KR101815399B1

KR101815399B1 - 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101815399B1
Application number: KR1020160163063A
Authority: KR
Inventors: 안차호
Original assignee: 오씨아이 주식회사
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-01-31

Abstract

본 발명은 전력 계통의 주파수 제어 시스템 운용을 위한 스케줄링 프로세스에 관한 것으로, 본 발명의 전력 입찰 용량 설정 시스템은 에너지 저장 시스템의 저장 용량과 충전 상태에 따라 충/방전 제약조건을 설정하는 제약조건 적용부, 에너지 저장 시스템의 운용 이득을 최대화하는 목적함수를 충/방전 제약조건 범위 내에서 설정하는 목적함수 적용부, 및 충/방전 제약 조건에 따른 목적함수의 연산을 수행하여 운용 이득을 최대화하는 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 최적화 연산부를 포함하는바, 전일 전력 입찰에 참여하기 위한 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 전력 입찰 용량을 미리 정확하게 구체화시켜 설정 및 적용할 수 있도록 하여 전력 계통으로부터 주파수 신호를 받아 전력 공급 서비스를 수행하는 전력회사나 사업자들이 에너지 저장 시스템 운용 이득을 최대화할 수 있도록 한다.

Description

전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR BIDDING CAPACITY SET OF POWER GRID AND MATHOD THE SAME}

본 발명은 전력 계통의 주파수 제어 시스템 운용을 위한 스케줄링 프로세스에 관한 것으로, 특히 전일(前日) 시장의 전력 입찰시 다음날 최대치의 이득을 도출할 수 있도록 전력 입찰 용량을 설정할 수 있는 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력은 단위시간 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지, 또는 단위시간 동안 다른 형태의 에너지로 변환되는 전기에너지를 말하는데, 이러한 전력의 수요에 대한 분석을 통해 전력의 공급 등을 조절하게 된다.

현재, 전력 판매사업자의 경우는 전력 시장에서 미리 공지되었던 전력 시장가격으로 전력을 구매하여 전력소비자에게 공급한다. 전력 시장 가격은 시간대 별로 예측수요를 충족시키는 발전기의 변동비 중 가장 높은 가격의 계통 한계 가격으로 결정되며, 이는 전력 판매사업자의 전력 구입가격을 결정하는 매우 중요한 요소로 작용했다.

근래에는 전력계통의 주파수 조정용 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)을 이용해서 주파수 제어에 따라 전력 계통과 해당 ESS들 간에 호환성을 제공하는 주파수 제어 시스템 및 방식이 이용되고 있다. 주파수 제어 시스템에서 주파수 조정용 ESS를 운용하기 위해서는 ESS의 충전 상태(SOC; State of Charge)에 따라 매일매일 전력 시장에서 전력 입찰을 수행해야 한다.

일반적으로, 전력 시장의 전력 입찰은 전일 입찰 방식(Day Ahead Market)으로 진행되기 때문에 다음날의 전력 수급 용량을 그 전일인 오늘 미리 시간대별로 설정하여 입찰 진행해야 한다. 특히, 주파수 조정에 대응하기 위한 전력 입찰 시에는 시간대별 주파수 조정에 따른 전력 충전 용량(FRRS DOWN capacity), 및 방전 용량(FRRS UP capacity) 등을 예측할 필요가 있다.

하지만, 종래에는 전일 입찰 시 다음날의 전력 충/방전 용량(FRRS DOWN capacity, FRRS UP capacity)을 오늘 미리 예측할 수가 없었기 때문에 최대치의 용량을 수급하도록 입찰 진행하는 경우가 많았다. 이때는 전력 시장 가격이 낮아지면 입찰 가격과 수요 가격의 차이로 인해 기대 이익을 창출할 수 없는 문제들이 발생하였다.

이에, 근래에는 날씨 예보나 시간대별 기온 등의 상황에 따라 수요자들의 전력 수요량을 예측하여 입찰 용량을 조절하기도 하였지만, 전력 수요량을 예측하는 방식은 전력 시장에서 가격 변동에 따른 손해만 줄일 수 있을 뿐, 기대 이익은 창출할 수 없는 문제 남아있었다.

따라서, 전일 전력 입찰에 참여하더라도 기대 이익을 창출하기 위해서는 다음날의 전력 입찰 용량을 미리 정확하게 구체화시켜 설정 또는 예측할 필요성이 더욱 높아지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력 계통으로부터 주파수 신호를 받아 전력 공급 서비스를 수행하는 전력회사나 사업자들이 운용 이득을 최대화할 수 있도록 다음날의 전력 입찰 용량을 미리 정확하게 구체화시켜 설정 및 적용할 수 있는 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 주파수 조절 시스템 운용을 위한 전일 전력 입찰에 참여시, 전력 입찰 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 시간대별 전력 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity)을 각각 최적화시켜 산출함으로써 ESS 운용 이득을 최대화할 수 있는 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 시스템은 에너지 저장 시스템의 저장 용량과 충전 상태에 따라 충/방전 제약조건을 설정하는 제약조건 적용부, 에너지 저장 시스템의 운용 이득을 최대화하는 목적함수를 충/방전 제약조건 범위 내에서 설정하는 목적함수 적용부, 및 충/방전 제약 조건에 따른 목적함수의 연산을 수행하여 운용 이득을 최대화하는 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 최적화 연산부를 포함한다.

아울러, 입찰 프로세스를 수행하는 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 중 적어도 하나의 데이터 값들을 입력하는 초기 데이터 입력부, 및 최적화 연산부에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 및 방전 용량, 미리 예측된 LMP, 초기 데이터 입력부에서 입력된 과거 데이터를 기반으로 스케줄링 프로세스를 진행하는 스케줄링 적용부를 더 포함한다.

여기서, 제약 조건 적용부는 에너지 저장 시스템의 충전 상태, 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량, 최대 및 최소 버퍼 용량 중 적어도 하나의 사항에 따라 상기 충/방전 제약 조건을 설정하고, 충/방전 제약 조건 중 제1 제약 조건은 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이며, 충/방전 제약 조건 중 제2 제약 조건은 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 방법은 에너지 저장 시스템의 저장 용량과 충전 상태에 따라 충/방전 제약조건을 설정하는 제약조건 적용 단계, 에너지 저장 시스템의 운용 이득을 최대화하는 목적함수를 충/방전 제약조건 범위 내에서 설정하는 목적함수 적용 단계, 및 충/방전 제약 조건에 따른 상기 목적함수의 연산을 수행하여 운용 이득을 최대화하는 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 최적화 연산 단계를 포함한다.

이와 더불어, 입찰 프로세스를 수행하는 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 중 적어도 하나의 데이터 값들을 입력하는 초기 데이터 입력단계, 및 최적화 연산부에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 및 방전 용량, 미리 예측된 LMP, 초기 데이터 입력부에서 입력된 과거 데이터를 기반으로 스케줄링 프로세스를 진행하는 스케줄링 적용단계를 더 포함한다.

여기서, 제약 조건 적용단계는 에너지 저장 시스템의 의 충전 상태, 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량, 최대 및 최소 버퍼 용량 중 적어도 하나의 사항에 따라 충/방전 제약 조건을 설정하고, 충/방전 제약 조건 중 제1 제약 조건은 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이며, 충/방전 제약 조건 중 제2 제약 조건은 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법은 전일 전력 입찰에 참여하기 위한 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 전력 입찰 용량을 미리 정확하게 구체화시켜 설정 및 적용할 수 있도록 함으로써, 전력 계통으로부터 주파수 신호를 받아 전력 공급 서비스를 수행하는 전력회사나 사업자들이 ESS 운용 이득을 최대화할 수 있도록 한다.

또한, 주파수 조절 시스템 운용을 위한 전일 전력 입찰에 참여시, 전력 입찰 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 각 시간대 별 전력 충전 용량 및 방전 용량을 전력 판매 수익이 최대가 되도록 최적화시켜, 정확하게 산출함에 따라 시스템 운용 및 안정성 측면에서 이점을 가져 갈 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초기 데이터 입력부의 초기 데이터 자동 설정 및 입력과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 및 제2 제약 조건 설정부의 제약조건 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 연산 최적화 기법을 통해 최종적으로 추출된 각 시간대 별 충/방전 용량을 결과적으로 나타낸 도면이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

전력계통의 주파수 조정용 ESS를 이용해 주파수 제어에 따라 전력 계통과 해당 ESS들 간에 호환성을 제공하는 주파수 제어 시스템 및 방식이 이용되고 있다. 이러한 주파수 제어 방식 중 FRRS(Fast Responding Regulation Service)는 기존의 주파수 보정방식보다 빠른 응동 속도를 이용하여 계통의 주파수 변동에 대한 영향을 최소화시키는 역할을 한다.

FRRS 운용을 위한 전력 입찰은 전일 입찰방식(Day Ahead Market)으로 진행되기 때문에 다음날의 각 시간대별 LMP(Locational Marginal Price), 전력 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity) 등을 미리 예측하고, 전력 수급 용량을 전일에 미리 설정하여 입찰 진행해야 한다.

이와 같이, 다음날의 전력 수급 용량을 미리 예측해서 설정해야 하기 때문에 전일 입찰을 위한 가격과 용량에 따른 스케줄링이 필요한바, 본 발명의 전력 입찰 용량 설정 시스템은 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 각 시간대 별 전력 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity) 변동 현황을 목적함수로 계산하여 전력 수급 용량을 정확하게 설정할 수 있다.

본 발명에서는 FRRS 운영 시 이득을 최대화시킬 수 있는 각 시간대 별 FRRS 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity)을 산출해 낼 수 있도록 적어도 하나의 제약 조건과 목적함수를 설정한다. 이때는 과거 정보인 전일의 전력 공시 정보 즉, 전일의 각 시간대 별 LMP 정보, 방전기간 동안의 에너지 가격(예를 들어, UP Price) 정보, 충전기간 동안의 에너지 가격(DOWN Price) 정보 등을 이용할 수 있다. 그리고 적어도 하나의 연산 최적화 기법을 수행하여 현재의 시장의 조건과 FRRS 신호에 대한 응동 조건, 및 화학적 제약조건들을 반영한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성 블록도이다.

도 1에 도시된 전력 입찰 용량 설정 시스템은 초기 데이터 입력부(100), 제약 조건 적용부(200), 목적함수 적용부(300), 최적화 연산부(400), 스케줄링 적용부(500), 및 데이터 베이스(600)를 포함한다.

초기 데이터 입력부(100)는 입찰 프로세스를 수행하기 위한 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 등의 데이터 값들을 입력한다. 여기서, 전날의 각 시간대 별 에너지 가격 데이터, 전날 충/방전된 전력 용량 등의 과거 데이터 자료 등은 미리 확보되어 있기 때문에 미리 입력되거나 고정 값으로 적용된 상태일 수 있다.

제약 조건 적용부(200)는 각 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)의 시간대 별 충전 상태(SOC), 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량, 최대 및 최소 버퍼 용량 등에 따라 적어도 하나의 충/방전 제약 조건을 설정한다. 그리고 입찰 프로그램을 통한 연산 과정에서 제약 조건이 적용되도록 한다. 예를 들어, 제약 조건 적용부(200)는 전력 입찰 용량 설정시, 각 ESS의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 설정 용량의 사이 범위에 유지될 수 있도록 한 조건 등을 미리 설정할 수 있다. 그리고 해당 조건에 따라 각 시간대 별 충/방전 입찰 용량이 설정되도록 할 수 있다. 제약 조건 적용부(200)는 설정되는 충/방전 제약 조건의 수에 따라 다수의 제1 및 제2 제약 조건 설정부(210,220)를 더 구비하여 구성될 수 있다.

목적함수 적용부(300)는 각 ESS의 운용 이득을 최대화할 수 있도록 다음날의 전력 입찰 용량을 시간대 별로 미리 정확하게 구체화시켜 설정 및 적용한다. 이를 위해, 목적함수 적용부(300)는 상기의 각 제약 조건 범위 내에서 각 ESS의 운용 이득을 최대화할 수 있는 목적함수를 설정한다.

각 ESS의 총 충/방전 비용 대비 충/방전 서비스를 수행에 따른 이익 비용의 차이 값을 이득으로 계산하면 그 이득 값 또는 손해인 값을 산출할 수 있다. 이를 기반으로, 목적함수 적용부(300)는 상기의 각 제약 조건 범위 내에서 각 ESS의 운용 이득이 최대화되도록 목적함수를 설정할 수 있다. 전술한 제약 조건 적용부(200)와 목적함수 적용부(300)의 세부 설정 방법과 세부적인 사항은 이후 첨부된 도면 등을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

최적화 연산부(400)는 선택적 랜덤 대입법(PSO; Particle Swarm Optimization) 등의 연산 최적화 기법을 이용하여 상기 각 제약 조건에 따른 목적함수의 연산을 수행한다. 이러한 한 최적화 연산부(400)는 목적함수 연산을 수행하여 최대 이득을 산출하면서, 최대 이득을 위한 ESS 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity)을 각 시간대 별로 산출하게 된다.

스케줄링 적용부(500)는 최적화 연산부(400)에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity), 미리 예측된 LMP, 초기 데이터 입력부(100)에서 입력된 과거 데이터 값 등을 기반으로 스케줄링 프로세스가 진행되도록 한다.

데이터 베이스(600)는 과거 데이터 값, 예를 들어 현재 전일의 시간대 별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 등의 데이터 값들과 새로 산출된 각 시간대 별 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity), 미리 예측된 LMP 등의 데이터를 저장한다. 그리고 필요에 따라 초기 데이터 입력부(100), 제약 조건 적용부(200), 목적함수 적용부(300), 최적화 연산부(400), 스케줄링 적용부(500) 등으로 제공 또는 공유한다.

도 2는 도 1에 도시된 초기 데이터 입력부의 초기 데이터 자동 설정 및 입력과정을 설명하기 위한 도면이다.

초기 데이터 입력부(100)는 입찰 프로세스를 수행하기 위한 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격(LMP) 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 등의 데이터 값들을 입력한다. 여기서, 충전 및 방전 용량의 단위는 메가와트(MW) 또는 키로와트(kW) 단위 등으로 가변 가능하다. 이는 전체 ESS 용량에 기반하여 달라질 수 있다.

구체적으로, 다음날의 전력 수급 용량을 미리 입찰하기 위해서는 입찰 프로그램에 입력해야 할 데이터 입력 값들이 필요하다. 이때 전날의 각 시간대 별 에너지 가격 데이터, 및 전날 충/방전된 전력 용량 등의 과거 데이터 자료들은 데이터 베이스(600)에 미리 확보되어 있기 때문에 미리 입력되거나 고정 값으로 적용된 상태일 수 있다. 하지만, 입력해야 할 데이터 값들 중, 각 시간대 별 LMP, 각 시간대 별 방전용량(예를 들어, FRRS UP capacity), 그리고 각 시간대 별 충전 용량(예를 들어, FRRS DOWN capacity)은 예측이 필요한 데이터 값들이다. 이에, 예측이 필요한 값들은 우선 적정 범위 내에서 랜덤값을 넣어두거나 전일 값을 적용하여도 된다.

도 3은 도 1에 도시된 제1 및 제2 제약 조건 설정부의 제약조건 설정 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제약 조건 적용부(200)에서는 각 ESS의 충전 상태(SOC), 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량(FL,EL), 최대 및 최소 버퍼 용량(B_FL,B_EL) 등에 따라 적어도 하나의 충/방전 제약 조건을 설정한다. 여기서, 충/방전 제약 조건은 전력 입찰 용량 설정시, 각 ESS의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 설정 용량의 사이 범위에 유지될 수 있도록 하는 등의 조건이 될 수 있다.

예를 들어, 충/방전 제약 조건 중 제1 제약 조건의 경우는 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 설정 용량(FL,EL)의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이 될 수 있다. 이러한 제1 제약 조건은 하기의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이다. 그리고 Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이다. 아울러, MAX_power는 ESS의 총 저장 용량인 최대 출력량이며, bp는 충/방전 용량이다.

이에, 제약 조건 적용부(200)의 제1 제약 조건 설정부(210)는 각 ESS의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 설정 용량의 사이 범위에서 유지될 수 있도록 하는 제1 제약 조건에 따라 각 시간대 별 충/방전 입찰 용량이 설정되도록 한다.

충/방전 제약 조건 중 제2 제약 조건의 경우는 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 버퍼 용량(B_FL,B_EL)의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이 될 수 있다. 이러한 제2 제약 조건은 하기의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.

[수학식 2]

여기서, agc_up 은 FRRS up 신호이며, agc_down 은 FRRS down 신호이다. 그리고 eff_dch 는 방전 효율이고, eff_ch 는 충전 효율이다. 아울러, E_rate 는 전체의 배터리 용량이며, SOC는 저장장치의 충전 상태이다. 그리고 SOC(t)는 현재시간 t에서 에너지 저장장치의 충전 상태이며, 현재시간 t는 단위시간으로 정의된다. 여기서 SOC(1)=SOC(25)의 의미는 하루가 지난 다음날의 SOC가 전날의 초기 SOC와 동일하게 유지한다는 조건을 표현한다. 예를 들면, t=2일 때 1 a.m.내지 2 a.m.에서의 SOC 총 양을 의미한다.

이에, 제약 조건 적용부(200)의 제2 제약 조건 설정부(220)는 각 ESS의 충전 상태(SOC)가 미리 설정된 최대 및 최소 버퍼 용량(B_FL,B_EL)의 사이 범위에서 유지될 수 있도록 하는 제2 제약 조건에 따라 각 시간대 별 충/방전 입찰 용량이 설정되도록 한다.

이와 같이, 제1 및 제2 제약 조건이 설정 및 적용되도록 한 상태에서 목적함수 적용부(300)는 상기의 각 제약 조건 범위 내에서 각 ESS의 운용 이득이 최대화 되도록 목적함수를 설정할 수 있다.

하기의 수학식 3으로 도시된 바와 같이, 목적함수는 각 ESS의 총 충/방전 비용 대비 충/방전 서비스를 수행에 따른 이익 비용의 차이 값을 이득 값으로 계산하는 방식을 기반으로 설정될 수 있다.

[수학식 3]

상기 수학식 3의 정의를 토대로 상기 제1 및 제2 제약 조건을 반영하여 최대 이득인 Maximize[Total benefit]을 추출하는 목적함수는 하기의 수학식 4와 같이 도시할 수 있다.

[수학식 4]

여기서, damcpc_up은 전일 시장 FRRS up 가격이고, damcpc_down은 전일 시장 FRRS down 가격이다. 그리고 LMP는 전일 시장의 에너지 가격이고, Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이며, Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이다. bp(base point)는 에너지 충/방전 필요 용량으로서 전체 용량을 1로 볼 때의 비율이다. 다시 말해, bp는 균등분배 방식에서 에너지 충/방전을 위한 필요 전일 시장 에너지 입찰용량으로서, 전체 용량을 1로 보는 비율이 된다.

도 4는 연산 최적화 기법을 통해 최종적으로 추출된 각 시간대 별 충/방전 용량을 결과적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 최적화 연산부(400)는 선택적 랜덤 대입법(PSO; Particle Swarm Optimization) 등의 연산 최적화 기법을 이용하여, 수학식 1 및 2로 정의된 제1 및 제2 제약 조건에 따른 수학식 4의 목적함수의 연산을 수행한다. 이러한 최적화 연산부(400)는 연산 최적화 기법으로 수학식 4의 목적함수 연산을 수행하여 최대 이득을 산출하면서, 최대 이득 값이 되었을 때의 ESS 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity)을 각 시간대 별로, 도 4와 같이 산출하게 된다.

이후, 스케줄링 적용부(500)는 최적화 연산부(400)에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 용량(FRRS DOWN capacity) 및 방전 용량(FRRS UP capacity), 미리 예측된 LMP, 초기 데이터 입력부(100)에서 입력된 과거 데이터 값 등을 기반으로 스케줄링 프로세스가 진행되도록 한다.

이와 같은 방식으로 본 발명의 실시 예에 따른 전력 입찰 용량 설정 시스템 및 그 방법은 전일 전력 입찰에 참여하기 위한 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 전력 입찰 용량을 미리 정확하게 구체화시켜 설정 및 적용할 수 있도록 한다. 이 경우 전력 계통으로부터 주파수 신호를 받아 전력 공급 서비스를 수행하는 전력회사나 사업자들이 ESS 운용 이득을 최대화할 수 있다.

또한, 주파수 조절 시스템 운용을 위한 전일 전력 입찰에 참여시, 전력 입찰 스케줄링 프로세스 과정에서 다음날의 각 시간대 별 전력 충전 용량 및 방전 용량을 전력 판매 수익이 최대가 되도록 최적화시켜, 정확하게 산출함에 따라 시스템 운용 및 안정성 측면에서 이점을 가져 갈 수 있다.

상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시 예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시 예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

100: 초기 데이터 입력부
200: 제약 조건 적용부
210: 제1 제약조건 설정부
220: 제2 제약조건 설정부
300: 목적함수 적용부
400: 최적화 연산부
500: 스케줄링 적용부
600: 데이터 베이스

Claims

에너지 저장 시스템의 저장 용량과 충전 상태에 따라 충/방전 제약조건을 설정하는 제약조건 적용부;
상기 에너지 저장 시스템의 운용 이득을 최대화하는 목적함수를 상기 충/방전 제약조건 범위 내에서 설정하는 목적함수 적용부; 및
상기 충/방전 제약 조건에 따른 상기 목적함수의 연산을 수행하여 운용 이득을 최대화하는 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 최적화 연산부를 포함하고,
상기 목적함수 적용부는
상기 충/방전 제약 조건에 의해 설정된 상기 에너지 저장 시스템의 용량 범위 내에서 충전 상태가 유지되도록 하면서, 상기 에너지 저장 시스템의 총 충/방전 비용 대비 충/방전 서비스 수행에 따른 이익 비용의 차이 값을 이득 값으로 계산하는 방식을 기반으로 상기의 목적함수를 설정하는
전력 입찰 용량 설정 시스템.
제 1 항에 있어서,
입찰 프로세스를 수행하는 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 중 적어도 하나의 데이터 값들을 입력하는 초기 데이터 입력부; 및
상기 최적화 연산부에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 및 방전 용량, 미리 예측된 LMP, 상기 초기 데이터 입력부에서 입력된 과거 데이터를 기반으로 스케줄링 프로세스를 진행하는 스케줄링 적용부;
를 더 포함하는 전력 입찰 용량 설정 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제약 조건 적용부는
상기 에너지 저장 시스템의 의 충전 상태, 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량, 최대 및 최소 버퍼 용량 중 적어도 하나의 사항에 따라 상기 충/방전 제약 조건을 설정하고,
상기 충/방전 제약 조건 중 제1 제약 조건은 상기 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이며,
상기 충/방전 제약 조건 중 제2 제약 조건은 상기 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건인 전력 입찰 용량 설정 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 제약조건은
상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 하기의 수학식 1과 같이 정의되며,
[수학식 1]

여기서, Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이며, Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이며, MAX_power는 ESS의 총 저장 용량인 최대 출력량이고, bp는 충/방전 용량인 전력 입찰 용량 설정 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 제약조건은
상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 하기의 수학식 2와 같이 정의되며,
[수학식 2]

여기서, agc_up 은 FRRS up 신호이며, agc_down 은 FRRS down 신호이고, eff_dch 는 방전 효율이며, eff_ch 는 충전 효율이며, E_rate 는 전체의 배터리 용량이고, SOC는 저장장치의 충전 상태고, t는 시간단위로써 SOC(1)=SOC(25)의 의미는 하루가 지난 다음 날의 SOC는 전날의 초기 SOC와 동일하게 유지한다는 조건임을 특징으로 하는 전력 입찰 용량 설정 시스템.
삭제
제 5 항에 있어서,
상기 목적함수는
상기 제1 및 제2 제약 조건을 반영하여 다음 날 각 시간대별 이득의 총합과 시간대별 에너지 구매/판매 수익의 합이 최대가 되는 FRRS UP/DOWN 및 에너지의 입찰용량들을 추출할 수 있도록 하기의 수학식 4로 정의되며,
[수학식 4]

여기서, damcpc_up은 전일 시장 FRRS up 가격이고, damcpc_down은 전일 시장 FRRS down 가격이며, LMP는 전일 시장의 에너지 가격이며, Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이고, Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이며, bp(base point)는 에너지 충/방전을 위한 필요 전일 시장 에너지 입찰용량으로서, 전체 용량을 1로 보는 비율 균등분배 방식의 전력 입찰 용량 설정 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 최적화 연산부는
연산 최적화 기법 중 선택적 랜덤 대입법(Particle Swarm Optimization)을 이용하여, 상기 수학식 1 및 2로 정의된 제1 및 제2 제약 조건에 따른 수학식 4의 목적함수의 연산을 수행하되,
상기 수학식 4의 목적함수 연산을 수행하여 최대 이득을 산출하면서, 최대 이득 값이 되었을 때의 상기 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 전력 입찰 용량 설정 시스템.
에너지 저장 시스템의 저장 용량과 충전 상태에 따라 충/방전 제약조건을 설정하는 단계;
상기 에너지 저장 시스템의 운용 이득을 최대화하는 목적함수를 상기 충/방전 제약조건 범위 내에서 설정하는 목적함수 설정 단계; 및
상기 충/방전 제약 조건에 따른 상기 목적함수의 연산을 수행하여 운용 이득을 최대화하는 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 최적화 연산 단계를 포함하고,
상기 목적함수 설정 단계는
상기 충/방전 제약 조건에 의해 설정된 상기 에너지 저장 시스템의 용량 범위 내에서 충전 상태가 유지되도록 하면서, 상기 에너지 저장 시스템의 총 충/방전 비용 대비 충/방전 서비스 수행에 따른 이익 비용의 차이 값을 이득 값으로 계산하는 방식을 기반으로 상기의 목적함수를 설정하는
전력 입찰 용량 설정 방법.
제 9 항에 있어서,
입찰 프로세스를 수행하는 프로그램과 과거의 데이터인 현재 전일의 시간대별 에너지 가격 데이터, 충전 및 방전된 전력 용량 중 적어도 하나의 데이터 값들을 입력하는 초기 데이터 입력단계; 및
최적화 연산부에서 최종적으로 설정된 각 시간대 별 충전 및 방전 용량, 미리 예측된 LMP, 상기 초기 데이터 입력부에서 입력된 과거 데이터를 기반으로 스케줄링 프로세스를 진행하는 스케줄링 적용단계;
를 더 포함하는 전력 입찰 용량 설정 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제약조건을 설정하는 단계는
상기 에너지 저장 시스템의 의 충전 상태, 총 저장 용량, 최대 및 최소 설정 용량, 최대 및 최소 버퍼 용량 중 적어도 하나의 사항에 따라 상기 충/방전 제약 조건을 설정하고,
상기 충/방전 제약 조건 중 제1 제약 조건은 상기 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건이며,
상기 충/방전 제약 조건 중 제2 제약 조건은 상기 에너지 저장 시스템의 총 저장 용량에 대비하여 현재의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 한 조건인 전력 입찰 용량 설정 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 제약조건은
상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 설정 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 하기의 수학식 1과 같이 정의되며,
[수학식 1]

여기서, Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이며, Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에서의 참여 용량으로서, FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이며, MAX_power는 ESS의 총 저장 용량인 최대 출력량이고, bp는 충/방전 용량인 전력 입찰 용량 설정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 제약조건은
상기 에너지 저장 시스템의 충전 상태가 상기 최대 및 최소 버퍼 용량의 사이에 유지되는 범위에서만 연산이 진행되도록 하기의 수학식 2와 같이 정의되며,
[수학식 2]

여기서, agc_up 은 FRRS up 신호이며, agc_down 은 FRRS down 신호이고, eff_dch 는 방전 효율이며, eff_ch 는 충전 효율이며, E_rate 는 전체의 배터리 용량이고, SOC는 저장장치의 충전 상태이며, t는 시간단위로써 SOC(1)=SOC(25)의 의미는 하루가 지난 다음날의 SOC가 전날의 초기 SOC와 동일하게 유지한다는 조건을 표현한 것을 특징으로 하는 전력 입찰 용량 설정 방법.
삭제
제 13 항에 있어서,
상기 목적함수는
상기 제1 및 제2 제약 조건을 반영하여 다음 날 각 시간대별 이득의 총합과 시간대별 에너지 구매/판매 수익의 합이 최대가 되는 FRRS UP/DOWN 및 에너지의 입찰용량들을 추출할 수 있도록 하기의 수학식 4로 정의되며,
[수학식 4]

여기서, damcpc_up은 전일 시장 FRRS up 가격이고, damcpc_down은 전일 시장 FRRS down 가격이며, LMP는 전일 시장의 에너지 가격이고 Capa_up은 FRRS up 주파수 신호에 의해 방전되는 용량이며, Capa_down은 FRRS down 주파수 신호에 의해 충전되는 용량이고, bp는 에너지 충/방전 필요 용량으로서 전체 용량을 1로 볼 때의 비율인 전력 입찰 용량 설정 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 최적화 연산 단계는
연산 최적화 기법 중 선택적 랜덤 대입법(Particle Swarm Optimization)을 이용하여, 상기 수학식 1 및 2로 정의된 제1 및 제2 제약 조건에 따른 수학식 4의 목적함수의 연산을 수행하되,
상기 수학식 4의 목적함수 연산을 수행하여 최대 이득을 산출하면서, 최대 이득 값이 되었을 때의 상기 충전 및 방전 용량을 각 시간대 별로 산출하는 전력 입찰 용량 설정 방법.