the industrial consumer and the second GO incentive rate to be applied to the service provider are determined based on the target value, and the initial value of the demand reduction amount of the industrial consumer and the initial value of the demand reduction amount of the service provider are received. An initial step of calculating the initial value of the procurement cost of the grid operator; and updating the grid operator incentive ratio to calculate an update value of the first GO incentive ratio and an update value of the second GO incentive ratio; An update step sent to the service provider, an update value of the demand reduction amount of the industrial consumer, and an update of the demand reduction amount of the service provider A cost of calculating a grid operator procurement cost based on an update value receiving step of receiving a value, and an update value of the grid operator incentive ratio, an update value of demand reduction amount of an industrial consumer, and an update value of demand reduction amount of a service provider And a difference value comparing step of comparing the difference between the calculated procurement cost and the previously calculated procurement cost with a specific value.

본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템은 그리드 운영자 인센티브를 제공하는 그리드 운영자 서버와, 상기 그리드 운영자 인센티브에 근거해 자신의 부하 감축량을 갱신하여 상기 그리드 운영자 서버로 전송하는 산업 소비자 서버와,상기 그리드 운영자 인센티브에 근거해 자신의 부하 감축량을 갱신하여 상기 그리드 운영자 서버로 전송하는 서비스 제공자 서버를 포함하여, 상기 그리드 운영자 서버는 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 그리드 운영자의 조달 비용을 계산하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다. An incentive-based demand response system according to the present invention includes a grid operator server that provides a grid operator incentive, an industrial consumer server that updates its load reduction based on the grid operator incentive, and transmits the load reduction amount to the grid operator server; The grid operator server includes a service provider server that updates its load reduction amount based on operator incentives and sends it to the grid operator server, based on grid operator incentives, industrial consumer load reductions, and service provider load reductions. It is characterized by repeating the process of calculating the procurement cost of the grid operator.

본 발명에 따른 그리드 운영자 서버는 산업 소비자와 서비스 제공자에 대한 수요반응을 관리하는 그리드 운영자 서버에 있어서, 산업 소비자의 관리 서버와 서비스 제공자의 관리 서버와 데이터 통신을 수행하는 통신부와, 산업 소비자에게 적용할 제1 인센티브 및 서비스 제공자에게 적용할 제2 인센티브를 갱신하여 상기 통신부를 통해 각각 산업 소비자의 관리 서버와 서비스 제공자의 관리 서버로 전송하고, 상기 통신부를 통해 산업 소비자의 관리 서버로부터 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자로부터 서비스 제공자 부하 감축량을 입력받아 제1 인센티브, 제2 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 조달비용을 계산하는 제어부를 포함한다. Grid operator server according to the present invention is a grid operator server that manages the demand response to industrial consumers and service providers, the communication unit for performing data communication with the management server of the industrial consumer and the service provider, and applied to the industrial consumer The first incentive to be applied and the second incentive to be applied to the service provider are updated and transmitted to the management server of the industrial consumer and the service provider, respectively, through the communication unit, and the industrial consumer load is reduced from the management server of the industrial consumer through the communication unit. And a controller for receiving the service provider load reduction amount from the service provider and the service provider and calculating a procurement cost based on the first incentive, the second incentive, the industrial consumer load reduction amount, and the service provider load reduction amount.

본 발명에 따른 인센티브 기반 DR 프로그램은 산업 소비자와 서비스 제공자에 대한 수요반응을 관리하기 위한 컴퓨터로 읽고 쓸 수 있는 기록매체에 기록된 프로그램으로서, 그리드 운영자(GO) 인센티브 비율의 초깃값을 설정하고, 초깃값에 근거해 산업 소비자에 적용할 제1 GO 인센티브 비율과 서비스 제공자에게 적용할 제2 GO 인센티브 비율을 결정하고, 산업 소비자의 수요 감축량의 초깃값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 초깃값을 수신하여 그리드 운영자의 조달 비용의 초깃값을 계산하는 초기화 단계와, 그리드 운영자 인센티브 비율을 갱신하여 제1 GO 인센티브 비율의 갱신값과 제2 GO 인센티브 비율의 갱신값을 산출하고 갱신값을 각각 산업 소비자와 서비스 제공자에게 전송하는 갱신 단계와, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값을 수신하는 갱신값 수신 단계와, 상기 그리드 운영자 인센티브 비율의 갱신값, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값 및 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값에 근거해 그리드 운영자의 조달 비용을 계산하는 비용 계산 단계와, 상기 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값을 특정값과 비교하는 차이값 비교 단계를 수행한다. The incentive-based DR program according to the present invention is a program recorded on a computer-readable recording medium for managing demand response to industrial consumers and service providers. The incentive-based DR program sets the initial value of the grid operator (GO) incentive ratio, Based on the initial value, the ratio of the first GO incentive to be applied to the industrial consumer and the second GO incentive to be applied to the service provider is determined, and the initial value of the reduction in the demand of the industrial consumer and the demand reduction of the service provider is determined. Receiving and calculating the initial value of the procurement cost of the grid operator; and updating the grid operator incentive ratio to calculate the update value of the first GO incentive ratio and the update value of the second GO incentive ratio, and update the update value to the industrial consumer, respectively. And an update step sent to the service provider, an update value of the demand reduction amount of the industrial consumer, An update value receiving step of receiving an update value of the demand reduction amount of the child; and based on the update value of the grid operator incentive ratio, the update value of the demand reduction amount of the industrial consumer, and the update value of the demand reduction amount of the service provider. A cost calculation step of calculating the procurement cost and a difference value comparison step of comparing the difference between the calculated procurement cost and the previously calculated procurement cost with a specific value are performed.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다양한 부문의 자원을 하루 동안의 시장에 통합하여 조달 비용을 최소화하면서 시스템 불균형을 완화할 수 있기 때문에 발전기와 함께 그리드 운영자(GO)에 의해 그 가치가 평가될 수 있다. 이에 따라 시스템 경제 효율성이 강화될 수 있다. 본 발명의 주요 효과는 다음과 같다. As described above, the present invention can be valued by the grid operator (GO) with generators because the present invention can mitigate system imbalances while minimizing procurement costs by integrating resources from various sectors into the market for a day. . This can enhance system economic efficiency. The main effects of the present invention are as follows.

첫째, 포괄적인 자원 거래 프레임워크가 설립되어 대형 산업 소비자 및 중소 규모 고객을 포함한 다양한 부문의 자원을 중재자 또는 SP를 통해 자원 거래에 참여시키는 DR 리소스를 제공할 수 있다. First, a comprehensive resource trading framework can be established to provide DR resources that engage resources in a variety of sectors, including large industrial and small- and medium-sized customers, through mediators or SPs.

둘째, 두 가지 유형의 인센티브를 활용하여 그리드 운영자(GO)는 다양한 분야의 다양한 DR 자원을 이끌어 낼 수 있으며, 제안된 거래 프레임워크를 통해 생성 된 자원과 함께 평가될 수 있다. Second, by utilizing two types of incentives, grid operators (GOs) can derive various DR resources from various fields and can be evaluated along with those generated through the proposed trading framework.

셋째, 고유한 목표와 관련 단체의 본질적 관계를 고려할 때 계층적 의사 결정자 간의 조정을 분석하는데 슈타켈버그(Stackelberg) 게임 이론이 채택될 수 있다. 고유한 슈타켈버그 평형(SE)의 존재는 단일 리더 복수 추종자 게임에 대해 입증되며, 이것은 중앙 집중 방식으로 이론적 최적의 결과를 제공할 수 있다. Third, the Stackelberg game theory can be adopted to analyze the coordination between hierarchical decision makers, given the unique objectives and the inherent relationships of the parties involved. The existence of the unique Staeckelberg equilibrium (SE) is demonstrated for single leader plural followers games, which can provide theoretically optimal results in a centralized manner.

넷째, 각 수요측 참여자의 프라이버시를 보호하기 위해 실생활 요구 조건과 일치하는 개인의 사생활 정보를 공개하지 않고도 슈타켈버그 평형(SE)을 찾는 완전 분산 알고리즘을 제안할 수 있다. Fourth, in order to protect the privacy of each demand-side participant, we can propose a fully distributed algorithm for finding the Staeckelberg equilibrium (SE) without disclosing the privacy information of the individual that matches the real life requirements.

도 1은 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 감도지표에 따라 산업 소비자의 유틸리티 값이 변하는 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 슈타켈버그 게임 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 슈타켈버그 평형에 수렴하기 위한 반복 횟수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 부족 자원을 보상하기 위한 복합 자원을 나타낸 것이다.
도 6은 각 서비스 제공자의 총 수요 감축량을 나타낸 것이다.
도 7은 수요측 참가자의 매개변수를 나타낸 것이다.
도 8은 다른 ρ에 대한 알고리즘 결과치를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템에서 각 주체 간의 신호 흐름을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 그리드 운영자 측에서 수행되는 인센티브 기반 수요반응 처리 과정을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템을 서버 기반으로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 그리드 운영자 서버의 내부 구성을 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the configuration of the incentive-based demand response system according to the present invention.
2 shows a graph in which utility values of industrial consumers change according to sensitivity indicators.
Figure 3 shows a Steakberg game structure according to the present invention.
Figure 4 is a graph showing the number of iterations to converge to the Staeckelberg equilibrium according to the present invention.
5 shows a composite resource for compensating for shortage resources.
6 shows the total demand reduction of each service provider.
Figure 7 shows the parameters of the demand participant.
8 shows the algorithm result for another p.
9 shows the signal flow between each subject in the incentive-based demand response system according to the present invention.
10 illustrates an incentive-based demand response process performed by the grid operator according to the present invention.
11 is a server-based incentive-based demand response system according to the present invention.
12 illustrates an internal configuration of a grid operator server according to the present invention.

본 발명에 대한 설명은 다음과 같이 구성된다. 먼저 문제를 공식화한 다음 각 참여자에 대한 수학적 모델을 구성한다. 이어서, 여러 시장 참여자 간의 조정에 대한 슈타켈버그 게임 이론 분석을 제공한다. 마지막으로 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. The description of the present invention is configured as follows. First formulate the problem, then construct a mathematical model for each participant. It then provides a Statenberg game theory analysis of coordination among various market participants. Finally, the simulation results are explained.

문제 공식화Problem formulation

하루 동안의 전력 시스템의 안전한 운영을 위해 그리드 운영자(GO)는 향후 단기간에 자원 부족을 예견하고 그에 따라 부족한 양을 예상해야 한다. 통상적으로, 이러한 자원 부족은 무시할 수 있는 초기 비용으로 신속하게 직접 제어될 수 있는 유연한 발전기(예를 들어, 디젤 발전기 및 가스 터빈)에 의해 극복된다. 그러나 이러한 발전 설비는 일반적으로 전기료가 급격히 상승 할 수 있는 높은 운전 비용을 가지며 GO 관점에서 볼 때 막대한 재정적 부담이 될 수 있다. 전력 시장에 대한 수요 측면의 참여는 수요 불균형을 흡수하고 GO의 재정적 부담을 경감시키는 중대한 수단으로 널리 인식되고 있는데, 이러한 수요 측면의 참여에서는 수요 측이 제공하는 부하 감축이 규정된 인센티브 비율로 보상되어야 한다. To ensure safe operation of the power system throughout the day, grid operators (GOs) must anticipate shortages of resources in the short term and anticipate them. Typically, this lack of resources is overcome by flexible generators (eg diesel generators and gas turbines) that can be controlled directly and quickly at negligible initial cost. However, these power plants generally have high operating costs, which can lead to a sharp rise in electricity costs and can be a huge financial burden from a GO perspective. The demand side participation in the electricity market is widely recognized as a significant means of absorbing demand imbalances and reducing the financial burden of GO. In this demand side participation, the load reductions provided by the demand side must be compensated for by the prescribed incentive rate. do.

본 발명은 그리드 운영자의 인센티브 프로그램에서 수요측 참여가 2가지 방식으로 이루어진다. 1) 대규모 산업 소비자가 직접 그리드 운영자에게 부하 감축을 제출하는 방식, 2) 서비스 제공자(SP)가 중소 소비자(예를 들어, 거주지역이나 상업지역 사용자)로부터 부하 감축을 수집하는 방식In the present invention, demand side participation in the incentive program of the grid operator is achieved in two ways. 1) how large industrial consumers submit load reductions directly to grid operators; 2) how service providers (SPs) collect load reductions from small and medium-sized consumers (eg, residential or commercial users).

실제 요금표와 관련하여 산업 소비자의 전기 가격은 일반적으로 주거 사용자보다 낮게 책정된다. 따라서, 그리드 운영자가 여러 수요측 참가자에게 다양한 인센티브를 제공하는 것이 필요하다. Regarding the actual tariff, the electricity price of industrial consumers is generally lower than that of residential users. Thus, it is necessary for the grid operator to provide various incentives to different demand side participants.

도 1은 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템을 나타낸 것이다. 여기서,

Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
는 산업 소비자(IC)와 서비스 제공자(SP)에게 각각 지급되는 인센티브이다. 여기서 인센티브라는 것은 정확히 말하면 산업 소비자와 서비스 제공자에게 지급되는 인센티브 금액이 아니라 인센티브 금액 지급을 위해 적용되는 인센티브 비율을 의미한다. 본 발명의 명세서에서 인센티브와 인센티브 비율은 혼용될 수 있다. 이하, 시장 역할의 목적에 대해 상술한다. 1 shows an incentive-based demand response system according to the present invention. here,
Figure pat00001
Wow
Figure pat00002
Figure pat00003
Are incentives paid to industrial consumers (ICs) and service providers (SPs), respectively. Incentives here, to be exact, refer to the percentage of incentives applied to pay incentives, not the incentives paid to industrial consumers and service providers. In the present specification, incentives and incentive ratios may be used interchangeably. Hereinafter, the purpose of the market role will be described in detail.

1. 산업 소비자 모델1. Industrial Consumer Model

실제로, 산업 소비자(IC)는 이익을 증가시키려고 노력하며, 이것은 어느 정도까지 생산물을 증가시키는 것과 비슷하다. 여기서, 이익은 한계 이익 감소를 가진 소비 에너지의 증가 함수라고 가정한다. Indeed, industrial consumers (ICs) try to increase profits, which is similar to increasing production to some extent. Here, assume that profit is a function of the increase in energy consumption with marginal profit reduction.

수학식 1에서 함수 ψl(xl)는 소비자 l(∀l∈L, L=|L|)의 이익을 정량화할 때 사용된다. In Equation 1, the function ψ l (x l ) is used to quantify the profit of the consumer l (∀l∈ L , L = | L |).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, xl는 소비 에너지, σl과 ωl는 산업 소비자를 구별하는 사용자 종속 매개변수이다. 특히, σl는 xl의 변화가 있을 때 이익 변화에 대한 감도 지표를 나타낸다. Where x l is energy consumption, σ l and ω l are user dependent parameters that distinguish industrial consumers. In particular, σ l is an indicator of sensitivity to changes in profit when there is a change in x l .

사용 가능한 부하 Dl ava를 가진 소비자 l에 대해, DIC,l은 그리드 운영자로부터 인센티브

Figure pat00005
가 제공될 때 감당할 수 있는 부하 감축량이다. 따라서 소비된 부하는 Dl ava - DIC,l로 표현될 수 있다. For consumer l with available load D l ava , D IC, l is an incentive from the grid operator
Figure pat00005
The amount of load reduction that can be afforded when is provided. Therefore, the consumed load can be expressed as D l ava -D IC, l .

이를 위해, 산업 소비자는 수학식 2의 (2a)에서 정의된 바와 같이, 생산물에 의한 이익과 그리드 운영자의 프로그램에 참여하여 얻은 이익의 합인 유틸리티 함수를 최대화하는 것을 목표로 한다. To this end, the industrial consumer aims to maximize the utility function, which is the sum of the profits from the product and the profits from participation in the grid operator's program, as defined in Equation 2 (2a).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, 수학식 1의 xl는 Dl ava - DIC,l으로 치환되고, DIC,l는 제약조건(2b)을 가진다. Here, x l of the expression (1) is ava D l - D is replaced with the IC, l, D IC, l has a constraint (2b).

수학식 2의 (2a)의 목적 함수를 이해하기 위해, 도 2와 같이, 다른 모든 매개변수는 동일하게 하여 부하 감축에 따른 3개의 산업 소비자의 유틸리티 값을 그래프로 도식화하였다. 부하 감축량이 증가하면서 전체적인 유틸리티 값은 계속적으로 증가하다가 부하가 더 감축되면 정점을 지나면서 감소하기 시작한다. 특히, 감도 지표(σl)가 높은 소비자의 경우 (2a)의 두 항 사이의 트레이드-오프(trade-off) 후에 부하 감축이 더 크다. 즉, 이러한 부류의 소비자는 그리드 운영자가 제공하는 인센티브로 더 적은 에너지를 소비하고 더 많은 부하감축량을 판매하여 더 많은 이익을 얻게 된다. In order to understand the objective function of Equation 2 (2a), as shown in Fig. 2, all other parameters are the same to graphically plot the utility values of three industrial consumers according to load reduction. As the load reduction increases, the overall utility value continues to increase, and as the load decreases further, it begins to decrease past its peak. In particular, for consumers with a high sensitivity indicator σ l , the load reduction is greater after a trade-off between the two terms of (2a). In other words, this class of consumers will benefit more by consuming less energy and selling more load reductions with incentives provided by grid operators.

2. 서비스 제공자 모델2. Service Provider Model

도 1에 도시된 바와 같이, 서비스 제공자(SP)는 수집 단계에 위치하며 그리드 운영자(GO)에게 가입 소비자들의 수요 감축을 판매하는 대리인의 역할을 한다. 특별히, 서비스 제공자는 자신의 서브 프로그램을 운용하여 가입 소비자들에게 인센티브를 제공하고 가입 소비자는 인센티브 지불에 대한 교환으로 수요 감축량을 제공한다. 서비스 제공자는 그리드 운영자의 인센티브(

Figure pat00007
)로 도매 전기시장에 참여하여 수집된 수요 감축을 그리드 운영자에게 판매한다. 이를 위해, 서비스 제공자의 목적은 가입 소비자와 그리드 운영자 간 가격 차이를 통해 획득한 수익을 최대화하는 것이다. 그리드 운영자가 조직한 도매 시장에 2개 이상의 서비스 제공자가 참여한다고 가정하면, K는 서비스 제공자의 집합이고, 서비스 제공자의 수 K=|K|이다. 서비스 제공자 k∈K에 대해, 그 목표는 수학식 3과 같이 정의된다. As shown in FIG. 1, the service provider SP is in the collecting phase and acts as an agent to sell demand reductions of subscribing consumers to the grid operator GO. Specifically, service providers operate their sub-programs to provide incentives to subscribing consumers, and subscribing consumers provide demand reductions in exchange for incentive payments. The service provider is responsible for incentives for grid operators (
Figure pat00007
) Participate in the wholesale electricity market and sell the collected demand reductions to the grid operator. To this end, the service provider's purpose is to maximize the revenue obtained through price differences between subscribing consumers and grid operators. Assuming that two or more service providers participate in the wholesale market organized by grid operators, K is the set of service providers and the number of service providers K = | K | For service provider kK , the goal is defined as in equation (3).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, DSP,k는 서비스 제공자 k가 수집한 수요 감축량을 나타내고, πSP,k는 가입 소비자들에게 제공된 인센티브이다. 수학식 3의 (3a)를 최대화하기 위해, DSP,k와 πSP,k의 두 변수가 최적화되어야 한다. (3b)에서, Di,k는 서비스 제공자(SP) k의 소비자 i가 제공한 수요 감축량을 나타낸다. N k (Nk=|N k|)는 서비스 제공자에 가입한 소비자 집합을 나타낸다. Where D SP, k represents demand reduction collected by service provider k, and π SP, k is an incentive provided to subscribing consumers. In order to maximize Eq. (3a), two variables, D SP, k and π SP, k , must be optimized. In (3b), D i, k represents a demand reduction amount provided by the consumer i of the service provider SP k. N k (N k = | N k |) represents a set of consumers subscribed to a service provider.

사용자 i∈N k에 대해서, SP k로부터 πSP,k를 제공받으면, 수학식 4와 같이 인센티브 수입과 불만족 비용(φi,k)이 결합된 유틸리티 함수를 최대화하는 것이 목표이다. For user i ∈ N k , given π SP, k from SP k , the goal is to maximize the utility function that combines incentive income and dissatisfaction cost φ i, k as shown in equation (4).

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, μi,k는 φi,k에 대해 가중치로서 정의된다. 제약조건(4b)은 Di,k가 가용량을 초과하지 않는다는 것을 의미한다. 특별히, (4a)의 불만족 비용 함수 φi,k는 수요 감축 시 소비자가 경험하게 되는 불편의 정도를 설계한 것이다. 이것은 수요 감축이 커질수록 불만족이 급격히 증가하므로 수학식 5와 같이 볼록 함수로 정의된다. Here, μ i, k is defined as the weight for φ i, k . Constraint 4b means that D i, k does not exceed the available capacity. In particular, the dissatisfaction cost function φ i, k in (4a) is designed to indicate the degree of discomfort experienced by the consumer in reducing demand. This is defined as a convex function as shown in Equation 5 since the dissatisfaction increases rapidly as demand reduction increases.

Figure pat00010
Figure pat00010

수학식 5에서, θi,k와 λi,k는 소비자 종속 매개변수로서, θi,k는 수요 감축에 대한 소비자 태도를 반영한다. θi,k가 크다는 것은 소비자가 수요 감축에 대해 더 보수적이라는 것을 의미하며, 작다는 것은 반대의 의미이다. In Equation 5, θ i, k and λ i, k are consumer dependent parameters, and θ i, k reflects consumer attitudes toward demand reduction. Larger θ i, k means consumers are more conservative about demand reduction, and smaller is the opposite.

3. 그리드 운영자 모델3. Grid Operator Model

시스템 자원 부족량 Dreq이 예상될 때, 그리드 운영자의 목적은 Dreq을 보상하는 비용을 최소화하는 것이다. 그리드 운영자는 수요측 참가자 즉, 산업 소비자 및 서비스 제공자로부터 또는 유동적 발전소(generattor)로부터 자원을 확보할 수 있다. 3개 부문으로부터 나오는 복합적 시스템 자원을 고려할 때, 그리드 운영자의 목적은 수학식 6과 같이, 총 조달 비용을 최소화하는 것이다. When a system resource shortage D req is expected, the grid operator's goal is to minimize the cost of compensating D req . Grid operators can obtain resources from demand-side participants, ie industrial consumers and service providers, or from fluid generators. Given the complex system resources coming from the three sectors, the purpose of the grid operator is to minimize total procurement costs, as shown in Equation 6.

Figure pat00011
Figure pat00011

(6a)에서, CGen(G)는 전력량 G를 생산하는데 드는 비용을 나타내고, 다른 두 항은 산업 소비자와 서비스 제공자에게 지불하는 비용을 나타낸다. 제약조건(6b)은 산업 소비자에게 제공되는 인센티브가 서비스 제공자에게 지급되는 인센티브를 초과해서는 안 된다는 것을 나타내고, (6c)는 모든 부문의 자원 총합이 Dreq이어야 한다는 것을 나타낸다. In (6a), C Gen (G) represents the cost of producing power G, and the other two terms represent the cost paid to industrial consumers and service providers. Constraints 6b indicate that incentives provided to industrial consumers should not exceed incentives paid to service providers, and (6c) indicates that the sum of resources in all sectors should be D req .

특히, (6a)의 CGen(G)은 발전량(G)의 단조 증가 함수로 가정하며 순볼록이다. 일반성을 잃지 않으면서, CGen(G)는 수학식 7과 같이 표현된다. In particular, C Gen (G) of (6a) is pure convex, assuming a monotonically increasing function of power generation amount (G). Without losing generality, C Gen (G) is expressed as Equation (7).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, a, b, c는 발전 계수이며, 미리 그리드 운영자에게 사용될 수 있다. Here, a, b and c are power generation coefficients and may be used by the grid operator in advance.

계층적 시장 참가자 간 조정을 위한 슈타켈버그 게임 이론 분석Analysis of the Steakenberg Game Theory for Coordination Between Hierarchical Market Participants

1. 슈타켈버그 게임 공식화1. Formulating the Staelberg Game

상술한 문제 공식화로부터, 그리드 운영자 인센티브(

Figure pat00013
Figure pat00014
)가 수요측에 제공될 때, 각 참가자는 수학식 2 및 3의 최대화 문제를 풀어 자신의 부하 감축을 결정할 것이다. 수요측에서 수집된 부하 감축은 조달 비용일 뿐만 아니라 부족 보상을 위한 자원 복합이 되는 것이다. 따라서, 그리드 운영자는 인센티브를 조정하여 수요측에서 부하 감축을 변경하면서 비용을 줄이도록 유도한다. 이와 관련하여, 한 참가자의 선택이 다른 참가자의 결정에 어떠한 영향을 줄 것이다. 이에 따라, 이러한 인자들이 그리드 운영자와 각 수요측 참자가 간의 상호 작용으로 이어진다. From the above problem formulation, the Grid Operator Incentive (
Figure pat00013
Wow
Figure pat00014
When) is provided to the demand side, each participant will solve their maximization problem in Equations 2 and 3 to determine their load reduction. Load reduction collected on the demand side is not only a procurement cost, but also a resource mix for undercompensation. Thus, grid operators adjust incentives to drive down costs while changing load reductions on the demand side. In this regard, the choice of one participant will have some influence on the decision of the other participant. As such, these factors lead to the interaction between the grid operator and each demand side participant.

슈타켈버그 게임은 계층적 결정자가 있는 상황을 연구한 확장 게임의 한 부류로서, 리더가 전략에 따라 먼저 행동을 취하고 이어서 리더의 결정에 응답하여 추종자들이 행동을 취하는 것이다. 슈타켈버그 게임은 상술한 문제 공식화에서 설명한 문제 뒤의 개념 상에서 상세 설명되는데 적절하다. 본 발명은 하나의 리더와 복수의 추종자 슈타켈버그 게임이 그리드 운영자, 산업 소비자 및 서비스 제공자 간에 공식화된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그리드 운영자가 L개의 산업 소비자와 K개의 SP를 포함하는 수요측 추종자들에게 자신의 전략 즉, GO 인센티브 (

Figure pat00015
Figure pat00016
)를 공표하면서 리더 역할을 수행한다. 문제를 다루기 쉽게 하기 위해,
Figure pat00018
Figure pat00019
의 선형 함수라고 가정한다. 이와 관련하여, 그리드 운영자는 시간마다 하나의 전략을 선택하면 된다. πGO를 기본 전략으로 표시하며,
Figure pat00020
Figure pat00021
는 수학식 8 및 수학식 9와 같이 표시된다. The Steckenberg game is a class of expansion games that studies the situation of hierarchical determinants, in which the leader acts first according to the strategy and then the followers act in response to the leader's decision. The Staeckelberg game is adequate to be described in detail behind the problem described in Formulating the Problem. In the present invention, one leader and a plurality of follower Stakelberg games are formulated between grid operators, industrial consumers and service providers. As shown in FIG. 3, the grid operator has his strategy, GO incentives, to demand side followers including L industrial consumers and K SPs.
Figure pat00015
Wow
Figure pat00016
) Act as a leader while publishing. To make matters easier to deal with,
Figure pat00018
Is
Figure pat00019
Assume that is a linear function of. In this regard, grid operators need to select one strategy each time. π GO as the default strategy,
Figure pat00020
Wow
Figure pat00021
Is expressed as in Equation 8 and Equation 9.

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서, 수학식 8의 매개변수 ρ는 조정 가능하여 지역적 GO 유연성을 제공함으로써 다른 참가자에 대해 인센티브 크기를 조정한다. Here, the parameter ρ in Equation 8 is adjustable to adjust the incentive size for other participants by providing local GO flexibility.

산업 소비자 l의 전략은 부하 감축(DLC,l)이고, SP k의 전략은 가입 소비자로부터 수집된 총 부하 감축(DSP,k)이다. The strategy of industrial consumer l is load reduction (D LC, l ), and the strategy of SP k is total load reduction (D SP, k ) collected from subscribing consumers.

계층적 결정 구조를 가진 1 리더 복수 추종자 슈타켈버그 게임이 주어지면, 그 게임에 대한 해답은 슈타켈버그 평형(SE)이 되며 다음과 같이 정의된다. Given a one-leader plural follower Stakelberg game with a hierarchical decision structure, the solution to the game is the Staeckelberg equilibrium (SE), which is defined as follows.

SE 정의: 1 리더 복수 추종자 슈타켈버그 게임에서, 수학식 10 내지 12의 부등호 집합이 만족되면 전략 집합(D * IC, D * SP* GO)은 SE를 구성한다. SE definition: 1 leader plural followers In the Staeckelberg game, the strategy set ( D * IC , D * SP , ð * GO ) constitutes an SE if the set of inequalities in Equations 10-12 is satisfied.

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서, D * IC,-1=[D* IC,1, D* IC,2,...,D* IC,l-1, D* IC,l+1,...,D* IC,L]는 소비자 l을 제외한 모든 산업 소비자의 전략을 나타내며, 이에 따라 D * IC=[D* IC,l, D * IC,-1] 는 모든 산업 소비자의 전략을 나타낸다. 유사하게, D * SP=[D* SP,k, D * SP,-k]는 모든 서비스 제공자의 전략을 포함하며, 여기서 D * SP,-k=[D* SP,1, D* SP,2,...,D* SP,k-1, D* SP,k+1,...,D* SP,K]는 SP k를 제외한 다른 모든 서비스 제공자의 전략을 나타낸다. Where D * IC, -1 = [D * IC, 1 , D * IC, 2 , ..., D * IC, l-1 , D * IC, l + 1 , ..., D * IC, L ] represents the strategy of all industrial consumers except consumer l, whereby D * IC = [D * IC, l , D * IC, -1 ] represents the strategy of all industrial consumers. Similarly, D * SP = [D * SP, k , D * SP, -k ] contains the strategy of all service providers, where D * SP, -k = [D * SP, 1 , D * SP, 2 , ..., D * SP, k-1 , D * SP, k + 1 , ..., D * SP, K ] represents the strategy of all other service providers except SP k.

수학식 10 내지 12의 물리적 의미는 SE 상태에서 모든 다른 참가자의 전략이 변하지 않게 되면 어떤 참가자도 다른 전략으로 바꾸어 비용을 더 감소시킬 수 없다는 것이다. The physical meaning of equations 10-12 is that no participant can switch to another strategy to further reduce the cost unless all other participant's strategies are changed in the SE state.

2. 슈타켈버그 평형의 존재 및 유일성2. Presence and Uniqueness of the Staeckelberg Equilibrium

슈타켈버그 게임 공식이 주어지면, 다음 수학식 10-12를 만족시키는 SE가 존재하는지 검증한다. 이러한 SE 존재 검증을 위해 명제와 이와 관련된 증명을 제안한다. Given the Staeckelberg game formula, verify that there is an SE that satisfies Equation 10-12. In order to verify the existence of this SE, we propose a proposition and related proof.

명제: GO, 산업 소비자 및 SP 간 1 리더 복수 추종자 슈타켈버그 게임은 수학식 10-12를 만족시키는 유일한 SE가 존재한다. Proposition: 1 Leader between GO, Industrial Consumer, and SP The Multiple Follower Stakelberg game has a unique SE that satisfies Equations 10-12.

증명: 게임 참가자가 연속 방식으로 자신의 전략을 선택하고, 계층적 결정자가 있는 게임에 대한 평형을 유도하는데 후방 유도법이 효과적인 방법이 될 수 있다. 따라서, 증명 과정은 수요측 참가자의 최선 응답을 식별하는 것으로 시작한 다음 그리드 운영자의 최선 전략을 역 추적한다. Proof: Backward guidance can be an effective way for game players to choose their strategy in a continuous fashion and to derive equilibrium for games with hierarchical determinants. Thus, the attestation process begins with identifying the best response of the demand participant and then backtracks the grid operator's best strategy.

a) GO 인센티브가 제공된 산업 소비자의 최선 응답을 확인한다. a) Identify the best response from industrial consumers given GO incentives.

그리드 운영자로부터 ρπGO가 제공되면, 산업 소비자 l의 최선 응답이 DID,l에 대해 수학식 2의 (2a)에 따라 구해질 수 있다. If ρπ GO is provided from the grid operator, the best response of the industrial consumer l can be obtained according to Equation 2 (2a) for D ID, l .

Figure pat00027
Figure pat00027

수학식 13에서

Figure pat00028
의 첫 번째 경우를 0으로 하면, DIC,l는 수학식 14와 같이 된다. In equation (13)
Figure pat00028
If the first case of 0 is 0, D IC, l is expressed by Equation 14.

Figure pat00029
Figure pat00029

실제로, 그리드 운영자는 최소 부하 감축 요구량(Dmin)을 특정한 시장 진입 기준을 만들어 놓는다. 산업 소비자는 그리드 운영자에게 부하 감축량을 판매하는 것을 허가 받으려면 최소 부하 감축 요구량을 만족시켜야 한다. 수학식 14를 보면,

Figure pat00030
이 언제나 양수이다. 따라서, 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다. In practice, the grid operator sets a specific market entry criterion for the minimum load reduction requirement (D min ). Industrial consumers must meet minimum load reduction requirements in order to be authorized to sell load reductions to grid operators. Looking at Equation 14,
Figure pat00030
This is always positive. Therefore, it can be expressed as in Equation 15.

Figure pat00031
Figure pat00031

모든 산업 소비자를 수용하기 위해, 수학식 16과 같이 정규화될 수 있다. To accommodate all industrial consumers, it can be normalized as

Figure pat00032
Figure pat00032

수학식 16에서의 물리적 의미는 합리적 산업 소비자가 그리드 운영자의 DR 프로그램에 참가하기로 결정하면 적어도 최소 부하 감축량을 제공해야 한다는 것을 말한다. 따라서, 수학식 13의 두 번째 경우는 본 발명에서 배제되며 수학식 2의 (2b)에서 산업 소비자 l의 부하 감축 최저 값은 수학식 16의 Dmin으로 대체된다. 이어서, 수학식 14에서 부하 감축량은 후술하는 것처럼 산업 소비자 l의 유일한 최선 응답 함수가 된다. 또한, 모든 산업 소비자의 총 부하 감축량은 수학식 17과 같이 표현된다. The physical meaning in Equation 16 indicates that a reasonable industrial consumer should provide at least a minimum load reduction if he or she decides to participate in the DR operator's DR program. Therefore, the second case of Equation 13 is excluded from the present invention, and in Equation 2 (2b), the minimum load reduction value of the industrial consumer l is replaced with D min of Equation 16. Subsequently, the load reduction amount in Equation 14 becomes the only best response function of the industrial consumer l as described later. In addition, the total load reduction amount of all industrial consumers is expressed by Equation 17.

Figure pat00033
Figure pat00033

표기의 편의를 위해, 수학식 17의 각 항을 수학식 18과 같이 나타낸다.For convenience of notation, each term in Equation 17 is represented as in Equation 18.

Figure pat00034
Figure pat00034

따라서, 모든 산업 소비자의 최선 응답은 수학식 18을 수학식 17에 대입하여 수학식 19와 같이 표현될 수 있다. Therefore, the best response of all industrial consumers can be expressed by Equation 19 by substituting Equation 18 into Equation 17.

Figure pat00035
Figure pat00035

b) GO 인센티브가 제공된 서비스 제공자의 최선 응답을 확인한다. b) Confirm the best response from the service provider provided with the GO incentive.

실제로, SP가 가입 소비자를 대리하는 역할을 해야 하거나 가입 소비자가 자신을 대표하는 SP를 위임하여 도매 시장에 수요 감축량을 판매한다는 것을 알 수 있다. 서비스 제공자가 수집 단계에서 대리인으로서 어떻게 행동할 것인지에 대해서 아래와 같이 설명될 수 있다. Indeed, it can be seen that the SP must act as a surrogate for the subscribing consumer or the subcontractor delegates its representative SP to sell demand reductions to the wholesale market. The following describes how a service provider will act as an agent during the collection phase.

집계 단계에서 서비스 제공자(SP)는 가입 사용자가 의도한 수요 감축을 도매시장에 판매하는 위임자 역할을 한다. 위임 프로세스의 세부사항은 아래와 같다.In the aggregation phase, the service provider (SP) acts as a commissioner to sell the intended reduction in demand to the wholesale market. Details of the delegation process are as follows:

주어진 인센티브

Figure pat00036
에 대해, 수학식 4의 (4a)에서 사용자 i의 목적함수
Figure pat00037
Figure pat00038
에 대하여 순 오목이며, 이것은
Figure pat00039
의 2차 미분, 예를 들어
Figure pat00040
을 통해 검증된다. 따라서, 각 사용자 i는
Figure pat00041
를 최대화하는 고유한
Figure pat00042
를 가지며, 이것은 (4a)의 1차 도함수 즉,
Figure pat00043
를 취함으로서 얻어질 수 있다. 따라서 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.Given incentives
Figure pat00036
For i, the objective function of user i in equation (4a)
Figure pat00037
Is
Figure pat00038
Against net is concave, which is
Figure pat00039
Second derivative of, for example
Figure pat00040
Verified by Thus, each user i
Figure pat00041
Unique to maximize
Figure pat00042
Which is the first derivative of (4a)
Figure pat00043
Can be obtained by taking. Therefore, the following equation can be obtained.

(I.1)

Figure pat00044
(I.1)
Figure pat00044

(I.1)의 항은 SP k의 관점에서 사용자 i의 행동을 나타낸다. (3b)에 (I.1)를 대입한 다음 (3a)의 SP 목적 함수에 대입하면 다음과 같이 재공식화될 수 있다.Clause (I.1) represents the behavior of user i in terms of SP k. Substituting (I.1) into (3b) and then into the SP objective function of (3a), it can be reformulated as:

(I.2)

Figure pat00045
(I.2)
Figure pat00045

재공식화된 (I.2)의

Figure pat00046
Figure pat00047
에 의해
Figure pat00048
에 대해 순오목하다. 따라서, SP k의 수익을 극대화하는 고유한 SP 인센티브 값이 존재한다는 것은 명확하다.
Figure pat00049
의 1차 도함수를 취하면 다음과 같은 식을 얻는다.Of reformulated (I.2)
Figure pat00046
Is
Figure pat00047
By
Figure pat00048
Are lukewarm about. Thus, it is clear that there is a unique SP incentive value that maximizes the return of SP k.
Figure pat00049
Taking the first derivative of, we obtain

(I.3)

Figure pat00050
(I.3)
Figure pat00050

Figure pat00051
을 0으로 할 경우
Figure pat00052
은 다음과 같이 나타난다.
Figure pat00051
Is 0
Figure pat00052
Appears as follows:

(I.4)

Figure pat00053
(I.4)
Figure pat00053

그 후, SP k의 총 수요 감축

Figure pat00054
은 (I.4)를 (I.1)에 대입한 다음 사용자Nk에 대해 합산하면, (I.5)와 같은 고유한 형식을 취하게 된다Subsequently, reduce total demand for SP k
Figure pat00054
Substituting (I.4) into (I.1) and then summing for user N k takes the form of (I.5):

(I.5)

Figure pat00055
(I.5)
Figure pat00055

이에 따라 πGO에 대한 응답으로 수학식 20에 의해 SP k의 유일한 전략(DSP,k)이 존재함을 보이고 있다.Accordingly, in response to π GO , Equation 20 shows that there is a unique strategy of SP k (D SP, k ).

Figure pat00056
Figure pat00056

수학식 20은 가입 소비자를 가지는 각 SP k∈K가 함께 외부 개체에 대해 전체적으로 행동할 것이라는 것을 의미한다. 또한, 모든 서비스 제공자의 수요 감축량은 모든 서비스 제공자를 합산하여 표현될 수 있다. Equation 20 means that each SP kK with subscribing consumers will act together on the external entity as a whole. In addition, the demand reduction amount of all service providers may be expressed by summing all service providers.

Figure pat00057
Figure pat00057

수학식 21의 합산 부분은 상수라는 것을 알 수 있다. 간단히 하기 위해, 수학식 22와 같이 하면, 모든 서비스 제공자의 최선 응답은 수학식 22를 수학식 21에 넣어 수학식 23과 같이 표현될 수 있다. It can be seen that the summation portion of Equation 21 is a constant. For simplicity, as in Equation 22, the best response of all service providers can be expressed as Equation 23 by putting Equation 22 into Equation 21.

Figure pat00058
Figure pat00058

Figure pat00059
Figure pat00059

c) 후방 유도 원리를 따라 GO의 유일한 최선 전략의 존재를 검증한다. c) Verify the existence of GO's only best strategy following the principle of backward guidance.

우선, 수학식 6의 (6a)의 그리드 운영자의 목적 함수는 수학식 6의 (6c), 수학식 7-9를 포함시켜 수학식 24와 같이 표현될 수 있다. First, the objective function of the grid operator of Equation 6 (6a) may be expressed as Equation 24 including Equation 6 (6c) and Equation 7-9.

Figure pat00060
Figure pat00060

후방 유도 원리에 따라, 수학식 24의 목적 함수에서 수학식 19 및 23의 산업 소비자 및 서비스 제공자의 최선 응답으로 대체하면 수학식 25와 같이 재공식화된다. According to the backward derivation principle, substituting the best response of the industrial consumers and service providers of Equations 19 and 23 in the objective function of Equation 24 is reformulated as in Eq.

Figure pat00061
Figure pat00061

πGO에 대해 수학식 25의 1차 도함수를 구하면, 수학식 26과 같이 된다. When the first derivative of Eq. 25 is obtained with respect to? GO , Eq.

수학식 25의 2차 도함수는 수학식 27과 같이 표현된다. The second derivative of Equation 25 is expressed as Equation 27.

Figure pat00062
Figure pat00062

Figure pat00063
Figure pat00063

분명히, 수학식 27의 항은 수학식 18 및 22에 의해 항상 양수이다. 이에 따라 수학식 25의 GO의 새로운 목적 함수는 πGO에 대해 순볼록이다. 결국, π* GO의 전체 최적 해답은 수학식 26을 0으로 하여 수학식 28과 같이 유일하게 구할 수 있다. Obviously, the term of equation 27 is always positive by equations 18 and 22. Accordingly, the new objective function of GO in Equation 25 is net convex for π GO . As a result, the total optimal solution of π * GO can be found solely as in Equation 28 with Equation 26 as zero.

Figure pat00064
Figure pat00064

여기서, η, γ, α는 각각 수학식 18 및 22에서 정의되어 있다. Here, η, γ, and α are defined in equations (18) and (22), respectively.

이에 따라 각 산업 소비자와 서비스 제공자의 최선 전략(D* IC,l와 D* SP,k)은 π* GO에 대한 최선 응답에 의해 확정될 수 있다. 따라서, 1 리더 복수 추종자 슈타켈버그 게임에 대해 전략 프로파일(D * IC, D * SP, ð* GO)의 형태로 SE 평형은 존재한다. Accordingly, the best strategies (D * IC, l and D * SP, k ) of each industry consumer and service provider can be determined by the best response to π * GO . Therefore, the strategy profile ( D * IC , D * SP , SE equilibrium exists in the form ð * GO ).

3. 분산 방식으로 SE를 찾는 알고리즘3. Algorithms for finding SE in a distributed fashion

SE가 중앙 방식으로 유도될 수 있지만, 이것은 각 수요측 참가자가 그리드 운영자에게 자신의 개인정보(매개변수)를 공개할 것을 요구한다. 이 때문에, 완전한 분산 알고리즘이 더 바람직하다. 각 참가자의 개인정보를 공개하지 않고 그리드 운영자와 수요측 참가자 간의 메시지 교환을 통해 SE를 찾는 것을 목표로 하여 이러한 알고리즘을 제안한다. SE can be derived in a central way, but this requires each demand side participant to disclose their personal information (parameters) to the grid operator. For this reason, a complete distributed algorithm is more desirable. We propose this algorithm with the goal of finding the SE through the exchange of messages between the grid operator and the demand side participants, without revealing each participant's personal information.

핵심 개념은 유연한 스텝 크기 △πGO에 근거해 m부터 m+1까지 반복해서 그리드 운영자가 인센티브 πm GO를 갱신한다. 각 반복 동안(예를 들어, m+1), 그리드 운영자는 수요측에 πm+1 GO를 제안하고 각 산업 소비자와 서비스 제공자는 최선 응답으로 만들어 그리드 운영자에게 수요 감축량을 전송함으로써 자신들의 수요 감축량(Dm+1 IC,l와 Dm+1 SP,k)을 결정한다. 이후에, 그리드 운영자는 알고리즘에 나와 있는 것처럼 수학식 31에 근거해 총 비용(Cm+1 GO)을 계산하고 그 결과가 더 낮은 비용이면 현재 πm+1 GO를 기록한다. 이러한 방식으로, 수학식 32의 종료 조건이 만족될 때까지 라인 1에서 7까지 반복한다. 종료 조건에서 그리드 운영자의 비용은 더 이상 감소되지 않는다. 다시 말해서, 두 연속하는 반복 간의 차이가 특정의 작은 값 ε 이하이면 SE에 도달했음을 나타낸다. The key concept is that the grid operator updates the incentive π m GO repeatedly from m to m + 1 based on the flexible step size Δπ GO . During each iteration (eg m + 1), the grid operator proposes π m + 1 GO to the demand side and each industrial consumer and service provider make their best response by sending demand reductions to the grid operator. Determine the reductions (D m + 1 IC, l and D m + 1 SP, k ). Later, the grid operator calculates the total cost (C m + 1 GO ) based on Equation 31, as shown in the algorithm, and records the current π m + 1 GO if the result is a lower cost. In this way, lines 1 to 7 are repeated until the termination condition of equation (32) is satisfied. In the termination condition, the cost of the grid operator is no longer reduced. In other words, if the difference between two successive repetitions is less than or equal to a certain small value [epsilon], SE is reached.

수렴 속도를 가속시키고 알고리즘의 효율을 개선하기 위해, 스텝 크기 △πGO는 수학식 29를 사용하여 적절히 조정된다. 여기서, |Cm GO-Cm-1 GO|는 두 연속하는 반복 간의 총 비용의 차이를 나타내고, δ와 ω는 시스템 종속 매개변수이다. 분명히, |Cm GO-Cm-1 GO|의 차이가 더 크면 더 큰 △πG가 발생하며, 그 차이가 점점 감소하면 GO 비용은 포화되고 △πGO는 0에 근접하게 될 것이다. In order to accelerate the convergence speed and improve the efficiency of the algorithm, the step size Δπ GO is appropriately adjusted using equation (29). Where | C m GO -C m-1 GO | represents the difference in the total cost between two consecutive iterations, and δ and ω are system dependent parameters. Clearly, a larger difference between | C m GO -C m-1 GO | results in a larger Δπ G , and as the difference decreases, the GO cost will saturate and Δπ GO will be close to zero.

<알고리즘>Algorithm

초기화:reset:

GO는 π*GOmin GO으로 설정하고 ρ값을 선택함으로써 프로그램을 초기화한 후, 수요측 참가자에게 수학식 8 및 9에 따라 초기 인센티브를 제안한다. GO initializes the program by setting π * GO = ð min GO and selects the value of ρ, and then proposes initial incentives to the demanding participants according to equations (8) and (9).

각 산업 소비자와 SP는 수학식 14 및 20에 근거해 최선 응답으로 D* IC,l와 D* SP,k를 결정하고 GO에 전송한다. Each industrial consumer and SP determine D * IC, l and D * SP, k as best responses based on Equations 14 and 20 and send them to GO.

따라서, GO는 수학식 24에 근거해 초기 비용 C* GO을 계산한다. Therefore, GO calculates the initial cost C * GO based on equation (24).

반복:repeat:

1: 반복 m → m+1에서 다음을 수행한다. 1: In the repetition m → m + 1 do the following:

2: 스텝 크기 △πGO에 근거해 πm GO를 갱신한다. △πGO는 수학식 29에 의해 계산되고, πm GO는 수학식 30에 의해 계산된다. 2: Update π m GO based on the step size Δπ GO . Δπ GO is calculated by equation (29), and π m GO is calculated by equation (30).

Figure pat00065
Figure pat00065

Figure pat00066
Figure pat00066

3: ðm+1 GO에 응답하여, 수요측 참가자는 수학식 19 및 20에 따라 Dm+1 IC,l와 Dm+1 SP,k를 갱신하고, GO에게 보고한다. 3: In response to ð m + 1 GO , the demand participant updates D m + 1 IC, l and D m + 1 SP, k according to equations 19 and 20 and reports to GO.

4: Dm+1 IC,l와 Dm+1 SP,k를 수신하면, GO는 수학식 31에 의해 총 비용을 계산한다. 4: Upon receiving D m + 1 IC, l and D m + 1 SP, k , GO calculates the total cost by equation (31).

Figure pat00067
Figure pat00067

5: 만약 Cm+1 GO≤C* GO이고 πm+1 GO≤πmax GO 이면, GO는 최적 인센티브 및 최소 비용을 갱신한다(π* GOm+1 GO, C* GO= Cm+1 GO).5: If C m + 1 GO ≤C * GO and π m + 1 GO ≤π max GO , GO updates the optimal incentive and minimum cost (π * GO = ð m + 1 GO , C * GO = C m + 1 GO ).

6: 단계 5가 종료된다.6: Step 5 ends.

7: 단계 1-6이 종료된다. 7: Steps 1-6 end.

8: 수학식 32와 같이 종료 조건이 만족될 때까지 단계 1에서 7까지를 반복한다. 8: Steps 1 to 7 are repeated until the end condition is satisfied as shown in Equation (32).

Figure pat00068
Figure pat00068

9: SE(D * IC, D * SP, π* GO)에 도달한다. GO의 총 조달 비용은 더 이상 감소되지 않는다. 9: SE ( D * IC , D * SP , π * GO ). The total procurement cost of GO is no longer reduced.

GO 비용 함수(CGO)는 πGO에 대해 순볼록이고, 이것은 수학식 29 및 30을 이용해 πGO를 증가시키는 것이 GO를 위한 최소 비용으로 이끈다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 분산 알고리즘은 항상 유일한 SE로 수렴하는 것을 보증한다. The GO cost function (C GO ) is net convex for π GO , which means that increasing π GO using equations 29 and 30 leads to the minimum cost for GO. Thus, the distribution algorithm according to the present invention ensures that it always converges to a unique SE.

도 9는 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템에서 각 객체 간의 신호 흐름을 나타낸 것이다. Figure 9 shows the signal flow between each object in the incentive-based demand response system according to the present invention.

도 9를 참조하면, 그리드 운영자(GO)(10)는 그리드 운영자 인센티브 즉, GO 인센티브(πGO)에 근거해 산업 소비자(IC)(20)에 적용되는 제1 그리드 운영자 인센티브(

Figure pat00069
)를 산정하여 산업 소비자(20)로 제공한다(S10). Referring to FIG. 9, a grid operator (GO) 10 is a first grid operator incentive applied to an industrial consumer (IC) 20 based on a grid operator incentive, i.e., GO incentive (π GO ).
Figure pat00069
) Is calculated and provided to the industrial consumer 20 (S10).

다음, 그리드 운영자(10)는 GO 인센티브에 근거해 서비스 제공자(SP)(20)에 적용되는 제2 그리드 운영자 인센티브(

Figure pat00070
)를 산정하여 서비스 제공자(20)로 제공한다(S12). 본 발명의 실시예에서는 제2 그리드 운영자 인센티브는 그리드 운영자 인센티브와 동일하다. Next, the grid operator 10 receives a second grid operator incentive, which is applied to the service provider (SP) 20 based on the GO incentive.
Figure pat00070
) Is calculated and provided to the service provider 20 (S12). In an embodiment of the present invention, the second grid operator incentive is the same as the grid operator incentive.

산업 소비자(20)는 제1 그리드 운영자 인센티브에 근거해 산업 소비자 부하 감축량(DIC)을 갱신하고 이를 그리드 운영자(10)로 전송한다(S14).The industrial consumer 20 updates the industrial consumer load reduction amount D IC based on the first grid operator incentive and transmits it to the grid operator 10 (S14).

또한, 서비스 제공자(30)도 제2 그리드 운영자 인센티브에 근거해 서비스 제공자 부하 감축량(DSP)을 갱신하고 이를 그리드 운영자(10)로 전송한다(S16). 도 8에 도시되어 있지는 않지만, 서비스 제공자(30)는 가입 고객들로부터 부하 감축량(Di)을 수집하여 서비스 제공자 부하 감축량을 산정하게 된다. In addition, the service provider 30 also updates the service provider load reduction amount D SP based on the second grid operator incentive and transmits it to the grid operator 10 (S16). Although not shown in FIG. 8, the service provider 30 calculates a service provider load reduction amount by collecting load reduction amount D i from subscribing customers.

다음, 그리드 운영자(10)는 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량, 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 그리드 운영자의 비용을 계산한다(S18).Next, the grid operator 10 calculates the cost of the grid operator based on the grid operator incentive, the industrial consumer load reduction amount, and the service provider load reduction amount (S18).

구체적으로, 그리드 운영자(10)는 산업 소비자 부하 감축량에 따라 산업 소비자에게 지급할 인세티브 비용, 서비스 제공자 부하 감축량에 따라 서비스 제공자에게 지급할 인센티브 비용, 그리드의 자원 부족량에서 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량을 감산한 자원량을 생산하는데 소요되는 발전 비용을 합산한 조달 비용을 계산한다. Specifically, the grid operator 10 may include incentive costs to be paid to industrial consumers according to industrial consumer load reductions, incentive costs to be paid to service providers according to service provider load reductions, industrial consumer load reductions from resource shortages in the grid, and Calculate the procurement cost, which adds the cost of generating power to produce the amount of resources minus the service provider load reduction.

그리드 운영자의 조달 비용을 계산하면, 이 조달 비용이 슈타켈버그 평형(SE)에 도달했는지 판단한다(S18). 슈타켈버그 평형에 도달하면 더 이상 조달 비용을 감소시킬 수 없게 된다. 조달 비용이 슈타켈버그 평형에 도달한 것으로 판단되면, 그리드 운영자(10)는 산업 소비자(20) 및 서비스 제공자(30)에 대하여 슈타켈버그 평형 상태의 그리드 운영자 인센티브를 적용하여 수요반응에 대한 인센티브 보상을 수행한다(S20, S22). When calculating the procurement cost of the grid operator, it is determined whether the procurement cost has reached the Staeckelberg equilibrium (SE) (S18). Once the Staeckelberg equilibrium is reached, it will no longer be possible to reduce procurement costs. If the procurement cost is determined to have reached the Staeckelberg equilibrium, the grid operator 10 applies the Staggerberg equilibrium grid operator incentive to the industrial consumer 20 and service provider 30 to incentivize the demand response. Perform compensation (S20, S22).

만약, 조달 비용이 슈타켈버그 평형에 아직 도달하지 않은 것으로 판단되면, 그리드 운영자(10)는 그리드 운영자 인센티브를 갱신하고 그 갱신된 그리드 운영자 인센티브에 근거해 제1 그리드 운영자 인센티브 및 제2 그리드 운영자 인센티브를 갱신한 후 상기 단계 S10부터 단계 S16까지를 반복한다. If it is determined that the procurement cost has not yet reached the Staeckelberg equilibrium, the grid operator 10 updates the grid operator incentive and based on the updated grid operator incentive, the first grid operator incentive and the second grid operator incentive. After updating, the process is repeated from step S10 to step S16.

도 10은 본 발명에 따른 그리드 운영자 측에서 수행되는 수요반응 처리 과정을 나타낸 것이다. 10 shows a demand response process performed in the grid operator according to the present invention.

도 10을 참조하면, 먼저 그리드 운영자는 수요반응 관리를 위한 초기화 단계를 수행한다(S100).Referring to FIG. 10, first, the grid operator performs an initialization step for managing demand response (S100).

초기화 단계(100)에서, 그리드 운영자(10)는 그리드 운영자(GO) 인센티브 비율의 초깃값을 설정하고, 초깃값에 근거해 산업 소비자(20)에 적용할 제1 GO 인센티브 비율과 서비스 제공자(30)에게 적용할 제2 GO 인센티브 비율을 결정하고, 산업 소비자의 수요 감축량의 초깃값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 초깃값을 수신하여 그리드 운영자의 조달 비용의 초깃값을 계산한다.In the initialization step 100, the grid operator 10 sets the initial value of the grid operator (GO) incentive rate, and the first GO incentive rate and service provider 30 to apply to the industrial consumer 20 based on the initial value. Determine the second GO incentive rate to be applied to, and calculate the initial value of the procurement cost of the grid operator by receiving the initial value of the demand reduction amount of the industrial consumer and the initial value of the demand reduction amount of the service provider.

다음, 그리드 운영자(10)는 그리드 운영자 인센티브 비율을 갱신하여 제1 GO 인센티브 비율의 갱신값과 제2 GO 인센티브 비율의 갱신값을 산출하고 갱신값을 각각 산업 소비자와 서비스 제공자에게 전송하는 갱신 단계(S102)를 수행한다. 갱신 단계(S102)에서 그리드 운영자 인센티브 비율을 갱신할 때, 조달 비용의 차이에 근거해 산출한 스텝 크기만큼 그리드 운영자 인센티브 비율을 증가시켜 갱신한다. Next, the grid operator 10 updates the grid operator incentive rate to calculate an update value of the first GO incentive rate and an update value of the second GO incentive rate, and transmits the update value to the industrial consumer and the service provider, respectively ( S102) is performed. When updating the grid operator incentive ratio in the update step (S102), the grid operator incentive ratio is increased by the step size calculated based on the difference in procurement cost and updated.

다음, 그리드 운영자(10)는 산업 소비자(20)로부터 수요 감축량의 갱신값과 서비스 제공자(30)로부터 수요 감축량의 갱신값을 수신하는 갱신값 수신 단계(S104)를 수행한다.Next, the grid operator 10 performs an update value receiving step S104 of receiving the update value of the demand reduction amount from the industrial consumer 20 and the update value of the demand reduction amount from the service provider 30.

이후, 그리드 운영자(10)는 그리드 운영자 인센티브 비율의 갱신값, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값 및 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값에 근거해 그리드 운영자의 총 조달 비용을 계산하는 비용 계산 단계(S106)를 수행한다. Thereafter, the grid operator 10 calculates the total procurement cost of the grid operator based on the update value of the grid operator incentive rate, the update value of the demand reduction amount of the industrial consumer, and the update value of the demand reduction amount of the service provider. (S106).

총 조달 비용이 계산되면, 그리드 운영자(10)는 비용 계산 단계(S106)에서 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값을 특정값과 비교하여 조달 비용이 슈타켈버그 평형에 도달했는지 판단한다(S108).When the total procurement cost is calculated, the grid operator 10 compares the difference between the procurement cost calculated in the cost calculation step S106 and the previously calculated procurement cost to a specific value to determine whether the procurement cost has reached the Staeckelberg equilibrium. (S108).

즉, 비용 계산 단계(S106)에서 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값이 특정값보다 크면 아직 슈타켈버그 평형에 도달하지 않은 것으로 보고, 갱신 단계(S102)부터 비용 계산 단계(S106)까지 반복한다. In other words, if the difference between the procurement cost calculated in the cost calculation step (S106) and the previously calculated procurement cost is greater than a specific value, it is reported that the Steigenberge equilibrium has not yet been reached, and the cost calculation step (S106) from the update step (S102). Repeat to).

그러나, 비용 계산 단계(S106)에서 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값이 특정값 이하이면 슈타켈버그 평형에 도달한 것으로 판단하고 슈타켈버그 평형 상태의 그리드 운영자 비율의 갱신값, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값 및 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값으로 수요반응을 수행한다(S110).However, if the difference between the procurement cost calculated in the cost calculation step (S106) and the previously calculated procurement cost is less than or equal to the specified value, it is determined that the Staeckelberg equilibrium has been reached, and the updated value of the grid operator ratio in the Staeckelberg equilibrium state, The demand response is performed with an update value of the demand reduction amount of the industrial consumer and an update value of the demand reduction amount of the service provider (S110).

도 11은 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 시스템을 서버 기반으로 도시한 것이다. 11 illustrates a server-based incentive-based demand response system according to the present invention.

도 11을 참조하면, 그리드 운영자 부문은 GO 서버(10)가 주체가 되어 수요반응을 관리하고, 산업 소비자 부문은 IC 서버(20)가 주체가 되어 GO 서버(10)와 데이터 통신을 수행하고, 서비스 제공자 부문은 SP 서버(30)가 주체가 되어 GO 서버(10)와 데이터 통신을 수행한다. Referring to FIG. 11, in the grid operator sector, the GO server 10 is the main agent to manage the demand response, and the industrial consumer sector is the IC server 20 the main agent to perform data communication with the GO server 10. In the service provider section, the SP server 30 is mainly used to perform data communication with the GO server 10.

GO 서버(10)는 IC 서버(20)로 산업 소비자에게 적용할 제1 인센티브(

Figure pat00071
)를 전송하고 IC 서버(20)는 제1 인센티브(
Figure pat00072
)에 근거해 산정한 산업 소비자 부하 감축량(DIC)를 GO 서버(10)로 전송한다. The GO server 10 is an IC server 20 which is a first incentive to apply to industrial consumers.
Figure pat00071
) And the IC server 20 sends the first incentive (
Figure pat00072
), The calculated industrial consumer load reduction amount (D IC ) is transmitted to the GO server 10.

마찬가지로, GO 서버(10)는 SP 서버(30)로 서비스 제공자에게 적용할 제2 인센티브(

Figure pat00073
)를 전송하고 SP 서버(30)는 제2 인센티브(
Figure pat00074
)에 근거해 산정한 산서비스 제공자 부하 감축량(DSP)를 GO 서버(10)로 전송한다. Similarly, the GO server 10 is the SP server 30 with a second incentive to apply to the service provider.
Figure pat00073
) And the SP server 30 sends a second incentive (
Figure pat00074
And the acid service provider load reduction amount (D SP ) calculated on the basis of the reference) is transmitted to the GO server 10.

GO 서버(10)는 IC 서버(20) 및 SP 서버(30)로 인센티브를 제공하고 IC 서버(20) 및 SP 서버(30)로부터 각각의 부하 감축량을 수신하는 과정을 반복함으로써 3자간 최적의 수요반응 결과를 도출하게 된다. GO server 10 provides incentives to IC server 20 and SP server 30 and repeats the process of receiving respective load reduction amounts from IC server 20 and SP server 30 to optimize the three party. Demand response results will be derived.

도 12는 본 발명에 따른 GO 서버의 내부 구성을 나타낸 것이다. 12 shows an internal configuration of a GO server according to the present invention.

도 12를 참조하면, GO 서버(10)는 통신부(12). 메모리(14), 제어부(16) 등을 포함한다. Referring to FIG. 12, the GO server 10 is a communication unit 12. Memory 14, control unit 16, and the like.

통신부(12)는 IC 서버(20)와 SP(30)와 데이터 통신을 수행하는 부분이다. The communication unit 12 is a part that performs data communication with the IC server 20 and the SP 30.

통신부(12)는 산업 소비자에게 적용되는 제1 인센티브를 IC 서버(20)로 전송하고, IC 서버(20)로부터 산업 소비자 부하 감축량을 수신한다. 또한, 통신부(12)는 서비스 제공자에게 적용되는 제2 인센티브를 SP 서버(30)로 전송하고, SP 서버(30)로부터 서비스 제공자 부하 감축량을 수신한다. The communication unit 12 transmits the first incentive applied to the industrial consumer to the IC server 20 and receives the industrial consumer load reduction amount from the IC server 20. In addition, the communication unit 12 transmits a second incentive applied to the service provider to the SP server 30, and receives the service provider load reduction amount from the SP server 30.

메모리(14)는 본 발명에 따른 인센티브 기반 수요반응 관리를 위한 프로그램을 저장한다. 수요반응 관리 프로그램은 전술한 바와 같이 그리드 운영자의 조달 비용이 최소화되고, 산업 소비자 및 서비스 제공자가 각각의 이익이 최대화될 수 있게 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량이 결정되도록 한다. The memory 14 stores a program for incentive-based demand response management according to the present invention. The demand response management program, as described above, allows grid operators to minimize procurement costs and allow industrial consumers and service providers to determine grid operator incentives, industrial consumer load reductions, and service provider load reductions to maximize their benefits. .

제어부(16)는 GO 서버(10)의 동작을 전체적으로 제어하는 부분이다. 제어부(16)는 메모리(14)에 저장된 수요반응 관리 프로그램을 실행하여 산업 소비자 및 서비스 제공자에 대한 수요반응 관리를 제어한다. The controller 16 is a part that controls the overall operation of the GO server 10. The controller 16 executes a demand response management program stored in the memory 14 to control demand response management for industrial consumers and service providers.

제어부(16)는 통신부(12)를 통해 IC 서버(20) 및 SP 서버(30)에 대한 데이터 통신을 제어하며, 전술한 바와 같이, 그리드 운영자 인센티브 갱신 및 조달 비용 계산을 통해 슈타켈버그 평형을 판단하여 최적의 그리드 운영자 인센티브, 최적의 산업 소비자 부하 감축량 및 최적의 서비스 제공자 부하 감축량을 결정하게 된다. The control unit 16 controls the data communication to the IC server 20 and the SP server 30 through the communication unit 12, and as described above, the Stakelberg equilibrium through the grid operator incentive update and procurement cost calculation Judgment will determine the best grid operator incentives, the best industrial consumer load reductions, and the best service provider load reductions.

시뮬레이션 결과Simulation result

본 발명에 따른 인센티브 기반 DR 접근 및 해당 분석에 대한 시뮬레이션 결과를 제공한다. 자원 거래 프로세스에서 수요 측 참여자 행동의 명확한 이미지를 갖기 위해 시뮬레이션은 그리드 운영자(GO), 3명의 산업 소비자(IC) 및 각각 3명의 가입 사용자가 있는 2명의 서비스 제공자(SP) 사이에서 수행되었다. 도 7은 모든 수요 측 참여자의 파라미터를 제공한다. 수학식 7의 생성 계수는 a = 0.2, b = 0, c = 0으로 설정되었다. 분산 알고리즘에 대해서 δ은 2.5로 선택되었고,

Figure pat00075
는 0.13으로 선택되었고 ε는 10-4로 설정되었다. 모든 매개 변수값이 본 발명의 시뮬레이션에서 특정되고 지역 전기 시장의 특정 설계, 세대 구성 또는 소비자 특성에 따라 달라질 수 있다는 것이 중요한 점이다. 그러나 이것이 결과의 분석과 해석을 왜곡하지 않는다. Incentive-based DR approach and simulation results for the analysis in accordance with the present invention are provided. In order to have a clear image of demand-side participant behavior in the resource trading process, simulations were performed between the grid operator (GO), three industrial consumers (ICs), and two service providers (SPs) with three subscribing users each. 7 provides the parameters of all demand side participants. The generation coefficient of Equation 7 is set to a = 0.2, b = 0, c = 0. Δ was chosen as 2.5 for the variance algorithm,
Figure pat00075
Is chosen to be 0.13 and ε is set to 10 -4 . It is important that all parameter values are specified in the simulations of the present invention and may vary depending on the specific design, generation configuration or consumer characteristics of the local electricity market. But this does not distort the analysis and interpretation of the results.

하루 동안 96kWh의 자원부족

Figure pat00076
이 다음 작업 기간 동안 GO에 의해 예상된다(본 발명에서는 한 시간을 예로 들었음). 수학식 8의 매개변수 ρ는 처음에 0.6으로 설정되었고, 후반부에서는 GO의 의사결정에 대한 ρ의 영향을 조사하기 위해 다른 값이 적용되었다. 이를 위해 위에서 설명한 시나리오를 기반으로 MATLAB R2016b에서 분산된 방식으로 SE를 탐색하기 위해 분산 알고리즘을 수행했다. 알고리즘 결과 및 이에 상응하는 분석은 후술한다.Lack of resources at 96 kWh per day
Figure pat00076
Expected by GO for this next working period (in the present invention, one hour is taken as an example). The parameter ρ in Equation 8 was initially set to 0.6, and in the latter part, a different value was applied to investigate the influence of ρ on the decision of GO. To this end, based on the scenario described above, a distributed algorithm was performed in MATLAB R2016b to explore the SE in a distributed fashion. Algorithm results and corresponding analyzes are described below.

도 4는 SE에 수렴하는데 필요한 반복 횟수를 도시한다. 알고리즘은 수학식 32의 종료 조건이 충족될 때 11번 째 반복(왼쪽 그래프)에서 완전히 수렴했으며 이것은 GO의 총 비용은 더 이상 감소 할 수 없다는 것을 의미한다. 또한 오른쪽 그래프는 반복 라운드에 대한 GO의 인센티브

Figure pat00077
변화를 보여준다. 최적의 인센티브는 7.27 ¢/ kWh였다. 최적점을 찾는데 분산 알고리즘의 정확도를 고려하여, 수학식 28의 분석 방법을 사용하여 전역 최적 해를 구했고, 7.29 ¢/ kWh로 계산되었으므로 오차는 0.2%에 불과하였다. 4 shows the number of iterations needed to converge to the SE. The algorithm fully converged on the 11th iteration (left graph) when the termination condition of Eq. 32 was met, which means that the total cost of GO could no longer be reduced. Also the right graph shows GO incentives for repeat rounds
Figure pat00077
Show the change. The optimal incentive was 7.27 kWh / kWh. Considering the accuracy of the variance algorithm in finding the optimal point, the global optimal solution was obtained using the analysis method of Equation 28, and the error was only 0.2% since it was calculated to be 7.29 kWh / kWh.

각 수요측 참여자가 각 반복 과정에서 GO의 전략에 어떻게 반응하는지 직관적으로 해석하기 위해 도 5는 부족한 보상을 위해 여러 분야의 복합 자원을 추적한다. 분명히 각 수요측 참여자가 제출한 부하 감축은 더 큰 GO 인센티브가 제공될 때 반복적인 절차에서 점진적으로 증가한다. 가장 큰 감도지표 σ를 가진 3번째 산업 소비자가 가장 많은 부하 감소에 기여했다는 사실을 알 수 있다. 그 이유는 수학식 2의 최적화 문제를 해결함으로서 얻은 타협적인 결과인데, 부하 감축으로서 제공되는 GO 인센티브가 적게 소비하는 것 보다 더 이득인 것을 보여준다.To intuitively interpret how each demand-side participant responds to the GO's strategy in each iteration, Figure 5 tracks multiple sectors of complex resources for lack of compensation. Clearly, the load reductions submitted by each demand-side participant increase gradually in an iterative process when larger GO incentives are offered. It can be seen that the third industrial consumer with the largest sensitivity indicator σ contributed the most load reduction. The reason is the compromise obtained by solving the optimization problem in Equation 2, which shows that the GO incentives provided as load reduction are more profitable than less consumption.

더욱이, 도 5의 SP의 수집된 수요 감축은 각 SP 인센티브에 대한 최종 사용자의 수요 감축을 보여주는 도 6에서 좀 더 분해하여 나타내었다. 각 SP에 속한 사용자 그룹 응답을 비교함으로서 SP2 사용자가 더 큰 θ 값으로 인해 수요 감축을 꺼렸다는 사실을 관찰했다. 이것은 전술한 바와 같이 큰 θ 값을 가진 사용자가 수요 감축을 제공하는데 좀 더 보수적이라는 것을 의미한다. Furthermore, the collected demand reductions of the SPs of FIG. 5 are further broken down in FIG. 6, which shows end user demand reductions for each SP incentive. By comparing the user group responses belonging to each SP, we observed that SP2 users were reluctant to reduce demand due to larger θ values. This means that a user with a large value of θ, as described above, is more conservative in providing demand reduction.

본 발명에 따른 방법으로 달성할 수 있는 비용 절감을 평가하는 것은 중요하다. 벤치마킹을 위해, 수요측 참여가 없으면 자원의 부족은 발전기 가동으로만 보상될 것이라고 추측하였다. 벤치마크 비용은 수학식 7을 사용하여 18.43달러로 계산되었다. 도 4의 (a)에서 볼 수 있듯이 수요측 참여를 가능하게 한 이후 최소비용이 5.06 달러였다(ρ를 0.6으로 설정한 경우).It is important to evaluate the cost savings achievable with the method according to the invention. For benchmarking, we assume that without demand-side participation, the lack of resources will only be compensated by generator operation. The benchmark cost was calculated to be $ 18.43 using equation (7). As shown in (a) of FIG. 4, after enabling demand side participation, the minimum cost was $ 5.06 (when p was set to 0.6).

보다 포괄적인 이해를 위해 0.2에서 1.0까지 다양한 ρ값을 적용하고 알고리즘에서 관련 결과를 얻었다. 도 8은 최적의 인센티브(두번 째 행)와 총 비용(세 번째 행)에 대한 서로 다른 ρ의 효과를 나타내며, 여기서 네 번째 행은 벤치마크와 비교한 비용 절감 비율을 나타낸다. ρ가 클수록 자원 부족 보상비용이 낮아지고 GO 인센티브가 낮아진다. 이는 ρ가 커지면 GO가 SP에서 동일한 수량을 조달하는데 필요한 비용과 비교하여 저렴한 비용으로 산업 소비자로부터 더 많은 부하를 줄일 수 있기 때문이다. 그러므로 정책 입안자로서 GO는 통제지역 내 DR 자원 구성의 특성을 기반으로 ρ의 값을 신중히 선택해야 한다.For a more comprehensive understanding, we applied various values of ρ from 0.2 to 1.0 and obtained relevant results from the algorithm. FIG. 8 shows the effect of different p on optimal incentive (second row) and total cost (third row), where the fourth row represents the cost savings ratio compared to the benchmark. The larger ρ, the lower the resource shortage compensation costs and the lower the GO incentive. This is because larger ρ can reduce more load from industrial consumers at lower cost compared to the cost required for GO to procure the same quantity at the SP. Therefore, as a policy maker, GO should carefully select the value of ρ based on the characteristics of the DR resource composition in the controlled area.

이와 같이 본 발명은 GO 분야의 관점에서 포괄적인 자원 거래 프레임 워크를 제시하고, 발전기와 함께 시스템 불균형을 완화하는데 도움이되도록 다양한 부문의 DR 리소스를 일일 시장에 통합한다. 두 가지 유형의 인센티브를 활용하여 GO는 총 조달 비용을 최소화하기 위해 다양한 DR 자원 혼합을 도출 할 수 있다. 다른 시장 참여자들 사이의 내재성을 보다 잘 나타내기 위해 슈타켈버그(Stackelberg) 게임 이론이 단일 리더 복수 추종자 게임에서 자원 거래 프로세스를 모델링하기 위해 채택되었다. 분석 결과, 게임 내에 고유한 SE가 존재한다는 것을 알 수 있다. 이로 인해 최적의 거래 결과가 나오고 조달 비용이 최소화되었다. As such, the present invention presents a comprehensive resource trading framework from the perspective of the GO field, and integrates DR resources from various sectors into the daily market to help alleviate system imbalances with generators. By taking advantage of the two types of incentives, GO can derive a mix of different DR resources to minimize total procurement costs. To better illustrate the implications among different market participants, the Stackelberg game theory was adopted to model the resource trading process in a single leader multiplayer game. The analysis shows that there is a unique SE in the game. This resulted in optimal trading results and minimized procurement costs.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention.

따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed by the claims below, and all techniques within the scope equivalent thereto will be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 그리드 운영자 (GO) 20: 산업 소비자(IC)
30: 서비스 제공자(SP)
10: Grid Operator (GO) 20: Industrial Consumer (IC)
30: Service Provider (SP)

Claims (12)

그리드 운영자(GO), 산업 소비자(IC) 및 서비스 제공자(SP)로 구성된 수요반응 시스템의 인센티브 기반 수요반응 방법에 있어서,
상기 그리드 운영자가 m+1 반복(iteration m+1)에서 m 반복(iteration m)의 그리드 운영자 인센티브(πm GO)를 갱신하고 그 갱신한 그리드 운영자 인센티브(πm+1 GO)에 근거해 갱신한 산업 소비자에 적용되는 제1 인센티브 및 서비스 제공자에 적용되는 제2 인센티브를 각각 상기 산업자 소비자 및 상기 서비스 제공자에게 제공하는 제1 단계와,
상기 산업 소비자가 제1 인센티브에 근거해 갱신한 산업 소비자 부하 감축량을 상기 그리드 운영자에게 전송하는 제2 단계와,
상기 서비스 제공자가 제2 인센티브에 근거해 갱신한 서비스 제공자 부하 감축량을 상기 그리드 운영자에게 전송하는 제3 단계와,
상기 그리드 운영자가 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량, 서비스 제공자 부하 감축량에 근거해 비용을 계산하는 제4 단계와,
상기 그리드 운영자가 상기 계산한 비용(Cm+1 GO)을 m 반복에서 계산한 비용(Cm GO)과 비교하여 작거나 같으면 상기 계산한 비용을 최적 비용으로 결정하고, 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브를 그리드 운영자 인센티브의 최댓값과 비교하여 작거나 같으면 상기 갱신한 그리드 운영자 인센티브를 최적 그리드 운영자 인센티브로 결정하는 제5 단계와,
상기 그리드 운영자가 상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값 이하인지 판단하는 제6 단계를 포함하여,
상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값보다 크면 상기 제1 단계 내지 제5 단계가 반복되고, 상기 계산한 비용과 m 반복에서 계산한 비용의 차이가 소정 값 이하이면 슈타켈버그 평형에 도달한 것으로 판단하고 슈타켈버그 평형 상태의 그리드 운영자 인센티브, 산업 소비자 부하 감축량, 서비스 제공자 부하 감축량을 이용하여 수요반응이 수행되는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
In the incentive-based demand response method of the demand response system consisting of a grid operator (GO), industrial consumers (IC) and service providers (SP),
The grid operator updates the grid operator incentive (π m GO ) from m + 1 iteration m + 1 to m iteration m and updates based on the updated grid operator incentive (π m + 1 GO ). Providing a first incentive applied to an industrial consumer and a second incentive applied to a service provider to the industrial consumer and the service provider, respectively;
Transmitting, by the industrial consumer, the industrial consumer load reduction amount updated based on a first incentive to the grid operator;
Transmitting a service provider load reduction amount updated by the service provider based on a second incentive to the grid operator;
A fourth step of the grid operator calculating a cost based on the updated grid operator incentive, industrial consumer load reduction, and service provider load reduction;
If the grid operator compares the calculated cost (C m + 1 GO ) with the cost (C m GO ) calculated in m iterations, determine the calculated cost as an optimal cost and determine the updated grid operator incentive. Comparing the maximum value of the grid operator incentive to the maximum value of the grid operator incentive and determining the updated grid operator incentive as an optimal grid operator incentive;
And a sixth step of determining, by the grid operator, whether a difference between the calculated cost and the cost calculated in m repetitions is equal to or less than a predetermined value.
If the difference between the calculated cost and the cost calculated in m iterations is greater than a predetermined value, the first to fifth steps are repeated, and if the difference between the calculated cost and the cost calculated in m iterations is less than or equal to a predetermined value An incentive-based demand response method characterized by determining that the balance of the balance has been reached and utilizing the Staggerberg equilibrium grid operator incentive, industrial consumer load reduction, and service provider load reduction.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 그리드 운영자 인센티브는 m 반복에서 계산한 비용(Cm GO)과 m-1 반복에서 계산한 비용(Cm-1 GO)의 차이에 근거해 계산된 스텝 크기로 증가시키는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 1,
In the first step, the grid operator incentive is increased to the step size calculated based on the difference between the cost calculated at m iterations (C m GO ) and the cost calculated at m -1 iterations (C m-1 GO ). Incentive-based demand response method.
제2항에 있어서,
상기 스텝 크기(△πGO)는 수학식 29에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
Figure pat00078
The method of claim 2,
The step size (Δπ GO ) is an incentive-based demand response method, characterized in that calculated by equation (29).
Figure pat00078
제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서 산업 소비자 부하 감축량은 수학식 14에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 1,
Incentive-based demand response method characterized in that the industrial consumer load reduction in the second step is calculated by the equation (14).
제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서 서비스 제공자 부하 감축량은 수학식 20에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 1,
Incentive-based demand response method, characterized in that the service provider load reduction amount is calculated by Equation 20 in the third step.
제1항에 있어서,
상기 제4 단계에서 비용은 수학식 31에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 1,
Incentive-based demand response method, characterized in that the cost is calculated by Equation 31 in the fourth step.
그리드 운영자, 산업 소비자 및 서비스 제공자로 구성된 수요반응 시스템의 인센티브 기반 수요반응 방법에 있어서,
상기 그리드 운영자는 산업 소비자 부하 감축량에 따라 산업 소비자에게 지급할 인세티브 비용, 서비스 제공자 부하 감축량에 따라 서비스 제공자에게 지급할 인센티브 비용, 그리드의 자원 부족량에서 산업 소비자 부하 감축량 및 서비스 제공자 부하 감축량을 감산한 자원량을 생산하는데 소요되는 발전 비용을 합산한 조달 비용이 최소화되도록 그리드 운영자 인센티브를 결정하는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
Incentive-based demand response method of demand response system composed of grid operators, industrial consumers and service providers,
The grid operator is responsible for incentive costs to be paid to industrial consumers according to industrial consumer load reductions, incentives to be paid to service providers according to service provider load reductions, industrial consumer load reductions and service provider load reductions from grid resource shortages. Incentive-based demand response method characterized in that the grid operator incentives are determined to minimize the procurement costs summed up the generation cost to produce the amount of resources subtracted.
제7항에 있어서,
상기 산업 소비자는 산업 소비자 부하 감축량에 따른 인센티브 수입과 사용해야 하는 자원량에서 부하 감축량을 감산한 자원량으로 얻을 수 있는 이익을 합산한 값이 최대화되도록 산업 소비자 부하 감축량을 결정하는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 7, wherein
The industrial consumer determines the industrial consumer load reduction amount to maximize the sum of the incentive income according to the industrial consumer load reduction amount and the profit obtained by subtracting the load reduction amount from the resource amount to be used. Based demand response method.
제7항에 있어서,
상기 서비스 제공자는 서비스 제공자 부하 감축량에 따른 인센티브 수입에서 가입 고객에게 지불해야 하는 비용을 감산한 값이 최대화되도록 서비스 제공자 부하 감축량을 결정하는 것을 특징으로 하는 인센티브 기반 수요반응 방법.
The method of claim 7, wherein
Wherein the service provider determines the service provider load reduction amount to maximize the value of the incentive income according to the service provider load reduction amount subtracted from the cost to be paid to the subscribing customer.
산업 소비자와 서비스 제공자에 대한 그리드 운영자(GO)의 수요반응 관리 방법에 있어서,
그리드 운영자(GO) 인센티브 비율의 초깃값을 설정하고, 초깃값에 근거해 산업 소비자에 적용할 제1 GO 인센티브 비율과 서비스 제공자에게 적용할 제2 GO 인센티브 비율을 결정하고, 산업 소비자의 수요 감축량의 초깃값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 초깃값을 수신하여 그리드 운영자의 조달 비용의 초깃값을 계산하는 초기화 단계와,
그리드 운영자 인센티브 비율을 갱신하여 제1 GO 인센티브 비율의 갱신값과 제2 GO 인센티브 비율의 갱신값을 산출하고 갱신값을 각각 산업 소비자와 서비스 제공자에게 전송하는 갱신 단계와,
산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값과 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값을 수신하는 갱신값 수신 단계와,
상기 그리드 운영자 인센티브 비율의 갱신값, 산업 소비자의 수요 감축량의 갱신값 및 서비스 제공자의 수요 감축량의 갱신값에 근거해 그리드 운영자의 조달 비용을 계산하는 비용 계산 단계와,
상기 계산한 조달 비용과 이전 계산한 조달 비용의 차이값을 특정값과 비교하는 차이값 비교 단계를 포함하는 그리드 운영자의 수요반응 관리 방법.
In the grid response (GO) demand response management method for industrial consumers and service providers,
Set the initial value of the grid operator (GO) incentive rate, determine the first GO incentive rate to apply to the industrial consumer and the second GO incentive rate to apply to the service provider based on the initial value, and reduce the demand reduction of the industrial consumer An initial step of calculating the initial value of the procurement cost of the grid operator by receiving the initial value of the service provider and the initial value of the demand reduction amount of the service provider;
An update step of updating the grid operator incentive rate to calculate an update value of the first GO incentive rate and an update value of the second GO incentive rate and transmitting the update value to the industrial consumer and the service provider, respectively;
An update value receiving step of receiving an update value of the demand reduction amount of the industrial consumer and an update value of the demand reduction amount of the service provider;
A cost calculation step of calculating a procurement cost of the grid operator based on the update value of the grid operator incentive ratio, the update value of the demand reduction amount of the industrial consumer, and the update value of the demand reduction amount of the service provider;
And comparing the difference between the calculated procurement cost and the previously calculated procurement cost with a specific value.
제10항에 있어서,
상기 차이값 비교 단계에서 차이값이 특정값보다 크면 상기 갱신 단계부터 상기 비용 계산 단계까지 반복하는 것을 특징으로 하는 그리드 운영자의 수요반응 관리 방법.
The method of claim 10,
If the difference value is greater than the specified value in the difference value comparison step, the grid operator demand response management method characterized in that it is repeated from the update step to the cost calculation step.
제10항에 있어서,
상기 차이값 비교 단계에서 차이값이 특정값 이하이면 슈타켈버그 평형에 도달한 것으로 판단하고 슈타켈버그 평형 상태의 그리드 운영자 비율의 갱신값으로 수요반응에 대한 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 그리드 운영자의 수요반응 관리 방법.
The method of claim 10,
In the difference comparison step, if the difference is less than the specified value, it is determined that the Staeckelberg equilibrium is reached, and the grid operator is compensated for the demand response with the updated value of the grid operator ratio in the Staeckelberg equilibrium state. How to manage demand response.
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