KR102014201B1 - Energy storage system for performing peak reduction and smoothing of power grid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로그리드를 포함한 전력계통의 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템에 관한 것으로서, 계통전원 또는 태양광, 풍력, 연료전지 발전 시스템 등과 같은 신재생발전원에서 발전된 전력을 저장하는 에너지저장장치에 있어서, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 에너지 저장시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
전력 수급 문제 해결을 위한 전력 차등 요금제는 전력의 사용 시간대에 따라 다른 요금 단가를 적용함으로써 가격 신호에 대한 소비자의 적극적 반응을 유도하고 이를 통해 최대전력 수요 감축 및 일간 부하 평준화를 도모하기 위한 것으로 기존의 전력 고정 요금제 방식을 대신하여 다양한 형태로 확대 적용되고 있다.In order to solve the power supply and demand problem, the electricity differential rate plan is designed to induce consumers to respond to the price signal by applying different price rates according to the time of use of the electricity, thereby reducing the maximum power demand and leveling the daily load. It is being applied in various forms in place of the fixed power plan.
상기 전력 차등 요금제 기반에서 수용가의 전력 사용 요금을 절감하기 위해서는 요금 단가가 높은 중부하 시간대의 전력 사용은 최소화하고, 요금 단가가 낮은 경부하 시간대의 전력 사용은 최대화하는 것이 바람직하다.In order to reduce the power usage fee of the customer on the basis of the power differential rate plan, it is desirable to minimize the power usage in the heavy load time period with a high price rate and to maximize the light usage during the light load time period with a low price rate.
그러나 산업계에서는 전력 사용이 생산활동과 직접적으로 연관되어 있고, 상업 시설 역시 냉난방 부하의 감축이 판매활동과 관련되어 있는 등 임의로 전력 수요 패턴을 변화시킨다는 것이 현실적으로 여의치 않은 경우가 존재한다. However, there are cases where it is not practical to change power demand patterns arbitrarily in industry, such as electricity use is directly related to production activities, and commercial facilities are also involved in reducing heating and cooling loads.
종래의 부하를 직접 제어하여 전력 수요를 관리하는 방식 역시 위 문제의 적절한 해결 수단이 될 수 없음은 물론이다.Of course, the conventional method of managing power demand by directly controlling the load may not be an appropriate solution to the above problem.
한편, 최근에는 대용량 에너지 저장장치의 개발이 활발히 진행되면서 상기 에너지 저장장치의 수용가 전력수요관리를 위한 적용에 관심이 높아지고 있으나 그 구체적 통합 운영 방법에 대한 개발은 미미한 수준에 그치고 있는 실정이다.On the other hand, recently, as the development of large-capacity energy storage devices has been actively progressed, there has been a growing interest in the application for consumer power demand management of the energy storage devices, but the development of the specific integrated operation method is insignificant.
따라서, 계통전원 또는 태양광, 풍력, 연료전지 발전 시스템 등과 같은 신재생발전원에서 발전된 전력을 저장하는 에너지저장장치에 있어서, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 전력계통과 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 기술을 제안하게 된 것이다.
Therefore, in an energy storage device that stores electric power generated from a renewable power source such as a grid power source or a solar power, wind power, fuel cell power generation system, etc., peak reduction and load curve smoothing are provided to provide energy of the power system and the energy storage device. It is to propose a technology that can be managed efficiently.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 전력을 저장하는 에너지저장장치에 있어서, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 데 있다.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the problem to be solved in the present invention in the energy storage device for storing power, providing peak reduction and load curve smoothing to provide energy of the energy storage device The purpose of this is to manage them efficiently.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전력계통의 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템은, 스플라인 보간법을 이용하여 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하기 위한 직병렬예측모듈, 에너지저장장치의 용량값과 예측 부하값을 참조하여 각 시간별 에너지저장장치의 유효 전력 흐름을 판단하여 SOC(State of Charge)의 운전범위 제약 조건을 수행하기 위한 피크감축수행모듈, 상기 피크감축수행모듈에 의해 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 수행하여 정확한 부하 예측을 수행하기 위한 평활화모듈을 포함하는 피크감축 및 평활화부; 에너지저장장치 동작의 최소 단위시간을 설정하고, 현재의 부하 크기를 추출하며, 수요 반응 시퀀스에 따라 에너지저장장치의 충방전 여부를 수행하기 위한 강제방전수행부를 포함하는 ESS컨트롤수단; 및 상기 강제방전수행부에 의해 처리된 충방전 수행 정보를 획득하여 에너지저장장치를 충방전하기 위한 계통전력제어모듈, SOC(State of Charge)를 100% 충전하기 위한 직류전압제어모듈, 상기 계통전력제어모듈에서 계산된 출력 전류의 기준값을 입력받아 제어를 수행하여 출력 전압 기준값을 생성하기 위한 교류전압제어모듈을 포함하는 PCS를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, in the energy storage system for performing peak reduction and smoothing of the power system according to the present invention, spline interpolation is performed to estimate load values by referring to historical data and data generated through future prediction. In order to determine the effective power flow of the energy storage device for each time by referring to the capacity value of the energy storage device and the predicted load value, an operation range constraint of the SOC (State of Charge) is generated. A peak reduction and smoothing unit including a peak reduction performing module for performing the same, and a smoothing module for performing accurate load prediction by smoothing the peak load curve reduced by the peak reduction performing module; ESS control means including a forced discharge execution unit for setting the minimum unit time of the operation of the energy storage device, extracting the current load size, and performing charging or discharging of the energy storage device according to the demand response sequence; And a system power control module for charging and discharging the energy storage device by acquiring charge and discharge performance information processed by the forced discharge performing unit, a DC voltage control module for charging 100% of SOC, and the system power. It characterized in that it comprises a PCS including an AC voltage control module for generating an output voltage reference value by performing the control by receiving the reference value of the output current calculated in the control module.
여기서, 상기 직병렬예측모듈은 부하 측정점을 10 ~ 30분 범위에서 미리 예측할 수 있는 것을 특징으로 한다.
Here, the serial-parallel prediction module is characterized in that the load measurement point can be predicted in advance in the range of 10 to 30 minutes.
본 발명에 의하면, 전력을 저장하는 에너지저장장치에 있어, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.According to the present invention, in the energy storage device for storing electric power, it is possible to provide peak reduction and smoothing the load curve to effectively manage energy of the energy storage device.
또한, 예측이 잘못되었을 경우에 에너지가 모두 소진되는 문제점을 방지하기 위하여 에너지저장장치 동작의 최소 단위시간을 설정하여 현재의 부하 크기에 맞게 에너지저장장치의 충방전 여부를 수행할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
In addition, in order to prevent the problem that the energy is exhausted when the prediction is wrong, the minimum unit time of the operation of the energy storage device is set so that the energy storage device can be charged or discharged according to the current load size. Done.
도 1은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 전체 구성도.
도 2는 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 ESS컨트롤수단 블럭도.
도 3은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 노드, 계층 및 가중치를 포함하는 신경망 구조도.
도 4는 직병렬 부하 예측 방법의 흐름도.
도 5는 SOC 궤적을 나타낸 그래프.
도 6은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 PCS 블럭도.
도 7은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 외형 일례를 예시적으로 나타낸 도면.
도 8은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 실제 부하 데이터를 이용한 예측 방법을 나타낸 도면.
도 9는 20분 간격으로 추출된 실제 데이터를 수반한 예측 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 BESS 작업에 의해 보정된 회로 부하 그래프.1 is an overall configuration diagram showing an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
2 is an exemplary ESS control means block diagram illustrating an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a neural network structure including nodes, layers, and weights illustrating an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
4 is a flowchart of a method for predicting a series-parallel load.
5 is a graph showing the SOC trajectory.
6 is a PCS block diagram illustrating an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating an example of an external appearance of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
8 is a diagram illustrating a prediction method using actual load data of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
9 is a graph showing prediction results with actual data extracted at 20 minute intervals.
10 is a circuit load graph corrected by the BESS operation.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the embodiments disclosed herein, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "이루어지다" 등의 용어들은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the terms "comprise", "comprise" or "consist" as described in the following embodiments mean that the corresponding component may be included, unless otherwise stated. It is to be understood that the components are not included, but are further provided with other components.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템은 신재생발전원인 태양광 발전 시스템에서 발전된 전력을 저장하는 에너지저장장치에 있어, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 특징을 제공하게 된다.In addition, the energy storage system for performing the peak reduction and smoothing disclosed in the following embodiments in the energy storage device for storing the power generated in the photovoltaic power generation system as a renewable energy source, by providing a peak reduction and load curve smoothing It provides a feature that can efficiently manage the energy of the energy storage device.
이하에서는, 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
Hereinafter, an energy storage system for performing peak reduction and smoothing will be described in more detail.
도 1은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram showing an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 신재생발전원의 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 관리시스템은 신재생에너지발전원(100)에서 생산된 교류전력을 직류전력으로 변환하여 에너지저장장치(400)에 저장하고 저장된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 계통으로 연계하는 기능을 수행하게 된다. Referring to FIG. 1, an energy management system for performing peak reduction and smoothing of renewable energy sources converts AC power produced from
상기 신재생에너지발전원(100)이란, 예를 들어, 풍력발전기, 태양광발전기 등과 같은 신재생 에너지 발전원을 의미하며, 본 발명의 실시 예에서는 태양광발전기를 예를 들어 설명하도록 한다.The renewable
상기 에너지저장장치(400, ESS)는 신재생에너지발전원에 의해 발전된 전력을 저장하기 위한 기능을 수행하게 되는데, 본 발명에서는 분산형으로 구성된 에너지저장장치를 이용하게 된다.The energy storage device 400 (ESS) performs a function for storing electric power generated by a renewable energy generation source, and in the present invention, a distributed energy storage device is used.
이때, ESS컨트롤수단(200)을 통해 상기 에너지저장장치의 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있도록 하며, PCS(300)를 통해 최적의 조건에서 에너지저장장치를 충방전하게 되는데, SOC(State of Charge)를 통해 100% 충전하는 기능을 제공하게 된다.
In this case, the ESS control means 200 provides peak reduction and load curve smoothing of the energy storage device to efficiently manage the energy of the energy storage device, and stores the energy under the optimal conditions through the
도 2는 일 실시 예에 따른 신재생발전원의 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 관리시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 ESS컨트롤수단의 블럭도를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a block diagram of an ESS control means exemplarily showing an example of an energy management system for performing peak reduction and smoothing of a renewable energy source according to an embodiment.
상기 ESS컨트롤수단(200)은, 크게 피크감축 및 평활화부(210)와 강제방전수행부(220)를 포함하여 구성된다.The ESS control means 200 is largely comprised of a peak reduction and
상기와 같이 구성하게 되면, 수용가로의 전력 공급을 위한 전력 공급망 및 상기 전력 공급망에 연계된 수용가 에너지 저장장치의 전력 공급 관련 상태를 감시하고 수용가의 시간대 별 예측 부하 정보 및 시간대 별 전력 요금 정보에 기초하여 수립되는 수용가 에너지 저장장치의 충방전 운영 계획에 따라 상기 에너지 저장장치 및 상기 전력 공급망의 동작을 제어함으로써 수용가 전력 사용 요금을 최소화한다.When configured as described above, the power supply network for supplying power to the customer and the power supply-related state of the consumer energy storage device connected to the power supply network are monitored and based on the customer's time zone predicted load information and time zone power charge information. According to the charging and discharging operation plan of the customer energy storage device is established by controlling the operation of the energy storage device and the power supply network to minimize the customer power usage fee.
이때, 상기 에너지 저장장치의 충방전 운영 계획은 상기 에너지저장장치의 충전 비용은 절감하고 방전 효과는 극대화할 수 있게 하는 것이다.At this time, the charge and discharge operation plan of the energy storage device is to reduce the charging cost of the energy storage device and to maximize the discharge effect.
다음은 상기 기능을 제공하기 위한 구체적인 구성수단들에 대하여 설명하도록 하겠다.Next, specific configuration means for providing the function will be described.
즉, 상기 피크감축 및 평활화부(210)는 스플라인 보간법을 이용하여 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하기 위한 직병렬예측모듈(211), 에너지저장장치(400)의 용량값과 예측 부하값을 참조하여 각 시간별 에너지저장장치의 유효 전력 흐름을 판단하여 SOC의 운전범위 제약 조건을 수행하기 위한 피크감축수행모듈(212), 상기 피크감축수행모듈에 의해 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 수행하여 정확한 부하 예측을 수행하기 위한 평활화모듈(213)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
That is, the peak reduction and
상기 부하 평활화는 상당히 정확한 부하 예측을 필요로 하므로, 예를 들어, 향후 10 ~ 30분 범위에서 부하값을 예측하기 위해 직병렬예측 알고리즘을 적용하였으며, 최소 수준으로 BESS(Battery Energy Storage System) SOC(State of Charge) 변화를 유지하는 동안 부하 곡선에 대한 변동은 BESS에 의해 제거된다. Since the load smoothing requires a fairly accurate load prediction, for example, a series-parallel prediction algorithm is applied to predict load values in the next 10 to 30 minutes, and BESS (Battery Energy Storage System) SOC (minimum level) is used. While maintaining the state of charge change, the variation on the load curve is eliminated by the BESS.
여기서, 피크 감축은 최선의 BESS 용량을 사용하기 위해 평활화와 함께 수행되는 것이 바람직하다.Here, peak reduction is preferably performed with smoothing in order to use the best BESS capacity.
이에 따라, 본 발명에서는 최적화 알고리즘을 적용하기 위하여 부하 예측 방식을 적용하였고, 배터리의 용량은 설정된 용량에 제한되므로 정확한 예측 알고리즘은 BESS의 작업을 보다 효율적으로 개선시킬 수 있다.Accordingly, in the present invention, the load prediction method is applied to apply the optimization algorithm, and since the capacity of the battery is limited to the set capacity, the accurate prediction algorithm can improve the work of the BESS more efficiently.
또한, 피크 감축 목적을 위해 현재보다 앞선 미래에 대한 부하 예측이 필요한 반면, 평활화 목적을 위해서는 10 ~ 30분 범위에서 앞선 예측을 통해 수행되는 것이 효과적일 수 있다. 바람직하게 평활화는 20분 앞선 예측을 통해 수행될 수 있다.In addition, while it is necessary to estimate the load for the future ahead of the present for the purpose of peak reduction, it may be effective to perform through the prediction in the range of 10 to 30 minutes for the smoothing purpose. Preferably, the smoothing may be performed through 20 minutes earlier prediction.
이와 같은 요구에 따라, 상기 직병렬예측모듈(211)은 스플라인 보간법을 이용하여 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하게 된다.
According to such a request, the serial-
도 3은 입력 계층, 은닉 계층 및 출력 계층을 포함하는 복수값 신경망 구조를 나타낸 것으로서, 입력 계층은 두 개 부분, 즉 입력 데이터(v) 및 이전 출력 데이터(y)를 포함한다.3 shows a multi-value neural network structure comprising an input layer, a hidden layer and an output layer, wherein the input layer comprises two parts: input data v and previous output data y.
만약, 입력 데이터(v), 이전 출력 데이터(y) 및 가중치(즉, W1 n0, W2 l0, W1 nm, W2 ln 등) 그리고 활성함수(fc)가 실제값을 나타내면, 신경망은 정상적인 인공신경망(ANN, Artificial Neural Network)이고, 이와는 달리 언급한 파라미터에 복소수 값을 가지면 신경망은 CVNN(Complex-Valued Neural Network)으로 볼 수 있다.If the input data v, the previous output data y and the weights (i.e., W 1 n0 , W 2 l0 , W 1 nm , W 2 ln, etc.) and the activation function f c represent actual values, the neural network Is a normal artificial neural network (ANN), and if it has a complex value in the aforementioned parameter, the neural network can be regarded as a complex-valued neural network (CVNN).
수식 (1)은 신경망의 l번째 출력값(예측값, )을 나타낸다.Equation (1) is the lth output value of the neural network (predicted value, ).
수식 (1) Formula (1)
여기서, 는 출력값(예측값), fc는 활성함수, Wl0 2과 W2 ln은 가중치, Hn은 n번째 은닉 뉴런이다.here, The output value (prediction value), f c is the active function, l0 W 2 and W 2 are weight ln, H n is the n-th hidden neuron.
상기 그리고 n번째 은닉 뉴런(Hn)의 출력은 수식 (2)와 같이 나타낸다.The output of the n th hidden neuron H n is represented by Equation (2).
수식 (2) Formula (2)
여기서, Hn은 n번째 은닉 뉴런, fc는 활성함수, Wn0 2과 Wlnm 2은 가중치, Xm은 입력 벡터이다.Where H n is the nth hidden neuron, f c is the active function, W n0 2 and W lnm 2 are the weights, and X m is the input vector.
이때, 복소수 값 입력 m(m = i + p)을 포함하는, Xm = [v(k - 1), v(k - 2), … , v(k - p), y(k - 1), y(k - 2), … , y(k - i).m, n, i, l 및 p의 전체 값은 양의 정수이다.Where x m = [v (k-1), v (k-2),..., Including complex value input m (m = i + p). , v (k-p), y (k-1), y (k-2),... , y (k-i). The total values of m, n, i, l and p are positive integers.
상기의 수식 (2)에서는 분할 시그모이드(sigmoid) 함수를 활성함수로 간주하여 표시하면 수식 (3)으로 표현될 수 있다.In Equation (2), the split sigmoid function may be expressed as Equation (3) if it is regarded as an active function.
수식 (3) Formula (3)
여기서, fc(z)는 활성함수이다.Where f c (z) is the activity function.
수식 (3)에서 z = x + jy이면 j = 을 나타내고, 비분할 대신 분할 시그모이드 함수를 사용하여 함수의 특이성 문제를 피할 수 있다.If z = x + jy in formula (3) j = By using the split sigmoid function instead of undivided, we can avoid the problem of the specificity of the function.
이에, 복잡한 역전파 알고리즘 적용 및 가중치(ΔW2 l0, ΔW2 ln, ΔW1 n0 및 ΔW1 nm) 계산 후, 에러는 다음 수식 (4)로 계산될 수 있다.Therefore, the application of complex backpropagation algorithm and weights (ΔW 2 l0 , ΔW 2 ln , ΔW 1 n0) And ΔW 1 nm ), the error can be calculated by the following equation (4).
수식 (4) Formula (4)
여기서, el(k)는 l번째 실제 출력에 대한 에러, yl(k)는 입력데이터, 는 예측 데이터이다.
Where e l (k) is the error for the l th actual output, y l (k) is the input data, Is prediction data.
이때, 직병렬예측모듈(211)은 스플라인 보간법을 이용하여 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하게 되는 것이다.At this time, the parallel-
즉, 부하 이력 데이터 이외에 매일의 과거 데이터가 사용되는데, 과거 데이터는 20분 전부터 현재 순간까지 걸쳐 이어진다. In other words, daily historical data is used in addition to the load history data. The historical data continues from 20 minutes ago to the present moment.
게다가, 병렬 예측(CVNN)으로 계산한 부하 측정점도 필요하다. In addition, load measurement points calculated by parallel prediction (CVNN) are also required.
결과적으로, 과거 데이터와 미래의 예측을 통해 구한 지점을 포함하는 일련의 데이터를 가지고 있어야 하며, 스플라인 보간법이 이러한 데이터 세트의 분석에 적합하다.As a result, you must have a set of data that includes points from historical data and future predictions, and spline interpolation is suitable for analysis of these data sets.
그리고 스플라인 보간법에 의해 생성된 새로운 지점은 평균이 되며, 생성된 지점은 하나의 구성요소가 최종 예측값으로 이루어진다. The new points generated by spline interpolation are averaged, and the generated points consist of one component as the final predicted value.
이 지점은 향후의 시간점에 도달한 때의 실제값과 비교되는 것이다.This point is compared with the actual value when a future time point is reached.
이후에, 에러의 가중치를 평균값에 추가하여 최종 예측값을 만든다. Then, the weight of the error is added to the mean value to make the final prediction value.
첫 번째 예측 지점에서 이 에러는 존재하지 않으며, 첫 번째 지점 다음의 예측을 위해 상기 단계를 실행한다. This error does not exist at the first prediction point, and the above steps are performed for prediction after the first point.
이 과정은 비례 적분(PI) 제어 메커니즘을 모방하므로 도 4에 나타낸 바와 같이 PI 제어라고 일컬어지며, 사용자 설정에 따라 예측 시간 20분은 10 ~ 30분 범위에서 변경되어 적용될 수 있다.Since this process mimics the proportional integration (PI) control mechanism, it is referred to as PI control as shown in FIG. 4, and the estimated time of 20 minutes can be changed and applied in the range of 10 to 30 minutes according to a user setting.
상기 정보는 목적을 달성하기 위해 최적의 BESS 제어를 위해 사용된다.The information is used for optimal BESS control to achieve the purpose.
SOC 궤적은 피크 감축 문제를 해결함으로써 발견되며, BESS 전력은 획득한 궤적을 따르기 위해 결정된다.The SOC trajectory is found by solving the peak reduction problem, and the BESS power is determined to follow the trajectory obtained.
그 다음에, 될 수 있는 한 계획된 SOC 궤적을 고수하는 동안 한낮의 변동은 제한된다. Next, midday variation is limited while adhering to the planned SOC trajectory as much as possible.
상기 피크감축수행모듈(212)은 에너지저장장치(400)의 용량값과 예측 부하값을 참조하여 각 시간별 에너지저장장치의 유효 전력 흐름을 판단하여 SOC의 운전범위 제약 조건을 수행하게 된다.The peak
피크 감축을 위해 이른 아침에 BESS를 충전하고, BESS 전력 흐름은 제약을 고려하여 부하 곡선을 평평하게 하여야 한다.Charge the BESS early in the morning for peak reduction, and the BESS power flow should flatten the load curve to account for constraints.
따라서 비용 함수는 직선으로부터의 총 부하 편차 최소화로 정의된다. The cost function is therefore defined as minimizing the total load deviation from the straight line.
총 부하는 예측 부하 및 BESS 전력으로 구성되는데, 다시 말해서, BESS는 용량을 알고 있는 직선으로 부하 곡선을 유지하려고 하며, 수학적 목적 함수(fm)는 수식 (5)와 같다.The total load consists of the predicted load and the BESS power, that is, the BESS attempts to maintain the load curve in a straight line of known capacity, and the mathematical objective function fm is given by equation (5).
수식 (5) Formula (5)
여기서, f(m)은 수학적 목적 함수, N은 예측 수평선에서 시간 단계의 수, L(t)는 시간 단계 t에서 예측 부하, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력을 의미한다.
Where f (m) is the mathematical objective function, N is the number of time steps in the prediction horizon, L (t) is the predictive load in time step t, and P (t) is the BESS power in time step t.
상기 수식(5)에 적용된 시간 단계 t에서의 목적 함수 J(t)는 배전 변압기를 흐르는 총 부하 곱하기 시간 변동 계수로 수식 (6)과 같이 정의된다.The objective function J (t) in time step t applied to Equation (5) is defined as Equation (6) as the total load multiplied by the time-varying coefficient of time flowing through the distribution transformer.
수식 (6) Formula (6)
여기서, J(t)는 시간 단계 t에서의 목적 함수, W(t)는 시간 단계 t에서 전력, L(t)는 시간 단계 t에서 예측 부하, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력이다.
Where J (t) is the objective function at time step t, W (t) is the power at time step t, L (t) is the predictive load at time step t, and P (t) is the BESS power at time step t. .
배전 변압기를 흐르는 고부하에 제재를 가하기 위해, 전력(W(t))은 전체 전력 흐름의 제곱으로 정해진다.In order to impose a high load on the distribution transformer, the power W (t) is set to the square of the total power flow.
수식 (7) Formula (7)
여기서, W(t)는 시간 단계 t에서 전력, L(t)는 시간 단계 t에서 예측 부하, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력이다.Where W (t) is power at time step t, L (t) is predictive load at time step t, and P (t) is BESS power at time step t.
수식 (7)을 수식(6)에 도입하여 첫 번째 도함수를 얻고 수식 (5)에서 수평선 결과에 대해 계산하며, SOC 제약은 다음과 같이 수식 (8)과 수식 (9)로 정의된다.Equation (7) is introduced into Equation (6) to obtain the first derivative and calculate for horizontal results in Equation (5), where the SOC constraints are defined by Equations (8) and (9) as follows.
수식 (8) Formula (8)
수식 (9) Formula (9)
여기서, BESS의 SOC는 다음의 수식 (10)에 의해 갱신된다.Here, the SOC of the BESS is updated by the following expression (10).
수식 (10) Formula (10)
상기에서, SOCmin과 SOCmax는 최소 및 최대 허용 SOC를 의미하고, Etot 및 E(t)는 시간 단계 t에서 BESS 용량 및 저장 에너지의 용량을 각각 나타낸다. In the above, SOC min and SOC max means the minimum and maximum allowable SOC, E tot And E (t) represents the capacity of the BESS capacity and the storage energy, respectively, at time step t.
Δt는 계획 시간 분해능을 나타낸다.
Δt represents the planned time resolution.
수식 (5)를 계산하면, 각 시간 단계에서 BESS 유효 전력 흐름 및 이에 기인한 SOC를 계산할 수 있게 된다.
By calculating Equation (5), it is possible to calculate the BESS effective power flow and SOC resulting from each time step.
상기 평활화모듈(213)은 피크감축수행모듈에 의해 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 수행하여 정확한 부하 예측을 수행하게 된다.The smoothing
여기서, 평활화는 부하 곡선에서 확률적 가변성을 이용하기 위해 피크 감축 문제를 수정한 애드온(add-on) 기능이다. 즉, 각 시간 간격에서 레벨이 결정되며 BESS는 이 전체 직선을 유지하려고 하는 것으로서, BESS는 각 간격 동안 평활화 레벨을 유지하는 사이에 피크를 감축하기 위해 최적화된다. Here, smoothing is an add-on function that corrects the peak reduction problem to take advantage of stochastic variability in the load curve. That is, at each time interval the level is determined and the BESS attempts to maintain this entire straight line, which is optimized to reduce the peak between maintaining the smoothing level during each interval.
이 레벨은 각 시간 간격 마지막에 SOC 편차가 최소화되는 방식으로 결정되어야 한다. This level should be determined in such a way that SOC deviations are minimized at the end of each time interval.
따라서, 평활화 레벨은 현행 및 예측 부하의 평균으로 정의된다. Thus, the smoothing level is defined as the average of the current and predicted loads.
그 결과, BESS 충전 및 방전량은 거의 동일해야 하므로 SOC 편차는 최소 레벨로 유지된다. As a result, SOC deviations are kept to a minimum level since the BESS charge and discharge amounts should be about the same.
예측이 실제값과 같을수록 각 주기의 마지막에 SOC 편차는 적게 발생한다.The more the prediction is equal to the actual value, the less SOC deviation occurs at the end of each cycle.
시간 t에서 SOC에 대한 SOCe의 에러는 다음과 같이 수식 (11)과 같이 정의된다.The error of SOC e with respect to SOC at time t is defined as Equation (11) as follows.
수식 (11) Formula (11)
여기서, SOCe는 SOC 에러, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력, Etot는 시간 단계 t에서 BESS 용량, Px(t)는 SOC 보정으로 제공된 BESS 보충 전력을 의미한다.Where SOCe is SOC error, P (t) is BESS power at time step t, and E tot is In time step t, the BESS capacity, P x (t), means the BESS supplemental power provided with SOC correction.
시간 t에서 평활화 에러(SMe)는 수식 (12)와 같이 나타낸다.The smoothing error SM e at time t is represented by Equation (12).
수식 (12) Formula (12)
여기서, 상기 SMe는 시간 t에서 평활화 에러, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력, SL(t)는 시간 t에서 평활화 레벨이다.
Where SMe is the smoothing error at time t, P (t) is the BESS power at time step t, and SL (t) is the smoothing level at time t.
상기 수식 (12)에서 평활화 레벨(SL(t))은 다음의 수식 (13)으로 정의된다.In Equation (12), the smoothing level SL (t) is defined by the following Equation (13).
수식 (13) Formula (13)
여기서, 상기 SL(t)는 평활화 레벨, L(t)는 시간 단계 t에서 예측 부하, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력, f(t+△t)는 앞선 예측 부하이다.
Where SL (t) is the smoothing level, L (t) is the predictive load at time step t, P (t) is the BESS power at time step t, and f (t + Δt) is the preceding predictive load.
설정 계획된 지점으로부터의 SOC 편차를 나타내는 잔여 조건은 SOC 편차를 보상하기 위해 추가된다. 그 밖에 앞선 부하 예측을 의미하는 f는 평활화 레벨 계산을 담당하며, 평활화 레벨은 각 주기의 마지막에 갱신된다.
Residual conditions representing SOC deviations from the set planned points are added to compensate for SOC deviations. In addition, f, which implies the previous load prediction, is responsible for calculating the smoothing level, and the smoothing level is updated at the end of each period.
총 비용은 수식 (14)와 같이 SOC 및 평활화 에러의 가중합으로 표현된다.The total cost is expressed as the weighted sum of the SOC and smoothing error, as shown in equation (14).
수식 (14) Formula (14)
여기서, SMe(t)는 시간 t에서 평활화 에러이고, α 및 β는 비용 함수의 각 구성요소에 대한 계수라고 가정하면, 최적의 BESS 전력은 수식 (15)와 같이 비용 함수를 최소화하여 산출된다.Here, assuming that SMe (t) is a smoothing error at time t, and α and β are coefficients for each component of the cost function, the optimal BESS power is calculated by minimizing the cost function as shown in equation (15).
수식 (15) Formula (15)
여기서, Px는 최적의 BESS 전력이다.
Where Px is the optimal BESS power.
PX를 산출한 후, 수식 (16)과 같이 BESS 전력은 기준 PX에 의해 갱신된다.After calculating P X , the BESS power is updated by the reference P X as in Equation (16).
수식 (16) Formula (16)
여기서, P(t)는 시간 단계 t에서 BESS 전력, PX(t)는 시간 단계 t에서 최적의 BESS 전력이다.
Where P (t) is the BESS power at time step t, and P X (t) is the optimal BESS power at time step t.
피크 감축은 수식 (1) 내지 (4)에 표시된 CVNN 예측 방법을 사용하여 부하를 구한 수식 (5) 내지 (9)를 사용하여 수행된다. Peak reduction is performed using Eqs. (5) to (9), where load is obtained using the CVNN prediction method shown in Equations (1) to (4).
순수 피크 감축 방식에 따르면, 예측 곡선 및 SOC 제약을 근거로 가능한 한 평평하게 부하 곡선을 유지한다.According to the pure peak reduction method, the load curve is kept as flat as possible based on the prediction curve and the SOC constraint.
수식 (5) 내지 (10)을 계산하여 BESS가 배전 회로에 유효전력을 흡수 또는 투입하는 도 5에 나타낸 표적 SOC 궤적을 제시한다.Equations (5) to (10) are calculated to present the target SOC trajectory shown in FIG. 5 in which the BESS absorbs or injects active power into the distribution circuit.
도 5에 나타낸 바와 같이, 자정에서 오전 6시까지 충전을 통해 부하 곡선을 이동하기 위해 SOC는 증가하고 있다.As shown in FIG. 5, SOC is increasing to shift the load curve through charging from midnight to 6 am.
부하 곡선의 오목한 부분은 오전 6시쯤 변하므로, 부하 곡선을 낮추기 위해 약 오전 10시까지 저장된 에너지의 일부를 방출시킨다.The concave portion of the load curve changes around 6 am, releasing some of the stored energy until about 10 am to lower the load curve.
약 오전 10시에 발생하는 SOC 궤적에서 국부적 최소화 후, 약 800kW의 평평한 선보다 약간 아래의 부하를 증가시키기 위해 BESS는 오후 2시까지 충전한다. After local minimization in the SOC trajectory that occurs at about 10 am, the BESS charges until 2 pm to increase the load slightly below the flat line of about 800 kW.
오후 2시가 지나 오후 6시까지, BESS는 저장 에너지를 유지하고 피크를 감축하기 위해 방출을 시작한다.After 2 pm and 6 pm, the BESS will begin emitting to maintain stored energy and reduce the peak.
상기 직병렬예측모듈(211)은 상당히 정확하게 설정된 시간(예를 들면, 20분)의 예측 부하값을 미리 예측할 수 있다. The serial /
예측 부하값은 배전망의 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 수행하기 위해 사용된다.The predicted load value is used to perform peak reduction and load curve smoothing of the distribution network.
상기와 같은, 피크감축 및 평활화부(210)를 구성하는 이유는 피크 감축 목적을 위한 것이며, BESS는 CVNN 예측 접근법을 사용하는 최적화 알고리즘에 의해 얻은 SOC 궤적을 따라가는 특성을 제공할 수 있게 된다.
The reason for configuring the peak reduction and smoothing
한편, 실제 충전 및 방전의 동작은 해당 시간에 대해서만 부하곡선의 변경이 일어난다. On the other hand, in the actual charging and discharging operation, the load curve changes only for the corresponding time.
ESS를 도입하면 최대 전력 수요가 줄어들기 때문에 전기기본요금(전력요금)의 절감과 에너지 비용이 높은 시간대에서 전력사용량을 줄일 수 있으므로, 전기 에너지 요금(전력량요금)의 절감효과를 동시에 얻을 수 있다.The introduction of ESS reduces the maximum power demand, which can reduce the basic electricity bill (power bill) and reduce the electricity consumption during high energy costs, thereby simultaneously reducing the electrical energy bill (power bill).
또한, ESS 도입으로 인해 최대부하가 감소되면 부가적으로 전력설비의 증설 또한 지연시킬 수 있다. In addition, if the maximum load is reduced due to the introduction of the ESS, additional capacity expansion may also be delayed.
최대부하 저감 및 에너지평준화를 위해 기존에 사용하는 ESS의 알고리즘은 당일 예측된 부하패턴을 기반으로 한 수요반응 알고리즘을 사용한다.The existing ESS algorithm for maximum load reduction and energy leveling uses a demand response algorithm based on the expected load pattern on the day.
이는 정형화된 부하에 최적 충방전 스케줄을 구현하여 제어 신뢰성을 향상시킬 수 있으나, 정형화되지 않은 부하에 대해서는 다소 위험성이 존재한다. This can improve control reliability by implementing an optimal charge / discharge schedule for a standardized load, but there are some risks for unstructured loads.
정형화되지 않는 부하의 예측이 어려울 경우, 오차가 클수록 오차범위가 커지게 되는 단점을 가지며, 잘못된 제어로 인한 제어 실패는 수용가에 큰 경제적 손실을 야기할 수 있다. If the unstructured load is difficult to predict, the larger the error, the larger the error range, and a control failure due to incorrect control may cause a large economic loss to the customer.
통상적으로 단기수요 예측의 오차는 ±20% 정도로 예상된다.
Typically, errors in short-term demand forecasts are expected to be ± 20%.
이상적인 일별 수요 목표값에서 오차가 발생할 경우, ESS의 효율적인 운전을 방해하게 되는데, 만일 예측값이 실제 목표값보다 20% 초과하여 도출되게 될 경우, 부하가 예측값에 도달하지 않게 되기 때문에 ESS는 하루 동안 전혀 동작을 하지않는 문제점이 발생된다.An error in the ideal daily demand target would interfere with the efficient operation of the ESS. If the predicted value is derived more than 20% above the actual target value, the ESS will not reach the forecast at all. There is a problem that does not work.
반대로 목표값보다 20% 적은 값으로 예측된다면, ESS는 목표값에 도달하기 전부터 ESS에 저장되어 있는 에너지를 방전하게 되고, 실제 목표값에 도달했을 경우엔 남아있는 에너지가 부족하여 부하의 증가를 억제할 수 없게 된다. On the contrary, if it is predicted to be 20% less than the target value, the ESS discharges the energy stored in the ESS before reaching the target value, and when the actual target value is reached, the remaining energy is insufficient to suppress the increase in load. You will not be able to.
예측이 제대로 진행됐다면 최대부하가 유지되는 약 240분 동안 ESS의 에너지를 배분하여 효과적으로 최대부하를 억제 가능하겠지만, 예측 오차로 인해 잘못된 예측값은 ESS의 최대 출력으로 에너지를 방전하게 만들고, 결과적으로 약 1시간 후 에너지를 모두 소모하는 문제점이 발생하게 된다.If the prediction is successful, the maximum load can be effectively suppressed by allocating the energy of the ESS for about 240 minutes while the maximum load is maintained, but due to the prediction error, the wrong prediction causes the energy to discharge to the maximum output of the ESS. After time, a problem of consuming all the energy occurs.
상기 문제점을 해소하고자 본 발명에서는 강제방전수행부(220)가 구성되게 된다.
In order to solve the above problems, the forced
상기 강제방전수행부(220)는 에너지저장장치 동작의 최소 단위시간을 설정하고, 현재의 부하 크기를 추출하며, 수요 반응 시퀀스에 따라 에너지저장장치의 충방전 여부를 수행하게 된다.The forced
즉, 에너지저장장치가 동작하기 위한 최소 단위시간을 설정하게 되며, 현재 부하의 크기를 추출하게 된다.That is, the minimum unit time for operating the energy storage device is set, and the size of the current load is extracted.
이후, 수요 반응 시퀀스에 따라 충전 혹은 방전 여부를 결정하게 된다.Then, it is determined whether to charge or discharge according to the demand response sequence.
이때, 현재 시간을 확인하여 1일 24시간 단위로 에너지저장장치를 운영하고, 하루가 종료되는 시점에 일간 전력 수요 목표값을 설정 시퀀스로 정의하게 된다.
At this time, the energy storage device is operated in units of 24 hours per day by checking the current time, and the daily power demand target value is defined as a setting sequence at the end of the day.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ESS컨트롤수단(200)은, 도 7의 외관을 가질 수 있으며, 전면에는 전면패널이 존재하게 되는데, 전면패널에는 디스플레이패널(250)이 구성되며, 상기 디스플레이패널에는 직병렬예측모듈(211)에 의해 처리된 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하게 되는데, 상기 생성된 예측 부하 곡선을 제공하게 된다.On the other hand, as shown in Figure 7, the ESS control means 200 of the present invention, may have the appearance of Figure 7, the front panel is present, the front panel is a display panel 250 is configured The display panel may generate a predicted load curve for predicting a load value by referring to past data processed by the serial-
그리고 피크감축수행모듈(212)에 의해 처리된 각 시간별 에너지저장장치의 유효 전력 흐름을 판단하고, SOC의 운전범위 제약 조건을 수행하게 되며, 해당 운전범위 제약 조건에 해당하는 데이터를 디스플레이패널에 제공할 수 있다.In addition, the effective power flow of the energy storage device for each time processed by the
그리고, 평활화모듈(213)에 의해 상기 피크감축수행모듈에 의해 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 수행하여 정확한 부하 예측을 수행하게 되는데, 해당 부하 예측 곡선을 표시하게 되는 것이다.The smoothing
또한, 상기 디스플레이패널 하단에는 전원 온오프 버튼(260), 에너지저장장치의 동작 최소 단위 시간을 설정하기 위한 설정버튼(261), 업 다운 버튼(262, 263) 및 현재의 충방전 수행을 확인할 수 있는 램프(264)를 포함하게 되며, 외부단말기와 통신을 수행하기 위한 통신포트(265)를 포함하게 된다.
In addition, at the bottom of the display panel, a power on / off
도 6은 일 실시 예에 따른 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템의 일례를 예시적으로 나타낸 PCS 블럭도이다.6 is a PCS block diagram illustrating an example of an energy storage system for performing peak reduction and smoothing according to an embodiment.
상기 PCS(300)는 강제방전수행부에 의해 충방전 수행 정보를 획득하여 에너지저장장치를 충방전하기 위한 계통전력제어모듈(310)과, SOC에 의해 에너지저장장치(400, ESS)를 100% 충전하기 위한 직류전압제어모듈(320)과, 상기 계통전력제어모듈(310)에서 계산된 출력 전류 기준값을 입력받아 출력 전압 기준값을 생성하기 위한 교류전압제어모듈(330)을 포함하게 된다.
The
계통 연계 운전에서는 운전초기에 계통과 PCS를 연계하기 위한 계통 동기화를 수행하며, 계통 동기화가 완료된 후에는 지령에 따라 동작하게 된다. In system linkage operation, system synchronization is performed to link the system with the PCS at the beginning of operation. After the system synchronization is completed, it operates according to the command.
종래의 운전 방식의 경우에는 스위치 기어를 동작시켜 계통과 PCS의 출력측 변압기를 연계하고 PCS의 출력을 변압기 2차측 전압과 동기화시키는 방식을 주로 이용하였으나, 이러한 경우 초기충전 회로없이 연결되는 경우 과도상태에서 정격의 2배 이상의 돌입전류가 발생하여 계통에 인가되는 문제가 발생될 수 있다.
In the conventional driving method, a switch gear is operated to link the system and the output transformer of the PCS and to synchronize the output of the PCS with the secondary voltage of the transformer. However, in this case, when connected without an initial charging circuit, in a transient state Inrush current more than twice the rating can occur and cause problems to be applied to the system.
본 발명의 PCS는 초기에 PCS의 출력단을 ACB를 통해 변압기에 연결하고 계통전압의 위상과 크기가 동일하도록 PCS의 출력을 서서히 증가시켜 변압기를 가압한 후 계통의 전압과 PCS의 출력전압이 일치하는 것을 확인하고, 스위치기어를 동작시켜 계통과 연계하는 동작을 수행한다. The PCS of the present invention initially connects the output terminal of the PCS to the transformer through the ACB and gradually increases the output of the PCS so that the phase and magnitude of the grid voltage are equal to pressurize the transformer so that the voltage of the grid and the output voltage of the PCS match. After confirming that, the switchgear is operated to connect with the system.
이러한 경우, 계통 연계 시에 발생하는 과도상태의 전류를 정격전류의 10% 이내로 제한할 수 있다.In this case, it is possible to limit the transient current generated during grid linkage to within 10% of the rated current.
본 발명에서 계통연계 운전은 2가지의 제어 모드로 이루어진다. In the present invention, the grid-connected operation consists of two control modes.
상위의 전력 지령치에 따라 에너지를 충/방전하는 계통전력제어(Constant Power Control, CP) 모드와 배터리의 전압을 유지하면서 SOC에 의한 에너지저장장치를 100%로 충전하는 직류전압제어(Constant Voltage Control, CV)모드로 구성된다. Constant Power Control (CP) mode, which charges and discharges energy according to the upper power command value, and Constant Voltage Control, which charges the energy storage device by 100% while maintaining the voltage of the battery. CV) mode.
이때, 상기 각각의 모드 중에서 상기 계통전력제어 모드는 계통전력제어모듈(310)에서 수행하게 되며, 직류전압제어 모드는 직류전압제어모듈(320)에서 수행하게 된다.
At this time, the system power control mode of the respective modes is performed by the system
계통전력제어의 경우 계통의 상황과 에너지저장장치의 배터리 전력을 파악하여 필요한 충방전 전력이 제어되게 되고, 직류전압제어의 경우 에너지저장장치의 전압과 SOC를 확인하면서 완전 충전이 가능하도록 직류전압을 제어한다.
In the case of grid power control, the charging and discharging power is controlled by checking the system situation and the battery power of the energy storage device.In the case of the DC voltage control, the DC voltage is supplied to enable full charging while checking the voltage and SOC of the energy storage device. To control.
계통전력제어와 직류전압제어의 결정은 강제방전수행부에 의해 충방전 수행 정보를 획득하여 해당 정보를 분석하는 중앙제어부에서 결정하게 되며, 원하는 출력을 얻기 위해서 교류전압제어모듈(330)에 지령치를 입력한다.The determination of the grid power control and the DC voltage control is made by the central control unit which acquires charging / discharging performance information by the forced discharge execution unit and analyzes the information, and sets the command value to the AC
상기 교류전압제어모듈(330)은 계통전력제어모듈에서 계산된 출력 전류 기준값을 입력받아 출력 전압 기준값을 생성하게 된다.The AC
출력 전압 기준값은 PCS에서 출력되는 실제 출력에 반영된다.The output voltage reference is reflected in the actual output from the PCS.
실제 출력은 정격의 크기와 주파수를 갖는 전압을 발생하며, 부하에 따라서 출력 전력이 결정된다. 출력 전압의 크기와 주파수는 PCS에 파라미터로 입력되는 계통 전압크기, 주파수를 기준치로 사용한다.The actual output generates a voltage of rated magnitude and frequency, and the output power is determined by the load. The magnitude and frequency of the output voltage are used as reference values of the grid voltage and frequency input as parameters to the PCS.
요약하자면, 출력 전류 기준값은 교류전압제어모듈에 입력되며, 계통에 필요한 출력 전압 기준값에 근거하여 해당되는 전압이 출력되게 된다.
In summary, the output current reference value is input to the AC voltage control module, and the corresponding voltage is output based on the output voltage reference value required for the system.
계통전력제어모듈(310)은 계통 전압의 크기를 근거하여 전류 기준값을 생성하는 기능을 수행한다. 여기서, 전력은 전압과 전류에 비례하므로, 전력이 일정하게 유지되는 상태에서 계통 전압의 크기가 증가하는 경우에는 에너지저장장치(400, ESS)의 출력 전류는 감소하게 되고, 반대로 계통 전압의 크기가 감소하는 경우에는 에너지저장장치(400, ESS)의 출력 전류는 증가하게 된다.The grid
상기 교류전압제어모듈(330)은 계통전력제어모듈에서 계산된 전류 기준값을 입력받아 PI 제어를 수행하여 출력 전압 기준값을 생성하게 된다.The AC
이때, 상기 교류전압제어모듈(330)에서 생성되는 출력 전압 기준값은 출력 전류와 피드백 전류의 오차에 대한 PI 제어 출력에 특성을 향상시키기 위해서 전향 보상으로 계통 전압 크기를 반영하여 생성되게 된다.
At this time, the output voltage reference value generated by the AC
한편, 상기 직류전압제어모듈(320)은 직류 전압의 기준값과 현재 직류전압 크기를 비교하여 일정한 전력을 유지시킬 수 있도록 출력 전류 기준값을 계산하게 되며, 상기 출력 전압 기준값을 교류전압제어모듈(330)에 제공하게 된다.
On the other hand, the DC
도 8은 수식 (1) ~ (4)에서 얻은 예측 부하 곡선에 대한 그래프를 나타낸 것이다.8 shows a graph of the predictive load curves obtained from Equations (1) to (4).
예측 결과는 칼만 필터(Kalman Filter)가 적용되지 않은 CVNN 예측 부하(도 8의 (a))와 칼만 필터가 적용된 CVNN 예측 부하(도 8의 (b))로 비교하였고, 비교 결과 실제 예측 데이터와 평활화된 예측 데이터는 2가지 경우 상이한 형태로 나타났다.The prediction results were compared with the CVNN prediction load without the Kalman Filter (FIG. 8 (a)) and the CVNN prediction load with the Kalman Filter (FIG. 8 (b)). Smoothed prediction data appeared in different forms in two cases.
칼만 필터는 잡음이 포함되어 있는 역학적 상태를 추적하는 재귀 필터로서 시간에 따라 진행한 측정을 기반으로 한다. 즉, 칼만 필터는 불규칙 외난을 포함하는 동적 시스템(Dynamic System)에 적용되는 최적 상태 추정과정(Optimal state estimation process)으로서, 이산 실시간격(Discrete Real Time Interval)마다 측정되는 잡음(Noise)이 실린 데이터로부터 동적시스템의 미지의 상태변수를 최적으로 추정하기위한 선형, 불편(unbiased), 최소오차분산(minimum error variance)의 반복적 알고리즘(recursive algorithm)이다. The Kalman filter is a recursive filter that tracks the mechanical state of noise and is based on measurements made over time. That is, the Kalman filter is an optimal state estimation process applied to a dynamic system including an irregular outlier, and data including noise measured at discrete real time intervals is included. It is a recursive algorithm of linear, unbiased, and minimum error variance for optimal estimation of unknown state variables of dynamic systems.
첨부된 도 8을 참조하면, 칼만 필터(Kalman Filter)가 적용되지 않은 CVNN 예측 부하(도 8의 (a))는 변화의 진폭이 큰 반면, 칼만 필터가 적용된 CVNN 예측 부하(도 8의 (b))에서는 변화의 폭이 상대적으로 작게 나타났다.
Referring to FIG. 8, the CVNN prediction load without the Kalman Filter (FIG. 8A) has a large amplitude of change, whereas the CVNN prediction load with the Kalman Filter is applied (FIG. 8B). In)), the width of change is relatively small.
직병렬 방법은 그 다음 10 ~ 30분 범위에서 부하 데이터를 예측하기 위해 이용되는 것으로서, 예를 들면 20분 간격으로 추출된 실제 데이터를 수반한 예측 결과는 도 9에 도시하였다.The serial-to-parallel method is then used to predict load data in the range of 10-30 minutes, for example the prediction results with actual data extracted at 20-minute intervals are shown in FIG.
첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 실제 부하 데이터를 수반한 20분 미리 예측한 결과, 예측 부하는 실제 부하를 따라 도출됨을 알 수 있다.
Referring to FIG. 9, as a result of predicting 20 minutes in advance with actual load data according to the present invention, it can be seen that the predicted load is derived along the actual load.
변압기를 통한 보상 부하 흐름은 도 10에 도시하였다.The compensation load flow through the transformer is shown in FIG.
도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 보정 부하는 오전 8시까지 거의 평평하지만, 예측 에러로 인해 실제 부하와 예측 부하는 소정의 차이가 나타나게 된다.As can be seen in FIG. 10, the corrected load is almost flat until 8 am, but due to a prediction error, the actual load and the predicted load appear to have a predetermined difference.
아울러, 예측 및 실제 부하는 정오 경에 상당히 차이가 나므로, 실제 부하는 보정 부하보다 더 높게 도출된다. 이 경우, 에너지저장장치는 16시에서 21시 사이에 저장 에너지를 방출하여 보정 부하는 평평하게 유지하는 것으로 나타났다.
In addition, since the forecast and actual loads vary considerably around noon, the actual load is derived higher than the corrected load. In this case, the energy storage device released the stored energy between 16 o'clock and 21 o'clock to keep the correction load flat.
상기와 같이, 예측 방법을 제시했으며 결과를 실제 부하값과 비교하였다. As above, a prediction method is presented and the results are compared with the actual load values.
비교 결과, 본 발명은 과거 예측 데이터를 사용하며 상당히 정확하게 부하 측정점을 20분 미리 예측할 수 있었다. As a result of the comparison, the present invention uses historical prediction data and was able to predict
예측 부하값은 배전망의 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 수행하기 위해 사용된다. The predicted load value is used to perform peak reduction and load curve smoothing of the distribution network.
피크 감축 목적을 위해, 에너지저장장치는 본 발명의 예측 접근법을 사용하는 최적화 알고리즘에 의해 얻은 SOC 궤적을 따라간다.For peak reduction purposes, the energy storage device follows the SOC trajectory obtained by the optimization algorithm using the predictive approach of the present invention.
이 방법은 회로 부하를 악화시키는 어느 시기에 에너지저장장치의 부적합한 충전/방전을 유발하는 부정확한 예측 부하로 심각한 오류를 발생시킬 수 있게 된다.This method can cause serious errors with inaccurate predicted loads that cause inadequate charging / discharging of the energy storage device at some point that worsens the circuit load.
따라서, 평활화 기능을 제공하여 피크 감축 작업을 하는 동안 변동을 줄이게 되는 것이다.This provides a smoothing function to reduce fluctuations during peak reduction operations.
이 방법은 직병렬 예측 방법에도 의존하는 한편, 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 추가한다.This method also relies on the parallel and parallel prediction method, while adding smoothing to the reduced peak load curve.
평활화 접근법은 부하를 이동시킬 뿐만 아니라, 대개 PV 발전에 기인한 확률적 부하 변동도 줄인다. The smoothing approach not only shifts the load, but also reduces the probabilistic load fluctuations usually caused by PV generation.
최적의 작업을 위해 전력 시스템 내 다른 변수와 정합될 수 있는 약간의 사용자 대화형 파라미터가 존재한다. There are some user interactive parameters that can be matched with other variables in the power system for optimal operation.
회로 부하 및 일기예보의 실시간 데이터로부터 이익을 얻는 직병렬 방법은 그 다음 시간 단계를 위한 보다 나은 부하 예측값을 구하는데 도움이 될 수도 있다.
A parallel or parallel method that benefits from real-time data of circuit loads and weather forecasts may help to obtain better load forecasts for the next time step.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해, 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 제공하여 에너지저장장치의 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 효과와, 예측이 잘못되었을 경우에 에너지가 모두 소진되는 문제점을 방지하기 위하여 에너지저장장치 동작의 최소 단위시간을 설정하여 현재의 부하 크기에 맞게 에너지저장장치의 충방전 여부를 수행할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
Through the above configuration and operation, it is possible to efficiently manage the energy of the energy storage device by providing peak reduction and load curve smoothing, and to prevent energy exhaustion when the prediction is wrong. By setting the minimum unit time of the storage device operation to provide the effect of performing the charge / discharge of the energy storage device according to the current load size.
이상에서 설명된 신재생발전원의 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 관리시스템은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다.The energy management system for performing peak reduction and smoothing of the renewable energy source described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer readable medium.
컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로세서에 의해 액세스 가능한 임의의 매체일 수 있다. 이러한 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체 둘 다, 착탈식과 비착탈식 매체, 통신 매체, 저장 매체 및 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다.Computer-readable media can be any media that can be accessed by a processor. Such media can include both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media, communication media, storage media and computer storage media.
통신 매체는 컴퓨터 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 반송파 또는 기타 전송 메커니즘 등의 변조된 데이터 신호의 기타 데이터를 포함할 수 있고, 공지된 임의의 기타 형태의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다.The communication medium may include other data of a modulated data signal, such as computer readable instructions, data structures, program modules, carriers or other transmission mechanisms, and may include any other form of information transmission medium known in the art.
저장 매체는 RAM, 플래시 메모리, ROM, EPROM, 전기적으로 소거 가능한 판독 전용 메모리("EEPROM"), 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리("CD-ROM"), 또는 공지된 임의의 기타 형태의 저장 매체를 포함할 수 있다.Storage media may be RAM, flash memory, ROM, EPROM, electrically erasable read only memory ("EEPROM"), registers, hard disks, removable disks, compact disk read only memory ("CD-ROM"), or any known And other forms of storage media.
컴퓨터 저장 매체는, 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 그 밖의 데이터와 같은 정보를 저장하기 위한 임의의 방법이나 기술로 구현되는 착탈형(removable)과 고정형(non-removable), 및 휘발성과 비휘발성 매체를 포함한다.Computer storage media are removable and non-removable, volatile and non-removable, implemented in any method or technology for storing information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Volatile media.
이러한 컴퓨터 저장 매체는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 다른 고체 메모리 기술, CDROM, 디지털 다용도 디스크(DVD), 또는 다른 광 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.Such computer storage media may include program instructions such as RAM, ROM, EPROM, EEPROM, flash memory, other solid state memory technologies, CDROMs, digital versatile disks (DVDs), or other optical storage devices, magnetic cassettes, magnetic tapes, magnetic disk storage devices, and the like. It may include a hardware device specifically configured to store and perform.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
Examples of program instructions may include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it should be understood that the scope of the present invention extends to the range that is substantially equivalent to the embodiment of the present invention. Various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.
100 : 신재생발전원
200 : ESS컨트롤수단
300 : PCS
400 : 에너지저장장치100: renewable energy generation
200: ESS control means
300: PCS
400: energy storage device
Claims (7)
상기 에너지저장 장치의 피크 감축을 수행하는 피크감축 및 평활화부와 상기 에너지저장 장치 동작의 최소 단위시간을 설정하고 현재의 부하 크기를 추출하며 수요 반응 시퀀스에 따라 상기 에너지저장 장치의 충방전 여부를 수행하기 위한 강제방전수행부를 포함하는 ESS컨트롤수단 및 상기 에너지저장 장치의 충방전을 제어하는 PCS를 포함하고,
상기 피크감축 및 평활화부는,
스플라인 보간법을 이용하여 과거 데이터와 미래 예측을 통해 생성된 데이터를 참조하여 부하값을 예측하기 위한 예측 부하 곡선을 생성하기 위한 직병렬예측모듈;
상기 에너지저장 장치의 용량값과 예측 부하값을 참조하여 각 시간별 에너지저장 장치의 유효 전력 흐름을 판단하여 BESS(Battery Energy Storage System) 유효전력 흐름 및 SOC(State of Charge)를 계산하는 피크감축수행모듈; 및
상기 피크감축수행모듈에 의해 감축된 피크 부하 곡선에 평활화를 수행하여 부하 예측을 수행하는 평활화모듈;
을 포함하며,
상기 PCS는,
계통전력제어 모드에 따라 계통의 상황과 상기 에너지저장 장치의 배터리 전력을 파악하여 충방전 전력 제어를 수행하는 계통전력제어모듈;
직류전압제어 모드에 따라 상기 에너지저장 장치의 전압과 상기 SOC에 근거하여 상기 에너지저장 장치의 배터리를 완전 충전하도록 제어하는 직류전압제어모듈; 및
상기 계통전력제어모듈에서 상기 에너지저장 장치의 출력 전류를 전류 기준값으로 하여 PI 제어를 통해 출력 전압 기준값을 생성하기 위한 교류전압제어모듈;
을 포함하여 구성되고,
상기 직병렬예측모듈은,
부하 측정점을 10 ~ 30분 범위에서 미리 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템.
A grid power supply; and a distributed energy storage device; And an energy storage system for performing peak reduction and smoothing of a renewable power source including a wind power generator or a solar power generator.
Set the peak reduction and smoothing unit performing peak reduction of the energy storage device and the minimum unit time of the operation of the energy storage device, extract the current load size, and perform charge / discharge of the energy storage device according to the demand response sequence. ESS control means including a forced discharge performing unit for controlling and the charge and discharge of the energy storage device PCS,
The peak reduction and smoothing unit,
A parallel-parallel prediction module for generating a predictive load curve for predicting a load value by referring to past data and data generated through future prediction using spline interpolation;
Peak reduction performance module that calculates the BESS (Battery Energy Storage System) effective power flow and SOC (State of Charge) by determining the effective power flow of the energy storage device for each time by referring to the capacity value and the predicted load value of the energy storage device. ; And
A smoothing module performing smoothing on the peak load curve reduced by the peak reduction performing module to perform load prediction;
Including;
The PCS,
A system power control module configured to perform charging / discharging power control by identifying a system situation and battery power of the energy storage device according to a system power control mode;
A DC voltage control module controlling to fully charge a battery of the energy storage device based on the voltage of the energy storage device and the SOC according to the DC voltage control mode; And
An AC voltage control module configured to generate an output voltage reference value through PI control using the output current of the energy storage device as a current reference value in the grid power control module;
It is configured to include,
The serial and parallel prediction module,
Energy storage system for performing peak reduction and smoothing, characterized in that the load measurement point can be predicted in the range of 10 to 30 minutes in advance.
상기 교류전압제어모듈에서 생성된 출력 전압 기준값은,
상기 PCS에서 출력되는 실제 출력에 반영되도록 하는 것을 특징으로 하는 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템.
The method according to claim 1,
The output voltage reference value generated by the AC voltage control module is
Energy storage system for performing peak reduction and smoothing, characterized in that reflected to the actual output output from the PCS.
상기 교류전압제어모듈은,
출력 전류와 피드백 전류의 오차에 대한 제어기 출력에 있어 제어기의 특성을 향상시키기 위한 전향 보상으로 계통 전압 크기를 반영하여 출력 전압 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템.
The method according to claim 1,
The AC voltage control module,
Energy storage system for peak reduction and smoothing, characterized in that the output voltage reference value is generated by reflecting the system voltage magnitude as a forward compensation to improve the characteristics of the controller in the controller output against the error of the output current and the feedback current. .
상기 직병렬예측모듈의 예측 부하값은,
배전망의 피크 감축 및 부하 곡선 평활화를 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 피크감축 및 평활화를 수행하기 위한 에너지 저장시스템.
The method according to claim 1,
The predicted load value of the serial-to-parallel prediction module is
An energy storage system for performing peak reduction and smoothing, characterized in that it is used to perform peak reduction and load curve smoothing of a distribution network.
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