KR101712944B1 - Apparatus and method for charge and discharge scheduling in energy storage device - Google Patents

Apparatus and method for charge and discharge scheduling in energy storage device Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로, 전력망과 연결되어 부하 측에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법은, 에너지 저장 장치가 운영되는 동작 시간 동안 전력망의 최대 허용 한계출력을 설정하고 전력망에서 끌어오는 출력이 설정된 범위 내의 값을 가지는 조건하에서 시계열에 따른 전기요금의 변화, 부하패턴 데이터 및 에너지 저장 장치의 내부화학적 특성을 고려한 충방전 스케줄링 계획을 수립함으로써, 운영 비용을 최소화하고 안정되며 계획적인 전력망 운영이 가능하다.The present invention relates to an apparatus and method for charge and discharge scheduling of an energy storage device, and a charging / discharging scheduling method of an energy storage device connected to a power network and supplying power to a load side, By establishing a charge-discharge scheduling plan that takes into account changes in electricity rates according to time series, load pattern data, and internal chemical characteristics of energy storage devices under conditions where the allowable limit output is set and the power drawn from the grid has a value within the set range, It is possible to operate the grid in a planned and stable manner with minimal cost.

Description

에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치 및 방법{Apparatus and method for charge and discharge scheduling in energy storage device}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for scheduling charging and discharging of an energy storage device,

본 발명은 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장 장치의 운영에 있어서 전력망의 비용, 부하 프로파일 데이터, 수요반응 신호와 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성 데이터를 고려하여 운영 비용을 최적화할 수 있는 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for charge / discharge scheduling of an energy storage device, and more particularly, to a system and method for scheduling charging / discharging of an energy storage device, in consideration of cost of a power network, load profile data, And more particularly, to an apparatus and method for charging / discharging an energy storage device capable of optimizing operating costs.

에너지 저장 장치는 분산전원, 스마트 그리드 환경 등과 같이 차세대 전력 공급망에서 핵심적인 구성으로 중요성이 높아지고 있으며, 최근 태양광, 태양열, 풍력, 바이오 등과 같은 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되어 감에 따라 신재생 에너지를 저장하는 장치로서도 부각되고 있다. 에너지 저장 장치는 2차 전지로써 여러 번 충전 및 방전이 가능하지만 그 수명이 정해져 있기 때문에 사용 환경 및 목적에 맞는 효율적인 충전 및 방전의 스케줄링이 필요하다.Energy storage devices are gaining importance as a key component in next generation power supply networks such as distributed power and smart grid environment. Recently, research on new and renewable energy such as solar power, solar heat, wind power, and bio has progressed actively But also as a device for storing renewable energy. The energy storage device is a secondary battery that can be charged and discharged many times, but since its lifetime is determined, it is necessary to schedule charging and discharging efficiently in accordance with the usage environment and purpose.

에너지 저장 장치는 데이터 센터 분야와 전기차 분야에서 주로 이용되고 있다. 데이터 센터는 항온항습을 유지하기 위하여 엄청난 양의 전력을 필요로 하고, 비상 정전시를 위한 대비책도 마련되어 있어야 한다. 따라서 에너지 저장 장치를 통해 전자장비들의 냉각에 소비되는 엄청난 양의 전력을 보조적으로 공급하면서 비상 정전시에는 독립적으로 전력을 공급할 수 있는 전력 관리 시스템이 사용되고 있다. 이 경우 에너지 저장 장치가 충분한 에너지를 저장하고 있기만 하면 에너지 저장 장치를 사용하는 목적달성이 가능하다. 그리고 전기차 분야에서는 자동차라는 이동수단의 특성으로 인해 급속 충전이 필수적이고, 전기차 내부에 안정적으로 전력을 공급이 요구되어 이를 위하여 에너지 저장 장치가 사용되고 있다. 이와 관련하여, 에너지 저장 장치는 단시간에 효율적으로 충전할 수 있는 충전 방법 및 충전기 하드웨어에 관한 발명과 에너지 저장 장치에 잔존하는 에너지의 양(State of Charge, SOC)을 신뢰성 있게 측정하는 발명이 주로 이루어지고 있다. Energy storage devices are mainly used in data center and electric car fields. Data centers require a tremendous amount of power to maintain constant temperature and humidity, and must be prepared for emergency power outages. Thus, a power management system that can supply power independently for emergency power outages is being used while supplementing the enormous amount of power consumed for cooling electronic equipment through the energy storage device. In this case, as long as the energy storage device stores sufficient energy, it is possible to achieve the purpose of using the energy storage device. In the field of electric vehicles, rapid charging is essential due to the characteristics of a moving means such as an automobile, and an energy storage device is used for supplying electric power stably to an electric vehicle. In this regard, the energy storage device mainly includes an invention relating to a charging method and a charger hardware capable of efficiently charging in a short time, and an invention for reliably measuring the state of charge (SOC) remaining in the energy storage device ought.

또한, 전력망과 연결되어 산업용 또는 가정용 소비주체에 필요한 전력을 공급하는 분야에서는 시간대별 전력요금의 차이 특성에만 의존하여 에너지 저장 장치를 보조적으로 사용하여 그의 충방전을 스케줄링하고 있다. 그러나 전력망과 연계되어 전력을 공급하는 운영 비용 측면에서 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성을 고려하지 못하는 한계를 가지고 있으며, 이것은 궁극적으로 에너지 저장 장치의 비용 효율적인 관리가 이루어지지 않아 소비자에게 요금의 부담을 가져오는 문제점이 발생할 수 있다. In addition, in the field of supplying electric power required for an industrial or household consuming entity connected to a power grid, the energy storage device is supplementarily used depending on the difference characteristic of the electric power charge by time to schedule its charge and discharge. However, it has limitations in that it can not consider the internal chemical characteristics of the energy storage device in terms of the operation cost of supplying electric power in connection with the power network, which ultimately leads to a burden on the consumers because the energy storage device is not cost- The problem may arise.

나아가 신재생에너지를 활용한 분산전원에서 에너지 저장 장치를 이용하는 경우 역시 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성을 반영하고, 수요반응 신호에 따른 전력소비패턴의 변화를 만족시킬 수 있는 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링이 필요하다. In addition, when energy storage devices are used in a distributed power supply utilizing renewable energy, the energy storage device's internal chemical characteristics are reflected, and the charge / discharge scheduling of the energy storage device Is required.

한국 공개특허공보 10-2013-0074046, 2013.07.04. 공개Korean Patent Publication No. 10-2013-0074046, open

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치가 부하 측에 필요한 전력을 공급하기 위하여 전력망의 시간대별 요금 차이만을 고려해 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링이 전력망의 비용에만 의존적인 한계를 극복하고, 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성 및 수요반응 신호를 전력 공급의 비용에 고려하지 않아 최소 비용으로 전력을 공급할 수 없는 문제점을 해결하되, 특히 종래의 충방전 스케줄링 과정에서 전력망에 설정된 최대 허용 한계 출력에 대한 고려가 없다는 약점을 해소하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device, In order to solve the problem that the power supply can not be supplied at the minimum cost because the internal chemical characteristics and the demand reaction signal of the energy storage device are not taken into account in the cost of the power supply, And to overcome the drawback that there is no consideration for the set maximum permissible power output.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력망(Grid)과 연결되어 부하 측(Load)에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치(energy storage device)의 충방전 스케줄링 방법은, 전력망의 비용 정보, 시계열적인 부하 프로파일 데이터(load profile data), 전력망의 최대 허용 한계 출력(maximum grid-load power constraint) 및 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보를 입력받는 단계; 입력된 상기 부하 프로파일 데이터 및 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 이용하여 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 최소 보유 용량 및 상기 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 최소화되도록 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 에너지 상태의 변동을 의미하는 충방전 경로를 생성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a charging / discharging scheduling method of an energy storage device connected to a grid in accordance with an embodiment of the present invention to supply power to a load, Receiving cost information, time-series load profile data, maximum grid-load power constraint of the power network, and chemical characteristic information of the energy storage device; Determining a minimum storage capacity of the energy storage device using the input load profile data and the maximum allowable power output of the power network; And a charging / discharging path, which means a variation of an energy state of the energy storage device over time, so that an operating expense (OPEX) of the power network is minimized based on the determined minimum storage capacity and cost information of the power network Step.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하는 단계는, 입력된 상기 부하 프로파일 데이터로부터 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 시간 구간을 추출하는 단계; 및 상기 시간 구간 영역에 해당하는 초과 전력망의 출력을 산출하여 상기 에너지 저장 장치로부터 보충되어야 하는 최소 보유 용량을 추정하는 단계;를 포함한다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the step of determining the minimum storage capacity of the energy storage device may include extracting a time period exceeding a maximum allowable limit output of the power grid from the input load profile data ; And estimating a minimum storage capacity to be supplemented from the energy storage by calculating an output of the excess power network corresponding to the time interval region.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량은, 추출된 상기 시간 구간에 대해 상기 부하 프로파일 데이터에서 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 영역을 시간축에 따라 적분함으로써 산출될 수 있다.In the charging / discharging scheduling method of the energy storage device according to an embodiment, the minimum storage capacity of the energy storage device is determined by dividing a region exceeding the maximum allowable limit output of the power grid in the load profile data, As shown in FIG.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 최소 보유 용량은 추출된 상기 시간 구간의 시작 시점에 상기 에너지 저장 장치에 보유되어야 하고, 상기 에너지 저장 장치의 출력은 추출된 상기 시간 구간 동안 적어도 상기 최소 보유 용량 이상으로 유지되어야 하는 조건에 따른다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the minimum storage capacity should be retained in the energy storage device at the beginning of the extracted time interval, and the output of the energy storage device is stored in the extracted time interval Lt; RTI ID = 0.0 > least < / RTI >

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 전력망으로부터 전력을 구입하는 경우 구입하는 전력량에 구매 단가를 승산하여 제 1 비용을 산출하고, 전력망에 전력을 판매하는 경우 판매하는 전력량에 판매 단가를 승산하여 제 2 비용을 산출하며, 시간의 추이에 따른 상기 제 1 비용과 상기 제 2 비용의 합을 상기 전력망의 운영 비용으로 설정할 수 있다.In a charge / discharge scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, when a power is purchased from a power grid, a first cost is calculated by multiplying a purchased power amount by a purchase unit price, and when a power is sold to a power grid, And a sum of the first cost and the second cost according to the change of the time can be set as the operating cost of the power network.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 충방전 경로를 생성하는 단계는, 결정된 상기 최소 보유 용량 및 특정 시점에서 목표 시점까지의 필요한 전력량을 공급하는데 필요한 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용을 설정하는 단계; 및 설정된 상기 전력망의 운영 비용이 최소화되도록 동적 프로그래밍(dynamic programming) 알고리즘을 이용하여 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the step of generating the charging / discharging path may include a step of generating a charging / discharging path based on the determined minimum storage capacity and cost information of a power grid necessary for supplying a required amount of power from a specific point- Setting an operating cost of the power network; And determining a charging and discharging path of the energy storage device over time using a dynamic programming algorithm such that the operating cost of the set power network is minimized.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 전력망의 비용 정보는 일정한 주기 동안의 시간당 사용 요금 및 판매 요금이다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the cost information of the power network is an hourly usage charge and a sales charge for a certain period.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 부하 프로파일 데이터는 상기 부하 측을 구성하는 어플리케이션의 사용 특성을 반영한 통계적 예측자료이다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the load profile data is statistical prediction data reflecting application characteristics of applications constituting the load side.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법에서, 상기 에너지 저장 장치가 저장하는 에너지의 시간당 변화율은 상기 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보에 기초하여 추정되며, 상기 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보는 방전심도(Depth of Discharge, DoD), 에너지 저장 장치 자체의 교체 비용, 사이클 수명(cycle life), 사용 범위, 최대 출력량 또는 방전율(current rate, C-rate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment, the rate of change of energy stored in the energy storage device per hour is estimated based on chemical characteristic information of the energy storage device, And may include at least one of a discharge depth (DoD), a replacement cost of the energy storage device itself, a cycle life, a use range, a maximum power amount, or a current rate (C-rate).

한편, 이하에서는 상기 기재된 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법들을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.The present invention also provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute charging / discharging scheduling methods of the energy storage device described above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력망(Grid)과 연결되어 부하 측(Load)에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치(energy storage device)의 충방전 스케줄링 장치는, 전력망의 비용 정보, 시계열적인 부하 프로파일 데이터(load profile data), 전력망의 최대 허용 한계 출력(maximum grid-load power constraint) 및 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보를 입력받는 입력부; 및 적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하여, 입력된 상기 부하 프로파일 데이터 및 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 이용하여 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하고, 결정된 상기 최소 보유 용량 및 상기 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 최소화되도록 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 에너지 상태의 변동을 의미하는 충방전 경로를 생성하는 명령을 수행하는 처리부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for charging / discharging an energy storage device connected to a grid in accordance with an embodiment of the present invention to supply power to a load, An input unit receiving cost information, time-series load profile data, maximum grid-load power constraint of the power network, and chemical characteristic information of the energy storage device; And at least one processor to determine a minimum storage capacity of the energy storage device using the input load profile data and a maximum allowable limit output of the power network, and determine a minimum storage capacity of the energy storage device and a cost And a processor for executing a command to generate a charge / discharge path, which means a variation of an energy state of the energy storage device over time, so that an operating expense (OPEX) of the power network is minimized based on the information.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 상기 처리부는, 입력된 상기 부하 프로파일 데이터로부터 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 시간 구간을 추출하고, 상기 시간 구간 영역에 해당하는 초과 전력망의 출력을 산출하여 상기 에너지 저장 장치로부터 보충되어야 하는 최소 보유 용량을 추정한다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage apparatus according to an embodiment, the processing unit may extract a time interval exceeding a maximum allowable limit output of the power grid from the input load profile data, And calculates an output of the power grid to estimate the minimum storage capacity to be replenished from the energy storage device.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량은, 추출된 상기 시간 구간에 대해 상기 부하 프로파일 데이터에서 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 영역을 시간축에 따라 적분함으로써 산출될 수 있다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device according to an embodiment, the minimum storage capacity of the energy storage device is set such that a region exceeding a maximum allowable limit output of the power grid in the load profile data for the extracted time period is divided into a time axis As shown in FIG.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 상기 최소 보유 용량은 추출된 상기 시간 구간의 시작 시점에 상기 에너지 저장 장치에 보유되어야 하고, 상기 에너지 저장 장치의 출력은 추출된 상기 시간 구간 동안 적어도 상기 최소 보유 용량 이상으로 유지되어야 하는 조건에 따른다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device according to an embodiment, the minimum storage capacity should be held in the energy storage device at the beginning of the extracted time interval, and the output of the energy storage device is stored in the extracted time interval Lt; RTI ID = 0.0 > least < / RTI >

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 상기 처리부는, 전력망으로부터 전력을 구입하는 경우 구입하는 전력량에 구매 단가를 승산하여 제 1 비용을 산출하고, 전력망에 전력을 판매하는 경우 판매하는 전력량에 판매 단가를 승산하여 제 2 비용을 산출하며, 시간의 추이에 따른 상기 제 1 비용과 상기 제 2 비용의 합을 상기 전력망의 운영 비용으로 설정할 수 있다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device according to an embodiment, the processing unit may calculate a first cost by multiplying a purchased power amount by a purchased unit price when power is purchased from a power grid, And the sum of the first cost and the second cost according to the change of the time can be set as the operating cost of the power network.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 상기 처리부는, 결정된 상기 최소 보유 용량 및 특정 시점에서 목표 시점까지의 필요한 전력량을 공급하는데 필요한 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용을 설정하고, 설정된 상기 전력망의 운영 비용이 최소화되도록 동적 프로그래밍(dynamic programming) 알고리즘을 이용하여 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 결정할 수 있다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage apparatus according to an embodiment, the processing unit may calculate an operating cost of the power grid based on the determined minimum storage capacity and the cost information of the power grid required to supply the required amount of power from the specific point- And determine a charging / discharging path of the energy storage device over time by using a dynamic programming algorithm so that the operating cost of the set power network is minimized.

일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치에서, 시계열적으로 생성된 상기 충방전 경로에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.In the charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device according to an embodiment, the control unit may control charge / discharge of the energy storage device according to the charge / discharge path generated in a time-series manner.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전력망에 최대 허용 한계출력이 설정되어 있는 경우, 전력망에서 끌어오는 출력이 그 범위를 넘지 않는(Peak Cut) 조건하에서 시계열에 따른 전기요금의 변화, 부하패턴 데이터 및 에너지 저장 장치의 내부화학적 특성을 고려하여 최소의 운영비용을 가능케하는 충방전 스케줄링 계획을 수립하는 것이 가능하며, 수요반응 신호에 따른 분산전원의 사용요소까지 함께 고려함에 따라 수요 전력 시장에서 비용 효율적으로 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전력망으로부터 끌어와 사용하는 전력량을 적절히 제한함으로써 전력망 전체의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention, when the maximum allowable limit output is set in the power network, the change in the electric bill according to the time series, the load pattern data, It is possible to establish a charging and discharging scheduling plan that enables the minimum operating cost in consideration of the internal chemical characteristics of the energy storage device, Not only the power can be supplied, but also the stability and reliability of the entire power network can be improved by appropriately limiting the amount of power drawn from the power network.

도 1은 전력망, 에너지 저장 장치 및 부하가 연결된 시스템의 전체 개요를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치 및 그와 상호작용하는 장치들을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 외부 조건의 유입과 더불어 내부 조건을 고려하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치가 최적화를 수행함으로써 충방전 경로를 도출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치의 내부 구성요소를 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 방법에서 부하 요구 출력이 전력망의 한계치를 초과하는 구간을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 방법에 따라 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 알고리즘을 예시한 의사 코드(pseudo-code)이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a diagram showing an overview of a power network, an energy storage device and a system to which a load is connected.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus for charging and discharging an energy storage device according to an embodiment of the present invention and devices for interacting therewith. Referring to FIG.
3 is a diagram illustrating a process of deriving a charging / discharging path by optimizing charging / discharging scheduling apparatus of an energy storage apparatus according to an embodiment of the present invention, taking into account external conditions and internal conditions.
4 is a block diagram illustrating internal components of the charge / discharge scheduling apparatus for an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a process of calculating an interval in which a load demand output exceeds a power grid limit in a charging / discharging scheduling method adopted by embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a process of determining a charge state of an energy storage device according to a charge / discharge scheduling method adopted in embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a pseudo-code illustrating the charging / discharging scheduling algorithm employed by the embodiments of the present invention.

본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다. Prior to the description of the concrete contents of the present invention, for the sake of understanding, the outline of the solution of the problem to be solved by the present invention or the core of the technical idea is first given.

도 1은 전력망, 에너지 저장 장치 및 부하가 연결된 시스템의 전체 개요를 도시한 도면으로서, 점선으로 표시된 화살표는 전력인 에너지의 흐름 방향을 의미하며 각각 시간에 따른 함수로 정의할 수 있다. 부하 측에 필요한 전력을 전력망 및 에너지 저장 장치를 통해 공급하는 관계를 시간

Figure 112015041951527-pat00001
를 파라미터로 하는 함수로 정의하자. 전력망의 전력을
Figure 112015041951527-pat00002
, 부하 측의 필요한 전력을
Figure 112015041951527-pat00003
, 에너지 저장 장치의 출력 전력을
Figure 112015041951527-pat00004
라고 정의하면, 이들의 관계는 수학식 1과 같이 수식화할 수 있다. FIG. 1 shows a general outline of a power network, an energy storage device, and a system to which a load is connected. Arrows indicated by dashed lines denote flow directions of energy, which is power, and can be defined as functions of time. The relationship between the supply of power to the load side through the grid and the energy storage
Figure 112015041951527-pat00001
As a parameter. Power grid
Figure 112015041951527-pat00002
, The required power on the load side
Figure 112015041951527-pat00003
, The output power of the energy storage device
Figure 112015041951527-pat00004
, These relations can be expressed by Equation (1).

Figure 112015041951527-pat00005
Figure 112015041951527-pat00005

도 1과 같은 상황에서 종래의 부하 측에 필요한 전력을 공급하기 위하여 전력망에 대하여 보조적으로 에너지 저장 장치를 사용하는 경우, 전력망의 시간대별 요금에 따라 에너지 저장 장치의 충방전이 결정되는 것이 일반적이다.In the case of using an energy storage device auxiliary to the power network in order to supply necessary power to the conventional load side in the situation as shown in FIG. 1, charging and discharging of the energy storage device are generally determined according to the time period charge of the power network.

그러나 에너지 저장 장치는 2차 전지로서 제조될 때 충방전할 수 있는 횟수 즉 사이클 수(number of cycles)가 정해지고, 에너지 저장 장치의 종류 및 방전심도(Depth of Discharge, DoD)에 따라 그 사이클 수가 달라진다. 또한 에너지 저장 장치의 에너지 상태(energy state)는 유한한 상태 수로 표현할 때, 각각의 에너지 상태의 변화에 따른 비용은 동일하지 않으며 상태의 수가 일정하게 증가한다고 해서 비용 역시 일정하게 증가한다고 볼 수도 없다. 이것은 에너지 저장 장치가 리튬이온 등으로 이루어진 화학 전지이기 때문이다. 이러한 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성 때문에 에너지 저장 장치 자체의 비용을 고려하지 않고 전력망의 비용만을 고려한 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링은 에너지 저장 장치의 효과적인 사용을 보장하지 못한다.However, when the energy storage device is manufactured as a secondary battery, the number of cycles of charging / discharging, that is, the number of cycles is determined. Depending on the type of energy storage device and the depth of discharge (DoD) It is different. Also, when the energy state of an energy storage device is expressed as a finite number of states, the cost of each energy state change is not the same, and the constant number of states does not increase the cost constantly. This is because the energy storage device is a chemical battery made of lithium ion or the like. Because of the intrinsic chemistry of these energy storage devices, charging and discharging scheduling of energy storage devices that take into account only the cost of the power network itself, without considering the cost of the energy storage device itself, does not guarantee effective use of the energy storage device.

따라서, 본 발명의 실시예들은 전력망과 연결되어 부하 측에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치에 대하여 에너지 저장 장치의 내부 화학적 특성에 따른 비용을 고려한 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치를 제안한다. 특히, 본 발명의 실시예들에서는 이러한 고려 사항과 더불어 전력망의 최대 허용 한계출력 조건을 함께 고려하였다. 따라서, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 과정에서는 시계열에 따른 전력 요금 패턴, 부하 패턴 및 전력망의 최대 허용 한계 출력과 배터리 내부화학특성 파라미터값의 조건이 초기 입력값으로 주어진다.Accordingly, embodiments of the present invention propose a charging / discharging scheduling apparatus for an energy storage device that considers costs due to internal chemical characteristics of an energy storage device for an energy storage device connected to a power network and supplying power to a load side. In particular, embodiments of the present invention together with these considerations have considered the maximum permissible power output condition of the power grid. Accordingly, in the charging / discharging scheduling process of the energy storage device adopted in the embodiments of the present invention, the conditions of the power charge pattern, the load pattern, the maximum permissible limit power of the power network, Given.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치(10) 및 그와 상호작용하는 장치인 전력망(20), 에너지 저장 장치(30), 부하(40)를 나타낸 블럭도로서, 실선은 전력인 에너지의 흐름을 나타내며, 점선은 데이터(정보)의 흐름을 나타낸다.2 is a block diagram illustrating a charge and discharge scheduling apparatus 10 and an apparatus for interacting therewith of a power network 20, an energy storage apparatus 30 and a load 40 according to an embodiment of the present invention. , The solid line represents the flow of energy which is electric power, and the dotted line represents the flow of data (information).

전력망(20)은 일반적으로 전력을 공급하는 발전소, 송전탑 등이 될 수 있을 것이다. 에너지 저장 장치(30)는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다. 여기에는 전기를 모아두는 배터리와 배터리를 효율적으로 관리해주는 관련 장치들이 있다. 배터리식 에너지 저장 장치는 리튬이온과 황산화나트륨 등을 사용한다. 최근에는 신재생 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치가 많아지고 있다. 부하(40)는 전력을 소비하는 주체를 의미한다. 가정용 또는 산업용 설비가 전력의 소비 주체가 될 수 있으며 각 소비 주체의 종류 및 시간에 따라 필요한 전력량, 전압 등의 구체적인 요구 사항이 달라질 수 있다. The power grid 20 may be a power station, a power transmission tower, or the like, which generally supplies electric power. The energy storage device 30 is a storage device that stores excess power generated at a power plant and temporarily transmits power when the power is insufficient. There are batteries to store electricity and related devices to manage the battery efficiently. Battery-powered energy storage devices use lithium ion and sodium sulfate. Recently, energy storage devices for storing new and renewable energy have been increasing. The load 40 means a subject that consumes power. Household or industrial facilities can be the main consumers of electricity, and the specific requirements such as required power and voltage may vary depending on the type and time of each consumer.

점선의 데이터의 흐름은 에너지 저장 장치(30)의 충방전 스케줄링 장치(10)를 중심으로 전력망(20)으로부터 전력망에 대한 비용 정보, 에너지 저장 장치(30)로부터 데이터 시트(data sheet) 및 부하 측(40)으로부터 부하 프로파일 데이터(load profile data)를 입력받아 비용 효율적인 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 에너지 저장 장치(30)로 출력한다. 실선의 에너지 흐름은 전력망(20)과 에너지 저장 장치(30)가 병렬로 연결되어 부하 측(40)에 에너지를 공급하며, 전력망(20)과 에너지 저장 장치(30) 사이는 양방향으로 에너지가 공급될 수 있다. 분산 전원의 일부로써 에너지 저장 장치(30)를 이용하는 경우 에너지 저장 장치(30)의 잉여 에너지를 다시 전력망(20)에 되파는 것이 가능하고, 이를 표현한 것이 에너지 저장 장치(30)에서 전력망(20)으로의 실선 화살표에 해당한다. The data flow of the dotted line is based on the charge / discharge scheduling device 10 of the energy storage device 30 from the power network 20 to the power network, cost information from the energy storage device 30 to the data sheet, And outputs charge profile data (load profile data) from the charge storage device 40 to the energy storage device 30 in a charge-and-discharge path of the cost-effective energy storage device. A solid line of energy flows between the power grid 20 and the energy storage device 30 in a bidirectional manner while the power grid 20 and the energy storage device 30 are connected in parallel to supply energy to the load side 40, . When the energy storage device 30 is used as a part of the distributed power supply, it is possible to return the surplus energy of the energy storage device 30 to the power supply network 20 and the representation thereof is transferred from the energy storage device 30 to the power supply network 20 The arrow of FIG.

도 3은 외부 조건의 유입과 더불어 내부 조건을 고려하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치가 최적화를 수행함으로써 충방전 경로를 도출하는 과정을 도시한 도면으로서, 실선은 처리의 흐름을 나타내고, 점선은 데이터(정보)의 흐름을 나타낸다.3 is a diagram illustrating a process of deriving a charging / discharging path by performing optimization of a charging / discharging scheduling apparatus of an energy storage apparatus according to an embodiment of the present invention, taking into account external conditions and influences of internal conditions, And the dotted line indicates the flow of data (information).

충방전 스케줄링 장치(10)는 내부의 제약 조건과 운영 비용이 최소화되는 알고리즘을 통해 최적의 충방전 스케줄링 계획을 수립할 수 있다. 이 과정에서 충방전 스케줄링 장치(10)는 외부로부터 다양한 외부 제약 조건을 입력받는다. 이러한 외부 제약 조건은 전력망-부하 전력 제약 조건, 부하 프로파일(load profile), 수요반응 신호(demand response event signal) 또는 전력 요금을 포함할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들은 전력망-부하 전력 제약 조건으로서, 전력망의 최대 허용 한계출력 조건을 필수적으로 입력받아 충방전 스케줄링 계획 수립에 반영한다.The charge / discharge scheduling apparatus 10 can establish an optimal charge / discharge scheduling plan through an algorithm whose internal constraints and operating costs are minimized. In this process, the charge / discharge scheduling apparatus 10 receives various external constraints from the outside. These external constraints may include a power grid-load power constraint, a load profile, a demand response event signal, or a power charge. In particular, the embodiments of the present invention essentially receive the maximum permissible output power condition of the power grid as a power grid-load power constraint and reflect it in charge-discharge scheduling planning.

이제, 충방전 제어기(50)는 충방전 스케줄링 장치(10)를 통해 수립된 충방전 스케줄링 계획을 입력받아 에너지 저장 장치의 충방전을 제어한다. 이러한 충방전 제어기(50)는 구현에 따라서는 충방전 스케줄링 장치(10)와 통합한 하나의 제어 시스템으로 구현되나, 또는 물리적으로 분리된 장치로서 구현될 수 있다.The charge / discharge controller 50 receives the charge / discharge scheduling plan established through the charge / discharge scheduling device 10, and controls charge / discharge of the energy storage device. The charge / discharge controller 50 may be implemented as a single control system integrated with the charge / discharge scheduling device 10, or may be implemented as a physically separated device depending on the implementation.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치의 내부 구성요소를 나타낸 블럭도로서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치(10)는 입력부(11) 및 처리부(12)를 포함한다. 또한, 충방전 스케줄링 장치(10)는 시계열적으로 생성된 상기 충방전 경로에 따라 에너지 저장 장치(30)의 충방전 과정을 제어하는 제어부(50)를 충방전 스케줄링 장치(10)의 내부 또는 외부에 더 포함할 수 있다.FIG. 4 is a block diagram illustrating internal components of a charge and discharge scheduling apparatus for an energy storage apparatus according to an embodiment of the present invention. The charge and discharge scheduling apparatus 10 of the energy storage apparatus includes an input unit 11 and a processing unit 12 ). The charging / discharging scheduling apparatus 10 may control the charging / discharging process of the energy storage device 30 according to the charging / discharging path generated in a time-series manner by a control unit 50 inside or outside the charging / discharging scheduling apparatus 10 As shown in FIG.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 방법을 도시한 도 5의 흐름도와 함께 도 4의 각각의 구성요소를 설명하도록 한다. 도 4와 도 5는 각각 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 과정을 물리적인 하드웨어의 연결 관계를 중심으로 도시한 장치 도면과 시계열적인 순서를 중심으로 도시한 방법 도면으로서, 각각의 과정은 핵심적인 동작과 기능을 공유한다.Hereinafter, the components of FIG. 4 together with the flowchart of FIG. 5 illustrating a charging / discharging scheduling method of an energy storage device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing a charging / discharging scheduling process of the energy storage device, focusing on the connection relationship between physical hardware and the device diagram and time sequence, respectively. Share functions.

S510 단계에서, 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치(10)는, 입력부(11)를 통해 전력망의 비용 정보, 시계열적인 부하 프로파일 데이터(load profile data), 전력망의 최대 허용 한계 출력(maximum grid-load power constraint) 및 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보를 입력받는다.In step S510, the charging / discharging scheduling apparatus 10 of the energy storage device receives the cost information of the power network, the load profile data, the maximum grid-load power constraints and chemical characteristics of the energy storage device.

입력부(11)는 전력망(20)의 비용에 대한 정보를 전력망(20)으로부터 입력받고, 에너지 저장 장치(30)로부터 데이터 시트를 입력받으며, 부하(40) 측으로부터 부하 프로파일 데이터를 입력받는다. 먼저, 전력망(20)의 비용 정보는 일정한 주기 동안의 시간당 사용 요금이 될 수 있다. 부하(40) 측에서 필요한 전력이 시간에 따라 달라지기 때문에 탄력적으로 요금을 책정하여 운영할 수 있다. 일정한 주기란 보통 24시간인 하루이고, 시간을 구간으로 구분하여 주간, 야간, 심야에 요금을 상이하게 책정하여 요금제를 결정할 수 있다. 이와 같은 시간당 사용 요금을 나타내는 요금제의 종류는 다양하며, 주로 사용되는 TOU(Time Of Use) 요금제, CPP(Critical Peak Pricing) 요금제, RTP(Real-Time Pricing) 요금제는 시간(Hour)에 따른 요금(won/kWh) 그래프로 표현될 수 있다. 입력부(11)는 이러한 다양한 종류의 요금제를 시간에 따른 가격/단가 함수

Figure 112015041951527-pat00006
로 입력받을 수 있다.The input unit 11 receives information on the cost of the power grid 20 from the power grid 20 and receives the data sheet from the energy storage device 30 and receives the load profile data from the load 40 side. First, the cost information of the power grid 20 can be a usage fee per hour for a certain period. Since the power required at the side of the load 40 varies with time, it is possible to charge and operate the system in a flexible manner. A certain period is usually 24 hours a day, and the time can be divided into sections, so that the rates can be determined differently by day, night, and night. There are many different types of plans that show the same hourly usage rates, and the most commonly used TOU (Time Of Use), CPP (Critical Peak Pricing), and RTP (Real-Time Pricing) won / kWh). The input unit 11 inputs these various types of plan to a price / unit price function
Figure 112015041951527-pat00006
.

또한, 전력망(20)에 대한 비용 정보에는 분산전원의 일부로써 에너지 저장 장치(30)를 이용하는 경우에 대하여 에너지 저장 장치(30)의 잉여 에너지를 다시 전력망(20)에 되팔 때의 판매 요금도 비용 정보에 포함될 수 있다. 이러한 판매 요금 역시 시간에 따른 가격/단가 함수

Figure 112015041951527-pat00007
로 입력받을 수 있다.The cost information for the power network 20 includes the sales fee when the surplus energy of the energy storage device 30 is again sent back to the power grid 20 in the case of using the energy storage device 30 as a part of the distributed power supply, May be included in the information. These sales charges are also related to the price / unit price function
Figure 112015041951527-pat00007
.

데이터 시트는 특정 에너지 저장 장치가 제조될 때 작성되는 것으로 화학 전지로써의 특성을 포함한 에너지 저장 장치 자체의 정보를 기록한 것이다. 구체적으로 데이터 시트에는 방전심도, 에너지 저장 장치 자체의 교체 비용, 사이클 수명, 최대 출력량 및 방전율에 대한 값이 포함되어 있다. 예를 들어, 방전심도는 100%, 에너지 저장 장치 자체의 교체 비용은 100만원, 사이클 수명은 방전심도가 100%일 때를 기준으로 1,000회, 최대 출력량은 70kW, 최대 방전율은 1로 결정된 에너지 저장 장치가 제조되면 그의 데이터 시트에 상기 값들이 기재된다. 이 중에 사이클 수명에 대하여 방전심도를 파라미터로 한 사이클 수(가로축)에 따른 용량(세로축) 그래프 형태로 제공될 수 있다. The data sheet is created when a specific energy storage device is manufactured, and records the information of the energy storage device itself, including its characteristics as a chemical cell. Specifically, the data sheet contains values for discharge depth, replacement cost of the energy storage unit itself, cycle life, maximum output and discharge rate. For example, the discharge depth is 100%, the replacement cost of the energy storage device is 1 million Yuan, the cycle life is 1,000 times based on the discharge depth of 100%, the maximum power is 70 kW, and the maximum discharge rate is 1 Once the device is manufactured, the values are listed in its datasheet. (Vertical axis) according to the number of cycles (horizontal axis) with the discharge depth as a parameter with respect to the cycle life.

부하 프로파일 데이터는 시간에 대한 전력량 값을 나타낸 함수

Figure 112015041951527-pat00008
로 정의될 수 있다. 부하 프로파일 데이터는 과거의 사용을 기록한 자료가 될 수 있으며, 일반적으로 부하 프로파일 데이터는 최근 3일, 5일, 10일 동안의 시간에 따른 전력 사용량에 대하여 평균값을 취해 활용한다. 전력 사용량은 계절 및 날씨에 영향을 많이 받아서 수요량이 달라진다. 즉, 여름철 땡볕 더위가 이어지는 경우 냉방으로 인해 전력 소모가 급증하는 것이 그 예이다. 그렇기 때문에 특정 시점부터 목표 시점까지와 온도가 비슷한 과거의 데이터를 활용하여 부하 프로파일 데이터를 산출할 수도 있다. The load profile data is a function representing the amount of power over time
Figure 112015041951527-pat00008
. ≪ / RTI > The load profile data can be a record of past usage, and the load profile data is generally taken as an average value of the power usage over the last three days, five days, and ten days. Power consumption is affected by season and weather, so demand varies. That is, when the summer heat is followed by the heat, the power consumption is rapidly increasing due to cooling. Therefore, it is possible to calculate load profile data using past data whose temperature is similar to that of a specific point in time.

또한 부하(40) 측의 소비 주체가 가정용 전력 소모 주체인지 산업용 전력 소모 주체인지에 따라서도 부하 프로파일 데이터가 달라질 수 있다. 가정용의 경우 아침이나 저녁, 밤 시간에 전력 소모가 주로 이루어지고 산업용의 경우 주로 오전에서 오후까지의 낮 시간대에 전력 소모가 이루어지는 것이 일반적이기 때문이다. 그러므로 필요한 전력량이 얼마인지 아는 것은 미래를 예측하는 것이고, 부하 프로파일 데이터는 부하 측을 구성하는 어플리케이션의 사용 특성을 반영한 통계적 예측자료가 될 수 있다. 따라서 입력부(11)는 가로축을 시간, 세로축을 전력량을 나타내는 그래프의 형태로 부하 프로파일 데이터를 입력받을 수 있다.Also, the load profile data may be different depending on whether the consumer on the side of the load 40 is the household power consumption consuming body or the industrial power consumption consuming body. In the case of home use, power consumption is mainly performed in the morning, evening, and night, and in the case of industrial use, power consumption is generally performed in the daytime from morning to afternoon. Therefore, knowing how much power is needed is predictive of the future, and load profile data can be statistical predictive data that reflects the application characteristics of the applications that make up the load side. Therefore, the input unit 11 can receive the load profile data in the form of a graph indicating the amount of power on the horizontal axis and time on the vertical axis.

나아가, 상기 에너지 저장 장치(30)가 저장하는 에너지의 시간당 변화율은 상기 에너지 저장 장치(30)의 화학적 특성 정보에 기초하여 추정되며, 이러한 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보는 방전심도(Depth of Discharge, DoD), 에너지 저장 장치 자체의 교체 비용, 사이클 수명(cycle life), 사용 범위, 최대 출력량 또는 방전율(current rate, C-rate) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.Further, the rate of change per unit time of the energy stored in the energy storage device 30 is estimated based on the chemical property information of the energy storage device 30, and the chemical property information of the energy storage device 30 is a Depth of Discharge And a current rate (C-rate) of the energy storage device itself, DoD, a replacement cost of the energy storage device itself, a cycle life, a usage range, a maximum output amount or a discharge rate.

이하에서 기술되는 충방전 스케줄링 알고리즘에서 사용되는 변수의 정의는 다음 표 1과 같으며, 이러한 충방전 스케줄링은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하는 처리부(12)가 일련의 명령어 집합을 수행함으로써 달성할 수 있다. 이러한 명령어 집합의 수행 과정에서 연산에 필요한 공간으로서 메모리(memory)가 활용될 수 있음은 당연하다.The definition of the variables used in the charging / discharging scheduling algorithm described below is as shown in Table 1 below. The charging / discharging scheduling is achieved by the processing unit 12 having at least one processor performing a set of instructions can do. It is a matter of course that memory can be utilized as the space required for the operation during the execution of this instruction set.

변 수  variable 변수 설명 Variable Description

Figure 112015041951527-pat00009
Figure 112015041951527-pat00009
전기 사용/구매 요금Electricity / Purchase Fee
Figure 112015041951527-pat00010
Figure 112015041951527-pat00010
분산 전원 판매 요금Distributed power sales fee
Figure 112015041951527-pat00011
Figure 112015041951527-pat00011
부하 프로파일Load profile
Figure 112015041951527-pat00012
Figure 112015041951527-pat00012
에너지 저장 장치(배터리) 충전 상태Energy storage (battery) charge status
Figure 112015041951527-pat00013
Figure 112015041951527-pat00013
전력망 전력(Power)Power grid (Power)
Figure 112015041951527-pat00014
Figure 112015041951527-pat00014
전력망의 최대 허용 한계/제약 출력Maximum allowable limit / constraint output of the power grid
Figure 112015041951527-pat00015
Figure 112015041951527-pat00015
에너지 저장 장치의 출력 전력Output power of energy storage device
Figure 112015041951527-pat00016
Figure 112015041951527-pat00016
에너지 저장 장치의 최대 용량Maximum capacity of the energy storage device
Figure 112015041951527-pat00017
Figure 112015041951527-pat00017
단위 시간Unit time
Figure 112015041951527-pat00018
Figure 112015041951527-pat00018
에너지 상태 단위Energy state unit
Figure 112015041951527-pat00019
Figure 112015041951527-pat00019
에너지 저장 장치의 에너지 상태의 개수The number of energy states of an energy storage device

Figure 112015041951527-pat00020
,
Figure 112015041951527-pat00021
를 만족하는 시간 인덱스(time index)와 에너지 인덱스(energy index)를 각각 k, n으로 정의하며, 에너지 저장 장치의 에너지 상태는 유한한 숫자의 상태(state)를 가진다고 가정한다.
Figure 112015041951527-pat00020
,
Figure 112015041951527-pat00021
K and n are defined as a time index and an energy index satisfying the following equation, respectively, and it is assumed that the energy state of the energy storage device has a finite number of states.

S520 단계에서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치(10)는, S510 단계를 통해 입력된 상기 부하 프로파일 데이터 및 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 이용하여 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정한다. 이 과정에서, 처리부(12)는, 입력된 상기 부하 프로파일 데이터로부터 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 시간 구간을 추출하고, 상기 시간 구간 영역에 해당하는 초과 전력망의 출력을 산출하여 상기 에너지 저장 장치로부터 보충되어야 하는 최소 보유 용량을 추정한다.In step S520, the charging / discharging scheduling apparatus 10 of the energy storage device determines the minimum storage capacity of the energy storage device using the load profile data input through step S510 and the maximum allowable limit output of the power network. In this process, the processing unit 12 extracts a time period exceeding the maximum allowable limit output of the power network from the input load profile data, calculates an output of the over-power network corresponding to the time period region, And estimates the minimum storage capacity to be replenished from the apparatus.

여기서, 상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량은, 추출된 상기 시간 구간에 대해 상기 부하 프로파일 데이터에서 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 영역을 시간축에 따라 적분함으로써 산출될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 방법에서 부하 요구 출력이 전력망의 한계치를 초과하는 구간을 산출하는 과정을 예시되어 있다.Here, the minimum storage capacity of the energy storage device may be calculated by integrating, over the extracted time period, an area exceeding the maximum allowable limit output of the power grid from the load profile data along the time axis. Referring to FIG. 6, in the charge / discharge scheduling method adopted in the embodiments of the present invention, a process of calculating a period in which a load demand output exceeds a power grid limit is illustrated.

도 6에서,

Figure 112015041951527-pat00022
는 i번째 피크 컷(peak cut, 부하 프로파일이 전력망의 한계치를 넘지 않는 조건)이 시작되는 시점을 나타내고,
Figure 112015041951527-pat00023
는 i번째 피크 컷이 종료되는 시점을 나타낸다. 따라서, 음영으로 표시된
Figure 112015041951527-pat00024
는 부하 프로파일에서 전력망의 한계치(
Figure 112015041951527-pat00025
)를 초과하는 영역을 나타내고, 이러한 영역은 곧
Figure 112015041951527-pat00026
시점에 에너지 저장 장치에 미리 보유되어 있어야 하는 최소 용량을 의미함을 알 수 있다.6,
Figure 112015041951527-pat00022
Represents the time at which the i-th peak cut (peak cut, a condition in which the load profile does not exceed the power grid limit) starts,
Figure 112015041951527-pat00023
Represents the end of the i-th peak cut. Therefore,
Figure 112015041951527-pat00024
Is the limit of the grid in the load profile
Figure 112015041951527-pat00025
), And this region is immediately
Figure 112015041951527-pat00026
It means the minimum capacity that should be held in advance in the energy storage device at the time of the start of the operation.

이제, 피크 컷이 수행되는 시간 동안 최소한의 에너지 저장 장치의 출력(

Figure 112015041951527-pat00027
)이 다음의 수학식 2와 같이 산출된다.Now, during the time the peak cut is performed, the output of the minimum energy storage device
Figure 112015041951527-pat00027
) Is calculated by the following equation (2).

Figure 112015041951527-pat00028
Figure 112015041951527-pat00028

부하 프로파일과 전력망의 최대 허용 한계 출력 간의 차이가 시간 인덱스 k에 요구되는 최소한의 배터리 출력

Figure 112015041951527-pat00029
로서 정의 및 산출된다. 이러한 과정에서 다음의 두 가지 조건이 수반된다.The difference between the load profile and the maximum allowable power output of the grid is the minimum battery output required at time index k
Figure 112015041951527-pat00029
. The following two conditions accompany this process.

Figure 112015041951527-pat00030
Figure 112015041951527-pat00030

에너지 저장 장치에 충전된 에너지량은

Figure 112015041951527-pat00031
에서 에너지 저장 장치가 보유해야 할 최소 보유(Reserve) 용량,
Figure 112015041951527-pat00032
이상의 조건을 피크 컷이 시작되는 시점인
Figure 112015041951527-pat00033
에 만족시켜야 한다.The amount of energy charged to the energy storage device is
Figure 112015041951527-pat00031
The minimum reserve capacity that an energy storage device should have,
Figure 112015041951527-pat00032
The above conditions are set at the time when the peak cut is started
Figure 112015041951527-pat00033
.

Figure 112015041951527-pat00034
Figure 112015041951527-pat00034

또한 에너지 저장 장치의 출력은 피크 컷이 수행되는 시간동안 최소한의 에너지 저장 장치 출력(

Figure 112015041951527-pat00035
) 이상의 값을 가져야 하는 조건 또한 만족시켜야 한다.The output of the energy storage device also has a minimum energy storage output (< RTI ID = 0.0 >
Figure 112015041951527-pat00035
) Must also be satisfied.

즉, 상기 최소 보유 용량은 추출된 상기 시간 구간의 시작 시점에 상기 에너지 저장 장치에 보유되어야 하고, 상기 에너지 저장 장치의 출력은 추출된 상기 시간 구간 동안 적어도 상기 최소 보유 용량 이상으로 유지되어야 하는 조건에 따르는 것이 바람직하다.That is, the minimum storage capacity should be held in the energy storage device at the beginning of the extracted time interval, and the output of the energy storage device should be maintained at least at least the minimum storage capacity during the extracted time interval .

S530 단계에서, 상기 에너지 저장 장치의 충방전 스케줄링 장치(10)는, S520 단계를 통해 결정된 상기 최소 보유 용량 및 상기 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 최소화되도록 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 에너지 상태의 변동을 의미하는 충방전 경로를 생성한다.In step S530, the charging / discharging scheduling apparatus 10 of the energy storage apparatus determines whether the operating expense (OPEX) of the power grid is minimized based on the minimum storage capacity determined through step S520 and the cost information of the power grid A charging / discharging path which means a variation of an energy state of the energy storage device with time is generated.

이를 위해 처리부(12)는, 전력망으로부터 전력을 구입하는 경우 구입하는 전력량에 구매 단가를 승산하여 제 1 비용을 산출하고, 전력망에 전력을 판매하는 경우 판매하는 전력량에 판매 단가를 승산하여 제 2 비용을 산출하며, 시간의 추이에 따른 상기 제 1 비용과 상기 제 2 비용의 합을 상기 전력망의 운영 비용으로 설정할 수 있다. 또한, 처리부(12)는 결정된 상기 최소 보유 용량 및 특정 시점에서 목표 시점까지의 필요한 전력량을 공급하는데 필요한 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용을 설정하고, 설정된 상기 전력망의 운영 비용이 최소화되도록 동적 프로그래밍(dynamic programming) 알고리즘을 이용하여 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 결정할 수 있다.To this end, the processing unit 12 calculates a first cost by multiplying the amount of purchased power by the purchased unit price, and when the power is sold to the power network, the processing unit 12 multiplies the amount of sold power by the selling unit price, And the sum of the first cost and the second cost according to the change of the time can be set as the operating cost of the power network. In addition, the processing unit 12 sets the operating cost of the power network on the basis of the determined minimum storage capacity and the cost information of the power network necessary for supplying the necessary amount of power from the specific point of time to the target point of time, It is possible to determine the charge / discharge path of the energy storage device over time using a dynamic programming algorithm.

즉, 처리부(12)는 부하 프로파일 데이터로부터 목표 시점까지의 시간에 따른 필요한 전력량을 추정한다. 입력부(11)에 의해 입력받은 부하(40) 측을 구성하는 어플리케이션의 사용특성을 반영한 통계적 예측자료인 부하 프로파일 데이터를 기반으로 목표 시점까지 필요한 전력량을 추정하게 된다. 필요한 전력량만큼 부하(40) 측에 전력을 공급하기 위한 에너지 저장 장치(30)의 충방전 경로를 생성하는데, 이때의 충방전 경로는 전력망(20)의 운영 비용이 최소가 되도록 하는 시간에 따른 에너지 저장 장치(30)의 에너지 상태의 변동을 의미한다.That is, the processing unit 12 estimates the required amount of power according to the time from the load profile data to the target point. The amount of power required up to the target point is estimated based on the load profile data, which is statistical prediction data reflecting application characteristics of the application constituting the side of the load 40 received by the input unit 11. The charging and discharging path of the energy storage device 30 for supplying power to the load 40 as much as the required amount of electric power is generated so that the charging / Means the variation of the energy state of the storage device 30.

특정 시점(k)에서 목표 시점까지의 필요한 전력량(E)을 공급하는데 드는 전력망(20)의 비용과 에너지 저장 장치(30)의 비용의 최소 합으로 정의되는 비용 최소화 함수

Figure 112015041951527-pat00036
에 대하여 동적 프로그래밍(Dynamic Programming) 알고리즘을 적용하여 시간에 따른 에너지 저장 장치(30)의 충방전 경로를 생성할 수 있다. 동적 프로그래밍 알고리즘은 벨만 방정식(Bellman equation)과 같은 최단 경로 찾는 알고리즘이 될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들은 벨만 방정식을 이용하고 있지만, 플로이드-워셜 알고리즘(Floyd-Warshall) 등과 같은 다른 알고리즘을 이용할 수 있을 것이다. Which is defined as the minimum sum of the cost of the power grid 20 and the cost of the energy storage device 30 for supplying the necessary amount of power E from the specific time point k to the target time point,
Figure 112015041951527-pat00036
It is possible to generate a charge / discharge path of the energy storage device 30 over time by applying a dynamic programming algorithm to the energy storage device 30. Dynamic programming algorithms can be shortest path finding algorithms such as the Bellman equation. While the embodiments of the present invention utilize the Bellman equation, other algorithms such as the Floyd-Warshall algorithm may be used.

보다 구체적으로, 충분히 작은 시간 단위

Figure 112015041951527-pat00037
에 따른 에너지 변화가 일어날 때에 발생하는 비용(cost), 즉 전이 비용(Transition Cost)
Figure 112015041951527-pat00038
은 다음과 같이 결정된다.More specifically, in a sufficiently small time unit
Figure 112015041951527-pat00037
(Ie, transition cost) that occurs when an energy change occurs due to a change in energy,
Figure 112015041951527-pat00038
Is determined as follows.

1) 수학식 3의 반영:

Figure 112015041951527-pat00039
일 때, 1) Reflection of Equation 3:
Figure 112015041951527-pat00039
when,

수학식 3의 조건인

Figure 112015041951527-pat00040
을 만족 못하는 경우에는 전이 비용의 값을 무한대로 할당해, 최소 비용(Least Cost) 충방전 경로 재구성 시 선택되지 않게 설정한다. 그 이외의 경우에는
Figure 112015041951527-pat00041
의 범위에 따라 각각 전력가격 및 분산전원의 가격으로 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 결정된다.The condition of equation (3)
Figure 112015041951527-pat00040
The value of the transition cost is set to be infinite so that it is not selected when the minimum cost (charge / discharge path) is reconstructed. Otherwise,
Figure 112015041951527-pat00041
The operating expense (OPEX) is determined by the price of the power and the price of the distributed power, respectively.

Figure 112015041951527-pat00042
Figure 112015041951527-pat00042

2) 수학식 4의 반영:

Figure 112015041951527-pat00043
2) Reflection of Equation 4:
Figure 112015041951527-pat00043

수학식 4의 조건인

Figure 112015041951527-pat00044
를 만족하지 못하는 경우에는 전이 비용의 값을 무한대로 할당하고 그 외의 경우에는 수학식 3을 반영한 경우와 동일하게 할당한다.The condition of equation (4)
Figure 112015041951527-pat00044
The value of the transition cost is assigned to the infinite value, and in other cases, the value is assigned in the same way as in the case of reflecting the equation (3).

Figure 112015041951527-pat00045
Figure 112015041951527-pat00045

도 7은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 방법에 따라 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 전력망의 최대 허용치 제약 조건에 따라 운영 비용을 최소화시키는 방법을 제시하고 있다. 도 7을 참조하면, 부하 패턴의 출력이 전력망의 한계치보다 큰 시간 구간에서의 피크 컷 제어를 위해 에너지 저장 장치의 충전 상태(SOC, state of charge)가 어떤 준비 조건을 미리 갖추어야 하는지를 보여주고 있다.FIG. 7 is a diagram for explaining a process of determining the charge state of the energy storage device according to the charging / discharging scheduling method adopted by the embodiments of the present invention. The method for minimizing the operating cost according to the maximum allowable value constraint of the power network I am suggesting. Referring to FIG. 7, it is shown how a preparation state of a state-of-charge (SOC) of the energy storage device should be prepared in advance for peak cut control in a time interval in which the output of the load pattern is larger than the limit of the power grid.

도 8은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 충방전 스케줄링 알고리즘을 예시한 의사 코드(pseudo-code)이다.FIG. 8 is a pseudo-code illustrating the charging / discharging scheduling algorithm employed by the embodiments of the present invention.

Figure 112015041951527-pat00046
은 초기 시점부터 에너지 저장 장치의 운영이 종료되는 시점 T까지의 최소 비용(minimum cost)을 나타내는 최소값 함수(minimum value function)이다. 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들이 전제하는 문제 상황에서 부하가 필요로 하는 전력량은 전력망에서 유입되는 전력과 에너지 저장 장치에서 공급하는 전력량의 합으로 수식화 가능하다. 에너지 저장 장치는
Figure 112015041951527-pat00047
라는 특정한 최대용량을 가지고 있으며, 이때 에너지 저장 장치가 저장하고 있는 에너지의 시간당 변화율은 현재 출력되고 있는 출력 전력 P와 저장되어 있는 에너지 E에 대한 상태방정식
Figure 112015041951527-pat00048
로 정의할 수 있다. 이는 에너지 저장 장치의 특성에 따라 다르므로 에너지 저장 장치 데이터 시트를 통해 도출할 수 있다. 또한 특정 시점 k에서 운영이 종료되는 T까지의 전력 요금의 합을 나타내는 값 함수(value function)는
Figure 112015041951527-pat00049
와 같이 수식화될 수 있다.
Figure 112015041951527-pat00046
Is a minimum value function that represents the minimum cost from the initial point of time until the operation of the energy storage device is terminated. As described above with reference to FIG. 1, the amount of power required by the load in a problem state assumed in the embodiments of the present invention can be expressed by the sum of the power supplied from the power network and the amount of power supplied from the energy storage device. The energy storage device
Figure 112015041951527-pat00047
And the rate of change of the energy stored in the energy storage device per hour is calculated by the state equation for the output power P currently being output and the stored energy E
Figure 112015041951527-pat00048
. It depends on the nature of the energy storage device and can be derived from the energy storage data sheet. Also, a value function that represents the sum of power charges from a particular time k to the end of operation t
Figure 112015041951527-pat00049
As shown in FIG.

도 8에서

Figure 112015041951527-pat00050
는 부하 측에 필요한 전력량,
Figure 112015041951527-pat00051
는 전력망(20)으로부터 공급받거나 전력망(20)으로 판매되는 전력량,
Figure 112015041951527-pat00052
는 시간당 전력량의 사용 요금,
Figure 112015041951527-pat00053
는 시간당 전력량의 판매 요금을 나타낸다.8
Figure 112015041951527-pat00050
The amount of power required on the load side,
Figure 112015041951527-pat00051
The amount of power supplied from the power grid 20 or sold to the power grid 20,
Figure 112015041951527-pat00052
Is the usage charge of electricity per hour,
Figure 112015041951527-pat00053
Represents the selling price of electricity per hour.

분산전원의 일부로써 에너지 저장 장치(30)가 이용되는 경우에 수요반응(Demand Response)을 반영하여 전체 전력 공급의 비용을 산출할 필요성이 있다. 수요반응이란, 도매전력가격이 높게 형성되거나 계통 신뢰도가 위험해진 시간대에 전기 사용량을 줄이도록 유도하기 위하여 설계되었으며 소비자들이 인센티브 또는 시간대별 전기요금의 변동에 반응하여 전력소비패턴을 변화시키는 것으로 정의한다. 본 발명의 실시예들은 분산전원의 사용요소를 반영하여 수요반응 신호가 수신되면 에너지 저장 장치의 충방전에 영향을 줄 뿐만 아니라 다시 전력망(20)에 잉여의 전력을 공급하여 되파는(Resell) 기능까지도 고려하였다.There is a need to calculate the cost of the entire power supply by reflecting the demand response when the energy storage device 30 is used as a part of the distributed power supply. Demand response is designed to induce consumers to reduce electricity usage at times when wholesale electricity prices are high or when system reliability is at risk, and they define consumers as changing their power consumption patterns in response to incentives or changes in electricity rates over time . The embodiments of the present invention not only affect the charging and discharging of the energy storage device when the demand reaction signal is received by reflecting the usage factors of the distributed power supply but also the function of supplying the surplus power to the power grid 20 and reselling .

수요반응 신호를 수신하면 에너지 저장 장치(30)를 통해 부하 측에 전력을 공급하고, 잉여 에너지는 전력망(20)으로 되팔게 된다. 따라서 수요반응 신호를 반영하여 잉여의 에너지를 다시 전력망(20)에 되파는 비용을 고려하는 함수는 앞서 설명한 운영 비용 함수

Figure 112015041951527-pat00054
를 통해 반영되었다.Upon receipt of the demand response signal, power is supplied to the load side through the energy storage device 30, and surplus energy is resupplied to the power grid 20. [ Therefore, the function considering the cost of returning the surplus energy to the power grid 20 by reflecting the demand response signal is a function of the operating cost function
Figure 112015041951527-pat00054
.

도 8의

Figure 112015041951527-pat00055
에서, 1_{조건}은 괄호 안의 조건이 참이면 1, 거짓이면 0 값을 반환한다.
Figure 112015041951527-pat00056
의 경우는 부하(40) 측에서 요구하는 전력량이 에너지 저장 장치(30)가 공급가능한 전력 이상인 구간에서 산출되는 감가상각 비용을 의미하고,
Figure 112015041951527-pat00057
의 경우에는 에너지 저장 장치(30)가 공급가능한 전력이 부하(40) 측에서 요구하는 전력보다 큰 구간에서 산출되는 감가상각 비용을 의미한다. 이때에는 공급 후 남는 전력을 분산전원 단가
Figure 112015041951527-pat00058
로 전력망(20)에 되팔아서 경제적 이득을 얻을 수 있다. 이렇듯 각 단위 시간마다
Figure 112015041951527-pat00059
의 조건에 따라 전력망 사용 요금
Figure 112015041951527-pat00060
또는 분산전원의 사용 요금
Figure 112015041951527-pat00061
를 선택적으로 취하여
Figure 112015041951527-pat00062
가 계산된다. 이는 입력부(11)가 수요반응 신호(Demand Response Event Signal) 및 분산전원의 시간에 따른 요금을 입력받고, 처리부(12)가 상기 수요반응 신호를 수신하면 상기 에너지 저장 장치(30)의 감가상각 비용을 상기 분산전원의 시간에 따른 요금으로 대체할 수 있는 것을 의미한다. 처리부(12)가 수요반응 신호를 수신하면 상기 에너지 저장 장치(30)의 에너지 상태가 낮아지는 방전 경로를 우선 선택하도록 하기 위하여 분산전원의 사용 요금
Figure 112015041951527-pat00063
을 책정한다. 이에 따라서 분산전원의 사용 요금이 높게 책정되면 수요반응에 적극 참여하게 되어 상기 에너지 저장 장치(30)로부터 부하(40) 측에 전력을 공급하는 방전이 일어나게 되는 것이다.8
Figure 112015041951527-pat00055
1_ {condition} returns 1 if the condition in parentheses is true, 0 if it is false.
Figure 112015041951527-pat00056
Refers to a depreciation cost calculated in a period in which the amount of power required by the load 40 is equal to or greater than the power that the energy storage device 30 can supply,
Figure 112015041951527-pat00057
Refers to a depreciation cost calculated in a section where the power that can be supplied by the energy storage device 30 is larger than the power required by the load 40 side. At this time,
Figure 112015041951527-pat00058
To the power grid 20 to obtain an economic gain. In this way,
Figure 112015041951527-pat00059
The electricity use fee
Figure 112015041951527-pat00060
Or the usage fee of distributed power
Figure 112015041951527-pat00061
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112015041951527-pat00062
Is calculated. This is because the input unit 11 receives the demand response signal and the charge according to the time of the distributed power supply and when the processing unit 12 receives the demand reaction signal, the depreciation cost of the energy storage device 30 Can be replaced with a charge according to time of the distributed power source. In order to select a discharge path in which the energy state of the energy storage device 30 is lowered when the processing unit 12 receives the demand reaction signal,
Figure 112015041951527-pat00063
. Accordingly, if the charge of the distributed power source is set to be high, the electric power is supplied to the load 40 from the energy storage device 30 because the electric charge is actively involved in the demand reaction.

한편, 동적 프로그래밍 알고리즘은 벨만 방정식(Bellman equation)과 같은 최단 경로 찾는 알고리즘이 될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들은 벨만 방정식을 이용하고 있지만, 플로이드-워셜 알고리즘(Floyd-Warshall) 등과 같은 다른 알고리즘을 이용할 수 있을 것이다. 운영 비용 함수

Figure 112015041951527-pat00064
에 대하여 벨만 방정식을 이용하여 충방전 경로를 생성하기 위한 수식은 아래 수학식 5 및 수학식 6이 된다. On the other hand, dynamic programming algorithms can be shortest path finding algorithms such as the Bellman equation. While the embodiments of the present invention utilize the Bellman equation, other algorithms such as the Floyd-Warshall algorithm may be used. Operating cost function
Figure 112015041951527-pat00064
The following equations (5) and (6) are used to form the charge / discharge path using the Bellman equation.

Figure 112015041951527-pat00065
Figure 112015041951527-pat00065

Figure 112015041951527-pat00066
Figure 112015041951527-pat00066

수학식 5는 벨만 방정식을 이용하여 비용 최소화 함수를 정의한 것으로 후방 순환(backward recursion)을 통해 함수

Figure 112015041951527-pat00067
이 알려진 T 시점부터 거꾸로 연산이 진행된다.Equation (5) defines the cost minimization function using the Bellman equation, which is a function of the backward recursion
Figure 112015041951527-pat00067
The operation proceeds from the known T point backwards.

보다 상세히 연산 과정을 설명하면, 앞에 소개된

Figure 112015041951527-pat00068
는 특정 시점 k에서부터 운영이 종료되는 시점인 T까지의 사용 전력 요금의 합계를 뜻하므로 종료 시점인 T에서의
Figure 112015041951527-pat00069
값이 0이 되는 것을 확인할 수 있다. 그 후 벨만 방정식을 통해
Figure 112015041951527-pat00070
만큼의 시간축을 거쳐 진행될 때마다 거리 변수(distance vector)가 가장 짧은 경로(shortest path)를 통과하게 된다. 이렇게 순환적으로 구해진
Figure 112015041951527-pat00071
를 수학식 6에 대입하여 전방순환(forward recursion) 방법을 통해 최적의 충방전 경로를 산출할 수 있다. 이러한 방식은 에너지 저장 장치(30)와 전력망(20)이 갖추어진 조건하에서 비용의 최소화를 통한 운영 알고리즘 구현에 적합한 방식이라고 할 수 있다. To explain the calculation process in more detail,
Figure 112015041951527-pat00068
Is the sum of the electricity charges from the time k to the time T is terminated,
Figure 112015041951527-pat00069
The value becomes zero. Then, through the Bellman equation
Figure 112015041951527-pat00070
The distance vector is passed through the shortest path every time it passes through the time axis. In this way,
Figure 112015041951527-pat00071
Can be substituted into Equation (6) to calculate an optimal charge / discharge path through a forward recursion method. This method is suitable for implementing an operating algorithm by minimizing the cost under the condition that the energy storage device 30 and the power network 20 are provided.

요약하건대, 도 8의 알고리즘은 운영 비용을 최소화하기 위하여

Figure 112015041951527-pat00072
이 산출될 때까지 벨만 방정식을 수행한다. 운영 비용 함수는 전력망의 비용(Running cost)으로부터 구체화된다. 시간 지표(time index) k를 시작 시점 0부터 목표 시점 T까지 충분히 작은 시간단위
Figure 112015041951527-pat00073
에 따른 에너지 변화가 일어날 때에 발생하는 비용을
Figure 112015041951527-pat00074
에 따라 값을 계산하고, 벨만 방정식을 적용하여 운영 비용 함수를 계산하여 최종적으로 최적의 충방전 경로를 결정하게 된다.In summary, the algorithm of FIG. 8 is designed to minimize operating costs
Figure 112015041951527-pat00072
And then performs the Bellman equation until it is calculated. The operating cost function is specified from the running cost of the grid. The time index k is a time unit that is sufficiently small from the starting point 0 to the target point T
Figure 112015041951527-pat00073
The cost of energy change due to
Figure 112015041951527-pat00074
And calculates the operating cost function by applying the Bellman equation to finally determine the optimum charge / discharge path.

상기된 실시예들에 따르면, 에너지 저장 장치가 운영되는 동작 시간 동안 임의로 전력망의 최대 허용 한계출력을 설정하고, 전력망에서 끌어오는 출력이 설정된 범위 내의 값을 가지는 조건하에서, 시계열에 따른 전기요금의 변화, 부하패턴 데이터 및 에너지 저장 장치의 내부화학적 특성을 고려한 운영 비용 최소화 충방전 스케줄링을 도출하였다. 이를 통해 운영자의 입장에서 전력망을 안정되고 계획적인 운영을 할 수 있음은 물론이며, 순간적인 피크 전력을 충분히 충당하기 위해 설비가 과대투자되는 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과 또한 가진다.According to the above-described embodiments, the maximum allowable limit output of the power grid can be arbitrarily set during the operation time when the energy storage device is operated, and the change in the electric bill according to the time series under the condition that the output from the power grid has a value within the set range , Load pattern data, and internal storage characteristics of the energy storage device. As a result, it is possible to operate the grid in a stable and planned manner from the viewpoint of the operator, and it is also possible to prevent the problem that the facility is overexposed in order to sufficiently cover the instantaneous peak power.

한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. Meanwhile, the embodiments of the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장 장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily deduced by programmers skilled in the art to which the present invention belongs.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific constituent elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

10: 충방전 스케줄링 장치
11: 입력부
12: 처리부
20: 전력망
30: 에너지 저장 장치
40: 부하
50: 제어부
10: charge / discharge scheduling device
11: Input unit
12:
20: Power grid
30: Energy storage device
40: Load
50:

Claims (17)

전력망(Grid)과 연결되어 부하 측(Load)에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치(energy storage device)의 충방전 스케줄링 방법에 있어서,
일정한 주기 동안의 부하 측의 시간당 사용 요금 및 전력망에 대한 잉여 에너지의 판매 요금을 포함하는 전력망의 비용 정보, 시계열적인 부하 프로파일 데이터(load profile data), 전력망의 최대 허용 한계 출력(maximum grid-load power constraint) 및 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보를 입력받는 단계;
입력된 상기 부하 프로파일 데이터 및 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 이용하여 시간에 따라 상기 최대 허용 한계 출력을 초과하는 부하를 미리 보충하기 위한 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하는 단계; 및
결정된 상기 최소 보유 용량 및 상기 전력망의 비용 정보에 기초하여 전력의 구입 및 판매에 따른 상기 전력망의 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 최소화되도록 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 에너지 상태의 변동을 의미하는 충방전 경로를 생성하는 단계;를 포함하는 충방전 스케줄링 방법.
A charge / discharge scheduling method of an energy storage device connected to a grid (Grid) to supply power to a load (Load)
Cost information of the grid including the usage charge of the load side at the load side for a certain period and the surcharge of the surplus energy to the grid, time load profile data, maximum grid-load power of the grid constraint and chemical property information of the energy storage device;
Determining a minimum storage capacity of an energy storage device for supplementing a load exceeding the maximum tolerable output with time using the input load profile data and the maximum allowable limit output of the power network; And
Means a variation of the energy state of the energy storage device over time such that the operating expense (OPEX) of the power network due to purchase and sale of the power is minimized based on the determined minimum storage capacity and the cost information of the power network And generating a charging / discharging path.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하는 단계는,
입력된 상기 부하 프로파일 데이터로부터 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 시간 구간을 추출하는 단계; 및
상기 시간 구간 영역에 해당하는 초과 전력망의 출력을 산출하여 상기 에너지 저장 장치로부터 보충되어야 하는 최소 보유 용량을 추정하는 단계;를 포함하는 충방전 스케줄링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein determining the minimum storage capacity of the energy storage device comprises:
Extracting a time interval exceeding a maximum allowable limit output of the power grid from the input load profile data; And
Calculating an output of the excess power network corresponding to the time interval region, and estimating a minimum storage capacity to be supplemented from the energy storage device.
제 2 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량은,
추출된 상기 시간 구간에 대해 상기 부하 프로파일 데이터에서 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 영역을 시간축에 따라 적분함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the minimum storage capacity of the energy storage device
And integrating a region exceeding a maximum allowable limit output of the power grid in the load profile data with respect to the extracted time interval along a time axis.
제 2 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치는 추출된 상기 시간 구간의 시작 시점에 상기 최소 보유 용량을 보유하고,
추출된 상기 시간 구간 동안 적어도 상기 최소 보유 용량 이상으로 상기 에너지 저장 장치의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the energy storage device holds the minimum storage capacity at the start of the extracted time interval,
And maintains the output of the energy storage device at least over the minimum storage capacity during the extracted time period.
제 1 항에 있어서,
전력망으로부터 전력을 구입하는 경우 구입하는 전력량에 구매 단가를 승산하여 제 1 비용을 산출하고,
전력망에 전력을 판매하는 경우 판매하는 전력량에 판매 단가를 승산하여 제 2 비용을 산출하며,
시간의 추이에 따른 상기 제 1 비용과 상기 제 2 비용의 합을 상기 전력망의 운영 비용으로 설정하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 방법.
The method according to claim 1,
When the electric power is purchased from the electric power network, the first cost is calculated by multiplying the purchased electric power by the purchase unit price,
When selling electric power to the power grid, the second cost is calculated by multiplying the sales amount by the selling price,
Wherein the sum of the first cost and the second cost is set as an operating cost of the power network according to a change in time.
제 1 항에 있어서,
상기 충방전 경로를 생성하는 단계는,
결정된 상기 최소 보유 용량 및 특정 시점에서 목표 시점까지의 필요한 전력량을 공급하는데 필요한 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용을 설정하는 단계; 및
설정된 상기 전력망의 운영 비용이 최소화되도록 상기 특정 시점과 상기 목표 시점까지의 필요한 전력량을 인자로 하여 상기 전력망의 비용과 상기 에너지 저장 장치의 비용의 최소 합으로 정의되는 비용 최소화 함수에 대하여 동적 프로그래밍(dynamic programming) 알고리즘을 이용하여 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 결정하는 단계;를 포함하는 충방전 스케줄링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of generating the charge /
Setting an operating cost of the power grid based on the determined minimum storage capacity and the cost information of the power grid required to supply the required power amount from the specific point of time to the target point; And
A dynamic minimization function defined as a minimum sum of a cost of the power network and a cost of the energy storage device as a factor of a required power amount up to the target time and the specific time point so that the operating cost of the power network is minimized, determining a charging / discharging path of the energy storage device with respect to time using a programming algorithm.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 부하 프로파일 데이터는 상기 부하 측을 구성하는 어플리케이션의 사용 특성을 반영한 통계적 예측자료인 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the load profile data is statistical predictive data reflecting usage characteristics of an application constituting the load side.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치가 저장하는 에너지의 시간당 변화율은 상기 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보에 기초하여 추정되며,
상기 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보는 방전심도(Depth of Discharge, DoD), 에너지 저장 장치 자체의 교체 비용, 사이클 수명(cycle life), 사용 범위, 최대 출력량 또는 방전율(current rate, C-rate) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the rate of change of energy stored in the energy storage device over time is estimated based on chemical property information of the energy storage device,
The chemical characteristic information of the energy storage device may include at least one of a Depth of Discharge (DoD), a replacement cost of the energy storage device itself, a cycle life, a use range, a maximum output amount or a C- Wherein the charge / discharge scheduling method comprises:
제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 1 to 6, 8, and 9. 전력망(Grid)과 연결되어 부하 측(Load)에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치(energy storage device)의 충방전 스케줄링 장치에 있어서,
일정한 주기 동안의 부하 측의 시간당 사용 요금 및 전력망에 대한 잉여 에너지의 판매 요금을 포함하는 전력망의 비용 정보, 시계열적인 부하 프로파일 데이터(load profile data), 전력망의 최대 허용 한계 출력(maximum grid-load power constraint) 및 에너지 저장 장치의 화학적 특성 정보를 입력받는 입력부; 및
적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하여, 입력된 상기 부하 프로파일 데이터 및 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 이용하여 시간에 따라 상기 최대 허용 한계 출력을 초과하는 부하를 미리 보충하기 위한 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량을 결정하고, 결정된 상기 최소 보유 용량 및 상기 전력망의 비용 정보에 기초하여 전력의 구입 및 판매에 따른 상기 전력망의 운영 비용(Operating Expenditure, OPEX)이 최소화되도록 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 에너지 상태의 변동을 의미하는 충방전 경로를 생성하는 명령을 수행하는 처리부;를 포함하는 충방전 스케줄링 장치.
An apparatus for charging / discharging an energy storage device connected to a grid (Grid) to supply power to a load (Load)
Cost information of the grid including the usage charge of the load side at the load side for a certain period and the surcharge of the surplus energy to the grid, time load profile data, maximum grid-load power of the grid constraint and energy characteristic of the energy storage device; And
A minimum of an energy storage device for supplementing a load exceeding the maximum tolerable output with time using the input load profile data and the maximum permissible limit output of the power grid, Determining energy storage energy consumption over time to minimize operating expense (OPEX) of the power network due to purchase and sale of power based on the determined minimum storage capacity and cost information of the power network, And a processor for executing a command to generate a charge / discharge path indicating a variation in state.
제 11 항에 있어서,
상기 처리부는,
입력된 상기 부하 프로파일 데이터로부터 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 시간 구간을 추출하고,
상기 시간 구간 영역에 해당하는 초과 전력망의 출력을 산출하여 상기 에너지 저장 장치로부터 보충되어야 하는 최소 보유 용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein,
Extracting a time interval exceeding a maximum allowable limit output of the power grid from the input load profile data,
And estimates a minimum storage capacity to be supplemented from the energy storage device by calculating an output of the excess power network corresponding to the time interval region.
제 12 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치의 최소 보유 용량은,
추출된 상기 시간 구간에 대해 상기 부하 프로파일 데이터에서 상기 전력망의 최대 허용 한계 출력을 초과하는 영역을 시간축에 따라 적분함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the minimum storage capacity of the energy storage device
Wherein the charge / discharge scheduling device calculates the charge / discharge scheduling area by integrating an area exceeding a maximum allowable limit output of the power network from the load profile data with respect to the extracted time interval along a time axis.
제 12 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치는 추출된 상기 시간 구간의 시작 시점에 상기 최소 보유 용량을 보유하고,
추출된 상기 시간 구간 동안 적어도 상기 최소 보유 용량 이상으로 상기 에너지 저장 장치의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the energy storage device holds the minimum storage capacity at the start of the extracted time interval,
And maintains the output of the energy storage device at least above the minimum storage capacity during the extracted time period.
제 11 항에 있어서,
상기 처리부는,
전력망으로부터 전력을 구입하는 경우 구입하는 전력량에 구매 단가를 승산하여 제 1 비용을 산출하고,
전력망에 전력을 판매하는 경우 판매하는 전력량에 판매 단가를 승산하여 제 2 비용을 산출하며,
시간의 추이에 따른 상기 제 1 비용과 상기 제 2 비용의 합을 상기 전력망의 운영 비용으로 설정하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein,
When the electric power is purchased from the electric power network, the first cost is calculated by multiplying the purchased electric power by the purchase unit price,
When selling electric power to the power grid, the second cost is calculated by multiplying the sales amount by the selling price,
And sets the sum of the first cost and the second cost as the operating cost of the power network according to the change of the time.
제 11 항에 있어서,
상기 처리부는,
결정된 상기 최소 보유 용량 및 특정 시점에서 목표 시점까지의 필요한 전력량을 공급하는데 필요한 전력망의 비용 정보에 기초하여 상기 전력망의 운영 비용을 설정하고,
설정된 상기 전력망의 운영 비용이 최소화되도록 상기 특정 시점과 상기 목표 시점까지의 필요한 전력량을 인자로 하여 상기 전력망의 비용과 상기 에너지 저장 장치의 비용의 최소 합으로 정의되는 비용 최소화 함수에 대하여 동적 프로그래밍(dynamic programming) 알고리즘을 이용하여 시간에 따른 상기 에너지 저장 장치의 충방전 경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 충방전 스케줄링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein,
Setting the operating cost of the power network based on the determined minimum storage capacity and the cost information of the power network necessary for supplying the required amount of power from the specific point of time to the target point of time,
A dynamic minimization function defined as a minimum sum of a cost of the power network and a cost of the energy storage device as a factor of a required power amount up to the target time and the specific time point so that the operating cost of the power network is minimized, programming algorithm to determine charge / discharge paths of the energy storage device over time.
제 11 항에 있어서,
시계열적으로 생성된 상기 충방전 경로에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 충방전 스케줄링 장치.
12. The method of claim 11,
And a controller for controlling charging and discharging of the energy storage device according to the charging / discharging path thermally generated in a time-series manner.
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