KR101888877B1 - Method for designing renewalbe ennergy hibrid power generation system - Google Patents
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Abstract
둘 이상의 신재생에너지 발전원과 에너지 저장장치를 포함하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하는 방법이 개시된다. 개시된 설계 방법에서는, 설비별 기기를 수개의 군집으로 구분하고 각 군집을 대표하는 수개의 중심기기에 대해서만 조합을 만들어 선형계획법을 수행하여 용량 및 최적 중심기기를 선정하고, 선정된 중심기기에 대응되는 군집에 포함된 기기들에 대해서만 정수계획법을 수행하여 최종적으로 기기를 선정하므로, 실질적으로 모든 기기에 대한 검토를 하는 효과를 제공하면서도 설계안 도출에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있다.A method for designing a renewable energy hybrid power generation system including two or more renewable energy generation sources and an energy storage device is disclosed. In the disclosed design method, a device is classified into several clusters, and only a few central devices representative of each cluster are combined to perform a linear programming method to select a capacity and an optimum center device. Then, By only performing the integer programming for the devices included in the cluster and selecting the final device, it is possible to substantially reduce the time required to obtain the design while providing the effect of reviewing substantially all the devices.
Description
본 발명은 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하는 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 둘 이상의 신재생에너지 발전원과 에너지 저장장치를 포함하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of designing a renewable energy hybrid power generation system, and more particularly, to a method of designing a renewable energy hybrid power generation system including two or more renewable energy generation sources and an energy storage device.
최근 신재생에너지 별로 그리드 패러티(grid parity) 달성 지역이 확대되면서 신재생에너지 산업 성장을 위한 자생력이 확보되는 추세이다. 또한, 유가하락에도 불구하고 신재생에너지 시장은 높은 성장세를 유지하고 있다. 이는 운송과 발전이라는 수요시장의 차이, 정책 의지 및 기술 발달 등에 따른 것으로 분석된다.In recent years, the area where grid parity is achieved has expanded, and thus, the self-sustaining power for the growth of the renewable energy industry is secured. In addition, despite the drop in oil prices, the renewable energy market is maintaining a high growth rate. It is analyzed that this is due to differences in demand market such as transportation and power generation, policy will and technological development.
신재생에너지 하이브리드 시스템은 2개 이상의 신재생에너지 발전원과 에너지 저장장치를 결합한 에너지 (전력, 열 및 가스) 공급 시스템으로서, 불균일한 신재생에너지 생산량, 지역별로 불균등한 자원 분포 등의 문제를 보완하여 신재생에너지 보급 확대에 기여하고 있다. 국내외적으로 신재생에너지 하이브리드 시스템에 대한 다양한 실증이 진행되고 있다. 전력만을 공급하는 시스템으로서는, 태양광-풍력 하이브리드 발전시스템 또는 태양광-풍력-디젤 하이브리드 발전시스템 등이 널리 연구되고 있다. 이러한 하이브리드 발전시스템을 효율적으로 운영하기 위하여 수요 예측 및 기상 데이터를 활용한 시스템 설계 기술의 중요성이 높아지고 있다.The renewable energy hybrid system is an energy (power, heat and gas) supply system that combines two or more renewable energy generation sources with energy storage devices. It replaces the problems of uneven renewable energy production and unequal distribution of resources by region. And contributes to expanding the supply of renewable energy. A variety of demonstration of new and renewable energy hybrid systems is underway in Korea and abroad. As a system for supplying electric power only, a solar-wind power hybrid power generation system or a solar-wind power-diesel hybrid power generation system is widely studied. In order to efficiently operate such a hybrid power generation system, system design technology utilizing demand forecasting and weather data is becoming more important.
한국 특허공개공보 2013-0141288호에는 독립형 마이크로그리드 시스템의 분산전원 적정용량을 산정하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 주어진 용량후보군에 대하여 선형계획법을 이용하여 목적함수를 만족시키는, 예를 들어 비용이 최소가 되는, 용량후보군 및 최적 용량을 결정한다. 그러나, 설비별로 주어진 기기의 수가 많은 경우, 모든 기기에 대하여 선형계획법을 수행하므로 설비별로 기기의 수가 많으면 계산해야 하는 조합의 수가 크게 늘어나고 설계안 도출에 상당한 시간이 소요되는 문제가 있다. 또한, 최적용량이 정수가 아닌 실수로 주어지기 때문에 실제 기기의 수를 결정하기 곤란하다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0141288 discloses an apparatus and a method for estimating an appropriate capacity of a distributed power source of a stand-alone micro grid system. In this document, for a given capacity candidate group, a linear programming method is used to determine the capacity candidate group and the optimum capacity that satisfy the objective function, for example, the cost is minimized. However, when a large number of equipments are provided for each facility, a linear programming method is performed for all the equipments. Therefore, when the number of equipments is large, the number of combinations to be calculated is greatly increased. In addition, since the optimum capacity is given as a real number instead of an integer, it is difficult to determine the actual number of devices.
일본 특허공보 5179423호에는 에너지 시스템 최적화 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 주어진 기기조합에 대하여 혼합정수선형계획법을 이용하여 목적함수를 만족시키는, 예를 들어 비용이 최소가 되는 기기조합 및 최적 용량을 결정한다. 그러나, 주어진 모든 기기에 대하여 혼합정수계획법을 수행하므로 설비별로 기기의 수가 많으면 계산해야 하는 조합의 수가 크게 늘어나고 설계안 도출에 상당한 시간이 소요되며, 제한조건이 많은 경우 도출 자체가 불가능할 수 있다. 이러한 문제점은 동일한 출원인의 후속특허에서도 언급되고 있는데, 일본 특허공보 5559414호에서는, 일본 특허공보 5179423호에 기재된 기술은, 개별의 건물을 대상으로 하였기 때문에 지역 냉난방 시스템이나 공장과 같은 대규모 플랜트에 대응하는 계산 로직이 없으며, 구속조건이 많은 케이스에서는 엄밀해를 추구하는 나머지 최적해가 얻어지지 않는 문제가 있다고 지적하고 있다.Japanese Patent Publication No. 5179423 discloses an energy system optimization method and apparatus. In this document, for a given device combination, mixed integer linear programming is used to determine the combination of devices and the optimal capacity that satisfy the objective function, e.g., the cost is minimum. However, since the mixed integer programming is performed for all given devices, the number of combinations that must be calculated if the number of devices is large increases considerably, and it takes a considerable amount of time to derive the design. This problem is also mentioned in the succeeding patents of the same applicant. In the Japanese Patent Publication No. 5559414, the technology described in Japanese Patent Publication No. 5179423 is intended for individual buildings, There is no calculation logic, and there is a problem that the optimal solution is not obtained in the case where the constraint condition is large.
기기의 배치와 관련하여, 미국 특허공보 8751209호에는, 유독물이 확산되는 것을 신속하게 확인할 수 있도록 센서 기기를 어디에 배치할 것인가 하는 사안을 유전 알고리즘을 이용하여 계산하는 내용이 개시되어 있다.Regarding the arrangement of devices, U.S. Patent Publication No. 8751209 discloses a method of calculating where a sensor device is to be placed so as to quickly confirm the diffusion of a toxic substance using genetic algorithms.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실질적으로 모든 기기에 대한 검토를 수행하면서도 설계안 도출에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for designing a new and renewable energy hybrid power generation system which can substantially reduce time required for deriving a design while carrying out a review of substantially all devices.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르는, 지정된 대상지역에 배치되는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법으로서, (a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및 (b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계를 포함하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a computer-implemented method for designing a renewable energy hybrid power generation system arranged in a designated target area, the method comprising the steps of: (a) Based on the data for optimal design including data on the facilities and data on how many devices corresponding to the respective facilities are to be grouped (hereinafter referred to as "cluster number per facility"), Determining a number of devices and corresponding optimal devices; And (b) determining a place for arranging the power generation system in the target area based on the information about the optimum equipment for each facility and the number of the optimum equipment. A computer implemented method is provided.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서; 및 컴퓨터로 실행가능한 명령을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하되, 상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 상기 컴퓨터로 실행가능한 명령은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의하여, 지정된 대상지역에 배치되는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 방법으로서, (a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및 (b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 수행되도록 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus comprising: at least one processor; And at least one memory for storing computer-executable instructions, wherein the computer-executable instructions stored in the at least one memory comprise instructions for causing the at least one processor to perform the steps of: A method for designing a power generation system, comprising the steps of: (a) determining at least one facility constituting a power generation system and a plurality of devices corresponding to each of the facilities, Determining a number of the optimum apparatus and the number of the optimum apparatus for each apparatus based on the data for the optimum design including the number of the optimum apparatuses; And (b) determining a place for disposing the power generation system in the target area based on the information about the optimum apparatus for each facility and the number of the optimum apparatuses, An apparatus for designing a system is provided.
본 발명의 또다른 형태에 따르면, 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 실행되면, 지정된 대상지역에 배치되는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 방법으로서, (a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및 (b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 수행되도록 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.According to another aspect of the present invention there is provided a method for designing a renewable energy hybrid power generation system that is stored in a non-volatile storage medium and is executed by a processor and is located in a designated target area, the method comprising: (a) Based on data for optimum design including at least one facility and data on how many devices corresponding to each of the facilities are to be divided into several communities (hereinafter referred to as "number of clusters per facility"), Determining an optimal device and a number of the optimum device; And (b) determining a location for arranging the power generation system in the target area based on the information about the optimum equipment for each facility and the number of the optimum equipment. A program product is provided.
본 발명에 따라, 실질적으로 모든 기기에 대한 검토를 수행하면서도 설계안 도출에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 설계 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a method of designing a new and renewable energy hybrid power generation system capable of substantially reducing the time required for deriving a design while carrying out a review of substantially all of the devices.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의하여 설계될 수 있는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 설계 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일부를 나타내는 흐름도.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있는 컴퓨팅 장치의 일 예를 도시하는 블럭도.
도 5는 도 4에 도시된 블럭도에 도시된 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 설명하는 시이퀀스 다이어그램.
도 6은 도 4에 도시된 블럭도에 도시된 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 설명하는 시이퀀스 다이어그램.
도 7은 본 발명에 따른 실시예에서, 1년간 시간별 신재생에너지 생산량을 예측하는 일 예를 나타내는 것으로서, (a)는 태양광 에너지, (b)는 풍력 에너지를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예에서, 1년간 시간별 에너지 수요량을 예측하는 예를 나타내는 것으로서, 부하의 종류에 따라 에너지 수요량이 다르게 예측되는 것을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예에서, 설비별로 기기 및 해당 기기의 개수가 선정된 결과를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 실시예에서, 그리드맵을 이용하여 발전시스템의 기기를 배치하는 과정을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 실시예에서, 동일한 종류의 설비는 인접하게 배치되도록 하는 방법을 설명하는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 실시예에서, 구속조건에 따라 발전시스템의 설비의 배치 결과가 달라지는 것의 일 예를 나타내는 도면.1 schematically illustrates an example of a renewable energy hybrid power generation system that can be designed by the method according to the present invention;
2 is a flowchart showing a method of designing a renewable energy hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a flow diagram illustrating a portion of a method according to one embodiment of the present invention shown in Figure 2;
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a computing device that may be used to implement the methods shown in FIGS. 2 and 3; FIG.
5 is a sequence diagram illustrating an embodiment of a method according to the present invention that may be performed in the computing device shown in the block diagram shown in Fig.
FIG. 6 is a sequence diagram illustrating another embodiment of a method according to the present invention that may be performed in the computing device shown in the block diagram shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 7 shows an example of predicting the amount of new and renewable energy production over time for one year in the embodiment of the present invention, wherein (a) represents solar energy, and (b) represents wind energy.
FIG. 8 shows an example of predicting the energy demand amount over time for one year in the embodiment of the present invention, and shows that the energy demand amount is predicted differently depending on the type of the load.
9 is a diagram showing a result of selecting a device and the number of the devices for each device in the embodiment according to the present invention.
10 is a diagram showing a process of arranging devices of a power generation system using a grid map in an embodiment according to the present invention.
11 is a view for explaining a method of arranging facilities of the same kind adjacent to each other in the embodiment according to the present invention.
12 is a diagram showing an example of a result of arrangement of facilities of a power generation system depending on a constraint condition in an embodiment according to the present invention;
이하에서는, 본 발명에 따른 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 설계 방법에 관한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a method for designing a renewable energy hybrid power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 설계 방법에 의하여 설계될 수 있는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 일 예가 도시되어 있다. 도시된 발전시스템은, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System) 및 디젤 발전기를 포함한다. 디젤 발전기를 제외한 다른 장치들은 직류/교류 인버터에 의하여 그리드에 연결되어 있다. 또한, 에너지 부하가 동일한 그리드에 연결되어 있다. 그리드는 외부의 다른 그리드와 연결되거나, 독립적으로 도시된 장치들 간에만 연결될 수 있다. 도시되지 않은 제어부에 의하여, 신재생에너지의 생산량에 따라, 에너지 저장장치의 충방전 운전 및/또는 디젤 발전기의 운전 등이 제어될 수 있다. FIG. 1 shows an example of a renewable energy hybrid power generation system that can be designed by a design method according to the present invention. The illustrated power generation system includes a solar power generator, a wind power generator, an energy storage system (ESS), and a diesel generator. Other devices, except for diesel generators, are connected to the grid by DC / AC inverters. Also, the energy loads are connected to the same grid. The grid may be connected to other external grids, or may be connected only between devices shown independently. Depending on the amount of new and renewable energy produced, the charge and discharge operation of the energy storage device and / or the operation of the diesel generator can be controlled by a control section (not shown).
도 1에 도시된 신재생에너지 하이브리드 발전시스템은 일 예로서, 이러한 구성으로 한정하고자 하는 것은 아니며, 다른 종류의 발전장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신재생에너지 발전장치로서는 태양열 발전기, 지열 발전기 등 모든 종류의 신재생에너지 발전장치가 포함될 수 있으며, 종래의 발전장치로서 연료를 사용하는 다양한 종류의 발전장치가 포함될 수 있다.The renewable energy hybrid power generation system shown in FIG. 1 is not limited to such a configuration as an example, and may include other types of power generation apparatuses. For example, the renewable energy generation device may include all kinds of renewable energy generation devices such as solar thermal generators, geothermal generators, and the like, and various types of generators using fuel as conventional power generators may be included.
본 명세서에서는, 어느 한 종류에 속하는 발전장치를 포괄하여 호칭하기 위하여 '설비'라는 용어를 사용하며, 각 설비에 해당하는 개별 모델의 발전기를 '기기'라는 용어로 표현한다.In this specification, the term " facility " is used to refer collectively to generators belonging to one type, and the generators of individual models corresponding to each facility are expressed by the term " apparatus ".
이하에서는 도 2 및 도 3에 기초하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지 하이브리드 발전시스템의 설계 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of designing a renewable energy hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
먼저, 발전시스템이 어떤 설비들로 이루어지는지 여부가 주어진다. 예를 들어, 발전시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 에너지 저장장치, 및 디젤 발전기로 구성될 수 있다.First, it is given whether the power generation system is made up of certain facilities. For example, the power generation system can be composed of a solar generator, a wind power generator, an energy storage device, and a diesel generator, as shown in Fig.
다음으로, 단계 S100에서, 발전시스템을 구성하는 설비 각각에 해당되는 복수개의 기기를 몇 개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 설비별 최적 용량, 설비별 최적 운전스케줄 및 설비별 최적 기기와 해당 최적 기기의 개수가 결정된다. 최적 설계를 위한 데이터에는, 대상지역의 기후정보, 대상지역의 에너지 부하 관련 정보, 및 최적화 목적함수가 포함된다.Next, in step S100, data (hereinafter referred to as "data for optimum design ") including data on how to divide a plurality of devices corresponding to each facility constituting the power generation system into a plurality of clusters The optimum capacity for each facility, the optimum operation schedule for each facility, and the number of the optimum apparatus and the number of the optimum apparatus for each facility are determined. The data for the optimum design includes climate information of the target area, energy load related information of the target area, and optimization objective function.
도 3을 참조하여, 단계 S100에 대해서 보다 상세히 설명하면 다음과 같다: Referring to FIG. 3, step S100 will be described in more detail as follows:
단계 S110에서, 각 설비에 해당하는 복수개의 기기를 상기 설비별 군집수 만큼의 군집으로 군집화하고 각 군집의 중심기기를 선정한다. 여기서 군집화 및 각 군집의 중심기기의 선정은 k-medoids 알고리즘을 이용하는 것이 좋다. 이 알고리즘에서는 군집수가 주어지면, 복수개의 기기를 주어진 군집수 만큼의 군집으로 군집화하며 동시에 각 군집의 중심기기가 실제로 존재하는 기기 중의 하나로 선정된다. In step S110, a plurality of devices corresponding to each facility is grouped into a cluster of the number of clusters per facility, and a center device of each cluster is selected. The k-medoids algorithm is recommended for clustering and selection of the central devices of each cluster. In this algorithm, given the number of clusters, a plurality of devices are clustered into a number of clusters of a given number of clusters, and at the same time, one of the devices in which the central devices of each cluster actually exist is selected.
단계 S120에서, 선정된 각 중심기기에 대한 정보, 예를 들어, 중심기기의 성능에 관한 정보, 및 대상지역의 기후 정보에 기초하여 신재생에너지 발전시스템의 에너지 생산량을 예측한다. 예를 들어, 일사량, 풍속 등에 기초하여 태양광 발전기와 풍력 발전기의 에너지 생산량을 예측한다. 에너지 생산량은 1년간 시간별 데이터로 예측될 수 있다.In step S120, the energy production amount of the renewable energy generation system is predicted based on information on each selected center apparatus, for example, information on performance of the center apparatus, and climate information of the target area. For example, we estimate the energy output of solar and wind power generators based on solar radiation, wind speed, and so on. Energy production can be predicted by hourly data over a year.
단계 S130에서, 대상지역의 에너지 부하 관련 정보에 기초하여, 대상지역의 에너지 수요량을 예측한다. 에너지 부하 관련 정보에는 대상지역의 에너지 부하의 종류, 예를 들어, 공장, 농장, 가정집, 학교 등과 같은 부하의 종류 및 각 부하의 개수 등이 포함될 수 있다. 에너지 수요량도 마찬가지로 1년간 시간별 데이터로 예측될 수 있다.In step S130, the energy demand amount of the target area is predicted based on the energy load related information of the target area. The energy load related information may include the type of energy load in the target area, for example, the type of load such as factory, farm, home, school, and the number of each load. Energy demand can also be forecasted over time for one year.
단계 S140에서, 설비별로 설비별 군집수 만큼의 선정된 중심기기로 발전시스템을 구성하는 가능한 모든 중심기기의 조합을 만든 다음, 각 중심기기의 조합에 대하여 선형계획법에 따른 최적설계를 수행한다. 단계 S130에서 계산된 에너지 생산량 예측치와 에너지 수요량 예측치는 선형계획법을 수행시 구속조건 중 어느 하나에 포함될 수 있다. 목적함수는 가격을 최소로 하는 경우와 같이 단일 목적함수로 주어지거나, 가격과 CO2 배출량을 모두 고려하는 다중 목적함수로 주어질 수 있다. 각 중심기기의 조합에 대응되는 목적함수값을 대비하면, 가장 높은 목적함수값에 대응되는 중심기기 조합을 선정할 수 있다. 또한, 선형계획법을 수행하면, 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄이 결정될 수 있다. 이 경우, 선정된 중심기기 조합에 대응되는 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄이 함께 결정된다.In step S140, a combination of all possible center apparatuses constituting the power generation system is selected from the center apparatuses corresponding to the number of clusters per facility, and the optimal design according to the linear programming method is performed for each combination of the center apparatuses. The predicted energy production amount and the predicted energy demand amount calculated in step S130 may be included in any one of the constraints when performing the linear programming method. The objective function can be given as a single objective function, such as minimizing the price, or given as a multiple objective function that takes both price and CO2 emissions into consideration. By comparing the objective function values corresponding to the combinations of the respective center devices, it is possible to select the center device combination corresponding to the highest objective function value. In addition, when the linear programming method is performed, the optimal capacity for each facility and the optimal operation schedule for each facility can be determined. In this case, the optimal capacity for each facility and the optimal operation schedule for each facility corresponding to the selected center device combination are determined together.
단계 S150에서, 선정된 중심기기 조합의 각 중심기기가 포함된 군집에 대하여 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 구속조건으로 포함하는 정수계획법에 따른 최적설계를 수행하여 발전시스템을 구성하는 설비별 최적 기기 및 최적 기기의 수를 결정한다.In step S150, an optimal design according to the integer programming method including the optimal capacity for each facility and the optimum operation schedule for each facility as the constraint condition for the cluster including each center device of the selected center device combination, The number of optimum devices and the number of optimum devices are determined.
끝으로, 단계 S200에서, 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정한다. 이 때, 동일한 설비의 기기들은 서로 인접하게 배치되도록 결정하는 것이 좋다. 기기의 배치에 이용되는 알고리즘은 여러 종류가 있으며, 예를 들어, 유전 알고리즘(genetic algorithm)이 이용될 수 있다. Finally, in step S200, a place for arranging the power generation system in the target area is determined based on the information about the optimum equipment for each equipment and the number of the optimum equipment. At this time, it is preferable that devices of the same facility are determined to be arranged adjacent to each other. There are many kinds of algorithms used in the arrangement of devices, for example, a genetic algorithm can be used.
전술한 실시예에 따른 설계 방법을 포함하여, 본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예들에 따른 설계 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현되어 컴퓨팅 장치에 의하여 수행될 수 있다. 도 4에는 컴퓨터 프로그램으로 구현된 본 발명의 실시예들에 따른 설계 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 장치(1)가 개략적으로 도시되어 있다. 컴퓨터 장치(1)는 일반적인 컴퓨터 시스템일 수 있다. The design method according to the embodiments of the present invention described herein, including the design method according to the above-described embodiments, may be implemented by a computer program and performed by a computing device. Fig. 4 schematically shows a
컴퓨팅 장치(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 프로세서(10), 하나 이상의 메모리(20), 하나 이상의 입력장치(30), 하나 이상의 출력장치(40), 하나 이상의 통신장치(50), 하나 이상의 저장장치(70) 및 이들간의 통신을 위한 통신채널(60)을 구비한다.4, the
프로세서(10)는 컴퓨팅 장치(1) 내에서 명령을 실행하도록 구성된다. 메모리(20)는 컴퓨터 판독 가능한 일시적인 저장 매체로서, 전원이 공급되지 않으면 저장된 데이터를 유지하지 않는다. 메모리(20)는 예를 들어 프로세서(10)가 실행하기 위한 명령, 명령을 실행하기 위하여 필요한 데이터, 명령의 실행에 의하여 발생된 데이터 등을 일시적으로 저장하기 위해 사용된다.The
입력장치(30)는 사용자로부터 다양한 형태의 데이터를 입력받기 위하여 사용되며, 데이터의 형태 및 컴퓨팅 장치(1)에 따라 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 예를 들어 컴퓨팅 장치(1)가 일반적인 컴퓨터 시스템인 경우에는 키보드와 마우스가 사용될 수 있으며, 태블릿 컴퓨터인 경우에는 터치 디스플레이에 표시되는 키보드가 사용될 수 있다. 또한 입력되는 데이터가 영상인 경우에는 카메라가 사용될 수 있으며, 음향인 경우에는 마이크가 사용될 수 있다.The
출력장치(40)는 사용자에게 다양한 형태의 데이터를 제공하기 위하여 사용되며, 데이터의 형태 및 컴퓨팅 장치(1)에 따라 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 예를 들어 디스플레이, 스피커 등의 출력장치가 사용될 수 있다.The
컴퓨팅 장치(1)는 통신장치(50)를 이용하여 외부의 기기 또는 네트워크와 통신한다. 통신장치(50)를 이용하는 통신은 유선, 무선 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.The
저장장치(70)는 컴퓨터로 판독 가능한 장기간의 저장을 위한, 하드디스크 등과 같은 저장 매체이다. 컴퓨팅 장치(1)는 프로세서(10)에 의하여 실행될 수 있는 오퍼레이팅 시스템(2)을 저장한다. 오퍼레이팅 시스템(2)은 컴퓨팅 장치(1)의 작동 및 컴퓨터 프로그램의 실행을 제어한다. 저장장치(70)는 컴퓨팅 장치(1)에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 및/또는 데이터를 저장할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 저장장치(70)는 컴퓨팅 장치(1)에 의하여 실행되는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 복수개의 모듈, 즉, 군집화 모듈(82), 시뮬레이션 모듈(84), 용량설계 모듈(86), 기기선정 모듈(88) 및 최적배치 모듈(92)을 저장한다. 또한, 저장장치(70)는 이들 복수개의 모듈에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위하여 필요한 데이터를 저장한다. 도 4에 도시된 실시예에서는, 저장된 데이터의 예로서, 기후정보 데이터베이스(81), 설비별 기기 데이터베이스(83) 및 그리드맵(91)이 도시되어 있다.4, the
도 5에는 도 4에 도시된 복수개의 모듈이 포함하는 컴퓨터 프로그램을 실행하여 수행되는 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템 설계방법이 도시되어 있다. 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 도시된 실시예에 대하여 설명한다.FIG. 5 illustrates a method of designing a power generation system according to an embodiment of the present invention, which is performed by executing a computer program including a plurality of modules shown in FIG. Hereinafter, the embodiment shown in Figs. 4 and 5 will be described.
발전시스템의 구성 결정Determining the configuration of power generation system
먼저, 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 구성하는 설비를 결정한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 발전시스템에서와 같이, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 에너지 저장장치 및 디젤 발전기를 포함할 수 있다. 발전시스템을 구성하는 설비에 대한 결정은 주로 사용자에 의하여 주어진다.First, we decide the equipment that constitutes the renewable energy hybrid power generation system. For example, a solar generator, a wind turbine, an energy storage device, and a diesel generator, as in the power generation system shown in FIG. The decision on the equipment making up the power generation system is mainly given by the user.
군집화 모듈에 의한 군집화 및 각 군집의 중심기기 선정Clustering by clustering module and selection of center devices for each cluster
설비별 기기 데이터베이스(83)에는 각 설비별로 복수개의 기기들에 대한 정보가 저장된다. 군집화 모듈(82)은 설비별 기기 데이터베이스(83)에 저장된 각 설비별 복수개의 기기들을 소정의 수의 군집으로 분류하고, 각 군집의 중심기기를 선정한다. 이를 위하여, 군집화 (clustering) 기법을 이용한다. The equipment-specific equipment database 83 stores information on a plurality of equipment for each equipment. The
군집화 기법은, 어떤 개체나 대상들을 유사성 또는 거리에 의하여 비슷한 특성을 가진 개체들이 함께 그룹화 되도록 몇 개의 군집으로 집단화하는 분석 기법이다. 군집화 기법과 비슷하게 사용되는 분류 (classification) 기법과의 차이점은 군집의 수 또는 그룹의 구조에 대한 가정이 없고, 오직 개체들 사이의 유사성 또는 거리에 의해서 군집을 형성한다는 점으로서, 분명한 분류 기준이 없거나 알려져 있지 않은 상태에서도 활용될 수 있는 것이 장점이다. 군집화 기법은, 예를 들어, 연결성 기반 군집화 (connectivity-based clustering), 중심 기반 군집화 (centroid-based clustering), 분포 기반 군집화 (distribution-based clustering), 밀도 기반 군집화 (density-based clustering) 등으로 구분될 수 있다. 본 실시예에서는, 중심 기반 군집화 기법 중에서 중심객체 군집화 (k-medoids clustering) 기법을 이용한다. 이 기법에서는 주어진 데이터(객체)를 k개의 군집으로 묶을 때, 실제로 존재하는 k개의 객체를 중심객체로 선택하고 이 객체를 중심으로 하여 나머지 객체들을 k개의 중심객체 중 가장 유사한 중심객체를 기준으로 군집화 하는 기법이다. 중심객체 군집화 기법은, 실제로 존재하는 객체, 즉, 실제로 존재하는 신재생에너지 기기가 해당 군집을 대표하는 객체가 되기 때문에, 후속하는 시뮬레이션 및 용량설계를 위한 선형계획법의 적용에 실제로 존재하는 기기의 속성을 이용할 수 있다는 이점이 있다.The clustering technique is an analytical technique in which individuals or objects are grouped into several clusters so that individuals having similar characteristics by similarity or distance are grouped together. The difference from the classification technique used similar to the clustering technique is that there is no assumption about the number of clusters or the structure of the group and only clusters are formed by the similarities or distances between the entities, It is an advantage that it can be utilized even when it is not known. Clustering techniques are classified into, for example, connectivity-based clustering, centroid-based clustering, distribution-based clustering, and density-based clustering. . In the present embodiment, a center-based clustering technique is used. In this technique, when a given data (object) is grouped into k clusters, k objects that are actually present are selected as the center object, and the remaining objects are grouped based on the closest k objects among the k center objects . Since the actual object clustering technique is a real object, that is, an actual renewable energy device is an object representative of the cluster, the central object clustering technique can be applied to a property of a device actually present in application of a linear programming method for subsequent simulation and capacity design Can be used.
신재생에너지 하이브리드 발전시스템에 포함되는 설비의 종류가 n개이고 각 설비를 k개로 군집화 한다면 가능한 신재생에너지 기기 조합의 개수는 k의 n승이 된다. 후속하는 용량설계를 위한 선형계획법에서 이들 조합 모두에 대하여 선형계획법 계산을 하여야 하므로, 현실적으로 가능한 계산량을 고려하여 군집의 개수 k를 조정한다. 설비별로 군집의 개수는 다르게 결정될 수 있다.If the number of types of facilities included in the renewable energy hybrid power generation system is n and the respective facilities are grouped into k, the number of possible combinations of renewable energy equipment equals to n. In the linear programming for the subsequent capacity design, since the linear programming method must be calculated for all these combinations, the number k of the clusters is adjusted in consideration of the actual calculation amount. The number of clusters may be determined differently for each facility.
중심객체 군집화를 수행하기 위해서는 두 객체 간에 거리의 계산에 이용될 객체의 속성, 즉 해당 설비에 속하는 개별 기기의 속성을 지정해야 한다. 설비의 종류와 무관한 공통적인 속성으로는, 예를 들어, 가격 및 설치 면적이 포함될 수 있다. 추가로, 각 신재생에너지 설비별로 해당 설비의 특성을 반영하는 속성이 포함될 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 설비의 경우, 최대 출력, 최대 출력전압, 최대 출력전류, 개방 전압, 단락 전류, 효율, 모듈별 셀 수량, 셀 종류 등이 포함될 수 있다. 또한, 풍력 발전 설비의 경우, 직경, 발전기 높이, 정격 회전속도, 풍속 범위(시동, 정격, 정지), 일일전력 생산량 등이 포함될 수 있다. 거리 계산에는 유클리드 거리(Euclidean distance)를 이용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지는 않는다. In order to perform central object clustering, an attribute of an object to be used for calculating the distance between two objects, that is, an attribute of an individual device belonging to the facility, must be specified. Common attributes that are irrelevant to the type of equipment may include, for example, price and footprint. In addition, each renewable energy facility may include attributes that reflect the characteristics of the facility. For example, PV equipment can include maximum output, maximum output voltage, maximum output current, open voltage, short-circuit current, efficiency, number of cells per module, and cell type. In the case of wind turbines, it may include diameter, generator height, rated rotation speed, wind speed range (starting, rating, stop), and daily power output. Euclidean distances may be used for distance calculations, but are not necessarily limited thereto.
중심객체 군집화를 수행하기 위한 알고리즘은 복수개의 것이 알려져 있다. 이 중에서 PAM (Partitioning Around Medoids) 알고리즘에 기초하여 중심객체 군집화 과정을 간략히 설명하면 아래와 같다:A plurality of algorithms for performing central object clustering are known. Among them, the central object clustering process based on the Partitioning Around Medoids (PAM) algorithm is briefly described as follows:
(1) 데이터 집합, 즉, 설비별 기기 집합을 구분할 군집의 개수 k를 정한다.(1) Determine the number k of clusters to classify the data set, that is, the set of equipment for each plant.
(2) 설비별로 k개의 중심객체를 임의로 지정한다.(2) Designate k central objects at each facility.
(3) 아래를 반복한다(3) Repeat below
(3-1) 남아있는 객체들을 가장 근접한 중심객체가 속한 군집(cluster)에 할당한다.(3-1) Allocate the remaining objects to the cluster to which the closest center object belongs.
(3-2) 각 군집에 대해 임의로 비중심객체를 선정한다.(3-2) Select non-center objects randomly for each cluster.
(3-3) 비용함수(각 군집 내의 객체에서 중심객체까지의 거리와 비중심객체까지의 거리의 합을 계산하고 이를 모든 군집에 대하여 합한 합계)를 계산하고, 비용함수가 이전에 비해 감소하면 해당 군집에 대하여 비중심객체를 새로운 중심객체로 지정한다.(3-3) The cost function (the sum of the distance from the object in each cluster to the center object and the distance to the non-center object and summing them together for all the clusters) is calculated. If the cost function decreases The noncentral object is designated as the new center object for the cluster.
(4) 비용함수가 감소하지 않으면 반복을 멈추고, 현재의 중심객체 및 이에 대응되는 군집으로 군집화 결과를 제공한다.(4) If the cost function does not decrease, the iteration is stopped and the clustering result is provided to the current central object and its corresponding cluster.
발전시스템을 구성하는 각 설비에 포함된 기기들에 대해 위와 같은 군집화 과정을 수행하면, 각 신재생에너지 설비별로 지정된 수(k)의 중심객체(이하, “중심기기”라고 함) 및 이에 대응되는 기기의 군집이 결정된다(S10). 각 군집의 중심객체로 선정된 k개의 중심기기는 후술하는 시뮬레이션 모듈에 제공되어 시뮬레이션 과정에서 이용된다(S12).When the clustering process is performed on the devices included in each equipment constituting the power generation system, the central object (hereinafter, referred to as " center device ") assigned to each renewable energy facility A cluster of devices is determined (S10). The k center devices selected as the center objects of each cluster are provided to a simulation module to be described later and used in the simulation process (S12).
시뮬레이션 모듈에 의한 에너지 생산 및 에너지 Energy production and energy by simulation module 수요에 대한 시뮬레이션Simulation on Demand
이 단계에서는, 대상지역의 기후 데이터에 기초하여 에너지 생산량을 예측(S22)하고, 대상지역의 부하를 파악하여 에너지 수요량을 예측(S24)한다.In this step, the amount of energy production is estimated based on the climate data of the target area (S22), the load of the target area is estimated, and the amount of energy demand is estimated (S24).
앞에서 설명한 군집화 과정(S10)을 통하여 설비별로 선정된 k개의 중심기기의 속성과 대상지역의 기후 데이터를 이용하면, 각 중심기기에 의하여 생산되는 에너지의 양을 예측할 수 있다. 이를 위해, 시뮬레이션 모듈(84)은 군집화 모듈(82)로부터 제공받은 설비별 중심기기에 대한 정보를 설비별 기기 데이터베이스(81)에 조회하여 파악하며, 기후정보 데이터베이스(81)로부터 대상지역의 기후 데이터를 조회하여 파악한다. 예를 들어, 대상지역의 1년 동안의 시간별 기후 데이터를 이용하여 에너지 생산량을 예측(S22)할 수 있다. 에너지 생산량을 예측한 일 예가 도 7에 도시되어 있다.The amount of energy produced by each center device can be predicted by using the attributes of the k center devices selected for each facility and the climate data of the target area through the clustering process S10 described above. To this end, the
대상지역의 에너지 수요량의 예측에는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 부하의 종류(주택, 사무용 건물, 공장, 창고, 가로등 등)에 따라 시간별 에너지 수요 모델을 구축하고, 대상지역의 부하를 종류에 따라 구분한 후 이를 합산하는 방식으로 에너지 수요를 예측(S24)할 수 있다. 도 8에는 부하의 종류에 따라 1년간 시간별 에너지 수요량을 예측한 일 예가 도시되어 있다.Various methods can be used to predict the energy demand of the target area. For example, by constructing energy demand models over time according to load types (houses, office buildings, factories, warehouses, street lamps, etc.), and estimating energy demand (S24). FIG. 8 shows an example of predicting the amount of energy demand over time for one year depending on the type of the load.
용량결정 모듈에 의한 용량 및 운전스케줄 결정Determine capacity and operation schedule by capacity determination module
신재생에너지 하이브리드 발전시스템에 포함된 각각의 설비의 최적 용량을 결정하고 운전 계획을 수립하기 위하여 선형계획법(linear programming)을 이용할 수 있다. 선형계획법은 선형적 관계로 구성된 수학적 모델에서 최적의 결과(최대 이익 또는 최저 비용)를 도출하기 위한 방법론으로서, 선형 부등식 또는 선형 등식의 형태를 갖는 구속조건을 만족하는 선형 목적함수의 최적화 기법이다. Linear programming can be used to determine the optimum capacity of each facility included in the renewable energy hybrid power generation system and to establish the operation plan. Linear programming is a methodology for deriving optimal results (maximum profit or lowest cost) in a mathematical model composed of linear relationships. It is a linear objective function optimization technique that satisfies constraints with linear inequalities or linear equations.
본 실시예에서 용량계산 모듈(86)은 설비별로 선정된 복수개의 중심기기의 모든 가능한 조합에 대하여 선형계획법을 적용하여 각 중심기기 조합에 대응되는 설비별 최적 용량 및 이에 따른 운전스케줄을 결정한다(S30). 예를 들어, 태양광 발전의 중심기기가 kpv개이고 풍력 발전의 중심기기가 kwt개인 경우, 가능한 조합의 수는 이 둘을 곱한 수(kpv X kwt)가 된다.In the present embodiment, the
선형계획법의 목적함수로서는, 단일 목적함수로서 어느 수준의 신뢰성을 유지하면서 총비용을 최소화하는 것을 이용할 수 있다. 선형계획법에 적용되는 구속조건에는 다음과 같은 것들이 포함될 수 있다:As an objective function of the linear programming method, it is possible to use a single objective function to minimize the total cost while maintaining a certain level of reliability. Constraints that apply to linear programming may include the following:
(1) 수요 공급 매칭(1) Demand matching
임의 시점에 수요와 공급 간의 불일치 부하량은 규정한 범위 내에 있어야 한다.The inconsistent load between demand and supply at any point should be within the specified range.
(2) 배터리 용량 한계(2) Battery capacity limit
배터리는 충전 상태 상한이 있고 한 사이클 내에서 도달할 수 있는 최대 방전 깊이(DOD; depth of discharge)는 소정의 관계를 만족해야 한다.The battery has an upper limit of charge state and the maximum depth of discharge (DOD) that can be reached within one cycle must satisfy a predetermined relationship.
(3) 최대 충전 및 방전 능력(3) Maximum charging and discharging ability
배터리로의 충전 및 방전에 소요되는 전력은 배터리 최대 능력을 초과할 수 없다.The power required to charge and discharge the battery can not exceed the maximum capacity of the battery.
(4) 운전 예비율(4) Operation reserve ratio
운전 신뢰성을 위해 발전기들은 임의의 발전기의 고장으로 인한 전력공급 차질에 따른 전압 강하에 즉시 대응할 수 있어야 한다. 배터리 뱅크는 운전 예비용 자산으로서 전력망에 연계되어야 한다. For operational reliability, the generators must be able to respond immediately to voltage drops due to power supply disturbances due to failure of any generator. The battery bank should be linked to the grid as an operational reserve asset.
(5) 최대 허용 공급 차질 에너지(5) Maximum allowable supply disruption energy
공급 차질 에너지는 용량 부족으로 인해 모니터링 기간 중 발생한 미공급 에너지 예상치로 정의된다. 감내할 서비스 수준을 유지하려면 이 에너지는 어떤 한계 범위를 초과해서는 안 된다.The supply disruption energy is defined as the unadjusted energy estimate that occurred during the monitoring period due to capacity shortage. This energy must not exceed a certain range of limits to maintain a level of service to be tolerated.
(6) 배터리 충전 상태 (SoC; Battery State of Charge)(6) Battery State of Charge (SoC)
충방전 과정 중 임의 시점에 배터리에 저장된 에너지에 연계된 에너지 보존 구속조건을 적용한다.Apply energy conservation constraints associated with the energy stored in the battery at any time during the charging and discharging process.
(7) 충전 및 방전 시간(7) Charging and discharging time
배터리에의 충방전은 동시에 이루어져서는 안 된다. 그러나 이 구속조건은 선형 등식이나 부등식 만으로는 구현이 불가능하다. 따라서 충방전에 대해서는 예를 들어 다음과 같은 구속조건을 적용할 수 있다: “오전 7시 이전 또는 오후 7시 이후에는 방전만 이루어진다. 그 외의 시간에는 충전만 가능하다.”Charging and discharging to and from the battery should not occur at the same time. However, this constraint can not be implemented with linear equations or inequalities alone. Thus, for charging and discharging, for example, the following constraints can be applied: "Only discharge occurs before 7:00 am or after 7:00 pm. Charging is only possible during other times. "
디젤 발전기는 모든 신재생에너지 발전원이 고장난 최악의 경우에도 시간당 전력수요량을 감당할 수 있도록 그 용량이 결정된다. 즉, 디젤 발전기의 용량은 최대 전력 수요를 감당할 수 있도록 정한다.Diesel generators are sized so that every renewable energy source can fail in the worst-case scenario to meet the demand for electricity per hour. That is, the capacity of the diesel generator sets the maximum power demand.
총비용을 최소화하는 단일 목적함수를 적용하면, 각 중심기기 조합에 대응되는 최적 용량이 결정되고, 이와 함께 총비용이 도출된다. 이 경우, 각 중심기기 조합에 대응되는 총비용이 작은 순서로 정렬할 수 있으며, 총비용이 가장 작은 중심기기 조합이 선정된다. Applying a single objective function that minimizes the total cost, the optimal capacity corresponding to each combination of center devices is determined, and the total cost is derived. In this case, the total cost corresponding to each combination of the center devices can be sorted in the order of smallest, and the combination of the center devices with the smallest total cost is selected.
최근에는 신뢰성 극대화, 손실 및 배출공해 최소화와 같은 다른 목적 변수들이 통합되고 있다. 이러한 목적 변수들의 일부는 내재적으로 상충되는 모순을 안고 있어서 시스템 설계자 또는 기획자는 다목적 변수 최적화 (Multi-Objective Optimization; MOO) 기법을 적용한다. 이 경우 그 결과는 대개 파레토 프론트(Pareto front)를 찾는 것인데 이는 다양한 목적변수들 사이에 최상의 트레이드-오프(trade-off)를 제공하는 해의 궤적을 나타낸다. 이 경우 최종 의사 결정은 설계자의 우선순위나 선호에 따라 파레토 프론트에서 선택한다. 파레토 프론트를 이용하는 실시예에 대해서는 도 6에 도시되어 있다. 예를 들어, 총비용과 공해배출량을 최소화하는 목적함수를 적용하면, 각 중심기기 조합에 대응되는 파레토 프론트가 시스템 설계자에게 제공(S34)되며, 이 중에서 시스템 설계자의 의도에 적합한 중심기기 조합이 선택(S36)된다. 선택된 중심기기 조합이 선택되면 이에 대응되는 최적 용량과 운전스케줄도 함께 결정된다.In recent years, other objective variables have been integrated, such as maximizing reliability, minimizing losses and emissions pollution. Some of these objective variables are inherently contradictory, and system designers or planners apply the Multi-Objective Optimization (MOO) technique. In this case, the result is usually to find the Pareto front, which represents the trajectory of the solution providing the best trade-off between the various objective variables. In this case, the final decision is made by the Pareto front according to the designer's preference or preference. An embodiment using a Pareto front is shown in Fig. For example, if an objective function minimizing the total cost and emission of pollutants is applied, a Pareto front corresponding to each combination of the central equipments is provided to the system designer (S34), and a combination of the central equipments suitable for the intention of the system designer is selected S36). When the selected center device combination is selected, the optimum capacity and operation schedule corresponding thereto are also determined.
각 중심기기는 해당하는 군집의 중앙객체로서, 복수개의 객체(신재생에너지 발전 설비의 특정 군집에 포함된 복수개의 기기)를 대표하는 것이다. 따라서, 중심기기가 결정되는 것만으로는 최적의 기기가 결정되는 것은 아니다. 나아가, 선형계획법에서 결정되는 중심기기의 최적 용량은 정수가 아닌 실수 형태로 주어지기 때문에, 현실에서 정수로 주어지는 기기의 개수를 정확하게 반영할 수 없다. 이에 따라, 후술하는 바와 같은 기기 선정 과정을 수행한다.Each center device is a central object of a corresponding cluster and represents a plurality of objects (a plurality of devices included in a specific cluster of renewable energy generation facilities). Therefore, determining the center device alone does not determine the optimum device. Further, since the optimum capacity of the center apparatus determined by the linear programming method is given in the form of a real number rather than an integer, it is impossible to accurately reflect the number of devices given as an integer in reality. Thus, a device selection process as described below is performed.
기기선정 모듈에 의한 기기 선정Selection of equipment by module selection
기기선정 모듈(88)은 정수계획법을 이용하여 각 신재생에너지 발전시스템을 구성하는 기기를 결정한다(S40). 정수계획법(Integer Programming)은 의사결정변수가 정수의 값만을 갖는 수리계획법으로서, 선형계획법에 변수가 정수이어야 한다는 조건을 추가하여 구성되고, 최적해가 정수임를 보장할 수 있는 해법을 사용하여야 한다. The
컴퓨터 기술의 발달로 선형계획법의 경우에는 문제의 크기에 거의 제한을 받지 않고 있으나, 정수계획법의 경우에는 변수의 수와 구속조건의 수가 커지면 최적해를 구하기가 어렵다. 본 실시예에서는 용량 결정 과정에서 선형계획법을 이용하여 선정된 중심기기에 대응되는 군집에 포함된 기기에 대하여만 정수계획법을 적용한다. 따라서, 현실적으로 가능한 시간 내에 최적의 기기를 선정할 수 있다.Due to the development of computer technology, the linear programming method is hardly limited by the size of the problem, but in the integer programming method, it is difficult to obtain the optimal solution when the number of variables and the number of constraints increase. In this embodiment, the integer programming method is applied only to the devices included in the cluster corresponding to the selected center device using the linear programming method in the capacity determination process. Therefore, it is possible to select an optimum device within a practical time.
도 9에는 정수계획법에 의하여 선정된 설비별 기기 및 기기의 개수의 일 예가 도시되어 있다.FIG. 9 shows an example of the number of equipment and equipment for each facility selected by the integer programming method.
기기 선정 과정(S40)에서는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템에 허용되는 면적 및 각 설비별로 허용되는 면적을 구속조건으로 추가할 수 있다. 따라서, 선정되는 기기는 이러한 구속조건을 만족하는 것이 된다.In the device selection process (S40), the allowable area for the renewable energy hybrid power generation system and the allowable area for each facility can be added as the constraint. Therefore, the selected device satisfies this constraint.
최적배치 모듈에 의한 입지 선정Location Selection by Optimal Layout Module
기기 선정 과정에서 결정된 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 구성하는 설비별 기기에 대한 정보를 설비별 기기 데이터베이스(81)에 조회하면 해당 기기를 설치하기 위하여 필요한 면적을 알 수 있으며, 해당 기기의 개수를 곱하면 설비별로 필요한 면적을 알 수 있다(도 9 참조). 각 설비별로 필요한 면적이 확인되면, 다양한 방법을 이용하여 대상지역에 이들 설비를 배치할 수 있다.When the information on the equipment for each equipment constituting the renewable energy hybrid power generation system determined in the equipment selection process is displayed in the equipment database 81 for each equipment, the area required for installing the equipment can be known and the number of the equipment can be multiplied (See FIG. 9). Once the required area for each facility is identified, these facilities can be deployed to the target area using a variety of methods.
본 실시예에서는, 최적배치 모듈(91)은 발전시스템의 입지를 선정하기 위하여 유전 알고리즘을 이용한다. 유전 알고리즘은 주어진 입력조건에 대해서 최소 혹은 최대값을 찾아내는 최적화 알고리즘의 하나로서 기계학습 분야에서 많이 사용되고 있다. 주로 수학적 계산에 의해서 최적값을 도출하기에는 계산량이 너무 많은 문제에 대해서 최적해는 아니지만 빠른 시간 내에 최적해에 유사한 값을 도출해 내기 때문에 많은 응용문제에 활용되고 있다. 유전 알고리즘에서는 해가 존재하는 해집합에서 초기에 랜덤하게 출력값을 설정한 후 세대를 반복하면서 보다 좋은 결과값을 조합해서 다음 세대로 전달하면서 점점 해를 개량해가게 된다(도 10 참조).In this embodiment, the
본 실시예에 따른 입지 선정 과정에서, 유전 알고리즘에 대한 입력으로는 생태 환경 및 공간 분석 GIS 정보를 격자화하고 이를 중첩연산한 데이터가 이용된다. 각 항목별 GIS 정보를 이용한 유전 알고리즘 입력 데이터의 작성 방법은 아래와 같다: In the location selection process according to the present embodiment, as an input to the genetic algorithm, data obtained by latticeizing ecological environment and spatial analysis GIS information and superimposing the data is used. The method of generating genetic algorithm input data using GIS information for each item is as follows:
(1) 지리공간, 인문사회, 환경영향 평가에서 적용되는 평가항목 선정(1) Selection of evaluation items to be applied in geographical space, humanities and society, environmental impact assessment
(2) 각 평가항목별로 대상지역의 GIS 정보에 기초하여 그리드맵을 생성(2) Generate a grid map based on the GIS information of the target area for each evaluation item
(3) 각 평가항목에 관련된 값(평가값)을 각각의 그리드의 속성으로 부여(3) Assigning the value (evaluation value) related to each evaluation item as the attribute of each grid
(4) 모든 그리드에 GIS 중첩연산을 적용하여 통합 그리드맵을 생성.(4) Apply GIS overlay operation to all grids to generate integrated grid map.
생성된 통합 그리드맵(91)은 저장장치(70)에 저장될 수 있다.The generated
구체적인 평가항목은 예를 들어 아래와 같다:Specific evaluation items include, for example:
본 실시예에서, 입지선정에 관한 문제를 수학식으로 표현하면 아래와 같다:In this embodiment, the problem of location selection can be expressed in the form of: < RTI ID = 0.0 >
시설의 종류가 n개이고, 이 중에서 시설 i가 im개의 셀을 점유하고 있을 때, 각 시설의 생태파괴량에 가중치 wi를 곱한 값의 합을 최소화하는 입지를 찾는 문제이다. 여기서 i번째 시설물의 생태파괴량 중 Ecoi는 시설물의 입지에 의해서 결정이 되며, F를 최소화하는 시설 입지를 유전 알고리즘으로 구한다.When the number of facilities is n, and facility i occupies im cells, it is a problem to find the location that minimizes the sum of the amount of ecological destruction of each facility multiplied by the weight wi. In this case, Ecoi is determined by the location of the facility and the location of the facility which minimizes F is obtained by the genetic algorithm.
본 실시예에서는, 동일한 설비의 기기들이 서로 인접하여 배치되도록 하였다. 구체적으로, 초기 설정시 설비별로 중심점이 되는 그리드를 임의로 선정하고, 각 설비별로 필요한 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 반경을 환산한 후, 임의로 선정된 중심점을 기준으로 해당 원의 반경에 포함되는 복수개의 그리드 내에 해당 설비의 기기들이 배치되는 것으로 하였다(도 11 참조). 이 경우, 입지 선정을 위한 유전 알고리즘은 해당 원에 포함되는 복수개의 그리드의 평가값의 합계를 최소화하는 쪽으로 수행된다. 이와 같은 방식으로, 설비별 기기들은 모두 인접한 그리드에 배치되는 것이 보장된다. 설비별로 해당 원의 반경 내에 바다가 포함된 경우, 유전 알고리즘의 다음 세대에서 제외함으로써 설치가 불가능한 지역이 입지로 선정되는 것을 방지한다.In this embodiment, devices of the same facility are arranged adjacent to each other. Specifically, a grid, which is a central point for each facility, is arbitrarily selected at the initial setting, and the radius of the circle having the same area as the area required for each facility is converted, and then a plurality Devices of the facility are arranged in the grid (see Fig. 11). In this case, the genetic algorithm for site selection is performed to minimize the sum of the evaluation values of a plurality of grids included in the circle. In this way, it is ensured that the equipment for each facility is all placed on the adjacent grid. If the facility includes a sea within the radius of the circle, it excludes it from the next generation of the genetic algorithm, thereby preventing an inaccessible area from being selected.
유전 알고리즘에 따른 최적화를 수행함으로써, 신재생에너지 발전시스템을 구성하는 각 기기들이 중첩되지 않으면서 최적화된 입지 결과가 도출된다. 또한, 대상지역에 이미 존재하는 기존 시설에 대해서는, 시설의 속성 설정에 의해서 긍정적인 시설과 부정적인 시설로 분류하고, 긍정적인 시설에 대해서는 가까운 배치를 부정적인 시설에 대해서는 멀리 떨어지는 배치를 제공할 수도 있다(도 12 참조).By performing the optimization according to the genetic algorithm, the optimized location result is obtained without overlapping each device constituting the renewable energy generation system. In addition, existing facilities that already exist in the target area may be classified as positive facilities and negative facilities by property setting of the facility, and may provide a close arrangement for positive facilities and a remote arrangement for negative facilities 12).
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기초로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점은 명백하다. 본 명세서에 기재된 어떤 사항도 본 발명의 범위를 첨부된 특허청구의 범위보다 좁히려는 것은 아니다. 전술한 실시예들은 예시를 위한 것이며 이와 다른 실시 형태를 갖는 것을 배제하고자 하는 것은 아니다.Although the present invention has been described in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings, it is apparent that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Nothing in this specification is intended to limit the scope of the present invention to the scope of the appended claims. The above-described embodiments are for illustrative purposes and are not intended to exclude having other embodiments.
1: 컴퓨팅 장치
2: 오퍼레이팅 시스템
10: 프로세서
20: 메모리
30: 입력장치
40: 출력장치
50: 통신장치
60: 통신채널
70: 저장장치
81: 기후정보 데이터베이스
82: 군집화 모듈
83: 설비별 기기 데이터베이스
84: 시뮬레이션 모듈
86: 용량설계 모듈
88: 기기선정 모듈
91: 그리드맵
92: 최적배치 모듈1: computing device
2: Operating system
10: Processor
20: Memory
30: Input device
40: Output device
50: communication device
60: communication channel
70: Storage device
81: Climate information database
82: Clustering module
83: Equipment database by equipment
84: Simulation module
86: Capacity design module
88: Device selection module
91: Grid map
92: Optimal placement module
Claims (9)
(a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 각각의 상기 설비에 해당하는 복수개의 기기를 상기 설비별 군집수 만큼의 군집으로 군집화한 후 각 군집의 중심기기를 선정하며, 가능한 모든 중심기기의 조합 각각에 대하여 최적의 중심기기 조합을 선정하고, 선정된 최적의 중심기기 조합에 대응되는 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 결정하며, 결정된 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄로부터 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및
(b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계
를 포함하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
A computer-implemented method for designing a renewable energy hybrid power generation system disposed in a designated target area,
(a) an optimum design including at least one equipment constituting the power generation system and data on how many groups of equipment corresponding to each equipment are to be divided into groups (hereinafter referred to as "cluster number per equipment & A plurality of devices corresponding to each of the facilities are grouped into a cluster of as many as the number of clusters per facility and then a center device of each cluster is selected based on the data for each of the center equipments, The optimum equipment and the optimum operation schedule for each equipment corresponding to the selected optimum center equipment combination are determined and the optimal equipment and corresponding equipment Determining a number of optimal devices; And
(b) determining a place for disposing the power generation system in the target area based on the information on the optimum equipment for each equipment and the number of the optimum equipment
And a computer-implemented method for designing a renewable energy hybrid power generation system.
상기 최적 설계를 위한 데이터에는, 대상지역의 기후 정보, 대상지역의 에너지 부하 관련 정보, 및 최적화 목적함수가 포함되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the data for the optimum design includes climate information of the target area, energy load related information of the target area, and optimization objective function.
(a1) 각 설비에 해당하는 복수개의 기기를 상기 설비별 군집수 만큼의 군집으로 군집화하고 각 군집의 중심기기를 선정하는 단계;
(a2) 선정된 각 중심기기에 대한 정보 및 대상지역의 기후 정보에 기초하여 발전시스템의 에너지 생산량을 예측하는 단계;
(a3) 대상지역의 에너지 부하 관련 정보에 기초하여, 대상지역의 에너지 수요량을 예측하는 단계;
(a4) 설비별로 설비별 군집수 만큼의 선정된 중심기기로 발전시스템을 구성하는 가능한 모든 중심기기의 조합을 만들고, 각 중심기기의 조합에 대하여 상기 최적화 목적함수 및 상기 에너지 생산량과 상기 에너지 수요량을 구속조건의 하나로 포함하는 선형계획법에 따른 최적설계를 수행한 후, 각 중심기기의 조합에 대응되는 목적함수값을 대비하여 가장 높은 목적함수값에 대응되는 중심기기 조합을 선정하고, 이에 대응되는 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 결정하는 단계; 및
(a5) 선정된 중심기기 조합의 각 중심기기가 포함된 군집에 대하여 상기 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 구속조건으로 포함하는 정수계획법에 따른 최적설계를 수행하여 발전시스템을 구성하는 설비별 최적 기기 및 최적 기기의 수를 결정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
The method of claim 2, wherein the step (a)
(a1) clustering a plurality of devices corresponding to each facility into clusters corresponding to the number of clusters per facility and selecting the central devices of the clusters;
(a2) estimating the energy production amount of the power generation system based on the information about each selected center device and the climate information of the target area;
(a3) estimating an energy demand amount of the target area based on the energy load related information of the target area;
(a4) A combination of all possible central equipments constituting the power generation system with the selected central equipments as many as the number of clusters per facility is made, and the optimization objective function and the energy production amount and the energy demand amount The optimal design according to the linear programming method included as one of the constraints is performed and then the center device combination corresponding to the highest objective function value is selected by comparing the objective function values corresponding to the combination of the respective center devices, Determining an optimal optimal capacity and an optimal operation schedule for each facility; And
(a5) An apparatus for constructing a power generation system by performing an optimal design according to the integer programming method including the optimum capacity for each facility and the optimal operation schedule for each facility, Determining a number of optimal and optimal devices;
And a computer-implemented method for designing a renewable energy hybrid power generation system.
상기 단계 (a1)의 군집화 및 각 군집의 중심기기의 선정은 k-medoids 알고리즘을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the clustering of step (a1) and the selection of the center devices of each cluster are performed using a k-medoids algorithm.
동일한 설비의 기기들은 서로 인접하게 배치되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
The method of claim 1, wherein in step (b)
And the devices of the same facility are determined to be disposed adjacent to each other. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
유전 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법.
The method of claim 1, wherein in step (b)
And a genetic algorithm is used to design a new renewable energy hybrid power generation system.
적어도 하나의 프로세서; 및
컴퓨터로 실행가능한 명령을 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하되,
상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 상기 컴퓨터로 실행가능한 명령은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의하여,
(a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 각각의 상기 설비에 해당하는 복수개의 기기를 상기 설비별 군집수 만큼의 군집으로 군집화한 후 각 군집의 중심기기를 선정하며, 가능한 모든 중심기기의 조합 각각에 대하여 최적의 중심기기 조합을 선정하고, 선정된 최적의 중심기기 조합에 대응되는 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 결정하며, 결정된 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄로부터 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및
(b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계
가 실행 되도록 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 장치.
An apparatus for designing a renewable energy hybrid power generation system disposed in a designated target area,
At least one processor; And
At least one memory for storing computer executable instructions,
The computer-executable instructions stored in the at least one memory may be, by the at least one processor,
(a) an optimum design including at least one equipment constituting the power generation system and data on how many groups of equipment corresponding to each equipment are to be divided into groups (hereinafter referred to as "cluster number per equipment & A plurality of devices corresponding to each of the facilities are grouped into a cluster of as many as the number of clusters per facility and then a center device of each cluster is selected based on the data for each of the center equipments, The optimum equipment and the optimum operation schedule for each equipment corresponding to the selected optimum center equipment combination are determined and the optimal equipment and corresponding equipment Determining a number of optimal devices; And
(b) determining a place for disposing the power generation system in the target area based on the information on the optimum equipment for each equipment and the number of the optimum equipment
The hybrid power generation system comprising:
대상지역의 기후정보 및 대상지역의 에너지 부하 관련 정보가 저장된 저장장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 장치.
The method of claim 7,
Further comprising a storage device for storing climate information of the target area and information on energy load of the target area.
비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여,
(a) 발전시스템을 구성하는 적어도 하나의 설비 및 각각의 상기 설비에 해당되는 복수개의 기기를 몇개의 군집으로 구획할 것인지에 대한 데이터(이하, "설비별 군집수"라고 함)를 포함하는 최적 설계를 위한 데이터를 기초로 하여, 각각의 상기 설비에 해당하는 복수개의 기기를 상기 설비별 군집수 만큼의 군집으로 군집화한 후 각 군집의 중심기기를 선정하며, 가능한 모든 중심기기의 조합 각각에 대하여 최적의 중심기기 조합을 선정하고, 선정된 최적의 중심기기 조합에 대응되는 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄을 결정하며, 결정된 설비별 최적 용량 및 설비별 최적 운전스케줄로부터 설비별 최적 기기 및 해당 최적 기기의 개수를 결정하는 단계; 및
(b) 상기 설비별 최적 기기에 대한 정보 및 해당 최적 기기의 개수를 기초로 하여, 대상지역에 발전시스템을 배치하기 위한 장소를 결정하는 단계
가 실행 되도록 하는 명령을 포함하는 신재생에너지 하이브리드 발전시스템을 설계하기 위한 비일시적 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program for designing a renewable energy hybrid power generation system disposed in a designated target area,
Stored in a non-volatile storage medium,
(a) an optimum design including at least one equipment constituting the power generation system and data on how many groups of equipment corresponding to each equipment are to be divided into groups (hereinafter referred to as "cluster number per equipment & A plurality of devices corresponding to each of the facilities are grouped into a cluster of as many as the number of clusters per facility and then a center device of each cluster is selected based on the data for each of the center equipments, The optimum equipment and the optimum operation schedule for each equipment corresponding to the selected optimum center equipment combination are determined and the optimal equipment and corresponding equipment Determining a number of optimal devices; And
(b) determining a place for disposing the power generation system in the target area based on the information on the optimum equipment for each equipment and the number of the optimum equipment
A computer program stored in a non-volatile storage medium for designing a renewable energy hybrid power generation system.
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