KR101915416B1 - 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템 - Google Patents

에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치를 이용하여 수용가의 최대수요전력을 제어하는 시스에 관한 것이다. 본 발명은 수용가에서 사용하는 전력량을 실시간으로 측정하여 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측하는 단기 수요예측 모듈, 직전 N 개의 날에 대하여 15분 평균사용전력을 평균하여 기준 사용량을 산출하고, 당일 아침의 전력 사용량과 기준 사용량과의 전력 차이 및 직전 N 개 날의 평균 기온과 당일 기온의 기온 차이를 목표에 반영하여 다음날의 목표를 산정하는 목표산출 모듈 및 에너지 저장장치의 실시간 운전 데이터를 바탕으로 에너지 저장장치 내 배터리의 예상 소진시간을 산정하고 산정된 예상 소진시간과 업무 종료시간을 비교하여 상기 목표산출 모듈에서 산정된 목표를 조정함으로써 에너지저장장치를 운용하는 중에 배터리가 소진되지 않도록 제어하는 최대수요전력제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 에너지저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템 및 그 작동방법을 구현할 수 있으며, 에너지 저장장치를 수용가의 최대부하 제어를 위해 사용할 때 에너지 저장장치를 효과적으로 제어하여 에너지 저장장치의 운용율을 최대로 하면서 수용가의 수요전력을 최대로 낮출 수 있다.

Description

에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템{A PEAK DEMAND CONTROL SYSTEM USING ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.
국제유가 상승, 노후 발전설비의 잦은 고장발생, 신규 원자력발전소의 건설반대 등 국내외적으로 에너지로 인한 불안요인은 갈수록 가증되고 현실화되고 있다. 특히, 전기에너지는 한번 생산된 전기를 대용량 저장시켜 사용하기가 불가능한 특성이 있고, 전력사용량은 매년 증가추세에 있어 전력수용가에서도 전부하 사용 시 필요한 최대수요전력을 감안하여 전력예비율을 확보하고, 추가 증설을 실시하고 있는 상황인데 반해 기존 발전설비는 노후화로 인하여 잦은 고장이 발생하고, 신규 발전소 건설은 환경오염으로 인한 환경단체의 반대와 건설기간의 장기화, 예산부족으로 인해 날이 갈수록 전력부족으로 인한 대규모 정전사태의 우려가 커지고 있는 실정으로 이를 대비한 다양한 에너지 절약방안이 대두되고 있다.
한국전력공사와 에너지관리공단에서는 에너지절약 및 대규모 정전사태 방지를 위하여 하계피크 시 사전에 계약된 전력부하에 대한 직접제어를 실시하기 위하여 2002년도부터 수년간 100kW이상 대규모 전력수용가를 중심으로 최대수요전력제어기와 원격단말장치를 무상 보급하는 직접부하제어 사업을 실시하였지만 직접부하제어 실시로 발생될 정전으로 인한 피해와 불편을 우려한 전력수용가의 비협조로 인하여 큰 실효성을 거두지는 못하였다.
하지만, 최대수요전력제어기는 에너지이용 합리화법에 따른 고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정 및 전력수용가의 전기요금 절감을 위한 자체적인 수요관리 목적으로 관공서 및 공공기관, 교육청을 중심으로 빠르게 확대 보급되었으며, 현재는 민간 전력수용가에도 많은 대수가 설치, 운용되어 에너지절약 방안에 사용되고 있다.
일반적으로, 최대수요전력제어기는 수배전반 내부에 설치되어 있으며, 수배전반은 최대수요전력제어기 이외에도 케이블(Cable), 고장구간 자동개폐기(ASS), 전력용 퓨우즈(PF), 계기용 변성기(MOF), 전력량계(WHM), 변압기(TR), 기중차단기(ACB), 다수의 배선용차단기(MCCB), 다수의 마그네트 스위치(MC), 자동절체스위치(ATS) 등으로 구성되어 있다. 최대수요전력제어기의 동작은 전력량계로부터 펄스신호(WP: 유효전력량, EOI: 15분 수요시한)를 입력 받아 현재전력을 계산하고, 전력사용 추세를 판단하여 예측전력을 계산하며, 전력수용가에서 설정한 목표전력치 이상의 예측전력이 계산되면 기기 자체에 구비된 다수의 접점(최소 8개)을 이용하여 다수의 전자개폐기를 제어하여 부하제어를 실시함으로써 15분 수요시한 동안 전력수용가의 목표전력치를 초과하지 않도록 전력관리 기능을 수행한다. 하지만, 이와 같이 부하에 공급되는 전력을 에너지절약을 위한 목적으로 단순히 제어함으로써 단시간 동안 피크 전력을 낮춰 전기요금 절감효과를 거둘 수는 있지만 제어되는 장시간 동안 사용자는 큰 불편함을 겪을 수 있고, 또한 갑작스럽게 제어된 전력을 사용해야 할 상황이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
에너지 저장장치를 최대수요전력 절감용으로 사용하는 경우, 일정 범위에서 예상되는 최대수요전력 예상값에서 에너지 저장장치의 용량을 뺀 만큼을 목표로 설정한다. 이 경우 설정된 목표를 넘어가는 빈도가 높지 않기 때문에 에너지 저장장치의 운용률이 매우 낮고, 또한 미리 목표를 정하기 때문에 사업체의 경기 변동, 기후 변동 등에 적절하게 대응할 수 없어 결과적으로 수요전력 절감에 있어서 비효율적일 수 밖에 없다는 문제가 있다.
1. 공개특허공보 제10-2010-0131293호(2010.12.15.) 2. 등록특허공보 제10-1203148호(2012.11.14.)
본 발명은 에너지저장장치를 이용하여 최대수요전력을 제어할 수 있는 최대수요전력 제어 시스템을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 수용가에서 사용하는 전력량을 실시간으로 측정하여 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측하는 단기 수요예측 모듈, 직전 N 개의 날에 대하여 15분 평균사용전력을 평균하여 기준 사용량을 산출하고, 당일 아침의 전력 사용량과 기준 사용량과의 전력 차이 및 직전 N 개 날의 평균 기온과 당일 기온의 기온 차이를 목표에 반영하여 다음날의 목표를 산정하는 목표산출 모듈 및 에너지 저장장치의 실시간 운전 데이터를 바탕으로 에너지 저장장치 내 배터리의 예상 소진시간을 산정하고 산정된 예상 소진시간과 업무 종료시간을 비교하여 상기 목표산출 모듈에서 산정된 목표를 조정함으로써 에너지 저장장치를 운용하는 중에 배터리가 소진되지 않도록 제어하는 최대수요전력제어 모듈을 포함하는 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력제어 시스템일 수 있다.
단기 수요예측 모듈은, 누적 전력량으로부터 15분 평균수요전력을 선형예측법에 의하여 평균수요전력을 예측하고, 직전 15분 동안 수용가의 전력 사용량을 측정하여 직전 구간 수요전력을 산출하고, 선형 예측값과 직전 측정값을 일정 비율로 반영하여 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측할 수 있다.
실시간으로 예측되는 15분 평균수요전력은, 하기의 식에 의하여 계산될 수 있다:
Figure 112017128766170-pat00001
여기서,
Figure 112017128766170-pat00002
Figure 112017128766170-pat00003
이고, Q 는 선형 예측값이고, S는 직전 구간 수요전력이고, T는 예측구간 중 불안정한 초기 부분에 해당하는 시간임.
최대수요전력제어 모듈에서는 평균이동법에 의하여 에너지 저장장치 내 배터리의 SOC 변화율을 산출하고 과거의 데이터로부터 에너지 저장장치 내 배터리의 SOC의 복원구간을 산출하여 현재시각을 기준으로 배터리가 방전되는 소진시간을 산출하고, 배터리 소진시간과 업무종료시간을 비교하여 배터리 소진시간이 상기 업무종료시간보다 빠른 경우 목표를 상향 조정할 수 있다.
배터리 소진시간은 하기의 식에 의하여 산정될 수 있다:
Figure 112017128766170-pat00004
여기서, Te 는 배터리의 남아있는 동작시간(배터리 소진시간)이고, SOC는 에너지 저장장치의 배터리 잔존비율이고, SOCmin은 운용에 필요한 최저 SOC 이고, SOCR은 점심시간에 복원되는 SOC량이고, ΔSOC/Δt 는 SOC변화율임.
본 발명에 의하면, 에너지저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수용가의 실제 전력사용패턴의 히스토리를 기반으로 목표를 산정하기 때문에 관리가 용이하고 절감량도 극대화할 수 있다. 에너지저장장치를 이용하여 최대수요전력을 절감하면 수용가의 전기요금 중에서 기본요금 부분을 절약할 수 있는데, 특히 미국과 같이 월별로 최대수요전력을 산출하여 기본요금을 산정하는 경우에는 경제적인 효과가 매우 크다. 또한 수용가의 전력설비 용량을 초과하지 않도록 제어할 수 있어서, 설비 증설 시기를 지연시킬 수 있어서 사회 경제적 효과도 매우 크다.
본 발명에 의하면, 에너지 저장장치를 수용가의 최대부하 제어를 위해 사용할 때, 에너지 저장장치를 효과적으로 제어하여 에너지 저장장치의 운용율을 최대로 하면서 수용가의 수요전력을 최대로 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 기존 단기 수요전력예측의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 매일 목표 수요전력을 산출하기 위해 N일 평균 수요전력과 당일 아침의 수요전력의 차이를 보정하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 4는 수용가의 복원기간과 업무종료시간을 비교 설명하는 그래프이다.
도 5는 에너지 저장장치의 배터리가 소진되지 않도록 목표 수요전력을 실시간으로 보정하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 최대수요전력 제어 시스템의 작동방법을 모식적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명은 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 최대수요전력 제어 시스템을 나타내었다. 도 2에는 기존 단기 수요전력예측의 문제점을 설명하기 위한 그래프를 도시하였다. 도 3에는 매일의 목표 수요전력을 산출하기 위해 N일 평균 수요전력과 당일 아침의 수요전력의 차이를 보정하는 방법을 도시하였다. 도 4에는 전력수용가의 복원기간과 업무종료시간을 비교 설명하는 그래프를 도시하였다. 도 5에는 에너지 저장장치의 배터리가 소진되지 않도록 목표 수요전력을 실시간으로 보정하는 것을 나타내었다. 도 6에는 본 발명의 일 측면에 따른 최대수요전력 제어 시스템의 작동방법을 모식적으로 도시한 흐름도를 나타내었다.
본 발명에서는 최대수요전력제어 시스템에 에너지 저장장치를 이용한다는 점을 특징으로 한다. 에너지 저장시스템(ESS, Energy Storage System)은 신재생에너지원이나 계통으로부터 전기를 받아 저장했다가, 필요할 때에 수용가나 계통에 전기를 내보낼 수 있는 장치이다. 에너지 저장시스템은 수요과 공급의 균형을 이루어야 하는 전력망 운용에 큰 도움을 준다. 특히 전기화학 배터리를 사용하는 에너지 저장장치는 부하로서도 기능하고 발전원으로서도 기능할 수 있다는 점, 반응 시간이 매우 빠르다는 점, 설치가 간편하고 빠르다는 점, 전기자동차 배터리와 동일한 기술을 사용하기 때문에 규모의 경제를 이룰 수 있다는 점이 장점으로 꼽힌다. 에너지 저장시스템은 전력사업자가 송변전부에 설치하기도 하지만, 공장이나 빌딩 수용가가 자신의 전력 사용을 효율화하여 전기요금을 절감하려는 목적으로도 많이 도입되고 있다. 특히 전기요금 중 기본요금은 최대부하로 결정되기 때문에, 에너지 저장장치의 충방전 기능을 이용하여 에너지 사용패턴을 변경함으로써 최대부하를 낮출 수 있다. 이는 전기요금을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 전기수요 증대에 따른 전력설비의 증설 필요성을 줄이고, 수용가의 공급 및 수용의 균형으로 인하여 전력 품질의 불안정성을 방지하는 효과도 제공할 수 있다.
수용가에 설치된 전력량계를 통하여 현재 부하를 읽고, 이것이 목표치를 넘어설 경우 에너지 저장장치에서는 그만큼 방전을 하고, 목표치에 미달할 경우 그리고 전력량 요금이 싼 경우에는 에너저 저장장치를 충전하여 목표치까지 전력 사용을 늘릴 수 있다.
에너지 저장장치를 통해 최대수요전력을 제어하기 위해서는, 첫째 수요전력의 측정방법인 15분 평균수요전력을 정확하게 단기 예측하고, 둘째 최대수요전력의 목표를 설정하고, 셋째 목표를 기준으로 충방전 운전 중에 배터리가 완전 방전이 되지 않도록 목표를 실시간으로 조정할 수 있어야 한다. 15분 평균수요전력의 단기예측이 정확하지 않을 경우 최대수요전력 제어의 정확성이 저하될 수 있다. 최대수요전력의 목표치를 너무 높게 설정할 경우 에너지 저장장치의 성능을 완전하게 활용하지 못하고, 너무 낮게 설정할 경우 배터리가 소진되어 최대수요전력을 제어하지 못하는 경우가 생길 수 있다. 실시간으로 에너지 저장장치 내 배터리의 SOC를 관리하지 않으면 운용 중에 배터리가 방전되어 더 이상 제어 시스템을 활용할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 정확한 단기 수요예측과 실시간 운전 데이터를 바탕으로 배터리 소진 예상 시간을 산정하고 이를 통하여 목표를 재조정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면은, 단기 수요예측 모듈, 목표산출 모듈 및 최대수요전력제어 모듈을 포함하는 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력 제어 시스템일 수 있다.
단기 수요예측 모듈에서는 기본요금의 책정 기준인 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측할 수 있다. 15분 평균수요전력은 수용가에 설치된 정밀 전력량계를 이용하여 추이를 계산할 수 있다. 전력량계를 통해 실시간으로 누적 전력량의 추이를 얻어내고, 이를 바탕으로 선형예측법에 의하여 15분 구간의 끝 시점에서 예측되는 평균수요전력을 계산할 수 있다.
시각 t에 대해 그때까지의 누적 전력량을 P(t)라 하고, 15분 구간의 남은 시간을 R(t)라 하고, 해당 측정 주기의 시간을 △t, 그 시간 동안의 전력량 변화를 △P라고 했을 때, 예측 전력 Q를 구하는 식은 다음과 같다.
Figure 112019500007703-pat00025
하지만 이 방식으로 예측 전력을 구할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 15분 구간의 앞부분인 경우 작은 변동에도 큰 예측값 변동이 발생하는 문제가 있다. 이 예측값을 기반으로 에너지 저장장치를 운전할 경우, 최대 충전과 최대 방전을 반복하는 경우가 빈번히 발생하여 수용가 내의 계통 불안정 또는 에너지 저장장치의 내구성 저하 등 나쁜 영향을 줄 수 있다.
이처럼, 선형예측법이 가지는 초기 예측의 불안정성을 해결할 필요가 있는데, 본 발명에서는, 직전 평균수요전력과 선형예측값을 일정 비율로 반영하여 예측의 안정성을 높이고자 하였다. 반영하는 비율은 구간의 앞부분에서는 직전 평균수요전력을 많이 반영하고, 구간의 뒤로 갈수록 선형예측값의 반영 비율을 높일 수 있다.
구체적으로, 현재 구간의 평균수요전력은, 이전 구간의 평균수요전력과 큰 상관관계를 갖는다는 연구 결과를 토대로, 선형예측 값 Q와 직전 구간 수요전력 S를 일정 비율로 반영함으로써 안정된 예측값 Q'를 구할 수 있다.
Figure 112017128766170-pat00006
여기서 f(t)는 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112017128766170-pat00007
Figure 112017128766170-pat00008
T는 예측구간 중에서 불안정한 초기부분에 해당하는 시간을 의미하며, 보통 300초로 설정할 수 있다.
목표산출 모듈에서는, 수용가의 다음 날 전력 사용량 예측은 직전 날의 사용량과 큰 상관관계를 가질 수 있다. 하지만, 변동성을 줄이기 위해 직전 N개의 날에 대하여 15분 사용량을 평균 내어 기준 사용량을 산출할 수 있다.
다음날이 평일인 경우 직전 N개의 평일을 선택하고, 휴일인 경우는 직전 N개의 휴일을 선택할 수 있다. N은 보통 5~10 이다.
또 다른 조정요소로서, 당일 아침의 전력 사용량과 기준 사용량을 비교하여 그 차이를 목표치에 반영할 수 있다. 이 조정을 하는 것은 수용가의 영업시작 후 1시간이 적절하다. 그 외에, 직전 N 일의 평균기온과 당일 기온의 차이를 목표치에 반영할 수도 있다. 각 조정요소의 반영 비율은 시스템을 운영하면서 반영 비율과 실제 최대수요전력의 상관관계를 학습하여 그 수치를 자동으로 조정할 수 있다. 하지만, 시스템 개통시 직관적으로 결정할 수도 있다.
이렇게 목표산출 모듈을 통해 조정된 목표는 최대수요전력 모듈에 전달되어 당일 에너지 저장장치의 제어 기준으로 사용될 될 수 있다.
최대수요전력제어 모듈은 수용가에 설치된 에너지 저장장치의 배터리 잔존량이 소진되지 않는 한도에서 최대한의 수요전력을 절감하도록 제어할 수 있다.
목표 수요전력이 현재 수용가의 전력 사용량에 비해 너무 낮게 설정된 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리가 조기에 소진될 수 있다. 이 경우 에너지 저장장치는 더 이상의 방전을 할 수 없어, 이후 발생하는 목표를 상회하는 부하에 대해 대처를 하지 못한다는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해서는 본 발명에서는 배터리 SOC(State of Charge)의 변화율을 이동평균법을 따라 계산하며 유지할 수 있다. 이 SOC 변화율에 기반하여 현재의 부하 상태가 지속될 경우 얼마 동안 에너지 저장장치의 작동 가능상태를 유지할 수 있는지 계산할 수 있다. 현재 방전 추세를 유지했을 때, 남아있는 동작시간을 Te로 정의할 때 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.
Figure 112017128766170-pat00009
SOC는 에너지 저장장치의 배터리 잔존비율이며, SOCmin은 운용에 필요한 최저 SOC, SOCR은 점심시간에 복원되는 SOC량을 의미한다(도 4 참조). 수용가에 따라 복원되는 시간과 복원되는 SOCR량이 다르기 때문에 이에 대하여는 과거 데이터를 기준으로 집계하여 산정할 수 있다. 복원량은 15분 단위로 SOC 상한값을 평균내어 산출하며, 현재 시간 기준으로 이후의 복원량이 있는 경우에만 적용할 수 있다. SOC변화율(ΔSOC/Δt)은 5분 단위 이동평균을 사용하여 산출할 수 있다.
동작시간 Te가 업무 종료시간(또는 더 이상 최대전력이 나오지 않을 시간) 이전이라면 목표를 상향 조정하여 SOC 변화율을 떨어뜨려야 한다. 매 5분마다 이 평가를 진행해서 목표를 상향 조정해야 한다면 전력 변환장치 용량의 1/20 정도 상향 조정할 수 있다. 이 값은 수용가의 특성에 따라 달라질 수 있다.
요컨대, 분당 SOC 변화율을 실시간으로 산정하고, 최대수요가 나타나지 않을 시간대(퇴근시간)와 점심시간을 보정하여 배터리가 소진될 시간을 예상한다. 이 배터리 소진 예상시간이 퇴근시간 이전이라면 최대수요전력의 목표치를 상향 조정하여 배터리 소진 예상 시간을 늘릴 수 있다. 이런 과정을 일정 시간 반복하여 전체적으로 배터리가 소진되지 않도록 할 수 있다.
목표 수요전력을 고정하지 않고 매일 매일의 운전 결과에 기초하여 학습을 통하여 목표 수요전력을 조정함으로써 에너지 저장장치의 용량을 넘어서지 않는 범위에서 가장 큰 절감을 얻을 수 있다.
이렇게 목표 수요전력을 과거의 운용 통계와 피드백을 기반으로 자동으로 산정하는 경우 매일 매일 최선을 다해 최대수요전력을 절감하면 월 또는 년 단위에서도 최선의 절감 결과를 얻을 수 있다. 이렇게 함으로서 에너지 저장장치의 운용율을 높이고, 장기 예측을 벗어나는 사용패턴에 대해서도 최대의 수요전력 절감을 이룰 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 에너지 저장장치를 이용하여 수용가의 최대수요전력을 제어하는 시스템에 있어서,
    수용가에서 사용하는 전력량을 실시간으로 측정하여 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측하는 단기 수요예측 모듈;
    직전 N 개의 날에 대하여 15분 평균사용전력을 평균하여 기준 사용량을 산출하고, 당일 아침의 전력 사용량과 기준 사용량과의 전력 차이 및 직전 N 개 날의 평균 기온과 당일 기온의 기온 차이를 목표에 반영하여 다음날의 목표를 산정하는 목표산출 모듈; 및
    에너지 저장장치의 실시간 운전 데이터를 바탕으로 에너지 저장장치 내 배터리의 예상 소진시간을 산정하고 산정된 예상 소진시간과 업무 종료시간을 비교하여 상기 목표산출 모듈에서 산정된 목표를 조정함으로써 에너지저장장치를 운용하는 중에 배터리가 소진되지 않도록 제어하는 최대수요전력제어 모듈;
    을 포함하되,
    상기 단기 수요예측 모듈은,
    누적 전력량으로부터 15분 평균수요전력을 선형예측법에 의하여 평균수요전력을 예측하고(Q), 직전 15분 동안 수용가의 전력 사용량을 측정하여 직전 구간 수요전력을 산출하고(S), 선형 예측값(Q)과 직전 측정값(S)을 일정 비율로 반영하여 하기의 식에 의하여 15분 평균수요전력을 실시간으로 예측하는(Q'), 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력제어 시스템:
    Figure 112019500007703-pat00026

    Figure 112019500007703-pat00022

    여기서,
    Figure 112019500007703-pat00023

    Figure 112019500007703-pat00024

    이고, Q 는 선형 예측값이고, Q'은 선형예측값 Q와 직전 구간 수요전력 S를 일정비율로 반영하여 계산된 15분 평균수요전력의 안정된 예측값이고, R(t)는 15분 구간의 남은 시간이고, S는 직전 구간 수요전력이고, T는 예측구간 중 불안정한 초기 부분에 해당하는 시간임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 최대수요전력제어 모듈은,
    평균이동법에 의하여 에너지 저장장치 내 배터리의 SOC 변화율을 산출하고, 과거의 데이터로부터 에너지 저장장치 내 배터리의 SOC의 복원구간을 산출하여 현재시각을 기준으로 배터리가 방전되는 소진시간을 산출하고, 배터리 소진시간과 업무종료시간을 비교하여 상기 배터리 소진시간이 상기 업무종료시간보다 빠른 경우 목표를 상향 조정하는, 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 소진시간은 하기의 식에 의하여 산정되는, 에너지 저장장치를 이용한 최대수요전력제어 시스템:
    Figure 112017128766170-pat00014

    여기서, Te 는 배터리의 남아있는 동작시간(배터리 소진시간)이고, SOC는 에너지 저장장치의 배터리 잔존비율이고, SOCmin은 운용에 필요한 최저 SOC 이고, SOCR은 점심시간에 복원되는 SOC량이고, ΔSOC/Δt 는 SOC변화율임.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112488377A (zh) * 2020-11-25 2021-03-12 上海中通吉网络技术有限公司 快递日订单量的预测方法、装置、存储介质及电子设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113408831B (zh) * 2021-08-19 2021-11-19 中冶节能环保有限责任公司 一种开路循环水系统的水平衡控制方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101606715B1 (ko) * 2015-04-29 2016-03-28 주식회사 스타넷시스템 에너지 효율을 자동 제어하는 전원 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100953403B1 (ko) * 2008-08-06 2010-04-19 중앙대학교 산학협력단 실시간 지능 자율 부하관리 장치 및 방법
KR20130104771A (ko) * 2012-03-15 2013-09-25 삼성에스디아이 주식회사 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
KR20150115063A (ko) * 2014-04-02 2015-10-14 재단법인대구경북과학기술원 기준 전력을 조절하기 위한 에너지 운영 장치 및 그 방법
KR101522858B1 (ko) * 2014-11-07 2015-05-26 주식회사 케이디티 건물의 최대 수요전력 제어 기능을 갖는 에너지관리시스템 및 그 제어방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101606715B1 (ko) * 2015-04-29 2016-03-28 주식회사 스타넷시스템 에너지 효율을 자동 제어하는 전원 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112488377A (zh) * 2020-11-25 2021-03-12 上海中通吉网络技术有限公司 快递日订单量的预测方法、装置、存储介质及电子设备

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