KR102095854B1 - An energy storage device(ess) sharing system and method that can change the allocation size - Google Patents

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Abstract

본 발명은 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 대형 에너지 저장장치를 클러스터링하여 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 설치공간의 제약 없이 설치 가능하고, 초기 설치 및 운영 비용을 절감할 수 있으며, 유지보수 비용도 적은 에너지 저장장치(ESS)를 제공할 수 있다.The present invention relates to an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size and a method thereof, and more specifically, an energy storage device (ESS) capable of changing an allocation size by clustering a single large energy storage device. ) It relates to a shared system and method. According to the present invention, it is possible to provide an energy storage device (ESS) that can be installed without restriction of installation space, can reduce initial installation and operation costs, and has low maintenance cost.

Description

할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법{AN ENERGY STORAGE DEVICE(ESS) SHARING SYSTEM AND METHOD THAT CAN CHANGE THE ALLOCATION SIZE}Energy storage device (ESS) sharing system and method for changing allocation size {AN ENERGY STORAGE DEVICE (ESS) SHARING SYSTEM AND METHOD THAT CAN CHANGE THE ALLOCATION SIZE}

본 발명은 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 대형 에너지 저장장치를 클러스터링하여 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 설치공간의 제약 없이 설치 가능하고, 초기 설치 및 운영 비용을 절감할 수 있으며, 유지보수 비용도 적은 에너지 저장장치(ESS)를 제공할 수 있다.The present invention relates to an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size and a method thereof, and more specifically, an energy storage device (ESS) capable of changing an allocation size by clustering a single large energy storage device. ) It relates to a shared system and method. According to the present invention, it is possible to provide an energy storage device (ESS) that can be installed without restriction of installation space, can reduce initial installation and operation costs, and has low maintenance cost.

최근 사물인터넷(Internet of Things; IoT) 기술이 발전함에 따라, 전통적인 백색 가전제품의 개념이 서비스 모델, 장치 플랫폼 및 주택 관리 시스템과 관련된 통합관리를 제공하는 서로 연결된 가전제품으로 바뀌고 있다.With the recent development of the Internet of Things (IoT) technology, the concept of traditional white appliances is changing to interconnected appliances that provide integrated management related to service models, device platforms and home management systems.

가전 업계의 또 다른 트렌드는 공유 경제를 도입하는 것이다. 물품을 보유하기 위해 종래에는 영구적으로 구매하였으나, 필요할 때 임대하는 것으로 바뀌고 있다.Another trend in the consumer electronics industry is to introduce a sharing economy. In order to retain the goods, they have been purchased permanently in the past, but are being changed to rent when necessary.

정보 통신 기술은 협업적 소비(collaborative consumption; CC)를 가능하게 하였다. 커뮤니티 기반 온라인 서비스를 통해 조정된 상품 및 서비스에 대한 접근을 획득, 제공 또는 공유하는 피어 - 투 - 피어 기반 활동들이 그러한 예에 해당된다. 협업적 소비(CC)는 공동체 내에서의 경제 조정 비용을 낮춤으로써 과소비, 공해 및 빈곤과 같은 사회적 문제를 완화시킬 것으로 기대된다.Information and communication technology has enabled collaborative consumption (CC). Examples include peer-to-peer based activities that obtain, provide or share access to coordinated products and services through community based online services. Collaborative consumption (CC) is expected to alleviate social problems such as overconsumption, pollution and poverty by lowering the cost of economic coordination within the community.

기존의 소비자 가전 시장에서 렌탈 서비스가 존재하였다. 그러나, IoT 및 홈 네트워크 기술은 공유 경제와 결합하여 소비자 전자 제품을 서비스로서의 가전제품(consumer electronics as a service; CEaaS)으로 자리 매김하는 새로운 개념을 도입했다.Rental services existed in the existing consumer electronics market. However, IoT and home network technologies have introduced a new concept of combining consumer electronics as consumer electronics as a service (CEaaS) in combination with the sharing economy.

이 개념은 서비스로서의 소프트웨어(software as a service; SaaS) 또는 서비스로서의 플랫폼(platform as a service; PaaS)과 유사하다.This concept is similar to software as a service (SaaS) or platform as a service (PaaS).

한편, 에너지 효율은 가전제품의 지속적인 목표이다. 주거 부문의 에너지 소비는 지속적으로 증가하고 있다. 2014 년 미국 전체 에너지 소비의 21.7 %를 가정이 차지했다(White Paper, U.S. Energy Information Administration, May 2015). 스마트 홈에서 효율적인 에너지 관리를 위해 많은 노력이 있었지만 이러한 개선에는 한계가 있다.On the other hand, energy efficiency is a constant goal of home appliances. Energy consumption in the residential sector continues to increase. In 2014, households accounted for 21.7% of total US energy consumption (White Paper, U.S. Energy Information Administration, May 2015). Although a lot of efforts have been made for efficient energy management in smart homes, these improvements have limitations.

새로운 기술로의 확장성을 갖춘 최신 전력 그리드(Smart Grid)의 개발로, 주거 부문의 에너지 효율을 높이는 스마트 홈 에너지 관리 시스템 (home energy management system; HEMS)에 대한 많은 연구가 있었다.With the development of the latest smart grid with scalability to new technologies, there have been many studies on smart home energy management systems (HEMS) that increase energy efficiency in the residential sector.

이러한 작업의 대부분은 통신 인프라가 있는 주택의 주문형 측정 및 네트워크 연결 기기의 동적 작동을 기반으로 한다. 그러나 기존 장비의 업그레이드를 요구하기 때문에, 이러한 기술의 보급이 제한되고 있다.Much of this work is based on on-demand measurements of houses with telecommunications infrastructure and dynamic operation of networked devices. However, because of the need to upgrade existing equipment, the dissemination of these technologies is limited.

에너지 저장 시스템 (energy storage system; ESS)은 고객에게 불편을 주지 않고 최대 부하를 줄임으로써, 수요 측면의 에너지 효율을 높이는 잠재적인 도구이다. 가정용 에너지 저장 장치는 실제로 여러 제조업체에서 개발 및 판매하고 있다. 장치의 높은 비용이 소모품에 대한 제약으로 작용하지만, ESS는 소형이고 제어가 용이하기 때문에 가정용 에너지 관리에 채택되기 시작했다.An energy storage system (ESS) is a potential tool to increase energy efficiency on the demand side by reducing the maximum load without causing inconvenience to the customer. Household energy storage devices are actually developed and sold by several manufacturers. Although the high cost of the device acts as a constraint on consumables, ESS has begun to be adopted for home energy management because it is compact and easy to control.

그러나 도시 지역에서 흔히 볼 수 있는 다세대 주택의 경우, ESS를 설치하고 운영하기에 충분한 공간을 확보하기가 어렵다. 가격과 공간 외에도 소음, 열 및 유지 관리 문제로 인해 ESS를 사용하기가 어려운 문제가 있다.However, it is difficult to secure enough space to install and operate the ESS in the case of multi-family houses, which are common in urban areas. In addition to price and space, it is difficult to use ESS due to noise, heat and maintenance problems.

한편, 관련 특허문헌으로는 다음과 같은 문헌들이 공개되어 있다.Meanwhile, the following documents have been published as related patent documents.

등록특허공보 제10-1772018호 “온사이트형 ESS 관리 장치”는 전력변환기와 배터리로 구성된 그리드를 그룹화하는 편집부, 사용할 그리드 그룹을 선택하는 선택부, 선택된 그룹에 속하는 그리드의 전력 입출력을 관리하는 관리부를 가진 에너지 저장 시스템(ESS)에 관한 것으로, 그리드를 자유롭게 그룹화 할 수 있고, 복수의 그리드를 그룹별로 손쉽게 교체 가능한 효과가 있다.Registered Patent Publication No. 10-1772018 “On-site ESS management device” is an editing unit that groups a grid composed of a power converter and a battery, a selection unit that selects a grid group to be used, and a management unit that manages power input and output of a grid belonging to the selected group With respect to the energy storage system (ESS) having, it is possible to freely group the grid, there is an effect that can be easily replaced by a plurality of grids by group.

공개특허공보 제10-2017-0087389호 “에너지 스토리지 가상화 방법 및 장치”에는 에너지 스토리지(ESS)를 가상화하고, 통합가상에너지 스토리지를 논리적으로 분할하여 매핑, 제어함으로써, 필요한 저장용량만큼 가상에너지 스토리지를 임차하여 잉여전력의 거래 등에 활용할 수 있는 장치에 관하여 개시하고 있다.Patent Publication No. 10-2017-0087389, “Energy Storage Virtualization Method and Apparatus,” virtualizes energy storage (ESS), logically partitions and maps and controls the integrated virtual energy storage, thereby providing virtual energy storage as much as the required storage capacity. Disclosed is a device that can be rented and used for transactions of surplus power.

등록특허공보 제10-1772018호 “온사이트형 ESS 관리 장치”Registered Patent Publication No. 10-1772018 “Onsite ESS Management Device” 공개특허공보 제10-2017-0087389호 “에너지 스토리지 가상화 방법 및 장치”Patent Publication No. 10-2017-0087389 “Energy storage virtualization method and device”

본 발명의 목적은, 다세대 주택에서 각 개별 주택의 외부의 임의의 공간에 설치하여 사용할 수 있는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an energy storage (ESS) sharing system capable of changing the allocation size that can be installed and used in an arbitrary space outside each individual house in a multi-family house.

본 발명의 다른 목적은, 초기 투자비용과 운영 비용을 줄일 수 있어서 적은 비용으로 설치할 수 있는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an energy storage system (ESS) sharing system and method capable of reducing an initial investment cost and an operating cost, thereby changing an allocation size that can be installed at a small cost.

본 발명의 목적은, 에너지 저장장치의 유지보수 비용이 적고 수명이 길어지는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an energy storage system (ESS) sharing system and method capable of changing the allocation size of which the maintenance cost of the energy storage device is low and the service life is long.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템에 있어서, 다세대 주택의 여러 주택이 각각 할당받아 사용하는 클러스터된 ESS; 상기 클러스터된 ESS에 연결되어 상기 클러스터된 ESS가 충전 또는 방전하는 전력량을 측정하는 ESS용 스마트 미터; 및 상기 클러스터된 ESS와 상기 ESS용 스마트 미터에 연결되어, 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전을 제어하고, 상기 ESS용 스마트 미터의 측정값을 전달받는 ESS 운영 서버;를 포함하며, 상기 ESS 운영 서버는, 전체 주택의 총 이익이 최대가 되도록 상기 클러스터된 ESS에서 각 개별 주택이 할당받아 사용하는 할당 크기를 변화시킬 수 있다.According to one aspect for achieving the above object, the present invention is an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing the allocation size, a clustered ESS that is used by each of several houses of a multi-generational house; An ESS smart meter connected to the clustered ESS to measure the amount of power charged or discharged by the clustered ESS; And an ESS operating server connected to the clustered ESS and the smart meter for ESS, controlling charging or discharging of the clustered ESS, and receiving measurement values of the smart meter for ESS. , May change the allocation size used by each individual house in the clustered ESS to maximize the total profit of the entire house.

상기 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템은, 각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS) 및 상기 ESS 운영 서버와 연결되어, 각 개별 주택의 개별 ESS 역할을 하는 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈; 및 각 개별 주택에서 클러스터된 ESS에 충전 또는 방전을 요청하는 양을 측정하여 각 개별 주택의 HEMS 및 상기 ESS 운영 서버에 전달하는 각 개별 주택을 위한 가상 스마트 미터 모듈;을 더 포함할 수 있다.The energy storage device (ESS) sharing system capable of changing the allocation size is connected to a home energy management system (HEMS) of each individual house and the ESS operation server, and each individual house acts as an individual ESS of each individual house. Virtual ESS module for; And a virtual smart meter module for each individual house that measures the amount of charging or discharging of the clustered ESS in each individual house and delivers it to the HEMS of each individual house and the ESS operation server.

상기 ESS 운영 서버는, 각 개별 주택의 HEMS가 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈로 요청하는 충전 및 방전 량을 종합하여 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 여부를 결정할 수 있다.The ESS operation server may determine whether to charge or discharge the clustered ESS by synthesizing the charge and discharge amounts requested by the HEMS of each individual house to the virtual ESS module for each individual house.

상기 가상 스마트 미터 모듈은, 각 개별 주택에서 사용하는 전력량을 측정하는 각 개별 주택의 스마트 미터로부터 전달받은 각 개별 주택의 전력사용량과, 상기 ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 상기 클러스터드 ESS의 충전 또는 방전한 전력량을 상기 ESS 운영 서버에서 각 개별 주택에 분배한 전력사용량을 합하여, 각 개별 주택의 전력사용량으로 출력할 수 있다.The virtual smart meter module, the power consumption of each individual house received from the smart meter of each individual house measuring the amount of power used in each individual house, and charging or discharging of the clustered ESS received from the smart meter for the ESS The amount of power distributed by each ESS operation server to each individual house can be summed up and output as the power consumption of each individual house.

상기 ESS 운영 서버는, 각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)으로부터 각 개별 주택에 할당된 ESS 용량을 이용한 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 전달받아, 모든 주택의 총 전기요금이 최소화되도록 하는 새로운 ESS 용량을 각 개별 주택에 할당할 수 있다.The ESS operation server receives a minimum electricity bill for each individual house using the ESS capacity allocated to each individual house from the home energy management system (HEMS) of each individual house, so that the total electricity rate of all the houses is minimized. New ESS capacity can be allocated to each individual house.

상기 목적을 이루기 위한 다른 양태에 따르면, 본 발명은 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법에 있어서, (a) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 가상 ESS 모듈로부터 충전 또는 방전 지시를 전달받는 단계; (b) ESS 운영 서버가 전체 주택의 충전 및 방전 지시를 종합하여, 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전을 결정하는 단계; 및 (c) ESS 운영 서버가 클러스터된 ESS에게 충전 또는 방전 지시를 전달하는 단계;를 포함한다.According to another aspect for achieving the above object, the present invention provides an energy storage device (ESS) sharing method capable of changing the allocation size, (a) the ESS operation server instructs charging or discharging from the virtual ESS module of each individual house. Receiving a step; (b) the ESS operation server determining charging or discharging of the clustered ESS by synthesizing charging and discharging instructions of the entire house; And (c) the ESS operation server delivering a charge or discharge instruction to the clustered ESS.

상기 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법은, (d) ESS 운영 서버가 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 측정한 결과를 ESS용 스마트 미터로부터 전달받는 단계; (e) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 충전 또는 방전 지시를 고려하여, ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 각 개별 주택에 분배하는 단계; 및 (f) ESS 운영 서버가, 각 개별 주택의 전력량 계산을 위해, 각 개별 주택에 분배된 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 가상 스마트 미터 모듈로 전달하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method for sharing an energy storage device (ESS) capable of changing the allocation size includes: (d) receiving, by an ESS operating server, a result of measuring a charge or discharge amount of a clustered ESS from a smart meter for ESS; (e) considering the charging or discharging instruction of each individual house by the ESS operation server, distributing the charging or discharging amount of the clustered ESS received from the smart meter for ESS to each individual house; And (f) ESS operation server, for calculating the amount of power of each individual house, the step of delivering the charge or discharge amount of the clustered ESS distributed to each individual house to the virtual smart meter module; may further include a.

상기 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법은, (g) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)으로부터 각 개별 주택에 할당된 ESS 용량을 이용한 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 전달받는 단계; (h) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 합한 총 전기요금이 최소화되도록 하는 새로운 ESS 용량을 각 개별 주택에 할당하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The energy storage device (ESS) sharing method capable of changing the allocation size is (g) each individual house using the ESS capacity allocated to each individual house by the ESS operation server from the home energy management system (HEMS) of each individual house. Receiving a minimized electricity bill of electricity; (h) the ESS operation server allocates a new ESS capacity to each individual house such that the total electricity fee, which is the sum of the minimized electricity bills of each individual house, is minimized.

본 발명에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템은 다세대 주택에서 각 개별 주택의 외부의 임의의 공간에 설치하여 사용할 수 있어서 설치공간의 부족, 소음 및 열의 발생 등의 문제가 없이 설치할 수 있다.The energy storage device (ESS) sharing system capable of changing the allocation size according to the present invention can be installed and used in an arbitrary space outside of each individual house in a multi-family house, such as lack of installation space, generation of noise and heat, etc. Can be installed without

본 발명에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 방법은 단일 대형 ESS를 클러스터링하여 설치비용을 줄일 수 있고, 에너지 소비 패턴을 고려한 각 집 전용 물리적 ESS 용량을 완화하여보다 효율적인 작동이 가능하다.The energy storage device (ESS) sharing system and method capable of changing the allocation size according to the present invention can reduce the installation cost by clustering a single large ESS, and relax the physical ESS capacity dedicated to each house considering the energy consumption pattern. Efficient operation is possible.

본 발명에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 방법에 의하면, 에너지 저장장치의 충방전이 적어지므로 에너지 저장장치의 유지보수 비용이 적고 수명이 길어지는 효과가 있다.According to the energy storage device (ESS) sharing system and method capable of changing the allocation size according to the present invention, since the charging and discharging of the energy storage device is reduced, the maintenance cost of the energy storage device is small and the service life is increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 개략적인 배치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래의 각 개별 주택에 개별적으로 설치된 에너지 저장장치의 작동을 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 작동을 설명하는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 작동 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일반적인 각 개별 주택에서 24시간 동안 사용하는 전력을 1개월 동안 평균하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템에서 전기요금의 절약을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템을 개별 주택1에 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템을 각 개별 주택에 적용하였을 때 각 개별 주택에서 절약되는 전기요금을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 예상되는 수명을 나타내는 그래프이다.
1 is a configuration diagram showing a schematic arrangement of an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating the operation of an energy storage device individually installed in each conventional house.
3 is a configuration diagram illustrating an operation of an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation sequence of an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing average power used for 24 hours in each individual house for one month.
6 is a graph showing the saving of electricity rates in an energy storage (ESS) sharing system capable of changing the allocation size according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a result of applying an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention to an individual house 1.
FIG. 8 is a graph showing an electric charge saved in each individual house when an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention is applied to each individual house.
9 is a graph showing an expected life of an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described below. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art. Throughout the specification, the same reference numbers indicate the same components. Meanwhile, the terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements in which the mentioned component, step, operation and / or element is present. Or do not exclude additions.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템 및 그 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an energy storage device (ESS) sharing system and a method capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 개략적인 배치를 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a schematic arrangement of an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.

여러 개의 주택이 있는 경우, 각 주택마다 ESS를 설치하고 관리할 수 있다. 그러나 다세대 주택의 경우, 각 개별 주택은 단독주택에 비해 공간이 제한적이라는 것이 일반적이다. 따라서 차고나 지하 주차장과 같은 공유공간에 ESS를 설치하는 것이 효과적인 솔루션이 될 수 있다.If there are multiple houses, ESS can be installed and managed for each house. However, in the case of multi-family houses, it is common for each individual house to have limited space compared to a single-family house. Therefore, installing an ESS in a shared space such as a garage or underground parking lot can be an effective solution.

도 1은 하나의 ESS가 설치되어 있고, 모든 주택에 가상적으로 운영되는 보다 복잡한 모델을 보여준다.FIG. 1 shows a more complex model in which one ESS is installed and virtually operated in all houses.

도 1을 참조하면, 다세대 주택의 여러 주택이 각각 할당받아 사용하는 클러스터된 ESS(150)가 건물 지하에 설치되어 있다. ESS용 스마트 미터(170)는 클러스터된 ESS에 연결되어 클러스터된 ESS가 충전 또는 방전하는 전력량을 측정한다.Referring to FIG. 1, a clustered ESS 150 is installed in the basement of a building in which multiple houses of a multi-family house are allocated and used. The smart meter 170 for ESS is connected to the clustered ESS and measures the amount of power charged or discharged by the clustered ESS.

ESS 운영 서버(140)는 클러스터된 ESS와 ESS용 스마트 미터에 연결되어, 클러스터된 ESS(150)의 충전 또는 방전을 제어하고, ESS용 스마트 미터(170)의 측정값을 전달받다.The ESS operation server 140 is connected to the clustered ESS and the smart meter for ESS, controls charging or discharging of the clustered ESS 150, and receives the measured value of the smart meter 170 for ESS.

ESS 운영 서버(140)는, 전체 주택의 총 이익이 최대가 되도록 클러스터된 ESS(150)에서 각 개별 주택이 할당받아 사용하는 할당 크기를 변화시킬 수 있다.The ESS operation server 140 may change the allocation size used by each individual house in the clustered ESS 150 so as to maximize the total profit of the entire house.

각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)(110)은 각 개별 주택의 개별 ESS 역할을 하는, 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈(120)을 통해서 ESS 운영 서버(140)와 연결된다.The home energy management system (HEMS) 110 of each individual house is connected to the ESS operation server 140 through a virtual ESS module 120 for each individual house, which serves as an individual ESS of each individual house.

각 개별 주택에서 사용하는 전력량은 각 개별 주택의 스마트 미터(130)에서 측정된다.The amount of electricity used in each individual house is measured by the smart meter 130 of each individual house.

클러스터된 ESS 시스템은 비용절감을 위해 파워 컨디셔닝 유닛 및 컨트롤 유닛과 같은 많은 부품을 공유할 수 있다. 또한 자원 공유가 운영 자유도를 높이기 때문에 시스템의 안정성과 효율성을 높일 수 있다.Clustered ESS systems can share many components, such as power conditioning units and control units, for cost savings. In addition, since resource sharing increases the degree of freedom of operation, it can increase the stability and efficiency of the system.

시스템 모델은 클러스터된 ESS 구성으로 표시된다. 클러스터된 ESS 연산은 위에서 언급한 것처럼 다양한 장점이 있지만, 물리적 유닛의 가상 연산에는 이를 구현하기 위해 새로운 시스템 아키텍처가 필요하다.The system model is represented by a clustered ESS configuration. Clustered ESS operation has various advantages as mentioned above, but virtual operation of the physical unit requires a new system architecture to implement it.

다세대 주택을 위한 클러스터된 ESS는 각 개별 주택이 설비로 완전히 공유한다. 스마트 미터(Smart Meter) 또는 HEMS와 같은 스마트 홈 네트워크 환경을 고려한 클러스터 ESS 모니터링 및 운영을 위한 아키텍처 및 기술적 문제가 개시된다.The clustered ESS for multi-family houses is fully shared by each individual house as a facility. An architectural and technical problem for cluster ESS monitoring and operation considering a smart home network environment such as a smart meter or a HEMS is disclosed.

클러스터된 ESS 아키텍처를 다중 주택 단위에 개별적으로 설치된 ESS를 사용하는 기존 아키텍처와 비교하면, 클러스터된 ESS 구조는 기본적으로 원격 ESS 구조와 동일하지만 작동 및 미터링 체계가 다르다. 이하에서는 클러스터된 ESS 채택과 관련된 몇 가지 기술적인 문제와 클러스터된 ESS의 작동 메커니즘을 설명한다.When comparing the clustered ESS architecture with the existing architecture that uses ESS installed individually in multiple housing units, the clustered ESS structure is basically the same as the remote ESS structure, but the operation and metering scheme is different. The following describes some technical problems related to the adoption of clustered ESS and the mechanism of operation of clustered ESS.

도 2는 종래의 각 개별 주택에 개별적으로 설치된 에너지 저장장치의 작동을 설명하는 구성도이다. 2 is a block diagram illustrating the operation of an energy storage device individually installed in each conventional house.

도 2는 개별 주택에 ESS가 있는 다세대 주택의 일반적인 아키텍처를 보여준다.2 shows a general architecture of a multi-family house with ESS in an individual house.

HEMS(111)는 집안의 가전제품, 조명 및 히터와 같은 모든 부하(101)를 모니터링하고 제어한다. 또한 HEMS는 현재 전력소비를 모니터링하기 위해 스마트 계량기와 통신해야 한다. HEMS는 각 기간에 대한 총 전력 소비량 또는 전력 한도를 결정한다. 이 값에 따라 ESS(121)는 충전 또는 방전 여부를 결정한다.The HEMS 111 monitors and controls all loads 101 such as household appliances, lights and heaters. In addition, HEMS must communicate with smart meters to monitor current power consumption. HEMS determines the total power consumption or power limit for each period. According to this value, the ESS 121 determines whether to charge or discharge.

각 주택에서 사용하는 전력은 건물 계량기(181)를 통해 각 주택의 스마트 계량기(131)로 전달된다. 일반적으로 스마트 계량기(131)는 요금체계에 따라 가격책정에 대한 전체 또는 평균 전력사용량을 주기적으로 측정한다. 기간은 보통 15 분이며 가장 짧은 기간은 1 분이다. 따라서 고속 네트워크(191)는 이러한 목적으로 불필요할 수 있다.Electric power used in each house is transmitted to the smart meter 131 of each house through the building meter 181. In general, the smart meter 131 periodically measures the total or average power consumption for pricing according to the rate system. The duration is usually 15 minutes and the shortest duration is 1 minute. Therefore, the high-speed network 191 may be unnecessary for this purpose.

그러나 시스템이 작동정책에 따라 정확한 설정값 또는 제한값 미만의 전력소비를 유지해야 하는 경우, ESS는 전체 주택의 전력소비를 보다 자주 측정해야 한다. 따라서 ESS는 HEMS보다 훨씬 빨리 스마트 미터와 통신해야 한다. ESS는 스마트 미터의 소유권이나 접근가능성으로 인해 스마트 미터에도 불구하고 추가 측정 장치가 필요할 수 있다.However, if the system is required to maintain the power consumption below the correct setpoint or limit according to the operation policy, the ESS must measure the power consumption of the entire house more frequently. Therefore, the ESS must communicate with the smart meter much faster than HEMS. ESS may require additional measuring devices despite the smart meter due to the ownership or accessibility of the smart meter.

측정 장치는 ESS에 포함될 수 있다. 그리고, ESS는 스마트 미터 바로 뒤에 위치하여 모든 전력흐름을 ESS를 통과시킬 수 있다. 이 위치에서 ESS는 집 전체의 전력 소비를 실시간으로 제어할 수 있다.The measuring device can be included in the ESS. And, the ESS can be located right behind the smart meter to pass all power flow through the ESS. From this location, the ESS can control the power consumption of the whole house in real time.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 작동을 설명하는 구성도이다. 3 is a configuration diagram illustrating an operation of an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.

도 3은 클러스터된 ESS의 작동 개요를 보여준다. 3 shows an overview of the operation of the clustered ESS.

ESS 운영 서버(140)는 특정 개별 주택에 대한 스토리지의 충전 및 방전을 결정하는 것처럼 지정된 스토리지의 양이 실제로 특정 개별 주택에만 설치되어있는 것처럼 처리한다. 따라서 논리적으로 시스템은 원격 ESS의 경우와 정확히 같은 방식으로 작동한다.The ESS operation server 140 processes the specified amount of storage as if it is actually installed only in a specific individual house, such as determining charging and discharging of storage for a specific individual house. Therefore, logically, the system operates in exactly the same way as for remote ESS.

그러나 전체 스토리지가 하나의 시스템으로 클러스터링 되므로 시스템의 실제 출력은 하우스에 할당된 모든 스토리지의 집계된 결과로 나타난다. 하나의 스토리지가 충전중이며 다른 스토리지가 방전중인 경우 스토리지의 총 출력은 충전과 방전의 차이가 된다.However, since the entire storage is clustered as one system, the actual output of the system appears as an aggregated result of all storage allocated to the house. When one storage is charging and the other storage is discharging, the total output of the storage becomes the difference between charging and discharging.

즉, ESS 운영 서버(140)는, 각 개별 주택의 HEMS(110)가 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈(120)로 요청하는 충전 및 방전 량을 종합하여 상기 클러스터된 ESS(150)의 충전 또는 방전 여부를 결정할 수 있다.That is, the ESS operation server 140 aggregates the amount of charge and discharge requested by the HEMS 110 of each individual house to the virtual ESS module 120 for each individual house to charge the clustered ESS 150 or It is possible to decide whether to discharge.

실제 시스템에서는 개별 스토리지의 출력을 측정할 수 있는 방법이 없다. 따라서 개별 주택에 대한 스마트 미터의 역할은 스마트 미터가 실제와 같이 미터링 신호를 보내도록 논리적으로 구현되어야 한다.In real systems, there is no way to measure the output of individual storage. Therefore, the role of smart meters for individual houses must be logically implemented so that smart meters send metering signals as they are.

가상 스마트 미터 모듈(160)은 각 개별 주택에서 클러스터된 ESS(150)에 충전 또는 방전을 요청하는 양을 측정하여, 각 개별 주택의 HEMS(110) 및 상기 ESS 운영 서버(140)에 전달할 수 있다.The virtual smart meter module 160 measures the amount of request for charging or discharging to the clustered ESS 150 in each individual house, and transmits it to the HEMS 110 and the ESS operation server 140 of each individual house. .

ESS용 스마트 미터(170)가 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 전력량을 측정하여 ESS 운영 서버로 전달한다. ESS 운영 서버(140)는 전달받은 전력사용량을 각 개별 주택에 분배한다.The smart meter 170 for ESS measures the amount of charge or discharge power of the clustered ESS and delivers it to the ESS operation server. The ESS operation server 140 distributes the received power consumption to each individual house.

가상 스마트 미터 모듈(160)은 각 개별 주택의 스마트 미터(130)로부터 전달받은 각 개별 주택의 전력사용량과, ESS 운영 서버에서 각 개별 주택에 분배한 클러스터된 ESS의 충방전 전력사용량을 합하여, 각 개별 주택의 전력사용량으로 출력할 수 있다.The virtual smart meter module 160 sums the electric power consumption of each individual house received from the smart meter 130 of each individual house and the charge and discharge power usage of the clustered ESS distributed to each individual house by the ESS operation server. It can be output as electricity consumption of individual houses.

주택 i에 대해 이 시스템에서 할당된 저장소(155)의 크기는 개별 주택의 부하패턴을 고려하여 동적으로 결정될 수 있으며 클러스터된 ESS(150) 사용의 전체 이익을 극대화 할 수 있다. The size of the storage 155 allocated in this system for the house i can be dynamically determined in consideration of the load pattern of the individual house and maximize the overall benefit of using the clustered ESS 150.

집계된 부하가 원격 ESS와 완전히 동일하게 전원 그리드에 표시되며, 시스템은 동일한 인프라에서 구현될 수 있다. ESS는 거주자의 관점에서 보면 CEaaS로 간주될 수 있다. ESS는 필요할 때 필요할 때마다 구입할 수 있기 때문에 집안에 있는 가전제품처럼 작동할 수 있기 때문이다.The aggregated load is displayed on the power grid exactly like a remote ESS, and the system can be implemented on the same infrastructure. ESS can be considered CEaaS from the residents' point of view. This is because ESS can be purchased whenever necessary and can act like a household appliance.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 작동 순서를 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an operation sequence of an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.

충·방전의 필요가 있을 때, 개별 주택의 HEMS(110)는 가상 ESS 모듈로 충·방전 지시를 한다(S410). 가상 ESS 모듈(120)은 ESS 운영 서버로 충·방전 지시를 전달한다(S420). When there is a need for charging / discharging, the HEMS 110 of the individual house instructs charging / discharging with the virtual ESS module (S410). The virtual ESS module 120 delivers charge / discharge instructions to the ESS operation server (S420).

ESS 운영 서버(140)가 전체 주택의 충전 및 방전 지시를 종합하여, 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전을 결정한다(S430). ESS 운영 서버(140)는 클러스터된 ESS에게 충전 또는 방전 지시를 전달한다(S440). 충방전시에는 건물 스마트 미터(180)에서 전력이 공급되거나 방전된다(S450).The ESS operation server 140 synthesizes the charging and discharging instructions of the entire house, and determines charging or discharging of the clustered ESS (S430). The ESS operation server 140 transmits a charge or discharge instruction to the clustered ESS (S440). During charging and discharging, power is supplied or discharged from the building smart meter 180 (S450).

전력량을 계산하기 위해서는, 우선 ESS용 스마트 미터(170)가 ESS 운영 서버로 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 측정한 결과를 전송한다(S455). In order to calculate the amount of power, first, the smart meter 170 for ESS transmits the result of measuring the charge or discharge amount of the clustered ESS to the ESS operation server (S455).

ESS 운영 서버(140)는 각 개별 주택의 충전 또는 방전 지시를 고려하여 보정하고, ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 각 개별 주택에 분배한다(S460). The ESS operation server 140 corrects the charging or discharging instruction of each individual house in consideration, and distributes the charging or discharging amount of the clustered ESS received from the smart meter for ESS to each individual house (S460).

ESS 운영 서버(140)는 각 개별 주택의 전력량 계산을 위해, 각 개별 주택에 분배된 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 가상 스마트 미터 모듈로 전달한다(S470).The ESS operation server 140 transmits the charge or discharge amount of the clustered ESS distributed to each individual house to the virtual smart meter module in order to calculate the electricity amount of each individual house (S470).

가상 스마트 미터 모듈(160)은 주택의 스마트 미터(130)모듈로부터 주택의 소비전력량을 전달받을 수 있다(S480). 주택의 소비전력량과 ESS 충전량을 합하여 합계 전력량을 구할 수 있다(S490).The virtual smart meter module 160 may receive the power consumption of the house from the smart meter 130 module of the house (S480). The total amount of power can be obtained by summing the amount of power consumed by the house and the amount of ESS charging (S490).

클러스터된 ESS(150)는 두 단계로 중첩된 HEMS와 같이 작동된다. 우선, 모든 주택의 총 이익 (예 : 전기요금 절약)이 최대로 관리된다. 그 다음에, 공유된 공간을 고려하여 각 참가자에게 혜택이 재조정된다.The clustered ESS 150 operates like a HEMS superimposed in two stages. First of all, the gross profit of every house (eg saving electricity bills) is managed to the maximum. Then, the benefits are readjusted to each participant, taking into account the shared space.

제1 단계는 이익 극대화 단계이다. 클러스터된 ESS 조작의 장점은 개별 ESS 조작보다 조작상의 유연성이 더 많으므로 더 많은 이점을 얻을 수 있다는 것이다.The first stage is the profit maximization stage. The advantage of clustered ESS operations is that they have more operational flexibility than individual ESS operations, so you can get more benefits.

첫 번째 단계의 목표는 모든 주택의 총 혜택을 극대화하는 것이다. 이를 위해 ESS 운영 서버(140)는 다음과 같이 각 주택의 HEMS와 공동으로 운영된다.The goal of the first step is to maximize the total benefits of all homes. To this end, the ESS operation server 140 is jointly operated with HEMS of each house as follows.

(1) ESS 운영 서버는 초기에 세대수요를 고려하여 각 주택에 ESS 용량 (동일한 값 또는 비례 값)을 할당한다.(1) The ESS operation server allocates ESS capacity (same value or proportional value) to each house in consideration of household demand.

(2) 각 HEMS는 할당된 ESS 자원 하에서 자체 전기청구서를 최소화하고, 이를 ESS 운영 서버에 다시 공급한다.(2) Each HEMS minimizes its own electricity bill under the allocated ESS resource and supplies it to the ESS operation server again.

(3) ESS 운영 서버는 ESS 용량을 재할당하여 현재 전기요금으로 제한된 총 전기요금을 최소화한다.(3) The ESS operation server reallocates the ESS capacity to minimize the total electricity rate limited to the current electricity rate.

프로세스는 반복적으로 조작된다. 전기요금은 수요와 관련하여 비 감축 기능이므로, 작업은 항상 수렴될 수 있다.The process is operated repeatedly. Electricity bills are a non-reduction function in relation to demand, so work can always converge.

즉, ESS 운영 서버(140)는, 각 개별 주택의 HEMS(110)으로부터 각 개별 주택에 할당된 ESS 용량을 이용한 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 전달받아, 모든 주택의 총 전기요금이 최소화되도록 하는 새로운 ESS 용량을 각 개별 주택에 할당할 수 있다.That is, the ESS operation server 140 receives a minimum electricity bill for each individual house using the ESS capacity allocated to each individual house from the HEMS 110 of each individual house, thereby minimizing the total electricity fee of all the houses. New ESS capacity to be allocated can be allocated to each individual house.

제2 단계는 이익 재조정 단계이다. 1 단계를 거치면 모든 주택에 대한 총 전기요금이 절감된다. 그러나 절약 금액은 각 세대마다 다르다. 따라서 혜택은 개별 주택에 재분배되어야 한다.The second stage is the stage of readjustment of profits. Step 1 reduces the total electricity bill for all homes. However, the savings are different for each household. Therefore, the benefits must be redistributed among individual homes.

계산서는 계량 데이터를 기반으로 계산된다. 계량 데이터는 집의 부하와 클러스터된 ESS 작업의 집계이다. 클러스터된 ESS의 스마트 미터를 제어하면, 청구주기 (예: 월 단위)에 따라 혜택 (전기요금 절감)이 조정된다.The bill is calculated based on the weighing data. The metering data is an aggregate of the house load and clustered ESS work. When the smart meter of the clustered ESS is controlled, the benefits (electricity savings) are adjusted according to the billing cycle (eg monthly).

재조정의 문제점 중 하나는 균등 밸런싱으로, 비용절감을 분배하는 방법 또는 전기청구서 또는 클러스터된 ESS 사용과 관련된 비례 밸런싱에 의한 방법을 사용할 수 있다.One of the problems of rebalancing is equal balancing, which can use a method of distributing cost savings or a method by proportional balancing associated with the use of electricity bills or clustered ESS.

시뮬레이션 결과Simulation results

각 개별 주택에 대한 이익, 즉 전기요금 절감은 두가지 시나리오에 대해 제시된다.The benefits for each individual house, ie electricity bill savings, are presented for two scenarios.

시나리오 1에서, ESS는 종래의 알고리즘, 예를 들어 주거기반 확률 적 알고리즘에 따라 그들 자신의 개별 주택을 위해 개별적으로 조작된다.In scenario 1, ESSs are individually manipulated for their own individual homes according to conventional algorithms, for example, residential-based stochastic algorithms.

시나리오 2에서 클러스터된 ESS는 제안된 프레임 워크를 기반으로 모든 세대에 적용된다.In scenario 2, the clustered ESS is applied to all generations based on the proposed framework.

도 5는 일반적인 각 개별 주택에서 24시간 동안 사용하는 전력을 1개월 동안 평균하여 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing average power used for 24 hours in each individual house for one month.

시뮬레이션을 위해 4 세대가 있는 다세대 주택이 고려되었고, 실제 가계수요는 한국 마이크로 그리드 에너지 프로젝트 (K-MEG)의 일환으로 1 시간 간격으로 한 달 동안 측정되었다.For the simulation, a multi-family house with 4 generations was considered, and actual household demand was measured for 1 month at 1 hour intervals as part of the Korea Micro Grid Energy Project (K-MEG).

일일 평균 수요는 13.0kWh 이다. 이것은 한국의 개별 주택에 대한 전형적인 수요이다. 가계 1과 4는 평균값 (각각 13.5 kWh와 15.2 kWh)보다 수요가 높고, 세대 2와 3은 수요가 적다 (각각 12.7 kWh와 10.8 kWh). 전기 요금에 대한 사용 시간 요금이 전기 요금을 계산하기 위해 적용된다. The average daily demand is 13.0kWh. This is a typical demand for individual homes in Korea. Households 1 and 4 have higher demand than the average values (13.5 kWh and 15.2 kWh, respectively), and generations 2 and 3 have less demand (12.7 kWh and 10.8 kWh, respectively). The usage hour charge for the electricity bill is applied to calculate the electricity bill.

이 사례 연구의 ESS 용량은 클러스터된 ESS의 총 용량이다. 따라서 시나리오 1의 경우 개별 ESS 용량은 동등하게 나뉜다. 총 ESS 용량이 각각 2 kWh와 8 kWh 일 때, 각 개별 주택에서 사용 된 ESS 용량은 0.5 kWh와 2 kWh이다.The ESS capacity in this case study is the total capacity of the clustered ESS. Therefore, in scenario 1, individual ESS capacity is divided equally. When the total ESS capacity is 2 kWh and 8 kWh respectively, the ESS capacity used in each individual house is 0.5 kWh and 2 kWh.

제안된 프레임 워크의 첫번째 단계의 목표는 총 전기요금을 최소화하는 것이다.The goal of the first step of the proposed framework is to minimize the total electricity bill.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템에서 전기요금의 절약을 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing the saving of electricity rates in an energy storage (ESS) sharing system capable of changing the allocation size according to an embodiment of the present invention.

도 6은 각 경우에 ESS가 없는 경우에 비해 총 전기요금 절감을 보여준다. 원이 있는 선과 다이아몬드가 있는 선은 각각 시나리오 1(S1)과 시나리오 2(S2)를 적용한 사례를 나타낸다. ESS를 공유할 때 S2의 전기 요금은 ESS가 개별적으로 작동할 때의 S1의 전기요금보다 더 높다. Fig. 6 shows the reduction in the total electricity bill compared to the case where there is no ESS in each case. The circled line and the diamond line indicate an example of applying scenario 1 (S1) and scenario 2 (S2), respectively. When sharing the ESS, the electricity rate of S2 is higher than that of S1 when the ESS operates individually.

이는 S1의 HEMS는 ESS 용량을 자체자원으로 고려하지만, S2의 HEMS는 필요할 때 자원을 추가할 수 있기 때문이다. 따라서, S2의 HEMS는 S1의 HEMS보다 더 많은 조작성을 가지며 도 6과 같이 추가 공유이득을 제공한다. ESS 용량을 늘림으로써 S1의 HEMS도 충분한 조작성을 달성하기 때문에 공유 이득은 감소된다.This is because the HEMS of S1 considers ESS capacity as its own resource, but the HEMS of S2 can add resources when needed. Therefore, the HEMS of S2 has more operability than the HEMS of S1 and provides additional sharing gain as shown in FIG. 6. By increasing the ESS capacity, the shared gain is reduced because the HEMS of S1 also achieves sufficient operability.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템을 주택1에 적용한 결과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a result of applying an energy storage device (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention to a house 1.

도 7은 자원 공유로 이득을 얻는 방법의 예를 나타낸다. ESS가 작은 경우, ESS 용량으로 인해 충전 및 방전을 반복하기 때문에 점선으로 표시된 부분에서 S1의 요구사항은 바뀌게 된다. 그러나 S2에서는 ESS 용량이 공유를 통해 수 시간 동안 작동하기에 충분하기 때문에 요구의 변화가 적다. 이는 조작성이 향상되었음을 나타낸다.7 shows an example of a method for gaining benefit from resource sharing. When the ESS is small, the charging and discharging is repeated due to the capacity of the ESS, so the requirement of S1 is changed in the part indicated by the dotted line. However, in S2, the change in demand is small because the ESS capacity is sufficient to operate for several hours through sharing. This indicates that the operability is improved.

주택1House 1 주택2Housing 2 주택3Housing 3 주택4Housing 4 합계Sum ESS 없는 경우Without ESS 48.348.3 38.038.0 31.731.7 47.347.3 165.3165.3 S1S1 ESS
2kWh
ESS
2kWh
44.2
(8.5%)
44.2
(8.5%)
34.3
(9.5%)
34.3
(9.5%)
29.4
(7.3%)
29.4
(7.3%)
43.1
(8.9%)
43.1
(8.9%)
151.1
(8.6%)
151.1
(8.6%)
ESS
8kWh
ESS
8kWh
39.8
(17.6%)
39.8
(17.6%)
32.6
(14.2%)
32.6
(14.2%)
27.6
(12.9%)
27.6
(12.9%)
38.9
(17.8%)
38.9
(17.8%)
138.9
(16.0%)
138.9
(16.0%)
S2S2 ESS
2kWh
ESS
2kWh
37.4
(22.6%)
37.4
(22.6%)
33.8
(11.1%)
33.8
(11.1%)
30.5
(3.8%)
30.5
(3.8%)
41.8
(11.6%)
41.8
(11.6%)
143.5
(13.2%)
143.5
(13.2%)
ESS
8kWh
ESS
8kWh
40.2
(16.8%)
40.2
(16.8%)
31.7
(16.6%)
31.7
(16.6%)
26.3
(17.0%)
26.3
(17.0%)
39.4
(16.7%)
39.4
(16.7%)
137.6
(16.8%)
137.6
(16.8%)

표 1에는 각 개별 주택의 전기 요금이 나타나 있다. S1의 경우 ESS 용량을 2kWh에서 8kWh로 늘림으로써 모든 주택의 전기요금이 감소한다. ESS 용량을 늘리면 HEMS의 작동 가능성이 증가한다.Table 1 shows the electricity rates for each individual house. In the case of S1, by increasing the ESS capacity from 2 kWh to 8 kWh, electricity bills for all houses are reduced. Increasing ESS capacity increases the likelihood of operation of HEMS.

S2의 경우, 주택1의 전기요금 절감은 2kWh ESS 용량으로 22.6 %로 최대화된다. 그러나 ESS 용량을 8kWh로 증가시키면 주택1의 전기요금 절감액은 16.8 %로 감소하고 2, 3, 4 세대의 전기요금 절감액은 증가한다.In the case of S2, the electricity bill reduction of house 1 is maximized to 22.6% with 2kWh ESS capacity. However, if the ESS capacity is increased to 8 kWh, the electricity bill savings for Home 1 will decrease to 16.8%, and the electricity bill savings for 2nd, 3rd and 4th generation will increase.

HEMS에 의해 중첩된 클러스터된 ESS 관리가 ESS 및 개별 주택의 특성을 고려하여 효과적으로 운영될 수 있다. ESS 용량이 작으면 전기 요금을 최대화하여 더 많은 전력수요를 소비하는 세대의 전기요금을 절약 할 수 있다.Clustered ESS management superimposed by HEMS can be effectively operated considering the characteristics of ESS and individual houses. If the ESS capacity is small, electricity can be maximized to save electricity from households consuming more electricity.

그러나 운영자는 ESS 용량이 충분할 때, 모든 주택의 전력소비를 줄일 수 있다.However, when the ESS capacity is sufficient, the operator can reduce the power consumption of all houses.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템을 각 개별 주택에 적용하였을 때 각 개별 주택에서 절약되는 전기요금을 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing an electric charge saved in each individual house when an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention is applied to each individual house.

여기에서는 주택1과 주택2만 표시되었지만, 주택3은 주택2와 거의 비슷한 경향을 나타내었고, 주택4도 주택1과 거의 비슷한 경향을 보였다.Although only houses 1 and 2 were shown here, houses 3 showed a tendency similar to that of houses 2, and houses 4 tended to be similar to those of houses 1.

전기요금 절약은 각 개별 주택의 ESS 조건 및 전력수요 특성에 따라 다르다. 따라서 각 개별 주택마다 혜택 재조정이 필요하다.Electricity savings vary depending on the ESS conditions and power demand characteristics of each individual house. Therefore, it is necessary to readjust the benefits for each individual house.

도 8은 이익 재 균형 조정과 함께 전기요금 절감을 보여준다. 다이아몬드가 있는 선은 이익을 균등하게 조정할 때 전기요금을 절약 할 수 있음을 나타낸다(S2-1). Fig. 8 shows the reduction of electricity bills with profit rebalancing. The line with diamonds indicates that electricity can be saved when the profits are adjusted equally (S2-1).

사각형이 있는 선은 표 1의 "ESS가 없는" 경우로 표시된, 각 개별 주택의 원래 전기요금과 관련하여 혜택이 비례배분 되어 재분배되는 시기를 나타낸다(S2-2).The squared line indicates when the benefits are prorated and redistributed in relation to the original electricity bill of each individual house, indicated by the case of “no ESS” in Table 1 (S2-2).

개별 ESS 조작 (S1)의 결과는 제안된 조작을 사용하여 결과와 비교하기 위해 원이 있는 선으로 표시된다.The results of individual ESS operations (S1) are indicated by a circled line for comparison with the results using the proposed operation.

S2-1과 S2-2의 경우, 주택2는 S1보다 더 큰 전기요금 절감 효과를 얻는다. In the case of S2-1 and S2-2, house 2 has a greater electricity savings effect than S1.

주택2는 주택1보다 전력 수요가 낮다. 재조정된 혜택은 전기수요가 적은 주택의 청구액을 줄이는데 충분하다는 것이 입증되었다.House 2 has lower power demand than House 1. The re-adjusted benefit has been proven to be sufficient to reduce billing for low-demand homes.

이것은 클러스터된 작업이 전력수요가 적은 주택의 개별 작업보다 더 효율적이라는 것을 의미한다. This means that clustered work is more efficient than individual work in houses with low power demand.

주택1은 높은 전력수요가 있다. 따라서 S2-2의 경우와 같이 혜택이 상대적으로 균형을 이루면 전기요금이 절약된다.Housing 1 has high power demand. Therefore, as in the case of S2-2, when the benefits are relatively balanced, electricity bills are saved.

그러나 ESS 용량을 늘리면, S1의 경우와 비교하여 S2-1 및 S2-2의 경우 비용 절감 효과가 점점 감소하는 것을 알 수 있다.However, it can be seen that when the ESS capacity is increased, the cost-saving effect of S2-1 and S2-2 is gradually decreased compared to the case of S1.

클러스터된 작업은 기계적인 이점뿐만 아니라 전기요금 절감과 같은 운영상의 이점을 제공한다. 또한, 클러스터된 시스템의 운영자는 투자비용, 사이클링 손실, 배터리 공간 및 유지보수 비용도 줄일 수 있다.Clustered work offers not only mechanical benefits, but also operational advantages such as reduced electricity bills. In addition, operators of clustered systems can also reduce investment costs, cycling losses, battery space and maintenance costs.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템의 예상되는 수명을 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing an expected life of an energy storage (ESS) sharing system capable of changing an allocation size according to an embodiment of the present invention.

도 9는 ESS의 보증주기를 10,000 회 반복한다고 가정 할 때, ESS 수명을 보여준다. 보증주기는 유지보수 비용이 가장 많이 드는 장비의 교체를 결정한다. 결과는 클러스터된 ESS 방법이 에너지 저장 장치의 수명을 증가시킨다는 것을 나타낸다.9 shows the ESS lifespan, assuming that the ESS warranty cycle is repeated 10,000 times. The warranty cycle determines the replacement of the equipment with the highest maintenance cost. The results show that the clustered ESS method increases the life of the energy storage device.

특히, ESS 용량이 4 kWh 및 8 kWh 인 경우 클러스터된 ESS 방법의 에너지 저장 장치의 수명은 개별 ESS 방법의 에너지 저장 장치의 수명보다 각각 약 40 % 및 80 % 연장된다.In particular, when the ESS capacity is 4 kWh and 8 kWh, the lifespan of the energy storage device of the clustered ESS method is extended by about 40% and 80%, respectively, than the lifespan of the energy storage device of the individual ESS method.

도 8에서 클러스터된 ESS 방법은 주택1과 주택4에서 4kWh 및 8kWh ESS 용량을 사용하는 개별 ESS 방법보다 적은 이득을 가진다.In FIG. 8, the clustered ESS method has less gain than the individual ESS method using 4 kWh and 8 kWh ESS capacity in houses 1 and 4.

그러나 기계적 이점과 운영 이점을 고려하면 일반적으로 클러스터된 ESS 방법은 개별 ESS 방법보다 많은 이점을 얻을 수 있다.However, considering the mechanical and operational advantages, in general, the clustered ESS method can obtain more advantages than the individual ESS method.

시뮬레이션을 통해 본 발명의 일 실시예인 클러스터 된 ESS 방법이 기존의 개별 ESS 방법보다 우수한 것으로 나타났다.Through simulation, it was found that the clustered ESS method, which is an embodiment of the present invention, is superior to the existing individual ESS method.

이상에서 CEaaS의 사례로 여러 주택에서 공유되고 가상으로 운영되는 클러스터 된 ESS를 개시하였다. In the above, as an example of CEaaS, a clustered ESS that is shared and virtually operated in several houses is disclosed.

시뮬레이션 결과는 공유된 ESS를 고려한 클러스터된 ESS 동작은 동작의 다양성을 향상시키고 기존의 개별 동작보다 전기요금을 줄인다는 것을 보여준다.The simulation results show that the clustered ESS operation considering the shared ESS improves the diversity of the operation and reduces the electricity bill than the existing individual operation.

본 발명의 프레임 워크는 클러스터된 ESS에 대해 논의되지만 다양한 전자기기로 확장될 수 있다.Although the framework of the present invention is discussed for clustered ESS, it can be extended to various electronic devices.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.The present invention has been described in detail through exemplary embodiments, but those skilled in the art to which the present invention pertains are capable of various modifications within the limits without departing from the scope of the present invention. Will understand. Therefore, the scope of rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be determined not only by the claims to be described later, but also by all modified or modified forms derived from the claims and equivalent concepts.

110 : HEMS
120 : 가상 ESS 모듈
130 : 주택의 스마트 미터
140 : ESS 운영 서버
150 : 클러스터된 ESS
160 : 가상 스마트 미터 모듈
170 : ESS용 스마트 미터
180 : 건물 스마트 미터
190 : 빌딩 인프라
110: HEMS
120: virtual ESS module
130: smart meter of the house
140: ESS operation server
150: clustered ESS
160: virtual smart meter module
170: Smart Meter for ESS
180: building smart meter
190: building infrastructure

Claims (8)

할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템에 있어서,
다세대 주택의 여러 주택이 각각 할당받아 사용하는 클러스터된 ESS;
상기 클러스터된 ESS에 연결되어 상기 클러스터된 ESS가 충전 또는 방전하는 전력량을 측정하는 ESS용 스마트 미터; 및
상기 클러스터된 ESS와 상기 ESS용 스마트 미터에 연결되어, 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전을 제어하고, 상기 ESS용 스마트 미터의 측정값을 전달받는 ESS 운영 서버;를 포함하며,
상기 ESS 운영 서버는, 전체 주택의 총 이익이 최대가 되도록 상기 클러스터된 ESS에서 각 개별 주택이 할당받아 사용하는 할당 크기를 변화하도록 구비되고,
클러스트된 ESS 용량은 각 세대의 에너지 소비 패턴을 고려한 물리적 ESS 용량으로 설정되며,
상기 ESS 운영 서버는 충전 중인 세대의 스토리지와 방전 중인 세대의 스토리지의 집계 결과로 클러스팅하여 충전 및 방전 여부를 결정하도록 구비되며,
각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS) 및 상기 ESS 운영 서버와 연결되어, 각 개별 주택의 개별 ESS 역할을 하는 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈; 및
각 개별 주택에서 클러스터된 ESS에 충전 또는 방전을 요청하는 양을 측정하여 각 개별 주택의 HEMS 및 상기 ESS 운영 서버에 전달하는 각 개별 주택을 위한 가상 스마트 미터 모듈;을 더 포함하며,
상기 가상 스마트 미터 모듈은,
각 개별 주택에서 사용하는 전력량을 측정하는 각 개별 주택의 스마트 미터로부터 전달받은 각 개별 주택의 전력사용량과, 상기 ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전한 전력량을 상기 ESS 운영 서버에서 각 개별 주택에 분배한 전력사용량을 합하여, 각 개별 주택의 전력사용량으로 출력하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템.
In the energy storage (ESS) sharing system that can change the allocation size,
A clustered ESS that is allocated and used by multiple houses in a multi-family house;
An ESS smart meter connected to the clustered ESS to measure the amount of power charged or discharged by the clustered ESS; And
It is connected to the clustered ESS and the smart meter for the ESS, and controls the charging or discharging of the clustered ESS, the ESS operating server receiving the measurement value of the smart meter for the ESS; includes,
The ESS operation server is provided to change the allocation size used by each individual house in the clustered ESS to maximize the total profit of the entire house,
The clustered ESS capacity is set as the physical ESS capacity considering the energy consumption pattern of each generation.
The ESS operation server is provided to determine whether charging and discharging is performed by clustering the storage of the charging household and the storage of the discharging household.
A virtual ESS module for each individual house that is connected to the home energy management system (HEMS) of each individual house and the ESS operation server and serves as an individual ESS of each individual house; And
Further comprising; a virtual smart meter module for each individual house that measures the amount of request for charging or discharging to the clustered ESS in each individual house and delivers it to the HEMS of each individual house and the ESS operation server;
The virtual smart meter module,
The ESS operation server displays the power consumption of each individual house received from the smart meter of each individual house measuring the amount of power used in each individual house, and the amount of electricity charged or discharged of the clustered ESS received from the smart meter for the ESS. Energy storage device (ESS) sharing system that can change the allocation size, characterized in that it is provided to output the power consumption of each individual house by summing the power consumption distributed to each individual house.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 ESS 운영 서버는, 각 개별 주택의 HEMS가 각 개별 주택을 위한 가상 ESS 모듈로 요청하는 충전 및 방전 량을 종합하여 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템.
According to claim 1,
The ESS operation server changes the allocation size characterized by determining whether to charge or discharge the clustered ESS by synthesizing the amount of charge and discharge requested by the HEMS of each individual house to the virtual ESS module for each individual house. Energy storage device (ESS) sharing system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 ESS 운영 서버는,
각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)으로부터 각 개별 주택에 할당된 ESS 용량을 이용한 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 전달받아, 모든 주택의 총 전기요금이 최소화되도록 하는 새로운 ESS 용량을 각 개별 주택에 할당하는 것을 특징으로 하는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 시스템.
According to claim 1,
The ESS operation server,
Received from each home's home energy management system (HEMS), the ESS capacity allocated to each individual house is delivered to each individual house's minimized electricity bill, and each new house's ESS capacity is minimized. Energy storage (ESS) sharing system that can change the allocation size, characterized by allocating to individual houses.
할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법에 있어서,
(a) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 가상 ESS 모듈로부터 충전 또는 방전 지시를 전달받는 단계;
(b) ESS 운영 서버가 전체 주택의 충전 및 방전 지시를 종합하여, 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전을 결정하는 단계; 및
(c) ESS 운영 서버가 클러스터된 ESS에게 충전 또는 방전 지시를 전달하는 단계;를 포함하고,
클러스트된 ESS 용량은 각 세대의 에너지 소비 패턴을 고려한 물리적 ESS 용량으로 설정되며,
상기 ESS 운영 서버에서 충전 중인 세대의 스토리지와 방전 중인 세대의 스토리지의 집계 결과로 클러스팅하여 충전 및 방전 여부를 결정하고,
(d) ESS 운영 서버가 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 측정한 결과를 ESS용 스마트 미터로부터 전달받는 단계;
(e) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 충전 또는 방전 지시를 고려하여, ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 각 개별 주택에 분배하는 단계; 및
(f) ESS 운영 서버가, 각 개별 주택의 전력량 계산을 위해, 각 개별 주택에 분배된 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전 량을 가상 스마트 미터 모듈로 전달하는 단계;를 더 포함하며,
상기 가상 스마트 미터 모듈에서 각 개별 주택에서 사용하는 전력량을 측정하는 각 개별 주택의 스마트 미터로부터 전달받은 각 개별 주택의 전력사용량과, 상기 ESS용 스마트 미터로부터 전달받은 상기 클러스터된 ESS의 충전 또는 방전한 전력량을 상기 ESS 운영 서버에서 각 개별 주택에 분배한 전력사용량을 합하여, 각 개별 주택의 전력사용량으로 출력하도록 구비되는 하는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법.
In the energy storage (ESS) sharing method that can change the allocation size,
(A) ESS operation server receiving a charge or discharge instructions from the virtual ESS module of each individual house;
(b) the ESS operation server determining charging or discharging of the clustered ESS by synthesizing charging and discharging instructions of the entire house; And
(c) the ESS operation server transmitting a charge or discharge instruction to the clustered ESS; includes,
The clustered ESS capacity is set as the physical ESS capacity considering the energy consumption pattern of each generation.
The ESS operation server determines whether charging and discharging is performed by clustering the storage of charging households and storage of discharging households,
(d) receiving the result of measuring the charge or discharge amount of the clustered ESS by the ESS operation server from the smart meter for ESS;
(e) considering the charging or discharging instruction of each individual house by the ESS operation server, distributing the amount of charging or discharging of the clustered ESS received from the smart meter for ESS to each individual house; And
(f) ESS operation server, for calculating the power of each individual house, the step of delivering the charge or discharge amount of the clustered ESS distributed to each individual house to the virtual smart meter module; further includes,
In the virtual smart meter module, the power consumption of each individual house received from the smart meter of each individual house measuring the amount of power used in each individual house, and the charged or discharged of the clustered ESS received from the smart meter for the ESS A method of sharing an energy storage device (ESS) capable of changing an allocated size provided to sum the amount of power distributed by the ESS operation server to each individual house and output it as the electric power consumption of each individual house.
삭제delete 제6항에 있어서,
(g) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)으로부터 각 개별 주택에 할당된 ESS 용량을 이용한 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 전달받는 단계;
(h) ESS 운영 서버가 각 개별 주택의 최소화된 전기요금 계산서를 합한 총 전기요금이 최소화되도록 하는 새로운 ESS 용량을 각 개별 주택에 할당하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 할당 크기를 변화시킬 수 있는 에너지 저장장치(ESS) 공유 방법.
The method of claim 6,
(g) receiving an ESS operation server from the home energy management system (HEMS) of each individual house to receive a minimized electricity bill for each individual house using the ESS capacity allocated to each individual house;
(h) the ESS operation server allocating new ESS capacity to each individual house to minimize the total electricity fee, which is the sum of the minimized electricity bill of each individual house; and further comprising: Energy storage (ESS) sharing method.
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