KR101597993B1 - Energy storage system - Google Patents

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KR101597993B1
KR101597993B1 KR1020140157920A KR20140157920A KR101597993B1 KR 101597993 B1 KR101597993 B1 KR 101597993B1 KR 1020140157920 A KR1020140157920 A KR 1020140157920A KR 20140157920 A KR20140157920 A KR 20140157920A KR 101597993 B1 KR101597993 B1 KR 101597993B1
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KR
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KR1020140157920A
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유재영
김병진
황보승욱
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현대중공업 주식회사
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an energy storage system allows the number of charging/discharging operations under a condition of a real-time charge system to be restricted and predicts a load and generated amount of new generation energy to decrease a maximum power peak, thereby reducing the charge based on the amount of power. The energy storage system may comprise: a power charging/discharging part; and a charging/discharging control module. The power charging/discharging part charges and discharges power between a battery and a power line. The charging/discharging control module predicts the amount of power required for the next day depending on photovoltaic power generator installation information, weather information and load information to control the power charging/discharging operation of the power charging/discharging part.

Description

에너지 저장 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM}[0001] ENERGY STORAGE SYSTEM [0002]

본 발명은 풍력, 태양광 등 신재생 에너지원(Smart Renewable)을 저장하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장장치에 저장되는 신재생 에너지원이 효율적인 충방전되도록하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a technology for storing a renewable energy source such as wind power and sunlight, and more particularly, to an energy storage device for efficiently charging and discharging a renewable energy source stored in an energy storage device .

일반적으로, 풍력 및 태양광 등의 신재생 에너지원의 출력은 에너지 저장장치에 저장된 후 전력 변환장치를 통해 한전계통으로 공급되는 것이며, 이는 마이크로그리드 독립 운전을 위한 에너지 저장장치의 운영 스케줄링이나, TOU(Time Of Use) 요금 체계하에서의 풍력 및 태양광 발전기와 연계를 통해 그 운영이 이루어지는 것이다.
Generally, the output of a renewable energy source such as wind and sunlight is stored in an energy storage device and then supplied to a grid system through a power conversion device. This is an operation scheduling of an energy storage device for micro grid independent operation, (Time Of Use) rate system, which is linked to wind power and solar power generators.

즉, 에너지 저장장치의 운영 스케줄링을 고려할 때, 풍력 및 태양광 발전기의 발전량 예측 오차, 부하 및 전력가격 오차, 에너지 저장장치의 SOC(State of Charge) 값의 고려 등 많은 오차 요인과 어려움이 있으며, 이에 따라 하기의 선행 기술 문헌과 같이 종래에는 특정 시간에 신재생 에너지가 남는 경우에만 에너지 저장 장치를 이용하여 잉여 전력을 충전하는 시스템으로 운용되어져 시간 별로 전기 요금이 변환하는 실시간 요금제에 적절하게 대응이 어려운 문제점이 있다. 또한, 에너지 저장 장치의 충방전 횟수에 제한을 두지않고 충방전을 하기 때문에, 에너지 저장 장치의 수명이 급속도로 짧아지는 문제점이 있다.
Considering operational scheduling of the energy storage device, there are many error factors and difficulties, such as a power generation forecast error, a load and power price error of a wind power and a solar power generator, and a state of charge (SOC) Accordingly, conventionally, as described in the following prior art documents, only when renewable energy remains at a specific time, it is operated as a system for charging surplus electric power by using an energy storage device, so that it is suitably applied to a real- There is a difficult problem. In addition, since charging and discharging are performed without limiting the number of charge and discharge cycles of the energy storage device, the life of the energy storage device is rapidly shortened.

국내공개특허공보 제10-2013-0003409호Korean Patent Publication No. 10-2013-0003409

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실시간 요금제 환경에서 충방전 횟수를 제한할 수 있도록 하고, 부하와 신재생 에너지 발전량을 사전에 예측하여 최대 전력 피크를 줄여 전력량 요금을 감소시킬 수 있는 에너지 저장 장치가 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, an energy storage device capable of limiting the number of charge / discharge cycles in a real-time charge environment and reducing a maximum power peak by predicting load and renewable energy generation amount to reduce a power charge / RTI >

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치는 배터리와 전력 라인 간에 전력을 충방전하는 전력 충방전부; 및 태양광 발전기 설치 정보, 기상 정보 및 부하 정보에 따라 익일의 필요한 전력량을 예측하여 상기 전력 충방전부의 전력 충방전을 제어하는 충방전 제어 모듈을 포함할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided an energy storage device including: a power supply for charging / discharging power between a battery and a power line; And a charge / discharge control module for predicting a necessary amount of power of the next day according to the photovoltaic generator installation information, weather information and load information, and controlling the power charge / discharge of the power charge discharge part.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 충방전 제어 모듈은 입력된 태양광 발전기 설치 정보에 기초하고, 입력된 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측하는 PV 예측 모듈; 입력된 부하 정보에 따라 익일의 부하 전력량을 예측하는 부하 예측 모듈; 및 상기 PV 예측 모듈 및 상기 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 상기 전력 충방전부의 전력 충방전을 제어하는 최적화 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the charging / discharging control module may include a PV prediction module based on inputted photovoltaic generator installation information and predicting the amount of photovoltaic generation of the next day by stepping the degree of cloudiness among the inputted meteorological information; A load prediction module for predicting an amount of load power of the next day based on inputted load information; And an optimization module for controlling power charging / discharging of the power charging unit according to the prediction information of the PV prediction module and the load prediction module.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 PV 예측 모듈은 설정된 일사량과 단계화된 운량에 따른 가중치를 곱한 값에 따라 태양광 발전량을 예측할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the PV prediction module can estimate the amount of solar power generation according to a value obtained by multiplying a set solar radiation amount by a weighted value according to a stepwise light amount.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 PV 예측 모듈은 입력된 태양광 발전기 설치 정보와 해당 날짜 및 시간에 따라 일사량을 예측하는 일사량 예측 모듈; 입력된 기상 정보와 상기 일사량 예측 모듈로부터의 예측된 일사량에 따라 운량을 예측하는 운량 예측 모듈; 및 상기 일사량 예측 모듈로부터의 예측된 일사량 및 상기 운량 예측 모듈로부터의 예측된 운량에 따라 태양광 발전량을 예측하는 발전량 결정 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the PV prediction module may include a solar radiation amount prediction module for predicting the solar radiation amount according to input solar generator installation information and a corresponding date and time; A light quantity prediction module for predicting the light quantity according to the input weather information and the predicted solar radiation amount from the solar radiation amount prediction module; And a power generation amount determination module for predicting the solar power generation amount according to the predicted solar radiation amount from the solar radiation amount prediction module and the predicted cloud amount from the lightness prediction module.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 최적화 모듈은 상기 PV 예측 모듈 및 상기 부하 예측 모듈의 예측 정보를 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programmig)에 따라 배터리 출력량을 결정할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the optimization module may determine a battery output amount according to dynamic programming of prediction information of the PV prediction module and the load prediction module.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 충방전 제어 모듈은 익일의 최적 발전량을 예측하여 충방전 제어 결과를 제공하는 제1 제어 모듈; 당일의 최적 발전량을 예측하여 충방전 제어 결과를 제공하는 제2 제어 모듈; 및 상기 제1 제어 모듈 및 상기 제2 제어 모듈의 각 제어 결과와, 실시간 전력 상황에 기초하여 충방전 제어를 수행하는 실시간 제어 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the charge / discharge control module may include a first control module for predicting an optimal generation amount of a next day and providing a charge / discharge control result; A second control module for providing a charge / discharge control result by predicting an optimal generation amount of the same day; And a real-time control module that performs charge / discharge control based on each control result of the first control module and the second control module and a real-time power situation.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 제어 모듈은 입력된 태양광 발전기 설치 정보에 기초하고, 입력된 익일의 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측하는 익일 PV 예측 모듈; 과거의 부하 자료에 기초하여 익일의 부하를 예측하는 익일 부하 예측 모듈; 및 상기 익일 PV 예측 모듈 및 상기 익일 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 익일의 최적 배터리 출력량을 결정하는 제1 최적화 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the first control module is based on inputted solar generator installation information, and the next day PV for predicting the solar power generation amount of the next day by stepping the degree of cloudiness among the input weather information Prediction module; A next load prediction module for predicting the load of the next day based on past load data; And a first optimization module for determining an optimal battery output amount of the next day according to the prediction information of the next day PV prediction module and the next day load prediction module.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2 제어 모듈은 입력된 실시간 태양광 발전 자료에 기초하고, 입력된 당일 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 설정된 시간 단위로 당일의 태양광 발전량을 예측하는 실시간 PV 예측 모듈; 실시간 부하 자료와 과거의 부하 자료에 기초하여 설정된 시간 단위로 당일의 부하를 예측하는 실시간 부하 예측 모듈; 및 상기 실시간 PV 예측 모듈 및 상기 실시간 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 당일의 배터리 출력량을 결정하는 제2 최적화 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the second control module is based on input real-time solar power generation data, and the degree of cloudiness among the input weather information is stepped up to estimate the amount of solar power generation Real - time PV prediction module; A real time load prediction module for predicting the load on the day based on the real time load data and the past load data; And a second optimization module for determining a battery output amount of the same day according to the prediction information of the real time PV prediction module and the real time load prediction module.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 실시간 제어 모듈은 현재까지 측정된 전력 피크, 현재 소모 전력, 실시간 충방전 스케쥴링 출력에 기초하여 충방전 제어 신호를 제공하는 실시간 SOC 유지 모듈; 및 익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력에 기초하여 충방전 제어 신호를 제공하는 실시간 피크 억제 모듈을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the real-time control module includes a real-time SOC maintenance module that provides a charge / discharge control signal based on the measured power peak, current power consumption, and real-time charge / discharge scheduling output to date; And a real-time peak suppression module that provides a charge-discharge control signal based on the next-day charge-discharge scheduling output and the real-time charge-discharge scheduling output.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 실시간 제어 모듈은 현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 클 경우 상기 실시간 충전 상태 유지 모듈의 충방전 제어에 따라 상기 전력 충방전부의 출력을 제어하고, 현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 작을 경우 상기 실시간 피크 억제 모듈의 충방전 제어에 따라 상기 전력 충방전부의 출력을 제어할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, when the measured power peak is greater than the difference between the current consumption power and the real-time charge / discharge scheduling output, the real-time control module controls the power- And controls the output of the power charging unit according to charge / discharge control of the real time peak suppression module when the measured power peak is smaller than the difference between the current consumed power and the real time charge / discharge scheduling output .

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 실시간 제어 모듈은 현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 작을 경우, 실시간 배터리 충전 상태가 예측된 익일의 배터리 충전 상태 이상이면 익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력 중 최대 출력에 기초하여 전력 충방전부의 출력을 제어하고, 실시간 배터리 충전 상태가 예측된 익일의 배터리 충전 상태 미만이면 익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 합의 절반에 기초하여 전력 충방전부의 출력을 제어할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, when the measured power peak is smaller than the difference between the current consumed power and the real-time charge and discharge scheduling output, the real-time control module determines that the real- The next day charge / discharge scheduling output and the real-time charge / discharge scheduling output are controlled based on the maximum output of the next day charge / discharge scheduling output and the real-time charge / discharge scheduling output when the real- The output of the power charging unit can be controlled based on the half of the sum of the outputs.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실시간 요금제 환경에서 충방전 횟수를 제한할 수 있도록 하고, 부하와 신재생 에너지 발전량을 사전에 예측하여 최대 전력 피크를 줄여 전력량 요금을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to limit the number of charge / discharge cycles in a real-time charge environment, reduce the maximum power peak by predicting the load and the amount of renewable energy generation, and reduce the power charge.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치가 채용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 수학식 2에서 시간과 운량에 따른 계수(a)값을 나타내는 표이다.
도 5는 맑음(1)일때 시간에 따른 a값을 나타내는 그래프이고, 도 6은 구름 조금(2)일 때 시간에 따른 계수(a)값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 운량별 시간에 따른 계수(a)값을 구하는 3차식 계수를 나타내는 그래프 및 수학식(3)이다.
도 8은 예측된 태양광 발전량과 측정된 태양광 발전량의 그래프이다.
도 9는 운량별 익일 평균제곱근상대 오차(Relative Root Mean Square Error;rRMSE)를 나타내는 표이다.
도 10은 예를 들어 13시에서 운량에 따른 계수(a)값을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시간 계수(a)값을 통한 운량 차이의 계산 방법을 나타내는 그래프이다.
도 12는 운량 예측 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 13은 발전량 결정 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 14는 실시간 PV 예측 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 15는 익일의 예측된 PV와 실시간 예측된 PV 및 측정된 PV의 그래프이다.
도 16은 공장의 요일별 부하 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 17은 공장의 계절별 부하 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 18은 공장 온도에 따른 부하 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 19는 공장의 시간대별 온도-부하 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 20은 부하 예측 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)을 푸는 방법을 나타내는 도면이다.
도 22는 익일 예측 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 23은 실시간 예측 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 24는 연간 전기 요금을 나타내는 도면이다.
도 25는 한달의 일별 전력 피크를 나타내는 도면이다.
도 26은 예측 오차에 따른 피크 형성 케이스를 나타내는 그래프이다.
도 27은 실시간 SOC 유지 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 28은 실시간 피크 억제 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 29 및 도 30은 전력 곡선을 나타내는 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photovoltaic power generation system employing an energy storage device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a schematic block diagram of a charge / discharge control module of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic block diagram of a charge / discharge control module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention.
4 is a table showing a coefficient a according to time and cloud in Equation 2 of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a value according to time when it is clear (1), and FIG. 6 is a graph showing a value of coefficient (a) according to time when cloudiness is 2 (2).
FIG. 7 is a graph showing a cubic coefficient for obtaining the coefficient (a) value according to time for each cloud and Equation (3).
8 is a graph of predicted solar power generation and measured solar power generation.
9 is a table showing a Relative Root Mean Square Error (rRMSE) by the cloud.
10 is a graph showing a value of coefficient (a) according to cloudiness at 13 o'clock, for example.
11 is a graph showing a calculation method of the difference in cloudiness based on the value of the real-time coefficient (a).
12 is a schematic block diagram of a cloud prediction module.
13 is a schematic block diagram of a power generation amount determination module.
14 is a schematic block diagram of a real-time PV prediction module.
15 is a graph of the predicted PV and the real-time predicted PV and the measured PV of the next day.
16 is a graph showing a load pattern for each day of the factory.
17 is a graph showing a seasonal load pattern of a factory.
18 is a graph showing a load pattern according to the factory temperature.
Fig. 19 is a graph showing the temperature-load pattern of the factory by time zone. Fig.
20 is a graph showing the load prediction result.
21 is a diagram showing a method for solving dynamic programming.
22 is a schematic block diagram of the next day prediction module.
23 is a schematic block diagram of a real-time prediction module.
24 is a diagram showing an annual electricity rate.
25 is a diagram showing a daily power peak for one month.
26 is a graph showing a peak forming case according to a prediction error.
27 is a schematic block diagram of a real-time SOC maintenance module.
28 is a schematic block diagram of a real-time peak suppression module.
29 and 30 are graphs showing power curves.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치가 채용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photovoltaic power generation system employing an energy storage device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)가 채용된 태양광 발전 시스템은 태양광 발전기(A)로 태양광 발전량(PPV(t))이 전달되고, 계통 전력 라인(E)으로부터의 전력(PGRID(t))이 전달되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)에서는 배터리(B)에 충전된 전력을 출력하거나, 배터리(B)에 전력을 충전시킬 수 있다. 예를 들어 공장과 같이 전력을 소비하는 부하(C)는 필요한 전력(PLOAD(t))을 공급받을 수 있다.Referring to FIG. 1, a photovoltaic generation system employing an energy storage device 100 according to an embodiment of the present invention transmits solar PV generation amount P PV (t) to a solar photovoltaic generator A, power line (E) and the power (P GRID (t)) from the transmission, in the energy storage device 100 in accordance with one embodiment of the present invention outputs the charging electric power to the battery (B) or the battery (B) So that the power can be charged. For example, a load C consuming power such as a factory may be supplied with the required power P LOAD (t).

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)는 전력 충방전부(110)와 충방전 제어 모듈(120)을 포함할 수 있다.The energy storage device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a power charging unit 110 and a charge and discharge control module 120.

전력 충방전부(110)는 배터리(B)와 전력 라인 간에 전력을 충방전할 수 있으며, 충방전 제어 모듈(120)는 태양광 발전기 설치 정보, 기상 정보 및 부하 정보에 따라 익일의 필요한 전력량을 예측하여 전력 충방전부(110)의 전력 충방전을 제어할 수 있다.
The power charging and discharging unit 110 can charge and discharge electric power between the battery B and the power line and the charge and discharge control module 120 predicts the required amount of power of the next day according to the photovoltaic generator installation information, So that it is possible to control the charge / discharge of the electric power charging / discharging unit 110.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈의 개략적인 블럭도이다.2 is a schematic block diagram of a charge / discharge control module of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈(120)는 PV 예측 모듈(121), 부하 예측 모듈(122) 및 최적화 모듈(123)을 포함할 수 있다.2, the charge / discharge control module 120 of the energy storage device according to an exemplary embodiment of the present invention may include a PV prediction module 121, a load prediction module 122, and an optimization module 123 .

PV 예측 모듈(121)은 입력된 태양광 발전기 설치 정보에 기초하고, 입력된 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측할 수 있다.The PV prediction module 121 can predict the solar power generation amount of the next day based on input solar power generator installation information and stepwise the degree of cloudiness among the inputted weather information.

부하 예측 모듈(122)는 입력된 부하 정보에 따라 익일의 부하 전력량을 예측할 수 있다. 부하 예측 모듈(122)에는 실시간 부하 자료와 과거의 부하 자료가 전달될 수 있다.The load prediction module 122 can estimate the load power amount of the next day according to the inputted load information. The load prediction module 122 may receive real-time load data and past load data.

최적화 모듈(123)은 PV 예측 모듈(121) 및 부하 예측 모듈(122)의 예측 정보에 따라 상기 전력 충방전부(110)의 전력 충방전을 제어할 수 있다.
The optimization module 123 may control the power charging / discharging of the power charging unit 110 according to the prediction information of the PV prediction module 121 and the load prediction module 122.

상술한 바와 같이, PV 예측 모듈(121)은 입력된 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측할 수 있다.As described above, the PV prediction module 121 can predict the amount of solar power generation on the next day by stepping the degree of cloudiness among the inputted weather information.

이에 관하여, 맑은 날 구한 일사량으로부터 발전량을 예측할 수 있으나 실제로 발전량은 일조량뿐만 아니라 일조시간에도 영향을 받는다. 일조시간은 운량과 음의 상관관계가 있기 때문에 운량이 높을수록 일조시간은 줄어들고 운량이 낮을수록 일조시간은 높아진다. 일조량이 크더라도 일조시간이 짧으면 태양광 발전량은 감소하게 된다. 이를 이용하여 맑은 날 구한 일사량(IC)과 운량에 따라 태양광 발전량을 수학식 (1)와 같이 구하였다.In this regard, it is possible to predict the amount of power generation from the amount of solar radiation obtained on a clear day, but the actual amount of power generation is affected not only by the amount of sunshine but also by the daylight hours. Since the sunshine time is negatively correlated with the cloudiness, the higher the cloudiness, the less sunshine time, and the lower the cloudiness, the higher the sunshine time. Even if the amount of sunshine is large, the solar power generation will decrease if the sunshine time is short. Using this, the amount of solar power generation was calculated according to the formula (1) according to the solar radiation (IC) and cloud amount obtained on a clear day.

수학식(1)

Figure 112014109302262-pat00001
Equation (1)
Figure 112014109302262-pat00001

수학식 (1)으로 발전량을 결정하기 위해서는 운량에 따른 태양광 발전량과 일사량 사이에 상관계수를 구해야 한다. 일사량은 일반적으로 널리 알려진 기술 내용이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 운량의 경우 일정 날짜의 일정 지역의 정보를 취득할 수 있으며, 예를 들어 기상청 사이트에서 해당날짜에 청주지역의 운량을 취득하였다. 현재 우리나라 운량은 맑음(1), 구름 조금(2), 구름 많음(3), 흐림(4) 총 4단계로 예보되고 있지만 운량 측정 결과는 총 0~10단계로 분류하기 때문에 맑음(0~2), 구름 조금(3~5), 구름 많음(6~8), 흐림(9~10)으로 바꾸어서 운량을 사용하였다. 또한 비가 내린 날은 같은 운량이어도 결과 값이 다르기 때문에 구름 많음, 흐림에서는 비 오는 날을 따로 분류하였다. 따라서 총 맑음, 구름 조금, 구름 많음, 흐림, 구름 많음-비, 흐림-비로 6단계로 분류된 태양광 발전량과 일사량 사이의 상관계수를 구하였다. In order to determine the amount of electricity generated by the equation (1), a correlation coefficient between the solar power generation amount and the solar radiation amount according to the cloudiness should be obtained. Since the amount of solar radiation is generally known, the detailed description is omitted. In the case of cloudiness, it is possible to acquire information of a certain region of a certain date. For example, the weather agency site acquired the cloudiness of the Cheongju region on the date. At present, the cloudiness of Korea is predicted in four stages of fine (1), cloudy (2), cloudy (3) and cloudy (4) ), Cloudiness (3 ~ 5), cloudiness (6 ~ 8), cloudiness (9 ~ 10). In addition, the rainy day is classified as cloudy because the result is different from the same cloudy day, and the rainy day is classified as cloudy day. Therefore, correlation coefficients between solar power generation and solar radiation, which were classified as total clear, cloudy, cloudy, cloudy, cloudy - rain, cloudy -

수학식(2)

Figure 112014109302262-pat00002
Equation (2)
Figure 112014109302262-pat00002

도 4는 본 발명의 수학식 2에서 시간과 운량에 따른 계수(a)값을 나타내는 표이며, 도 5는 맑음(1)일때 시간에 따른 a값을 나타내는 그래프이고, 도 6은 구름 조금(2)일 때 시간에 따른 a값을 나타내는 그래프이며, 도 7은 운량별 시간에 따른 계수(a)값을 구하는 3차식 계수를 나타내는 그래프 및 수학식(3)이다.
FIG. 5 is a graph showing a value according to time with a fine (1), FIG. 6 is a graph showing a value of a cloud (2) according to time and cloudiness in Equation 2 of the present invention, ), And FIG. 7 is a graph showing a cubic coefficient for obtaining a coefficient a according to time for each cloud and Equation (3).

예를 들어, 운량 6단계에서 시간에 따른 a값을 구해보면 도 4의 표와 같이 나온다. 같은 운량일 때 계수(a)값들을 연결해보면 도 5 또는 도 6과 같이 시간에 대한 3차함수로 표현할 수 있다. 따라서 12시와 같이 특정한 시간이 아니더라도 운량을 기상청을 통해서 입수하고 현재 시간을 안다면 3차함수를 통해 계수(a)를 구할 수 있게 된다. 각 운량별 3차함수의 계수는 도 7과 같다.
For example, a value of a according to time in the sixth stage of lightness is found as shown in the table of FIG. When the coefficients (a) are connected to each other at the same light amount, they can be expressed by a cubic function with respect to time as shown in FIG. 5 or FIG. Therefore, even if it is not a specific time like 12 o'clock, if the weather is obtained through the meteorological office and the current time is known, the coefficient (a) can be obtained through the cubic function. The coefficients of the cubic function for each cloud are shown in FIG.

도 8은 예측된 태양광 발전량과 측정된 태양광 발전량의 그래프이다.8 is a graph of predicted solar power generation and measured solar power generation.

일사량과 계수(a)로부터 발전량을 예측하면 도 8과 같은 예측 결과를 얻을 수 있다. 이 예제는 2013년 9월 15일 예제로 운량이 시간마다 변하는 경우이다. 운량 예측은 0~12시는 흐렸다가 12~15시는 구름 조금이 예보되었으며 15시 이후는 맑음이었다. 태양광 발전량 예측 역시 12시까지는 값이 작을 것이라고 예측하였고 그 이후 발전량이 증가하다가 15시 이후에는 보다 더 증가할 것이라고 예측하였다. 실제 결과 역시 12시까지 발전량이 낮았다가 그 이후부터 발전량이 증가한 것을 보았을 때 운량을 포함하여 예측하는 것이 태양광 발전량 예측 정확도를 높이는 것을 알 수 있었다.
Prediction results as shown in FIG. 8 can be obtained by estimating the amount of power generation from the solar radiation amount and the coefficient (a). This example is a case where the cloud changes from hour to hour as an example on September 15, 2013. Cloud forecasts were cloudy from 0 to 12, clouds were predicted from 12 to 15 and cloudy after 15. The prediction of solar power generation also predicted that the value will be small until 12 o'clock, Actual results also show that solar power generation prediction accuracy is improved by prediction including cloudiness when power generation is low until 12 o'clock and power generation has increased since then.

도 9는 운량별 익일 평균제곱근상대 오차(Relative Root Mean Square Error;rRMSE)를 나타내는 표이다.9 is a table showing a Relative Root Mean Square Error (rRMSE) by the cloud.

본 발명의 PV 예측 모듈(121)의 정확도를 알아보기 위하여 평균제곱근상대 오차(Relative Root Mean Squared Error; rRMSE)를 측정해보았다. 평균제곱근상대 오차는 신재생 발전원들의 정확도를 판단할 때 사용되고 있으며 구하는 방식은 하기의 수학식 (4)와 같다. In order to evaluate the accuracy of the PV prediction module 121 of the present invention, a relative root mean square error (rRMSE) was measured. The mean square root relative error is used to determine the accuracy of the new and renewable generators and the method to be obtained is shown in Equation (4).

수학식 (4)

Figure 112014109302262-pat00003
Equation (4)
Figure 112014109302262-pat00003

예를 들어, 2013.01.01.~2013.10.31.까지 태양광 발전량 자료로부터 운량별 9~18시까지의 평균제곱근상대 오차를 구해보면 도 9와 같다. 전체 평균제곱근상대 오차는 37.35%가 나왔다. 태양광과 관련된 독일 논문자료(Elke Lorena, Johannes Hurka Detlev Heinemann, and Hans Georg Beyer저, Irradiance Forecasting for the POwer Prediction of Grid-Connected Photovoltaic Systems, IEEE Applied Earth Observations and Remote Sensing, Vol. 2, No 1, March, 2009)를 보면 독립된 태양광 발전 장소에서 익일 태양광 발전량 예측의 평균제곱근상대 오차가 평균적으로 36%가 나온다고 하였으므로 유사한 수준의 태양광 예측 정확도를 확보했다고 볼 수 있다.
For example, the relative square root mean square error between 9 and 18 o'clock of the solar power generation data from 2013.01.01. ~ 2013.10.31. The relative mean square root error was 37.35%. No. 1, No. 1, pp. 183-186, in German literature on photovoltaics (Elke Lorena, Johannes Hurka Detlev Heinemann, and Hans Georg Beyer, Irradiance Forecasting for the POwer Prediction of Grid-Connected Photovoltaic Systems, IEEE Applied Earth Observations and Remote Sensing, Vol. March, 2009), the average square root relative error of predicted solar power generation in an independent solar power generation site averages 36%, which is equivalent to solar power prediction accuracy.

비가 내리는 날에는 평균제곱근상대 오차가 상당히 커지는 것을 볼 수 있는데 이는 측정량이 작을수록 작은 차이에 대해서도 평균제곱근상대 오차값이 더 커지기 때문이다. 예를 들어 예측이 101kW이고 발전량이 100kW이면 평균제곱근상대 오차값이 1%가 나오지만 예측이 2kW이고 발전량이 1kW이면 평균제곱근상대 오차값이 100%가 나오게 된다. 따라서 비가 내리는 날에는 상대적으로 발전량이 작기 때문에 평균제곱근상대 오차가 커진 것으로 볼 수 있다.
On the rainy day, we can see that the mean square root relative error increases considerably because the smaller the measured quantity, the larger the mean square root relative error value for small differences. For example, if the prediction is 101 kW and the power generation amount is 100 kW, the mean square root relative error value is 1%, but if the prediction is 2 kW and the generation amount is 1 kW, the mean square root relative error value is 100%. Therefore, on the day of rain, the relative amount of power generation is small, so that the relative error of the mean square root is increased.

도 10은 예를 들어 13시에서 운량에 따른 계수(a)값을 나타내는 그래프이고, 도 11은 실시간 계수(a)값을 통한 운량 차이의 계산 방법을 나타내는 그래프이다.For example, FIG. 10 is a graph showing a coefficient a according to clouding at 13 o'clock, and Fig. 11 is a graph showing a calculation method of a clouding difference using a real-time coefficient a.

상술한 방식은 운량에 따라 예측 결과가 단계적으로 나뉘어져 있기 때문에 단계사이에 있는 값을 취할 수 없다는 단점이 있다. 예를 들어, 운량 값이 2로 동일할 때에도 실제 운량은 1.8 또는 2.2로 다를 수도 있지만 이를 반영할 수는 없다. The above-mentioned method has a disadvantage in that it can not take a value between stages because the prediction results are divided stepwise according to the cloudiness. For example, even if the cloudiness value is equal to 2, the actual cloudiness may vary to 1.8 or 2.2, but this can not be reflected.

또한 기상청에서 하는 운량 예보는 태양광 패널이 설치된 지역에 운량을 예보하는 것이 아니라 대표 지점에 대해서 예보하기 때문에 예측이 다를 수도 있다. 이런 점을 보완하기 위해 실시간 발전량을 측정하여 운량을 보정해주었다. In addition, forecasts may differ because weather forecasts by the Korea Meteorological Administration predict forecasts for representative points, rather than forecasts of weather forecasts in areas where solar panels are installed. To compensate for this, real-time power generation was measured to compensate for the cloudiness.

하기의 수학식 (5)와 실시간 발전량을 맑은 날 일사량으로 나눠주면 실시간 계수(a)값을 구할 수 있다. The real-time coefficient (a) can be obtained by dividing the real-time power generation amount by the following equation (5) and the solar radiation amount in a clear day.

수학식 (5)

Figure 112014109302262-pat00004
Equation (5)
Figure 112014109302262-pat00004

이때 실시간 발전량은 15분 동안 발전한 태양광 발전기의 발전에너지를 의미한다. 피크 전력은 15분마다 측정하기 때문에 15분마다 예측 값을 변경해주기 위해 15분 단위로 측정하였다. 또한, 그 시간에서 운량에 대한 계수(a)값은 도 7을 이용하여 구할 수 있다. 여기서 계수(a)가 최대일 때를 운량 0으로 선정하고 계수(a)가 0일 때를 운량 5로 선정하여 동일한 시간에서 운량에 따른 계수(a)를 도 10과 같이 구할 수 있다. 도 10의 그래프는 점이 6개(운량0~5)이므로 5차식으로 근사할 수 있으며 0~5사이의 운량에 대한 a값을 결정해줄 수 있다. The real-time power generation means the generation energy of the photovoltaic generator developed for 15 minutes. Since the peak power is measured every 15 minutes, it is measured every 15 minutes to change the predicted value every 15 minutes. Further, the coefficient (a) value for the cloudiness at that time can be obtained by using FIG. In this case, when the coefficient (a) is the maximum, the cloudiness is selected as 0, and when the coefficient (a) is 0, the cloudiness is selected as 5 and the coefficient (a) according to the cloudiness at the same time can be obtained as shown in FIG. The graph of FIG. 10 can be approximated by a fifth-order equation because it has six points (cloud 0 to 5) and can determine a value for cloudiness between 0 and 5. FIG.

또한 실시간 계수(a)일 때 5차식을 풀어 도 11과 같이 역으로 운량을 구할 수도 있다. 이때 예측 운량과 실시간 운량사이에 운량차이가 존재하고 이전단계 운량차이(운량차이t-2)와 현재단계 운량차이(운량차이t-1)를 이용하여 다음단계 운량차이(운량차이t)를 수학식 (6)과 같이 구한 다음 예측 운량을 수학식 (7)과 같이 수정하여 남은 시간에서 계수(a)값을 변경하여 새로운 태양광 발전량을 예측한다. In the case of the real-time coefficient (a), the fifth order equation can be solved to obtain the cloud quantity as shown in FIG. In this case, there is a difference between the predicted and real-time cloudiness, and the next stage cloud difference (cloud difference t) is calculated using the previous stage cloud difference (cloud difference t-2) and the current stage cloud difference (cloud difference t- (6), the predicted cloudiness is corrected as shown in Equation (7), and the value of the coefficient (a) is changed at the remaining time to predict a new solar power generation amount.

수학식 (6)

Figure 112014109302262-pat00005
Equation (6)
Figure 112014109302262-pat00005

수학식 (7)

Figure 112014109302262-pat00006
Equation (7)
Figure 112014109302262-pat00006

도 12는 운량 예측 모듈의 개략적인 블럭도이고, 도 13은 발전량 결정 모듈의 개략적인 블럭도이며, 도 14는 실시간 PV 예측 모듈의 개략적인 블럭도이다.FIG. 12 is a schematic block diagram of a cloud prediction module, FIG. 13 is a schematic block diagram of a power generation amount determination module, and FIG. 14 is a schematic block diagram of a real time PV prediction module.

도 14에 도시된 PV 예측 모듈은 도 12에 도시된 운량 예측 모듈 및 도 13에 도시된 발전량 결정 모듈을 포함할 수 있다.The PV prediction module shown in FIG. 14 may include the cloud prediction module shown in FIG. 12 and the power generation amount determination module shown in FIG.

PV 예측 모듈의 입력은 기상청으로부터 전달받은 운량, 강수 유무와 같은 기상 정보, 날짜 및 시간, 태양광 발전기 설치 자료(PV 설치 자료), 실시간 태양광(PV) 발전 자료일 수 있으며, 이에 기초하여 실시간으로 태양광 발전량을 예측할 수 있다.The input of the PV prediction module may be meteorological information such as weather and precipitation received from the meteorological office, date and time, photovoltaic generator installation data (PV installation data), and real time photovoltaic (PV) The amount of solar power can be predicted.

실시간으로 발전량을 예측하는 방식의 rRMSE값은 34.92%로 앞선 구한 익일 발전량 예측의 rRMSE값인 37.35% 보다 더 좋아지는 것을 알 수 있다. 도 15는 익일의 예측된 태양광 발전량와 실시간 예측된 태양광 발전량 및 측정된 태양광 발전량의 그래프이며, 2013년 4월 30일 태양광 발전량 자료를 바탕으로 예측을 한 결과이다. 실시간으로 운량을 보정해주며 10시 이후에는 측정값과 상당히 유사한 결과를 예측하는 것을 볼 수 있으며 익일 예측보다 더 정확해지는 것을 알 수 있었다. 도 14에 도시된 실시간 PV 예측 모듈과 같이 실시간으로 운량을 보정해주는 모듈이 익일로 태양광 발전량 예측하는 모듈 보다 태양광 발전량 예측의 정확도가 높다는 것을 확인할 수 있으며 최종적으로 이 모듈의 결과를 이용하여 태양광 발전량을 예측할 수 있다.
The rRMSE value of the method of predicting the generation amount in real time is 34.92%, which is better than the rRMSE value of 37.35% of the predicted next day generation amount. FIG. 15 is a graph showing predicted solar power generation amount on the next day, real-time predicted solar power generation amount, and measured solar power generation amount, and is a prediction result based on solar power generation data on April 30, It can be seen that it corrects the real - time cloudiness and predicts the result which is quite similar to the measured value after 10:00 pm, and it becomes more accurate than the next day forecast. As shown in FIG. 14, it can be seen that the module for correcting the cloudiness in real time like the real-time PV prediction module is more accurate than the module for predicting the solar power generation amount in the next day, and finally, The amount of photovoltaic generation can be predicted.

도 16은 공장의 요일별 부하 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 17은 공장의 계절별 부하 패턴을 나타내는 그래프이며, 도 18은 공장 온도에 따른 부하 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 19는 공장의 시간대별 온도-부하 패턴을 나타내는 그래프이다.18 is a graph showing a load pattern according to a factory temperature, and FIG. 19 is a graph showing a load pattern according to a time-series temperature-load This is a graph representing a pattern.

예를 들어, 현대중공업 음성 공장의 2013년 3월부터 5월까지의 요일 별 부하 패턴은 도 16과 같이 도시될 수 있다. 요일에 따른 차이는 미미하나 월요일 새벽 부하가 다른 날에 비해 낮음을 알 수 있다. 그러나 스케줄링의 목적이 전기요금 절감이고 이 시간대가 피크와 무관하며 새벽에는 충전이 이루어지므로 요일 별로 패턴을 만들 이유가 없는 것으로 판단하였다. 또한 점심시간의 패턴은 요일과 무관하게 동일함을 볼 수 있다. 이 패턴은 각 요일 별로 불량데이터(부하 패턴과의 오차가 가장 큰 데이터) 2개를 제거하고 예측한 부하 패턴이다. For example, the day-by-day load pattern of the HHI voice factory from March to May 2013 can be shown in FIG. The difference on the day of the week is small, but the load at dawn on Monday is low compared to other days. However, the purpose of the scheduling is to reduce the electricity bill, and this time period is independent of the peak, and charging is done at dawn. Also, the pattern of lunch time is the same regardless of day of the week. This pattern is a load pattern predicted by removing two bad data (data with the largest error from the load pattern) for each day of the week.

도 17과 같이, TOU(Time of Use)요금제에서 분류한 계절에 따라 계절을 나누었다. (봄 : 3 ~ 5월, 여름 : 6월 ~ 8월, 가을 : 9월 ~ 10월, 겨울 : 11월 ~ 2월) 도시된 부하 패턴은 계절별 부하 패턴으로 계절에 따라 패턴이 조금씩 다름을 볼 수 있으며 여름철과 겨울철에 부하량이 많아짐을 확인할 수 있다 (왼쪽 위부터 시계 방향으로 봄, 여름, 가을, 겨울의 부하 패턴을 도시한다).As shown in Fig. 17, the seasons were divided according to the seasons classified by the TOU (Time of Use) plan. (Spring: March to May, summer: June to August, autumn: September to October, winter: November to February) The load pattern shown is a seasonal load pattern. (Load pattern in spring, summer, autumn and winter in the clockwise direction from left to right).

도 18을 참조하면, 온도와 부하 사이에 상관성이 큰 것을 볼 수 있다. 도 18을 살펴보면, 약 16도를 기점으로 16도보다 낮은 위치에서는 온도가 내려갈수록, 16도보다 높은 위치에서는 온도가 올라갈수록 부하량이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 도 19에 도시된 바와 같이, 각 시간 단위마다 x축을 온도, y축을 부하량으로 그래프를 그려보면 시간대별로 온도 부하의 상관관계가 다름을 알 수 있다. 새벽에는 온도, 부하 상관관계가 적고 출근시간 직후인 9시 30분에는 상관관계가 뚜렷이 나타남을 볼 수 있다. 시간대별 온도 예측치를 알 수 있다면 아래 그래프를 이용해서 부하 예측을 할 수 있다.
Referring to FIG. 18, it can be seen that there is a large correlation between the temperature and the load. Referring to FIG. 18, it can be seen that as the temperature decreases from a position lower than 16 degrees from about 16 degrees, the load increases with increasing temperature at a position higher than 16 degrees. As shown in FIG. 19, when the temperature is plotted on the x-axis and the y-axis is plotted on a graph basis for each time unit, the correlation of the temperature load varies with time. There is little temperature and load correlation at dawn, and the correlation is clear at 9:30 am just after the work time. If you can see the temperature forecasts over time, you can use the graph below to predict the load.

도 20은 부하 예측 결과를 나타내는 그래프이다.20 is a graph showing the load prediction result.

도 20을 참조하면, 각 날짜 별로 24:00에 하루 전 스케줄링을 위한 부하 예측 결과를 나타낸다. 오차율이 10%이내로 예측이 잘 되고 있음을 보여준다. 그러나 휴가철이나 예기치 못한 상황이 발생하는 경우 오차율이 나빠지기도 한다. 온도-부하 간의 상관 관계를 사용하지 않아 하루 전 부하 예측은 한계가 있을 수 있으나 실시간으로 예측하는 데 있어서는 오차율이 적은 장점이 있다.
Referring to FIG. 20, a load prediction result for a day before scheduling is shown at 24:00 for each date. The error rate is estimated to be within 10%. However, if the vacation season or unexpected situation occurs, the error rate may be worse. There is an advantage in that there is a limit to the prediction of the load before the day because the correlation between the temperature and the load is not used, but the error rate is small in prediction in real time.

상술한 바와 같이, PV 예측 모듈 및 부하 예측 모듈의 예측에 기초하여 배터리의 충방전을 제어하는 최적화 모듈에 관하여 설명하도록 한다.As described above, the optimization module for controlling the charge / discharge of the battery based on the predictions of the PV prediction module and the load prediction module will be described.

최적화 모듈은 TOU요금제에서 전기요금 최소화하는 방향으로 배터리 충방전량을 결정한다. TOU요금제에서 전기요금은 하기의 수학식 (8)와 같으므로 목적함수는 수학식 (9)과 같이 표현할 수 있다. 여기서 PGrid(t)는 수학식 (10)을 통해 결정된다. 즉 수학식 (31)을 만족시키는 PGrid값을 찾기 위해 에너지 저장 장치의 출력(PESSS(t))을 결정해야 한다.The optimization module determines the battery charge discharge in the direction of minimizing the electricity charge in the TOU plan. In the TOU plan, the electricity charge is given by the following equation (8), so that the objective function can be expressed by equation (9). Where P Grid (t) is determined via equation (10). (P ESSS (t)) of the energy storage device in order to find the PGrid value satisfying the equation (31).

수학식 (8)

Figure 112014109302262-pat00007
Equation (8)
Figure 112014109302262-pat00007

수학식 (9)

Figure 112014109302262-pat00008
Equation (9)
Figure 112014109302262-pat00008

수학식 (10)

Figure 112014109302262-pat00009

Equation (10)
Figure 112014109302262-pat00009

최적화 문제에 제약조건을 알아보면 다음과 같다. 배터리는 낼 수 있는 출력이 제한되기 때문에 하기의 수학식 (11)와 같은 제약조건이 필요하다. 배터리의 출력이 양수일 때를 방전으로 잡았기 때문에 max값은 방전할 때 최대 C-rate와 연관이 있을 것이고 min값은 충전할 때 최대 C-rate와 연관이 있을 것이다. 배터리의 안정적인 운전을 위해서는 배터리의 충전 상태(state of charging; SOC)를 일정범위에서 유지시켜야 하며 충전으로 인한 충전 상태의 변화는 수학식 (12), 방전으로 인한 충전 상태의 변화는 수학식 (13)와 같으므로 수학식 (14)와 같은 제약조건을 만족시켜야 한다.   The constraints on the optimization problem are as follows. Since the output of the battery is limited, a constraint such as Equation (11) below is required. Since the discharge of the battery is positive, the max value will be related to the maximum C-rate when discharging and the min value will be related to the maximum C-rate when charging. For stable operation of the battery, the state of charge (SOC) of the battery must be maintained within a certain range. The change in the state of charge due to the charge is expressed by Equation (12) ), The constraint condition expressed by Equation (14) must be satisfied.

따라서, 배터리 출력은 배터리 최대, 최소 출력과 충전 상태에 의해서 제약을 받게 된다. 전날 받은 충전 상태에 관한 자료가 처음 충전 상태가 되며 스케쥴링이 끝난 마지막 충전 상태가 특정한 값을 유지하도록 하여 다음날 충전 상태에 관한 자료로 사용할 수 있도록 해야 한다.Therefore, the battery output is limited by the battery maximum, minimum output and charge state. The data about the charge state of the previous day is first charged and the final charge state after scheduling should be kept at a specific value so that it can be used as data about the state of charge the next day.

수학식 (11)

Figure 112014109302262-pat00010
Equation (11)
Figure 112014109302262-pat00010

수학식 (12)

Figure 112014109302262-pat00011
Equation (12)
Figure 112014109302262-pat00011

수학식 (13)

Figure 112014109302262-pat00012
Equation (13)
Figure 112014109302262-pat00012

수학식 (14)

Figure 112014109302262-pat00013

Equation (14)
Figure 112014109302262-pat00013

또한 배터리 출력은 전력 충방전부(110)의 인터버를 통해서 전달되기 때문에 충방전부(110)의 인터버 효율에 따라 실제 에너지 저장 장치의 출력이 변하게 된다. 이를 수식으로 표현하면 방전할 때에는 수학식 (15)과, 충전할 때에는 수학식 (16)과 같다. 배터리 효율로 인해서 같은 양을 충·방전하여도 더 많은 전력을 사용하게 된다. Also, since the battery output is transmitted through the inverter of the power charging unit 110, the output of the actual energy storage device changes according to the inverter efficiency of the charging unit 110. Expression of this is expressed by Equation (15) when discharging and Equation (16) when charging. Because of battery efficiency, even if the same amount is discharged and discharged, more power is used.

현재 대상계통인 공장부하의 경우 12~13시 사이에 주변 피크시간보다 전력소모량이 적어 충전을 추가적으로 1회 더 할 수 있으나 이 시간대 전력도 피크 시간대와 크게 차이가 나지 않기 때문에 효율을 고려하면 오히려 효과가 나쁘다고 볼 수 있다. In the case of the factory load of the current target system, since the power consumption is less than the surrounding peak time between 12 and 13 hours, the charge can be additionally performed one more time. However, since the power in this time period is not significantly different from the peak time, Is bad.

따라서 배터리 충방전 횟수는 1회로 한정하였다. 뿐만 아니라 충·방전횟수를 증가시키는 것이 배터리 수명을 단축시키기 때문에 1회로 제한하는 것이 배터리 수명을 고려하였을 때 가장 경제적이라고 볼 수 있다.Therefore, the number of charge / discharge cycles of the battery was limited to one. In addition, increasing the number of charge / discharge cycles shortens the battery life, so it is the most economical when the battery life is considered.

수학식 (15)

Figure 112014109302262-pat00014
Equation (15)
Figure 112014109302262-pat00014

수학식 (16)

Figure 112014109302262-pat00015

Equation (16)
Figure 112014109302262-pat00015

결과적으로 최적화 모듈은 수학식 (9)을 최소화하며 수학식 (11)와 수학식(14)를 만족시키고 충방전횟수가 1회인 배터리 출력량을 결정하는 모듈이다. 이 최적화 문제를 풀기 위해서 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming;DP)을 사용하였다. As a result, the optimization module minimizes Equation (9) and is a module that satisfies Equations (11) and (14) and determines the amount of battery power with one charge / discharge cycle. Dynamic programming (DP) was used to solve this optimization problem.

다이나믹 프로그래밍은 최적화 문제를 푸는 기법 중에 하나로 최소한의 횟수로 가능한 모든 경우의 수를 확인하며 문제를 푸는 방식이기 때문에 그 결과가 언제나 목적함수를 만족시키는 최적의 결과가 된다. Dynamic programming is one of the techniques for solving optimization problems. It is the method that solves the problem by checking the number of possible cases at the minimum number of times. Therefore, the result is always the optimal result satisfying the objective function.

다이나믹 프로그래밍은 문제를 각 스테이지(stage)에서 스테이트(state)를 나누어 이전 스테이트와 지금 스테이트와의 관계를 통해서 문제를 풀어가는 과정이다. 이 문제에서 스테이지는 시간이 되며 총 24시간을 15분씩 나누어 96개의 스테이지가 존재한다. 15분으로 나눈 이유는 현재 우리나라 피크 전력을 15분 동안에 전력소모량으로 구하고 있기 때문이다. 즉 각 스테이지의 전력이 피크전력이 될 수 있다. Dynamic programming is the process of solving a problem by dividing the state at each stage and then relate the state to the state. In this problem, the stage is time and there are 96 stages divided by 15 minutes for a total of 24 hours. The reason for dividing it by 15 minutes is because the power consumption of the present peak power is calculated in 15 minutes. That is, the power of each stage can be the peak power.

도 21은 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)을 푸는 방법을 나타내는 도면이다.21 is a diagram showing a method for solving dynamic programming.

도 21에 도시된 바와 같이, 각 스테이지에서 스테이트는 충전 상태가 될 수 있다. 문제를 푸는 방향이 높은 스테이지에서 낮은 스테이지로 이동하는 것은 ㅂ배백워드 다이나믹 프로그래밍(backward Dynamic Programming)를 사용했기 때문이다. i번째 스테이트와 i-1번째 스테이지 사이에 에너지 저장 장치(100)의 전력은 방전할 때는 수학식 (17), 충전할 때는 수학식 (18)와 같이 구할 수 있으며 이를 이용하여 PGrid(t)를 구할 수 있다.As shown in Fig. 21, the state in each stage can be a charged state. The reason for moving from a higher stage to a lower stage is to use backward dynamic programming. The power of the energy storage device 100 between the i-th state and the (i-1) -th stage can be calculated by Equation (17) for discharging and Equation (18) Can be obtained.

수학식 (17)

Figure 112014109302262-pat00016
Equation (17)
Figure 112014109302262-pat00016

수학식 (18)

Figure 112014109302262-pat00017

Equation (18)
Figure 112014109302262-pat00017

다이나믹 프로그래밍은 스테이지가 단계적으로 이동하기 때문에 순간적인 max(PGrid)를 구하는 것이 불가능하다. Dynamic programming is impossible to obtain instantaneous max (PGrid) because the stage moves step by step.

따라서, 다이나믹 프로그래밍을 이용하여 피크전력 문제를 풀 수 있도록 수학식 (9)의 수식을 변경하여야 한다. 수학식 (19)과 같이 다른 두 시간에서 전력 값의 합이 동일한 경우가 있을 때 양변을 제곱하여 정리하면 수학식 (20)과 같은 식을 구할 수 있다. 즉 전력 값의 합이 동일할지라도 두 전력 사이의 값이 가까울수록(P2(t)와 P3(t)의 경우) 제곱의 합은 작아진다. 따라서 같은 양의 에너지 저장 장치의 출력을 충방전하더라도 높은 지역일 때 방전하고 낮은 지역일 때 충전하여 둘 사이의 차이를 최소화하는 것이 제곱의 합을 최소화하는 방향이다. 이는 피크 최소화와 같은 결과이므로 목적함수를 수학식 (21)와 같이 바꿀 수 있다. C1과 C2의 값은 최적화 시 가장 전기요금을 적게 만드는 값을 선택하였으며 C1 = 1, C2 = 5를 선택하였다.Therefore, the equation of Equation (9) must be changed to solve the peak power problem using dynamic programming. If the sum of the power values is the same in the other two times as in the equation (19), the equation (20) can be obtained by squaring both sides. That is, the sum of power values is the same, the closer the value between the two powers is (P2 (t) and P3 (t)), the smaller the sum of squares. Therefore, even if the output of the same amount of energy storage device is charged and discharged, discharging at a high region and charging at a low region are minimized to minimize the sum of squares. Since the result is the same as the minimization of the peak, the objective function can be changed as shown in equation (21). The values of C1 and C2 were selected to minimize the electricity cost when optimizing and C1 = 1 and C2 = 5 were selected.

수학식 (19)

Figure 112014109302262-pat00018
Equation (19)
Figure 112014109302262-pat00018

수학식 (20)

Figure 112014109302262-pat00019
Equation (20)
Figure 112014109302262-pat00019

수학식 (21)

Figure 112014109302262-pat00020

Equation (21)
Figure 112014109302262-pat00020

최적화 모듈을 통해 에너지 저장 장치의 출력(PESS)을 결정하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 하나는 도 22와 같이 익일 부하 예측과 익일 태양광 발전량 예측을 이용해서 배터리의 충방전량을 결정하는 방법(방법 a)이고 다른 하나는 도 23과 같이 실시간 부하 예측과 실시간 태양광 발전량 예측을 이용해서 배터리의 충방전량을 결정하는 방법(방법 b)이다.There are two main ways to determine the energy storage output (P ESS ) through the optimization module. One is a method (method a) for determining the charge amount of a battery using the next day load prediction and the next day solar power generation prediction as shown in FIG. 22 and the other is a method using real time load prediction and real time solar power generation prediction And a method for determining the charge-discharge amount of the battery (method b).

도 22을 참조하면, 익일 PV 예측 모듈(221a)는 태양광 발전 장치의 설치 자료(PV 설치 자료)와 익일 기상 정보에 기초하여 익일의 태양광 발전량을 예측하고, 익일 부하 예측 모듈(221b)는 과거부하자료에 기초하여 익일의 부하를 예측할 수 있으며, 제1 최적화 모듈(221c)는 익일 PV 예측 모듈(221a)과 익일 부하 예측 모듈(221b)의 예측 결과에 따라 에너지 저장 장치(ESS)의 출력을 결정할 수 있다.22, the next day PV predicting module 221a predicts the solar power generation amount of the next day based on the installation data (PV installation data) of the PV generator and the next day weather information, and the next day load prediction module 221b The first optimization module 221c can estimate the load of the next day based on the past load data and the output of the energy storage device ESS according to the prediction results of the next day PV prediction module 221a and the next day prediction module 221b. Can be determined.

도 23을 참조하면, 실시간 PV 예측 모듈(222a)은 실시간 태양광 발전 자료와 당일 기상 정보에 기초하여 15분마다 태양광 발전량을 예측할 수 있고, 실시간 부하 예측 모듈(222b)는 실시간 부하 자료와 과거 부하 자료에 기초하여 15분마다 부하를 예측할 수 있으며, 제2 최적화 모듈(222c)는 실시간 PV 예측 모듈(222a)과 실시간 부하 예측 모듈(222b)의 예측 결과에 따라 에너지 저장 장치(ESS)의 출력을 결정할 수 있다.
Referring to FIG. 23, the real-time PV prediction module 222a can predict the amount of solar power generation every 15 minutes based on the real-time PV data and the weather information on the day, The second optimization module 222c can predict the load of the energy storage device ESS according to the prediction results of the real time PV prediction module 222a and the real time load prediction module 222b, Can be determined.

두 방법 중 어느 방법이 우위에 있는지 알아보기 위해 2012. 11. 01 ~ 2013. 12. 31일까지 측정데이터를 바탕으로 부하와 태양광 발전량을 예측하고 최적화 모듈을 통해 에너지 저장 장치의 출력을 구하여 도 24의 표와 같이 1년간 전기요금을 계산하였다. To determine which of the two methods is dominant, we estimate the load and solar power generation based on measurement data from November 01, 2012 to December 31, 2012, and obtain the output of the energy storage device through the optimization module As shown in Table 24, the electricity bill for one year was calculated.

기본요금은 당월 피크를 사용하였으며 최적 결과는 예측이 아닌 측정결과로 최적화 모듈을 적용하였을 때 결과이다. 실시간으로 예측을 바꾸어 주는 것이 예측결과가 보다 좋아지기 때문에 상황에 따라 적절하게 에너지 저장 장치의 출력을 바꿀 수 있게 된다. The base rate used the peak of the month, and the optimal result is the result of applying the optimization module as the measurement result, not the prediction. Changing the prediction in real time makes the prediction result better, so the output of the energy storage device can be changed appropriately according to the situation.

도 24는 연간 전기 요금을 나타내는 도면이고, 도 25는 한달의 일별 전력 피크를 나타내는 도면이다.Fig. 24 is a diagram showing annual electricity charges, and Fig. 25 is a diagram showing power peaks per day of a month.

도 24를 참조하면, 방법 a의 경우 에너지 저장 장치가 없을 때보다 연간 21,721천원의 이익이 발생하지만 방법 b의 경우 에너지 저장 장치가 없을 때보다 연간 22,356천원 이익 발생하여 연간 645천원의 이익이 더 발생하는 것을 알 수 있었다. 예측이 측정과 다르기 때문에 최적결과에는 두 방법 모두 못 미치는 결과가 나왔다.Referring to FIG. 24, the method a yields a profit of 21,721,000 won per year rather than without an energy storage device. However, the method b yields a profit of 22,356,000 won per year, . Because the predictions differed from the measurements, both methods failed to yield optimal results.

도 25에 도시된 바와 같이, 1년간 요금을 비교하여 방법 b가 방법 a보다 항상 우수해 보이지만 실제로는 부하 패턴이나 태양광 발전량 패턴이 틀릴 경우 예측 오차가 익일에 비해 실시간에서 증폭되는 경우가 소수 발생하기 때문에 방법 b가 더 좋지 않은 날도 있었다. 도 25를 참조하면, 2013년 5월 날짜 별 피크 결과로 대부분의 경우에서 방법 b의 피크 전력이 낮았으나 5월 2, 3, 8, 15, 24, 27일에서는 오히려 방법 a가 피크 전력이 감소되는 것을 볼 수 있었다. 이처럼 예측이 어긋날 경우 익일 최적화 결과가 보다 나은 경우가 간혹 발생하였다.
As shown in FIG. 25, when the method b is compared with the method a for one year and the method b is always superior to the method a, in reality, when the load pattern or the photovoltaic pattern is wrong, the prediction error is amplified in real- There was also a day when method b was worse. 25, the peak power of method b was lower in most cases as a result of the date by May 2013, but in case of method 2, 3, 8, 15, 24 and 27, . If such a prediction is missed, the next day optimization result is sometimes better.

최적화 모듈로 구한 두 가지의 에너지 저장 장치의 출력 결정방법에서 방법 b가 상대적으로 우수하였으나 때에 따라서는 방법 a가 우수한 경우도 있었다. 이는 예측 패턴과 실제 패턴에 차이가 발생하기 때문이다. In the method of determining the output of the two energy storage devices obtained by the optimization module, the method b was relatively superior, but in some cases, the method a was superior in some cases. This is because there is a difference between the predicted pattern and the actual pattern.

패턴이 벗어나는 경우는 도 26과 같이 앞쪽에서 피크가 예측과 달리 발생하는 case 1과 뒤쪽에서 피크가 예측과 달리 발생하는 case 2가 있다. case 2는 앞쪽 피크에서 배터리의 충전양을 최대한으로 남기는 방식을 통해서 피크 문제를 해결할 수 있으며, case 1은 방법 a와 방법 b의 출력 결과를 비교하여 더 많은 출력을 내는 방법을 택하여 해결할 수 있다. 두 가지 조건은 서로 상충되는 부분이 많기 때문에 이 점을 고려하여 출력을 결정하는 것이 중요하다.
As shown in Fig. 26, there are cases 1 where the peaks are different from the predictions in the front side and case 2 where the peaks are generated in the rear side unlike the prediction. case 2 can solve the peak problem by leaving the battery charge amount at the front peak as much as possible and case 1 can be solved by comparing the output results of method a and method b and outputting more output . It is important to determine the output considering these two points because there are many conflicting parts.

도 27은 실시간 SOC 유지 모듈의 개략적인 블럭도이다.27 is a schematic block diagram of a real-time SOC maintenance module.

먼저 배터리 충전량을 남기는 방법은 방법 b를 통해 나온 에너지 저장 장치의 출력과 실시간으로 측정되는 부하 전력과 태양광 발전 전력의 합이 현재까지 피크전력보다 작을 경우, 도 27과 같이 에너지 저장 장치의 방전량을 줄이는 방법이다. 즉, 제1 내지 제4 연산부(223a-1, 223a-2, 223a-3, 223a-4)는 에너지 저장 장치의 실시간 스케쥴링에 따라 출력된 전력에서 현재 소모 전력을 차감하고, 차감된 결과에서 현재까지 측정된 피크 전력을 차감하여 이를 적분 한 후, 그 결과를 다시 에너지 저장 장치의 실시간 스케쥴링에 따라 출력된 전력에서 차감하여 에너지 저장 장치의 출력을 결정할 수 있다. First, when the sum of the output of the energy storage device through the method b and the load power measured in real time and the photovoltaic power generated by the method b is smaller than the peak power so far, . That is, the first to fourth arithmetic units 223a-1, 223a-2, 223a-3, and 223a-4 subtract the current consumed power from the output power according to the real-time scheduling of the energy storage device, The output of the energy storage device can be determined by subtracting the result of the integration from the output power according to the real time scheduling of the energy storage device.

이를 통해 이미 결과로 나온 전력 피크보다 에너지 저장 장치가 더 많은 저력을 방전을 하는 경우를 막아 배터리의 충전 상태를 유지할 수 있다. 다만 충·방전 결과가 바뀌지 않도록 결과 값이 0보다 작아지지 않도록 한다.
This can prevent the energy storage device from discharging more power than the resulting power peaks and maintain the battery's charge state. However, the result should not be smaller than 0 so that the charge / discharge results do not change.

도 28은 실시간 피크 억제 모듈의 개략적인 블럭도이다.28 is a schematic block diagram of a real-time peak suppression module.

다음으로, 도 27에 관한 설명과 반대로 현재까지 측정된 피크보다 방법 b를 통해 나온 에너지 저장 장치의 출력과 실시간으로 측정되는 부하 전력과 태양광 발전 전력의 합이 클 경우이다. 이 경우 도 28과 같이 남은 배터리 충전량에 따라서 에너지 저장 장치의 출력을 결정한다. Next, in contrast to the description of FIG. 27, there is a case where the sum of the output of the energy storage device and the measured load power and photovoltaic power in real time is larger than the peak measured to date. In this case, the output of the energy storage device is determined according to the remaining battery charge amount as shown in FIG.

제5 연산부(223b-1)를 통해 배터리 충전량이 충분할 경우 두 가지 방법 결과 중 더 높은 값을 선택하였고, 실시간 배터리 충전 상태가 익일 배터리 충전 상태보다 부족한 경우 case 2를 대비할 수 있도록 제6 및 제7 연산부(223b-2,223b-3)를 통해 두 결과 값의 평균을 사용하였다.
If the battery charging amount is sufficient through the fifth calculating unit 223b-1, the higher value is selected from the two methods. If the real time battery charging state is less than the next battery charging state, the sixth and seventh The average of the two results is used through the calculation units 223b-2 and 223b-3.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈의 개략적인 블럭도이다.3 is a schematic block diagram of a charge / discharge control module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 실시간 제어 모듈을 추가한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈은 제1 제어 모듈(221), 제2 제어 모듈(222) 및 실시간 제어 모듈(223)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the charge / discharge control module of the energy storage device according to another embodiment of the present invention having the real-time control module includes a first control module 221, a second control module 222, 223).

제1 제어 모듈(221)은 도 22와 같이, 익일 PV 예측 모듈(221a), 익일 부하 예측 모듈(221b) 및 제1 최적화 모듈(221c)를 포함할 수 있고,22, the first control module 221 may include a next day PV prediction module 221a, a next day load prediction module 221b, and a first optimization module 221c,

제2 제어 모듈(222)는 도 23과 같이, 실시간 PV 예측 모듈(222a), 실시간 부하 예측 모듈(222b) 및 제2 최적화 모듈(222c)를 포함할 수 있다.23, the second control module 222 may include a real-time PV prediction module 222a, a real-time load prediction module 222b, and a second optimization module 222c.

실시간 제어 모듈(223)은 제1 제어 모듈(221)의 제1 최적화 모듈(221c)의 익일 최전 결과와 제2 제어 모듈(222)의 제2 최적화 모듈(222c)의 실시간 최적 결과에 기초하여 에너지 저장 장치의 최종 출력을 제어할 수 있다.The real time control module 223 determines the energy level of the second control module 222 based on the next day result of the first optimization module 221c of the first control module 221 and the real time optimal result of the second optimization module 222c of the second control module 222 The final output of the storage device can be controlled.

실시간 제어 모듈(223)는 도 27에 도시된 실시간 SOC 모듈(223a)과 도 28에 도시된 실시간 피크 억제 모듈(223b)를 포함할 수 있다.
The real-time control module 223 may include the real-time SOC module 223a shown in FIG. 27 and the real-time peak suppression module 223b shown in FIG.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 제어 모듈의 동작 방법을 방법 c로 기재한다. A method of operating the charge / discharge control module of the energy storage device according to another embodiment of the present invention will be described as method c.

방법 c는 실시간 제어 모듈을 통해서 예측이 어긋나서 피크 전력이 변하였을 때 보다 유연하게 대처할 수 있게 된다. Method c is able to cope more flexibly when the peak power is changed due to the deviation of prediction through the real-time control module.

그 결과를 알아보기 위해서 최적화 모듈과 마찬가지로 2012. 11. 01 ~ 2013. 12. 31일까지 측정데이터를 바탕으로 ESS 출력을 구하여 도 24와 같이 1년간 전기요금을 계산하였다. 방법 a, b에 비해서 연간 이득이 100만원이상 증가한 것을 볼 수 있었다. 실시간 모듈을 통해 최적화 모듈결과가 개선되었다는 것을 알 수 있었다. 뒤에 부록을 보면 일별 피크 결과도 방법 c가 방법 a, b에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다.
In order to find out the result, the ESS output was obtained based on the measurement data from Nov. 01 to 2013. 12. 31, 2012 as in the optimization module, and the electric bill was calculated for one year as shown in FIG. Compared with methods a and b, annual gain increased by more than 1 million won. The real-time module shows that the optimization module results are improved. In the appendix, the daily peak results show that method c is superior to methods a and b.

도 29 및 도 30은 전력 곡선을 나타내는 그래프이다. 29 and 30 are graphs showing power curves.

도 29는 2012년 12월 11일 방법별 피크 감소량을 보여주며 도 30은 같은 날 피크 시간대에서 전력을 보여준다. 방법 c가 다른 방법들보다 피크를 평평하게 만드는 것을 볼 수 있으며 다른 방법들에 비해서 피크를 더 많이 감소시키는 것을 볼 수 있다. 이 예제를 보면 방법 c, b, a 순으로 피크를 많이 감소시키며 방법 c가 최적결과와 가장 유사한 결과가 나오는 것을 알 수 있다.
FIG. 29 shows the peak decrease amount by the method on Dec. 11, 2012, and FIG. 30 shows the power on the same day peak time. It can be seen that method c makes the peaks more flat than the other methods and it shows that the peaks are reduced more than the other methods. In this example, the peaks are reduced a lot in the order of methods c, b, a, and the method c is most similar to the optimal result.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공장에 에너지 저장 장치를 연계하였을 때 얻을 수 있는 비즈니스 모델은 피크전력 절감, 전력요금 차액거래, 비상전원, 수요반응, 무효전력보상 다섯 가지로 분류된다. As described above, according to the present invention, business models that can be obtained when an energy storage device is connected to a factory are classified into peak power saving, electricity price difference transaction, emergency power supply, demand response, and reactive power compensation.

현행 공장용 전기요금 체계는 TOU요금제이기 때문에 시간에 따라 다른 전기요금을 적용하고 있어 전력요금 차액거래가 가능하다. 또한 피크전력을 전기요금에 반영하고 있어 피크전력 절감을 한다면 경제적 이익을 볼 수 있다. Since the current electricity rate system for the factory is a TOU rate system, it is possible to trade electricity tariffs because different electricity rates are applied over time. Also, because peak electricity is reflected in the electricity bill, economic benefits can be obtained if the peak power is reduced.

수요반응의 경우도 한전과의 계약을 통해서 이익을 볼 수 있다. 하지만 비상전원의 경우 아직 경제성 평가 모델이 부족하며 무효전력 보상의 경우 수익을 보장해주는 제도가 정립되지 않아 현재 비즈니스 모델로 사용하기에는 부적합한 면이 있다. 따라서 TOU요금제에 적합한 피크전력 절감과 전력요금 차액거래를 이용한 수익창출 모델을 공장 ESS 연계 EMS의 기능을 선택하였다.Demand responses can also benefit from contracts with KEPCO. However, in the case of emergency power supply, the economics evaluation model is still insufficient, and in the case of reactive power compensation, there is not established a system for guaranteeing profit, which is not suitable to be used as a current business model. Therefore, we selected the function of the EMS linked to the factory ESS by the profit generation model using the peak power reduction and electricity price difference transaction suitable for the TOU plan.

에너지 저장 장치가 설치될 대상계통은 공장단지로 PV, 부하, 에너지 저장 장치가 포함되어 있다. 공장으로 들어오는 전력을 측정하여 전기요금이 정산되기 때문에 PV, 부하 전력으로부터 ESS 출력을 결정하여야 한다. 에너지 저장 장치는 정해진 배터리의 충전량 내에서 출력을 정해야 하므로 배터리 충전량 관리가 중요하기 때문에 배터리 충전량을 유지할 수 있도록 태양광 발전 전력과 부하 전력을 예측에 따라 에너지 저장 장치의 출력을 결정하여야 한다.  The target grid to which the energy storage device is installed is a factory complex, which includes PV, load, and energy storage devices. ESS output should be determined from PV and load power since the electric charge is settled by measuring power coming into the factory. Since the energy storage device must determine the output within a predetermined battery charge level, it is important to determine the output of the energy storage device in accordance with the prediction of the solar power generation power and the load power so as to maintain the battery charge amount.

결과적으로 전체적인 모듈은 PV 예측 모듈, 부하 예측 모듈, 최적화 모듈, 실시간 제어 모듈 네 가지가 있으며 예측 모듈에서 나온 결과를 바탕으로 최적화 모듈과 실시간제어 모듈에서 에너지 저장 장치의 출력을 결정한다.As a result, there are four PV modules, a load prediction module, an optimization module, and a real-time control module, and the output of the energy storage device is determined in the optimization module and the real-time control module based on the results of the prediction module.

태양광 발전량 예측은 우선적으로 태양광 발전기가 설치된 경도, 위도, 태양광 패널의 설치 각도에 따라 날짜와 시간에 따른 맑은 날의 일사량을 구한다. 다음으로 운량과 강수유무에 따라 6단계로 나누고 각 단계에 해당하는 일사량과 발전량의 상관계수를 시간대별로 구하였다. 그렇게 구한 상관계수를 바탕으로 운량, 시간에 따른 발전량을 예측하였다. 실시간으로 예측을 할 때에는 실시간 발전량을 바탕으로 운량을 6단계가 아닌 연속적인 변수로 바꾸어서 예측하여 상관계수를 적용하였다. 태양광 발전량 예측 결과 rRMSE 값이 34.92%로 일반적인 태양광 발전량 예측 rRMSE 값(36%)과 유사하게 나왔다.  Solar power generation forecast firstly obtains the solar radiation of sunny day according to the date and time according to the installed hardness of the solar power generator, the latitude and the installation angle of the solar panel. Next, we divided into 6 stages according to cloudiness and precipitation, and the correlation coefficient between solar radiation amount and power generation amount corresponding to each step was obtained by time zone. Based on the correlation coefficient thus obtained, we predicted the amount of electricity generated by the cloud and the time. In real - time forecasting, correlation is applied by estimating the real - time power generation based on continuous variable instead of 6 steps. As a result of prediction of solar power generation, the rRMSE value is 34.92%, which is similar to the general solar power generation rRMSE value (36%).

부하 예측은 과거 부하 패턴자료를 이용하여 예측하는 패턴기법을 사용하였다. 패턴은 요일별, 계절별, 온도별에 따라 분류되었으며 요일의 경우 특성이 없기 때문에 배제되었다. 계절 및 온도에 대한 패턴 특성은 예측일 직전 30일 평일 부하 데이터와 유사한 특성이 있기 때문에 예측일 직전 30일 평일 부하 데이터를 이용하여 부하 패턴을 형성하였다. 실시간으로 부하를 예측할 때에는 직전시간에서의 비율을 이용하여 보정을 해주었다. 부하예측결과 오차율이 10%이내에서 예측되었다.  We used the pattern method to predict the load using past load pattern data. Patterns were classified according to day, season, and temperature. Day of week was excluded because it had no characteristics. Because the pattern characteristics for the season and temperature are similar to the 30-day weekday load data just before the forecast date, the load pattern was formed using the 30-day weekday load data just before the forecast date. When estimating the load in real time, the correction was made using the ratio in the immediately preceding time. As a result of the load prediction, the error rate was predicted within 10%.

최적화 모듈은 예측한 부하 자료와 태양광 발전량 자료를 바탕으로 당일 전기요금을 최소화하는 에너지 저장 장치의 출력을 결정하는 모듈이다. 최적화 문제는 다이나믹 프로그래밍으로 풀었으며 가능한 모든 경로를 탐색하여 답을 찾는 방식이기 때문에 최적 값을 항상 보장할 수 있다. 또한 최적해를 구하는 과정에서 배터리의 충전 상태와 배터리 출력 제약조건을 추가하여 배터리가 물리적으로 동작할 수 있는 영역 안에서 결과 값이 나올 수 있도록 하였다. 최적화 모듈을 이용하여 익일과 실시간 두 가지 방법으로 에너지 저장 장치의 출력을 결정하였다.  The optimization module is a module that determines the output of the energy storage device that minimizes the electricity charge on the basis of the predicted load data and solar power generation data. The optimization problem is solved with dynamic programming and the optimal value can always be guaranteed since it is the way to find the answer by searching all possible paths. Also, in the process of obtaining the optimal solution, the charging state of the battery and the restriction condition of the battery output are added so that the resultant value can be obtained in a region where the battery can be physically operated. By using the optimization module, the output of the energy storage device was determined by two methods, the next day and the real time.

실시간 제어 모듈은 위에서 구한 익일, 실시간 최적화 결과를 바탕으로 에너지 저장 장치의 최종 출력을 결정하는 모듈이다. 다수의 경우 실시간 최적화 결과가 더 높은 이익을 보장해주고 있으나 소수의 경우에서 예측 패턴이 어긋날 경우 익일 최적화 결과가 이익이 더 높은 경우가 있었다. 이를 보정해주기 위해 전력이 갑자기 증가하여 피크보다 높아질 경우 최적화 결과 중 높은 값을 선택하도록 하였다.   The real-time control module is a module that determines the final output of the energy storage device based on the next-day, real-time optimization result obtained above. In many cases, the real-time optimization results guarantee higher profits, but in a few cases, the next-day optimization results may be more profitable if the prediction pattern deviates. In order to compensate for this, when the power suddenly increases and becomes higher than the peak, a higher value is selected among the optimization results.

다만 배터리의 충전량 유지를 위하여 배터리 충전량이 부족할 경우에는 두 결과의 평균을 이용하였다. 또한 에너지 저장 장치의 출력 값이 현재까지 측정된 피크보다 더 많이 감소시킬 경우 에너지 저장 장치의 방전량을 줄여 배터리의 충전량을 유지시켰다. 그 결과 최적화 모듈만 사용하였을 때보다 연간 100만원 이상의 이익이 더 발생하였다.
However, if the battery charge is insufficient to maintain the charge of the battery, the average of the two results is used. In addition, when the output value of the energy storage device is reduced more than the peak measured to date, the charge amount of the battery is maintained by reducing the discharge amount of the energy storage device. As a result, more than 1 million won a year was generated more than when using the optimization module alone.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 에너지 저장 장치
110: 전력 충방전부
120,220: 충방전 제어 모듈
121: PV 예측 모듈
121a: 일사량 예측 모듈
121b: 운량 예측 모듈
121c: 발전량 결정 모듈
122: 부하 예측 모듈
123: 최적화 모듈
221: 제1 제어 모듈
221a: 익일 PV 예측 모듈
221b: 익일 부하 예측 모듈
221c: 제1 최적화 모듈
222: 제2 제어 모듈
222a: 실시간 PC 예측 모듈
222b: 실시간 부하 예Cmr 모듈
222c: 제2 최적화 모듈
223: 실시간 제어 모듈
223a: 실시간 SOC 유지 모듈
223a-1,223a-2,223a-3,223a-4: 제1 내지 제4 연산부
223b: 실시간 피크 억제 모듈
223b-1,223b-2,223b-3: 제5 내지 제7 연산부
100: Energy storage device
110: full power supply
120, 220: charge / discharge control module
121: PV prediction module
121a: solar radiation prediction module
121b: cloud prediction module
121c: Power generation determination module
122: load prediction module
123: Optimization module
221: first control module
221a: next day PV prediction module
221b: Next-day load prediction module
221c: first optimization module
222: second control module
222a: Real-time PC prediction module
222b: Real-time load example Cmr module
222c: second optimization module
223: Real-time control module
223a: Real-time SOC maintenance module
223a-1, 223a-2, 223a-3, 223a-4:
223b: real-time peak suppression module
223b-1, 223b-2, 223b-3: fifth to seventh operation units

Claims (11)

배터리와 전력 라인 간에 전력을 충방전하는 전력 충방전부; 및
태양광 발전기 설치 정보, 기상 정보 및 부하 정보에 따라 익일의 필요한 전력량을 예측하고, 익일의 최적 발전량 및 당일의 최적 발전량을 예측하여 상기 전력 충방전부의 전력 충방전을 제어하는 충방전 제어 모듈을 포함하고,
상기 충방전 제어 모듈은
상기 익일의 최적 발전량을 예측하여 충방전 제어 결과를 제공하는 제1 제어 모듈
상기 당일의 최적 발전량을 예측하여 충방전 제어 결과를 제공하는 제2 제어 모듈; 및
상기 제1 제어 모듈 및 상기 제2 제어 모듈의 각 제어 결과와, 실시간 전력 상황에 기초하여 충방전 제어를 수행하는 실시간 제어 모듈을 포함하는 에너지 저장 장치.
A power charging / discharging unit for charging / discharging power between the battery and the power line; And
And a charge / discharge control module for predicting a necessary amount of power of the next day according to the photovoltaic installation information, weather information and load information, predicting the optimum generation amount of the next day and the optimum generation amount of the next day to control the electric charge / and,
The charge / discharge control module
A first control module for predicting the optimal generation amount of the next day and providing a charge /
A second control module for predicting the optimum generation amount of the day and providing a charge / discharge control result; And
And a real-time control module that performs charge / discharge control based on each control result of the first control module and the second control module and a real-time power situation.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어 모듈은
입력된 태양광 발전기 설치 정보에 기초하고, 입력된 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측하는 PV 예측 모듈;
입력된 부하 정보에 따라 익일의 부하 전력량을 예측하는 부하 예측 모듈; 및
상기 PV 예측 모듈 및 상기 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 상기 전력 충방전부의 전력 충방전을 제어하는 최적화 모듈
을 더 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
The charge / discharge control module
A PV prediction module based on inputted photovoltaic generator installation information and predicting the amount of photovoltaic generation on the next day by stepping the degree of cloudiness among the inputted meteorological information;
A load prediction module for predicting an amount of load power of the next day based on inputted load information; And
An optimization module for controlling power charging / discharging of the power charging unit according to the prediction information of the PV prediction module and the load prediction module,
≪ / RTI >
제2항에 있어서,
상기 PV 예측 모듈은 설정된 일사량과 단계화된 운량에 따른 가중치를 곱한 값에 따라 태양광 발전량을 예측하는 에너지 저장 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the PV prediction module predicts a solar power generation amount according to a value obtained by multiplying a set solar radiation amount by a weighted value according to a stepwise light amount.
제3항에 있어서,
상기 PV 예측 모듈은
입력된 태양광 발전기 설치 정보와 해당 날짜 및 시간에 따라 일사량을 예측하는 일사량 예측 모듈;
입력된 기상 정보와 상기 일사량 예측 모듈로부터의 예측된 일사량에 따라 운량을 예측하는 운량 예측 모듈; 및
상기 일사량 예측 모듈로부터의 예측된 일사량 및 상기 운량 예측 모듈로부터의 예측된 운량에 따라 태양광 발전량을 예측하는 발전량 결정 모듈
을 포함하는 에너지 저장 장치.
The method of claim 3,
The PV prediction module
A solar radiation amount prediction module for estimating the solar radiation amount according to the installed solar generator installation information and the date and time;
A light quantity prediction module for predicting the light quantity according to the input weather information and the predicted solar radiation amount from the solar radiation amount prediction module; And
A power generation amount determination module for predicting a solar power generation amount in accordance with a predicted solar radiation amount from the solar radiation amount prediction module and a predicted cloud amount from the lightness prediction module,
≪ / RTI >
제2항에 있어서,
상기 최적화 모듈은 상기 PV 예측 모듈 및 상기 부하 예측 모듈의 예측 정보를 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programmig)에 따라 배터리 출력량을 결정하는 에너지 저장 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the optimization module determines a battery output amount according to dynamic programming of prediction information of the PV prediction module and the load prediction module.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 제어 모듈은
입력된 태양광 발전기 설치 정보에 기초하고, 입력된 익일의 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 익일의 태양광 발전량을 예측하는 익일 PV 예측 모듈;
과거의 부하 자료에 기초하여 익일의 부하를 예측하는 익일 부하 예측 모듈; 및
상기 익일 PV 예측 모듈 및 상기 익일 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 익일의 배터리 출력량을 결정하는 제1 최적화 모듈
을 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
The first control module
A next day PV prediction module based on the input photovoltaic generator installation information, for predicting the amount of solar power generation on the next day by stepping the degree of cloudiness among the input weather information of the next day;
A next load prediction module for predicting the load of the next day based on past load data; And
A first optimization module for determining an amount of battery output of the next day according to prediction information of the next day PV prediction module and the next day load prediction module,
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 제2 제어 모듈은
입력된 실시간 태양광 발전 자료에 기초하고, 입력된 당일 기상 정보 중 운량의 정도를 단계화하여 설정된 시간 단위로 당일의 태양광 발전량을 예측하는 실시간 PV 예측 모듈;
실시간 부하 자료와 과거의 부하 자료에 기초하여 설정된 시간 단위로 당일의 부하를 예측하는 실시간 부하 예측 모듈; 및
상기 실시간 PV 예측 모듈 및 상기 실시간 부하 예측 모듈의 예측 정보에 따라 당일의 배터리 출력량을 결정하는 제2 최적화 모듈
을 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
The second control module
A real-time PV prediction module based on inputted real-time photovoltaic power generation data, for predicting the amount of solar power generation on a given time basis by stepping the degree of cloudiness among input weather information;
A real time load prediction module for predicting the load on the day based on the real time load data and the past load data; And
A second optimization module for determining the amount of battery power of the day according to the prediction information of the real-time PV prediction module and the real-
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 실시간 제어 모듈은
현재까지 측정된 전력 피크, 현재 소모 전력, 실시간 충방전 스케쥴링 출력에 기초하여 충방전 제어 신호를 제공하는 실시간 SOC 유지 모듈; 및
익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력에 기초하여 충방전 제어 신호를 제공하는 실시간 피크 억제 모듈
을 포함하는 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
The real-
A real time SOC maintenance module for providing a charge / discharge control signal based on a measured power peak, current power consumption, and real time charge / discharge scheduling output; And
Real-time peak suppression module that provides a charge / discharge control signal based on the next-day charge / discharge scheduling output and the real-time charge /
≪ / RTI >
제9항에 있어서,
상기 실시간 제어 모듈은
현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 클 경우 상기 실시간 SOC 유지 모듈의 충방전 제어에 따라 상기 전력 충방전부의 출력을 제어하고,
현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 작을 경우 상기 실시간 피크 억제 모듈의 충방전 제어에 따라 상기 전력 충방전부의 출력을 제어하는 에너지 저장 장치.
10. The method of claim 9,
The real-
Controlling the output of the power charging unit according to the charging / discharging control of the real-time SOC maintaining module when the measured power peak is greater than the difference between the current consumed power and the real-time charge / discharge scheduling output,
Wherein the control unit controls the output of the power charging unit according to charge / discharge control of the real time peak suppression module when the measured power peak is smaller than the difference between the current consumption power and the real time charge / discharge scheduling output.
제10항에 있어서,
상기 실시간 제어 모듈은 현재까지 측정된 전력 피크가 현재 소모 전력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 차보다 작을 경우
실시간 배터리 충전 상태가 예측된 익일의 배터리 충전 상태 이상이면 익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력 중 최대 출력에 기초하여 상기 전력 충방전부의 출력을 제어하고,
실시간 배터리 충전 상태가 예측된 익일의 배터리 충전 상태 미만이면 익일 충방전 스케쥴링 출력 및 실시간 충방전 스케쥴링 출력의 합의 절반에 기초하여 상기 전력 충방전부의 출력을 제어하는 에너지 저장 장치.


11. The method of claim 10,
When the measured power peak is smaller than the difference between the current consumed power and the real-time charge / discharge scheduling output
When the real-time battery charge state is equal to or greater than the predicted next-day battery charge state, the output of the power charge discharge unit is controlled based on the maximum output of the next day charge / discharge scheduling output and the real-
And controls the output of the power charging unit based on a half of a sum of the next day charge / discharge scheduling output and the real time charge / discharge scheduling output when the real time battery charge state is less than the predicted next day battery charge state.


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