KR102120011B1 - 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다. 개시된 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법은, 계통운영기관, 수요관리사업자 및 말단 수요반응자원이 참여하는 수요반응시장의 경제성 및 운용효율성을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템에 있어서, 빠른 수요반응자원 운영체계를 구축하는 계통운영기관, 상기 계통운영기관으로부터 요구된 운영신뢰성 관련 요소를 고려하여 빠른 수요반응자원 요구수준을 고려한 운영최적화를 실시하고 운영계획을 최적화하여 보유자원별 감축량 및 응답지속시간을 분배하는 수요관리사업자 및 빠른 수요반응자원 운영을 위한 계량설비를 운영하여 제공가능용량 및 응답지속시간을 확인하여 감축참여를 하거나, 계량설비를 통한 응답실적을 상기 수요관리사업자에게 보고하는 하나 이상의 말단 수요반응자원을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 계통신뢰성을 고려한 예비력 계약기반시장의 경우 발전사업자들과 동일한 조건으로 해당 시장에 참여해야 하는 수요관리사업자가 활용 가능한 알고리듬을 제공하고, 고객 스스로 공정 스케쥴링 전산모의를 통해 경제성 평가가 가능한 알고리듬을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
Description
본 발명은 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계통운영기관, 수요관리사업자 및 말단 참여 고객이 함께 사용 가능하며, 각 구매 기관의 목적에 따라 신뢰성 파라미터를 이해관계에 맞게 재구축하여 최적 운영 스케쥴링 방안을 도출하도록 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
현 정부는 기존 석탄 화력과 원자력 발전소 확대보다 신재생에너지 확대와 수요관리강화를 통한 에너지효율화를 강조하고 있다. 수요관리 수단으로는 가격규제가 대표적이지만, 최근에는 또 다른 수요관리 수단인 ‘수요반응(DR, Demand Response) 혹은 수요자원(DR, Demand Resource) 거래시장’이 주목받고 있다. 수요반응시장은 전력의 안정적 수급과 기업의 효율적인 전력관리를 목적으로 지난 2014년 출범했다. 현 정부 역시 공급 위주 전력수급 정책을 탈피하고 수요관리에 중점을 두면서 수요반응시장의 역할과 중요성은 더욱 커지고 있다.
수요반응(DR)은 ‘아낀 전기만큼 전기사용자에게 돈으로 돌려주는 제도’다. 기업들은 용량 발굴과 감축 관리를 하는 수요관리사업자를 통해 수요반응시장에 참여한다. 정부가 전력감축을 요청하면 전력사용을 줄이고, 그에 따른 정산금(기본급+실적금)을 수령하는 방식이다.
신재생 발전설비들이 대거 투입됨에 따라 해당 설비들로부터 발생되는 불확실성을 효율적으로 제어 가능한 방안이 필요하다. 국내 발전설비들의 경우 원자력 발전설비 다음으로 석탄 화력발전설비가 비중이 높다. 해당 발전설비의 경우 출력 증발 및 감발률이 낮다. 따라서 관성이 0에 가까운 신재생 발전설비들이 동시에 작동 불능에 빠질 경우, 최악의 경우 예비력 부족에 가까운 상황이 발생한다. 그러므로 관성이 0에 가까운 자원들로 맞대응을 할 필요성이 있다.
현 수요반응시장의 운영상태를 고려하면, 1990년도에서 지속적으로 시행되는 직접부하제어 참여 설비가 시장에 참여하는 것과 별반 차이가 없다. 또한, 최근 수요관리사업자의 운영 능력에 관하여 법적으로 의문이 제기되고 있는 현실이며 국외 기업들 역시 체계적인 운영방안이 전무한 상태에서 상당히 비효율적인 운영을 하고 있다.
현재 수요반응시장의 운영은 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째, 현재 수요관리사업자의 역할이 국내 규정에 정확히 구분되어 있지 않고, 체계적 운영이 되지 않는다.
둘째, 별도로 예비력 계약기반시장에 참여하기 전, 참여 고객의 경제성을 평가해주는 방법론이 존재하지 않는다. 또한, 수요관리사업자들 역시 별도로 예비력 또는 경제성/신뢰성 수요반응 시장에 참여하고자 하는 고객들에 대한 경제성 평가 방안이 별도로 존재하지 않는다.
셋째, 현재 존재하는 수요반응자원의 평가 기준으로는 고도의 운영신뢰성이 요구되는 예비력 자원들에 대한 정확한 검증이 불가하다.
현재 국내 예비력계약 기반시장의 총 거래규모는 400억원으로 집계된다. 이는 현재 해당 국내 시장이 기형적인 형태를 취하고 있음에 기인한 것으로 향후 전력시장의 민영화가 완전 구현될 경우 최소 5배 이상으로 뛸 것으로 예상되는 잠재력이 높은 시장이다.
최근 수요관리사업자의 CBL 조작 가능성 의혹을 품은 사건이 국내 계통운영기관과의 분쟁으로 발생한 바, 이를 체계적으로 운영 가능한 운영체계가 필요한 시점이다.
이에, 본 발명에서는, 전술한 기술적 제약을 해소시킬 수 있는 개선된 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 따라서 본 발명은 아래와 같은 수요반응자원의 활용법을 제언하며 발전설비와 같은 방향으로 운영가능한 알고리듬을 제언한다.
이는 계통신뢰성을 고려한 예비력 계약기반시장의 경우 발전사업자들과 동일한 조건으로 해당 시장에 참여해야 하는 수요관리사업자가 활용 가능한 알고리듬을 제공하는데 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고객 스스로 공정 스케쥴링(Scheduling) 전산모의를 통해 경제성 평가가 가능한 알고리듬을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. 작업 일정 및 전력사용량을 축적한 사업자의 경우, 기계학습(ML, Machine Learning)을 통하여 비용 함수의 계수 산정에 대하여 활용이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 계통운영기관이 수요반응자원을 예비력 자원으로써 활용할 경우 수요반응자원의 운영신뢰성을 확보할 수 있는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 수요반응시장에 참여하고자 하는 모든 설비들에 적용 가능하다. 국내 시장뿐만 아니라 국외 시장에서 역시 적용 가능하며 현재 신/재생발전설비들이 대거 진입 예정이며 전력소모가 높은 산업설비들을 대상으로 한다. 따라서 시장성의 경우 무한대로 증가하므로 정확한 집계가 불가능하다. 국외의 경우 통상적으로 해당 운영체계를 도입한 경우 대략 연간 5천만원에서 최대 1억 정도의 전력요금 절감효과를 본다. 한 시멘트 제조사의 시뮬레이션에 의하면 연 50여억원의 절감효과도 가능한 것으로 나타났다.
산업 설비가 수요반응상품으로 전력시장에 참여할 시, 목표 생산량에 관해 차질이 있을 것으로 우려된다. 그러나 해당 알고리듬의 경우 이를 사전에 경제성 평가를 통하여 제언한다. 또한, 공정 일정을 고려하여 수요반응에 참여하기 위한 최적의 시간대 및 용량을 통보함으로 기존 수요관리사업자가 수행능력이 없었던 점을 보완 가능하다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상은, 계통운영기관, 수요관리사업자 및 말단 수요반응자원이 참여하는 수요반응시장의 경제성 및 운용효율성을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템에 있어서, 빠른 수요반응자원(Fast DRR, Fast Demand Response Resource) 운영체계를 구축하는 계통운영기관; 상기 계통운영기관으로부터 요구된 운영신뢰성 관련 요소를 고려하여 빠른 수요반응자원 요구수준을 고려한 운영최적화를 실시하고 운영계획을 최적화하여 보유자원별 감축량 및 응답지속시간을 분배하는 수요관리사업자; 및 빠른 수요반응자원 운영을 위한 계량설비를 운영하여 제공가능용량 및 응답지속시간을 확인하여 감축참여를 하거나, 계량설비를 통한 응답실적을 상기 수요관리사업자에게 보고하는 하나 이상의 말단 수요반응자원; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 일 양상은, 수요관리사업자의 최적 운영 포트폴리오에 반영 가능하고 실적 평가 관점상 운영 가능한 예비력 수요반응자원 평가 지표 알고리듬을 활용한 통합 수요반응자원 운영 방법에 있어서, 수요반응자원 운영최적화 기법을 선택하는 단계; 최적화 대상 예비력을 선택하는 단계; 주파수추종 예비력, 자동발전제어, 정지상태 대기대체 예비력 및 운전상태 대기대체 예비력에 따라서 다른 평가지표를 고려하여 평가하고 최적화를 진행하는 단계; 실시간 운영시 충족조건을 비교하는 단계; 및 시장감시 및 향후 포트폴리오 정산 규격에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 양상은, 상기 통합 수요반응자원 운영 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법에 의하면, 계통신뢰성을 고려한 예비력 계약기반시장의 경우 발전사업자들과 동일한 조건으로 해당 시장에 참여해야 하는 수요관리사업자가 활용 가능한 알고리듬을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 고객 스스로 공정 스케쥴링 전산모의를 통해 경제성 평가가 가능한 알고리듬을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 계통운영기관이 수요반응자원을 예비력 자원으로써 활용할 경우 수요반응자원의 운영신뢰성을 확보할 수 있는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 수요관리사업자의 운영 포트폴리오를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 우선 고려 관점을 선택하는 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 최적화 방안을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통운영기관, 수요관리사업자 혹은 말단 수요반응자원의 구성을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 설비 운영체계의 구성을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 스케쥴링을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화 대상 예비력 선택의 구성을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 단위 스케쥴링을 예시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 수요관리사업자의 운영 포트폴리오를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 우선 고려 관점을 선택하는 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 최적화 방안을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통운영기관, 수요관리사업자 혹은 말단 수요반응자원의 구성을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 설비 운영체계의 구성을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 스케쥴링을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화 대상 예비력 선택의 구성을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 단위 스케쥴링을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 도면의 각 구성부들은 개선된 영상 분류 시스템 및 방법에서 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시한 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 의한 통합 수요반응자원 운영 시스템은 계통운영기관(100), 수요관리사업자(200) 및 말단 수요반응자원(300)으로 구성된 복수의 사용자를 대상으로 요금절감 수요반응, 피크감축 수요반응 및 예비력 수요반응의 운영이 가능한 통합 솔루션에 관한 것이다.
수요반응(DR, Demand Response)은 국가 전체 전력수급 상황을 고려하여 공급 부족이 예상될 때 전력거래소의 수요감축 요청에 의해 사전에 약속한 용량만큼 전력사용을 감축하여 국가 전체의 수급 상황을 개선시키고 감축한 만큼 금전으로 보상받는 시장이다.
본 명세서 전반에서 계통운영기관(100), 수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300)은 본 발명의 일실시예에 따라 수요반응 시장을 구성하는 복수의 사용자들이 보유하는 서버 혹은 단말기를 의미한다. 서버는 단일 서버뿐 아니라 서버팜(Server Farm) 형태로 있을 수도 있다. 단말기의 형태로는 전자적인 정보를 처리할 수 있는 모든 정보통신기기, 데스크톱(Desktop), 태블릿컴퓨터(Tablet PC), 노트북(Note book), 넷북(Net book), 멀티미디어 단말기, 유선 단말기, 고정형 단말기, IP(Internet Protocol) 단말기, 휴대폰, PMP(Portable Multimedia Player), MID(Mobile Internet Device), 스마트폰(Smart Phone) 및 정보통신 기기일 수 있다.
계통운영기관(100), 수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300) 상호 간에는 통신망으로 연결되어 있으며, 이는 인터넷과 같은 글로벌 공공 통신 네트워크(Global Public Communication Network), WAN(wide area network), LAN(local area network), 인트라넷, CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신망 또는 그 명칭 여부에 불구하고 향후 구현될 어떠한 형태의 네트워크일 수 있다.
계통운영기관(100), 수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300)에는 특정한 업무를 수행하기 위해 고안된 일련의 컴퓨터 프로그램 집합, 즉 컴퓨터 장비인 시스템을 이용하여 목적 업무를 수행하기 위한 프로그램이 탑재되어 있으며, 단말인 경우 어플리케이션(application)의 형태일 수 있다.
계통운영기관(100)은 빠른 수요반응자원(Fast DRR, Fast Demand Response Resource) 운영체계를 구축한다. 구체적으로는 일반 예비력 자원과 가용가능 빠른 수요반응자원 간의 최적 운영조합의 도출, 계통 신뢰도 유지조건 및 기술요구수준 구축, 응답속도, 응답 가능량, 응답지속능력 감시체계를 구축하며, 한국전력거래소(KPX)의 수요반응 운영서버가 그것일 수 있다.
빠른 수요반응(Fast DR)의 여부는 계통운영기관(100)에서 각 서비스 별로 추종 또는 출력 변화 요구 단위 시간에 최대 출력을 제공 가능한 자원을 말하며, 느린 수요반응은 계통운영기관(100)에서 각 서비스 별로 요구하는 최대 출력 시간에 맞춰서 응답하는 자원으로 구분한다.
수요관리사업자(200)는 계통운영기관(100)으로부터 요구된 운영신뢰성 관련 요소를 고려하여 빠른 수요반응자원 요구수준을 고려한 운영최적화를 실시하고 운영계획을 최적화하여 보유자원별 감축량 및 응답지속시간을 분배한다.
수요반응시장에는 2019년 6월 현재 25개 수요관리사업자가 등록되어 약 3800여개 사업장이 수요자원으로 참여하고 있으며 이들 자원의 총 용량은 원전 4기를 넘어서는 4.3 기가와트(GW)에 달한다.
말단 수요반응자원(300)은 빠른 수요반응자원 운영을 위한 실시간 자동제어 혹은 계량설비를 운영하여 제공가능 및 응답지속시간을 확인하여 감축참여 및 계량설비를 통한 응답실적을 수요관리사업자(200)에게 보고한다.
수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300) 관점의 요금절감 수요반응 운영체계는 발전설비 대비 수요반응자원의 계통한계가격을 고려한 비용편익분석을 통하여 당일 요금절감 수요반응이 발령날 시간대와 확률을 산출, 입찰 가능 용량과 가능 여부를 통보하는 운영체계로 구성된다.
수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300) 관점의 피크감축 수요반응 운영체계는 피크발전설비 대비 수요반응자원의 계통한계가격과 시장 내 변동비와 신뢰성 파라미터를 고려한 비용편익분석을 통하여 당일 피크감축 수요반응이 발령날 시간대와 확률을 산출, 입찰 가능 용량과 가능 여부를 통보하는 운영체계로 구성된다.
수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300) 관점의 예비력 수요반응 운영체계는 전일 전력수요예측량 대비 수요반응자원의 계통한계가격, 변동비와 참여 희망 예비력시장 내 단가 및 신뢰성 파라미터를 고려한 비용편익분석을 통하여 당일 예비력 수요반응이 발령날 시간대와 확률을 산출, 입찰 가능 용량과 가능 여부를 통보하는 운영체계로 구성된다.
도 2는 수요관리사업자의 운영 포트폴리오를 예시한 도면이다.
수요관리사업자(200)는 말단 수요반응자원(300)들에 대한 비용계수를 머신러닝을 통하여 산출하며, 말단 설비들의 부하특성 및 종류에 따른 구분은, 운영계획에 따라 일정 사이클(Cycle)을 주기로 작동되는 부하, 일정 사이클이 없는 부하로 구분한다. 또한, 부하의 운영 목적에 따라 산업용 및 비산업용으로 구분되며, 특정 기간 동안 각 설비 별 온도, 충전량, 최대/최소 출력범위에 따라서 지속적으로 출력 증감발이 가능한 설비, 특정 기간동안 0과 1로 출력이 가능한 설비 및 특정 기간 외 다른 시간으로 작업 일정이 변경 가능한 설비로 구분할 수 있다.
주파수추종예비력(G/F, Governor Free)은 10초 안으로 최대 출력으로 응답하여 초단위 신호추종하는 것을 말한다. 이는 말단 수요반응자원(300)의 설비에 설치된 주파수변화 탐지장치를 기반으로 스스로 출력을 자동으로 주파수변동에 따라서 변동하는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 우선 고려 관점을 선택하는 구성을 예시한 도면이다.
수요반응자원 및 수요반응시장의 운영은 수요반응자원 또는 수요자원의 기술적 특성, 작업시간 및 사용자의 관점에 따라 스케쥴링 방안이 완전히 다르다. 따라서 프로그램 구동 시 어느 사용자인가의 관점을 먼저 선택하는 것이 필요하다.
계통운영기관(100)의 관점에서 진행되는 스케쥴링은 전력계통운영 신뢰도를 유지하며 진행되는 비용최소화가 목적함수이다.
수요관리사업자(200)의 관점을 선택할 경우 포트폴리오 관리와 미응답시 위약금, 정산금 배분율, 장비상환율 등을 고려한 이윤극대화가 목적함수이다.
말단 수요반응자원(300) 즉, 말단 고객의 관점을 선택할 경우 작업량, 정전비용 및 외부전력구매비용을 고려한 이윤극대화가 목적함수이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 운영 시스템을 구동시 최적화 방안을 예시한 도면이다.
수요관리사업자(200)의 관점을 선택하는 경우, 말단 수요반응자원(300)이 어떠한 서비스에 참여할 것에 대한 의사를 타진하고, 해당 서비스에 대하여 전산모의를 진행한다. 여기서 시스템 활용 국가별 계통운영기관(100)의 상황에 따라 강건 스케쥴링(Robust Scheduling)을 진행할지, 확률론적 스케쥴링(Stochastic Scheduling), 확정적 스케쥴링(Deterministic Scheduling)을 진행할지 선택한다.
강건 스케쥴링은 스케쥴링 대상의, 대상 시점 내 불확실성에 대한 변수를 확률적 통계, 표준편차로 지정하기 어려운 경우, 경험 및 해당 설비 또는 자원들의 조합 중 최악의 상황을 가정하여 진행하는 스케쥴링 방안으로써 신재생 발전자원이 늘어나는 경우와 여러 기타 추가적 자원과 설비들에 대한 운영경험이 없을 경우 신뢰성을 기준으로 진행하는 스케쥴링 방안이다. 따라서 운영비용이 높게 도출된다.
그러나 확률론적 스케쥴링은 대상의, 대상 시점 내, 불확실성에 대한 변수를 확률적 통계, 표준편차로 지정 가능한 경우, 사용 가능하며, 강건 스케쥴링보다 비용 최소화의 관점에서 좀 더 저렴한 솔루션이 도출 가능하다. 그러나, 향후 신재생발전설비와 수요반응자원 등 계통운영기관이 직접적으로 제어 불가 또는 경험이 없는 자원들에 대한 스케쥴링의 경우 모든 확률을 고려하는 시나리오 기반 스케쥴링인 확률론적 스케쥴링은 실시간 도출이 어려울 가능성이 높다.
확정적 스케쥴링의 경우 입력값에 따른 출력값이 고정으로 설정되어 향후 발생 가능한 사고들에 대한 비용이나 확률적으로 출력 조절이 가능한 상황을 고려하여 운영비용이 낮아질 가능성을 고려하지 않기 때문에 가장 높은 운영비용을 도출한다. 그러나 실시간 스케쥴링에 적용 가능할 정도의 솔루션 도출 속도를 낼 수 있다.
계통운영기관(100)의 경우 강건 스케쥴링 선택 시, 신재생발전설비의 발전 불확실성과 수요변화를 불확실성으로 입력 가능하며, 확률론적 스케쥴링을 선택할 시, 기존 신재생 발전설비의 발전 불확실성과 수요변화의 오차평균을 기준으로 전산모의를 진행하며, 확정적 스케쥴링 선택 시, 기존 운영상의 설비들과 예측된 수요들의 파라미터들만을 고려하여 진행한다.
수요관리사업자(200)의 경우, 강건 스케쥴링 선택 시 불확실성 변수입력, 즉, 안전용량(Safety Capability) 확보 가능량을 기준으로 불확실성을 선택하며, 확률론적 스케쥴링 선택 시 운영기록에 따른 변수입력, 예컨대, 공장의 작업 일정상 장비가 갑작스럽게 셧다운(Shut-down) 된 해당 시점별 날짜 일수 등을 기준으로 삼는다. 확정적 스케쥴링 선택 시, 장비상환기간을 고려한 시장참여로 발생 가능한 이윤과 위약금 발생수준 차를 줄이는 것이 목적함수이다.
말단 수요반응자원(300)의 경우, 강건 스케쥴링 선택 시 과거 전력구매비용의 변동성, 설비별 운영에 직결되며 제품의 품질에 직접적인 영향을 미치는 변수의 운영 범위를 불확실성 변수로 입력하며, 일일 작업량을 불확실성 변수로 입력한다. 확률론적 스케쥴링을 선택할 경우, 과거 전력구매단가의 변동성을 고려하여 진행하며, 확정적 스케쥴링 선택 시, 시장참여로 발생 가능한 이윤과 손실부하값(VoLL, Value of Lost Load)발생수준의 차를 줄이는 것이 목적함수이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통운영기관, 수요관리사업자 혹은 말단 수요반응자원의 구성을 예시한 도면이다.
계통운영기관(100)을 대상으로 활용 가능한 예비력 수요반응의 경우, 크게 지시부(110), 응답부(120), 제어부(130) 및 피드백부(140)으로 구성된다.
지시부(110)는 수요반응자원과, 일반 발전설비, 배터리설비(BESS, Battery Energy Storage System)와 배터리설비의 입찰정보를 포함한 각 계통운영기관(100)의 전력시장운영규칙에서 규정하는 신뢰성 파라미터에 기반한 최적 스케쥴링을 도출한다.
응답부(120)는 지시부(110)에서 해당되는 설비 및 자원들이 지시부(110)에서 운영하는 것과 동일하게 작동하고 있는지 운영신뢰성 파라미터를 고려하여 감시하는 체계 및 예비력 참여 자원들에 대한 진입시험 및 성능평가를 담당한다.
제어부(130)는 설비들에게 계통운영자로부터의 지시사항 및 신호를 송신하기 위한 통신부로 구성된다.
피드백부(140)는 각 말단 자원 및 설비에 설치된 계량기와 통신기기가 참여 결과를 지시부(110)에 통보하는 역할을 하며, 지시부(110)에서는 해당 수신결과를 바탕으로 각 자원별 운영신뢰성을 고려한 시장에서의 참여 가능여부 및 정산을 위한 파라미터를 계산한다.
수요관리사업자(200)를 대상으로 활용 가능한 요금절감 수요반응, 피크감축 수요반응 과 예비력 수요반응 운영체계는 지시부(210), 응답부(220), 제어부(230) 및 피드백부(240)으로 구성되어 있다.
예비력 수요반응참여 운영체계 내 지시부(210)는 실제 예비력이 발령될 확률을 고려하여 시나리오를 구성, 말단 수요반응자원(300)의 운영신뢰성 파라미터와 안전용량, 입찰정보 및 비용계수, 정전비용, 작업일정과 장비 상환기간에 기반, 해당 자원이 참여 가능한 예비력을 구분하여 포트폴리오 내 구성원으로 배치하는 역할을 담당하며 사용자의 의사에 따라 1년 참여 대비 경제성평가를 진행한다.
응답부(220)는 해당 자원이 지시부(210)에서 도출된 운영 스케쥴링을 기반으로 운영되고 있는지 감시하는 운영체계 및 계통운영기관(100)으로부터 송신된 신호가 주파수 추종예비력, 자동발전제어, 운전상태 대기대체 예비력 및 정지상태 대기대체 예비력인지 확인 후, 각 참여 예비력 서비스 별로 구성된 포트폴리오에 지시용량과 계약 용량간의 비율로 생성된 신호를 각 포트폴리오 구성 자원들에게 분할 응답을 지시한다.
제어부(230)는 각 포트폴리오 내 자원들이 작동하도록 수요관리사업자(200)와 말단 수요반응자원(300)의 소내 통신제어체계로 신호를 전송하는 역할을 담당한다.
피드백부(240)는 각 자원들의 응답 결과를 실시간 계측장비를 통하여 고객단으로부터 전송받은 결과를 활용하여 포트폴리오 내 자원별 응답순서 및 안전용량으로써 활용될 자원들에 대한 구분과 정산금 배분 알고리듬을 담당한다.
말단 수요반응자원(300)을 대상으로 하는 운영체계는 지시부(310), 응답부(320), 제어부(330) 및 피드백부(340)으로 구성된다.
지시부(310)는 머신러닝에 기반하여 비용함수(Cost Function) 도출을 위한, 각 설비별 톤(Ton) 생산량 대비 전력소모량과 외부전력구매비용에 기반하여 설비의 비용함수를 도출한다.
응답부(320)는 작업량에 따른 비용최적화에 기반한 각 설비의 운영계획을 도출한다.
제어부(330)는 각 자원들의 정전비용 및 투자비용을 고려하여 운영스케줄링을 고려한다.
피드백부(340)는 수요관리사업자(200)에게 참여 자원 응답결과를 소내 통신소로 전송하여, 수요관리사업자(200)에게 송신한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 수요반응자원 설비 운영체계의 구성을 예시한 도면이다.
수요반응 미 참여 시에 결정된 평상시의 공장운영계획 입력 및 목표 생산량 등을 아래 표 1과 같이 입력하여 스케쥴링을 진행한다.
| Criteria | 설비A | 설비B | 설비C | 설비D | 설비E |
| 목표 생산량 | |||||
| 전력사용량 | |||||
| 최적설비운영시간 | |||||
| 노동시간 | |||||
| 정전 비용 | |||||
| 연계공정여부 | |||||
| 준비공정시간 | |||||
| 기동지속시간 | |||||
| 비상발전기 | |||||
| ESS/신재생발전자원 | |||||
| 참여 시장 별 전력 단가 | |||||
| 최대출력시 출력조절능력 |
각 설비별 운영계획의 최적화를 진행한 후, 운영체계를 구분하기 위하여 장비 별 전력사용량 대비 비용함수의 계수를 지속적 기계학습(Machine Learning)을 수행한다. 도 6은 설비별 운영체계의 구분을 예시한 것으로 구체적으로는 IL(Interruptible Load) / CLR(Controllable Load Resource) / SL(Shiftable Load)로 구분할 수 있다.
A. CLR기준: CLR은 응답지속구간 내 출력을 자유롭게 조절 가능한 설비와 자원을 말한다. 24시간 운영되거나, 충/방전 또는 출력조절의 상태가 자유로운 설비 대상, 출력 증/감발률이 관할 계통운영기관(100)이 요구하는 분단위/초단위(예컨대 5분 단위)로 변경 가능한 설비이다.
B. IL 기준 : IL은 응답이 0 또는 1로 구분되는 설비와 자원을 말한다. 독립공정으로 24시간 운영되거나 상기 (1)에서 요구되는 입력 값 중 연계공정이 아닌 자원으로써 저주파계전기(UFR, Under Frequency Relay)와 연계 가능하거나 즉각적으로 차단 가능한 설비이다.
C. SL 기준 : SL은 연계공정 및 타 시간대로 운영일정을 변경하여 운영이 가능한 설비와 자원을 말한다. 연계공정으로 구분되며 전력구매비용이 적은 밤으로 공정을 이동(Shift) 가능한 설비 기준이다. 예컨대, 시멘트 공장의 경우 클링커(Clinker)와 컨베이어 벨트(Conveyor Belt)는 연계공정으로 무조건 동시에 운영이 필요하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 운영 스케쥴링을 예시한 도면이다.
필수 구동 설비, 운영신뢰성 유지변수 등을 입력하여 사전 전산모의를 진행하는 것이다.
상기 도 6에서 설명된 바와 같이 설비별 IL / CLR / SL로 구분 진행 이후, 결과값을 저장하고, 예비력 수요반응 / 경제성 수요반응 / 신뢰성 수요반응 중 어느 하나를 선택한다.
종래 기술에서는 신뢰성 수요반응 및 경제성 수요반응에 국한되어 있었으며, 예비력 수요반응에 대한 제약조건은 존재하지 않았다. 또한, 참여 말단 수요반응자원(300)의 특성에 대하여 언급하지 않고 단순 감축 모니터링만을 평가하였다.
종래 기술에서는 공통적으로 수요반응자원과 관련하여 참여자원을 스케쥴링 시, 부하의 특성에 따라, 즉, 운영유형에 따라 구분하지 않고 단순히 스케쥴링을 진행하였다. 또한, 안전용량을 고려하지 않고 최대 출력으로만 감축용량을 고려하였다.
경제성 수요반응의 시장 매커니즘은 사전에 예컨대, 하루 전 시장에 발전기와 동일한 조건으로 입찰하여, 제공단가가 만약 발전설비보다 저렴할 경우 해당 수요반응자원이 입찰한 용량만큼 수요를 줄이는 것으로 발전기가 출력을 증가하여 책임져야 할 수요의 부담을 덜어주는 것이다. 현재 수요반응자원에 참여하는 수요관리사업자(200) 및 말단 수요반응자원(300)의 경우 단순히 계통한계가격(SMP, System Marginal Price)의 가격변동성(Price Volatility)에 의존하여 예측을 진행한다. 물론 이 예측이 들어맞는 경우가 지금까지는 가능할 수 있었지만 향후, 신재생 발전설비가 대거 진입하여 전력단가가 단순히 정규분포값에 의존하는 기하브라운 운동(GBM, Geometric Brownian Motion)으로 예측 불가능할 경우 이를 순이익 테스트(NBT, Net Benefit Test)를 통하여 체계적으로 산출하는 방법이 필요하다. 또한, 입찰이 언제 날지를 모를 가능성이 있기 때문에 이를 순이익 테스트를 통하여 해당 날짜에 입찰 존재 여부를 사전에 말단 수요반응자원(300)에게 통보할 필요가 있다.
따라서 경제성 수요반응에 대한 알고리듬의 경우 순이익 테스트 알고리듬을 통하여 해당 시점 때 수요반응에 적용 가능한 계통한계가격을 체계적으로 도출한 후, 이를 신뢰도 조건에 반영하는 방식으로 운영된다.
신뢰성 수요반응의 경우, 수급비상시 사용되는 수요반응자원들로 구성되어 있다. 주 목적은 첨두 부하시간 대에 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas) 사용 발전기들과 같은 고비용 발전설비들의 출력 부담을 덜어주는 서비스로 정의 가능하다. 해당 서비스에 참여하는 수요반응자원들에 대한 보상의 경우, 현재 정확한 보상단가의 책정이 어렵다. 설비의 투자비용 및 생산량에 대하여 최적화를 진행하지 않기 때문에 말단 고객들에 대한 불만이 상당하다. 따라서 단순히 액화천연가스 발전설비의 회피비용 중에서 각 수요반응자원들이 목표 생산량에 의해 제공 가능한 감축가능용량 및 기여도를 정확히 파악하여야 한다. 본 발명의 실시예에서는 기존 수요관리사업자(200)가 단순히 말단 수요반응자원(300)을 기반으로 구성하였던 포트폴리오에서, 생산량 및 작업일정을 고려하여 보다 구체적인 손실부하값(Value of Lost Load)을 산정 가능하도록 제언하였다.
예비력 수요반응의 경우, 전력계통 운영 신뢰도에 직접적으로 영향을 미치는 서비스로서 높은 신뢰성 유지가 필요하다. 그러나 현재 타 수요반응 서비스에 참여하는 고객들을 예비력 수요반응 서비스로 확대시키기 위해서는 체계적 운영 근거가 필요하다. 해당 알고리듬의 경우 우선 참여 고객의 의사를 반영하여 생산량을 최적 파라미터로 고려하였으며, 예비력 신뢰성 요구사항 역시 고려하였다. 기존의 수요관리사업자(200)들의 경우 단순히 중개인 역할을 수행하였으며 이 또한, 말단 수요반응자원(300)들의 스케쥴링 결과를 통해 계통운영기관(100)에 제출만 하는 방식으로 시장에 참여하였기 때문에 고도의 신뢰성이 요구되는 예비력 수요반응에는 참여가 불가하였다. 사실상 말단 수요반응자원(300)이 수요관리사업자(200)가 할 역할을 다 하고 있는 것이었다.
수요관리사업자(200)의 관점에서 예비력 수요반응으로 참여하는 경우, 아래 표 2와 같은 입력값이 요구된다.
| Criteria | 설비 1 | 설비 2 | 설비3 | 설비4 | 설비 N |
| 용량 | |||||
| 지속시간 | |||||
| 최적설비운영시간 | |||||
| 노동시간 | |||||
| 정전비용 | |||||
| 설비간 연계공정여부 | |||||
| 준비공정시간 | |||||
| 기동지속시간 | |||||
| 비상발전기 | |||||
| 비용계수 | |||||
| 참여 시장 별 전력 단가 | |||||
| 설비종류 | CLR | IL | SL | 소내 신재생발전설비/일반/ 및 비상발전설비/ESS | Baseload |
| 산업설비 및 가정용설비 여부 |
상기 표 2의 해당정보를 입력 후, 아래 표 3과 같이 운영체계 내에서 포트폴리오 구성을 위한 계통운영기관(100) 내의 운영 신뢰도 조건을 입력한다.
| Criteria | 설비 1 | 설비 2 | 설비3 | 설비4 | 설비 N |
| 용량 | |||||
| 지속시간 | |||||
| 출력증/감발률 | |||||
| 통신 Delay허용시간 | |||||
| Droop (주파수추종예비력) | |||||
| 오차허용범위 | |||||
| 신재생발전설비 대상 집중보상 시간대 | |||||
| 신재생발전설비 연계설비 집중보상 시간대 | |||||
| 부동대 (주파수추종예비력) |
상기 입력변수들을 고려하여, 아래 표 4와 같은 결과를 도출한다.
안전용량(Safety Capability) 산정기준은 해당 동시간대 운영가능한 설비를 기준으로 하거나 위약금 발생수준과 비교하여 산정하며 설비운영 일정 및 상황에 따라 안전용량은 사전 운영계획에서 강건 스케쥴링과 확정적 스케쥴링의 차로 구한다. 만약 실시간운영에서 사전 운영계획에서 도출된 안전용량을 준수하지 못한 것으로 판명될 경우, 확정적 스케쥴링을통하여 실시간 스케쥴링으로도출한다.
| Criteria | 설비 1 | 설비 2 | 설비3 | 설비4 | 설비 N |
| 참여가능예비력 | |||||
| 감축가능용량 | |||||
| 감축가능시간 | |||||
| 지속가능시간 | |||||
| 확보가능 안전용량 | |||||
| 발생가능이윤 | |||||
| 발생가능손실 |
상기 표4와 같은 결과가 도출되면 수요관리사업자(200) 내 시간대 별 형성 가능 포트폴리오를 아래 표 5 및 표 6과 같이 도출한다.
| Hour 1 Criteria | 안전용량 | CLR | IL | SL | BESS | 발전기 |
| P1 (주파수추종예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P2 (자동발전제어) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P3 (운전상태대기대체예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P4 (정지상태대기대체예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P5 (요금절감 또는 피크감축) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| Hour N Criteria | 안전용량 | CLR | IL | SL | BESS | 발전기 |
| P1 (주파수추종예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P2 (자동발전제어) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P3 (운전상태대기대체예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P4 (정지상태대기대체예비력) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
| P5 (요금절감 또는 피크감축) | MW | MW | MW | MW | MW | MW |
이후 최적화 대상 예비력으로 주파수추종 예비력 / 자동발전제어 / 운전상태 대기대체 예비력 / 정지상태 대기대체 예비력 중 어느 하나를 선택한다. 각각에 참여 시 불이행 위약 규정 메시지 및 시험용량(Testing Capability)은 기기 공칭값(Nominal Value)를 기준으로 시행하는 메시지를 표시할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화 대상 예비력 선택의 구성을 예시한 도면이다.
주파수추종 예비력 선택시 엔진 내부의 모의 주파수 신호생성 진행 후, 주파수 하락 시나리오를 생성한다. 주파수추종 예비력은 빠른 수요반응자원이 전력계통의 주파수 변화에 즉각적으로 응동할 수 있는 주파수추종 운전예비력으로 구성하는 것을 말한다.
주파수 하락 시나리오는 엔진 내부의 모의 주파수 신호 생성 진행 후 주파수 하락을 전산모의한다.예컨대, 60 [Hz] => 0.01 [Hz] 단위로 => 각 계통운영 기관별규정된 저주파계전기 동작주파수까지 하락시킨다. 또한, 엔진 내부 예상 감축량 산정수식 적용하여 예상응답 필요량을 산출하고, 해당 시점에서 산출된 예상응답 필요량만큼 응답 가능한 설비에 대한 조합 최적화(Combinatorial Optimization)를 운영신뢰도 파라미터를 준수하여 실시한다.
운영신뢰도 파라미터는 예비력 제약조건 및 오차범위, 설비 별 손실부하값(Value of Lost Load, 사전에 목표 된 생산량과의 차), 응답속도 / 지속시간 / 감축가능용량, 해당 설비가 가동되어서 전체 공정의 생산량에 미치는 영향 등이며, 안전용량 확보가능여부 및 기회비용(LOC, Lost Opportunity Cost) 알고리듬 과의 경제성을 비교한다. 기회비용는 기회비용으로서 예비력 참여시 각 이해관계당사자의 가능한 손실을 말한다.
자동발전제어(Automatic Generation Control, AGC) 선택시 아래 프로세스를 따른다. 자동발전제어 예비력은 빠른 수요반응자원을 전력계통의 기준주파수로 회복시키는 예비력을 말한다.
엔진 내부의 모의 자동발전제어 신호생성 진행
- CLR 또는 SL 설비들 대상으로 전산모의 진행
- 참여 설비 별 신뢰성 파라미터 준수하는 범위에서 감축가능용량을 산출
- 메리트 오더(Merit Order) 대비 비례(Pro-rata) 방식으로 할지 결정
- 해당 시점에서 산출된 예상응답필요량만큼 응답 가능한 설비에 대한 조합 최적화(Combinatorial Optimization) 실시 (운영신뢰도 파라미터 준수)
- 설비별 응답평가이행 시, 소정의 평가지표 활용하여 포트폴리오 및 자원 간 조정(Coordination) 진행
운영신뢰도 파라미터는 예비력 제약조건 및 오차범위, 설비별 손실부하값(Value of Lost Load, 사전에 목표 된 생산량과의 차), 응답속도 / 지속시간 / 감축가능용량, 해당 설비가 가동되어서 전체 공정의 생산량에 미치는 영향 등이며, 안전용량 확보가능여부, CLR 자원의 전력 구매 비용 및 기타 설비의 열적 관성(Thermal Inertia) 및 기회비용 알고리듬과 경제성을 비교한다.
빠른 수요반응자원을 주파수추종 운전예비력과 자동발전제어 예비력을 보충할 수 있게 만드는 대기대체 예비력으로 구성할 수 있어야 하는데, 정지상태/운전상태 대기대체 예비력 선택시는 아래 프로세스를 따른다.
a.엔진 내부의 모의 감축발령신호 생성 진행
- 모든 설비들 대상으로 전산모의 진행
- 참여 설비별 신뢰성 파라미터 준수하는 범위에서 감축가능용량을 산출
- 해당 시점에서 산출된 예상응답필요량만큼 응답 가능한 설비에 대한 조합 최적화(Combinatorial Optimization) 실시(운영신뢰도 파라미터 준수)
- 설비별 응답평가이행 시, 소정의 평가지표(Performance Index)를 활용하여 포트폴리오 및 자원 간 조정 진행
운영신뢰도 파라미터는 예비력 제약조건 및 오차범위, 설비 별 손실부하값(Value of Lost Load, 사전에 목표 된 생산량과의 차), 응답속도 / 지속시간 / 감축가능용량 등이며, CLR 자원의 전력 구매 비용 및 기타 설비의 열적 관성, 기회비용 알고리듬과 경제성 및 안전용량 확보가능 여부를 고려한다.
각 예비력 별 전산모의를 진행한 후 해당 예비력 발령 조건을 고려한 확정적 스케쥴링을 실시한다.
이때, 스케쥴링 시행 시에는, 강건 최적화 설정 여부를 메시지하고, 강건 최적화의 불확실성의 경우 극단적 생산변동량을 기준으로, 정규분포 5% 초과 값을 활용할 수 있다.
스케쥴링 시행 시에는, 확률론적 최적화 설정 여부를 메시지하고, 확률론적 최적화의 불확실성의 경우 평균 생산변동량을 기준으로 할 수 있다.
상기에서 도출된 내용을 기반으로 예비력 계약기반시장에서 입찰을 진행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 단위 스케쥴링을 예시한 도면이다.
상기 도 7에 대한 설명에서는 사전, 예컨대 하루 전(DA, Day Ahead) 각 예비력 별 전산모의에 관한 것으로, 도 9에서는 사전 알고리듬에서 도출된 운영계획과 실시간(RT, Real Time) 시점에서 운영되고 있는 생산량 및 전력소비량과 차이가 없는지 지속적으로 확인하고 다음날의 하루 전 스케줄링 전산모의시 반영하는 과정이다. 이는 관할 계통운영기관(100)이 요구하는 분단위/초단위(예컨대 5분 단위) 스케쥴링 및 모니터링에 의한다.
오차범위(Tolerance)는 각 계통운영기관(100)에서 요구하는 응답오차허용범위로 설정할수 있다.
사전 운영은 확률론적 스케쥴링, 강건 스케쥴링 및 확정적 스케쥴링을 진행하여 가장 최적의 운영계획을 도출한 결과를 기반으로, 계통운영기관(100)에서 요구하는 사항에 부합하며, 실시간 초단위 또는 관할 계통운영기관(100)이 요구하는 분단위/초단위(예컨대 5분 단위 또는 1분단위) 운영은 확정적 스케쥴링으로 진행한다.
응답부(220)에서는 도 7과 같이 감시체계를 운영하며 감축지시 / 자동발전제어신호 / 주파수편차가 발행하는지 지속적으로 모니터링하고, 편차 발생 시 사전(DA) 알고리듬에서 도출된 것과 같이 동작한다.
편차 발생 시 사전 알고리듬에서 도출된 것과 같이 동작 불능일 경우 소내 양수발전설비(ESS) 와 비상발전설비 등 활용 가능한 분산에너지자원(DER, Distributed Energy Resource)을 활용하고, 응답 실패에 따른 위약금 발생량 및분산에너지자원 활용비용 메모리에 저장한다. 기회비용 산정 후에는 다음 날의 사전 스케쥴링 전산모의시 반영한다.
감시체계 운영은 지시부(210)에서 계획된 운영계획에 따라 운영상태를 관할하는 것이 주 목적이며, 계통운영기관(100) 내 요구되는 신뢰성 변수에 적용되는 변수들을 계통운영기관(100)이 요구하는 계측단위별로 감시한다.
각 단계는 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도면의 단계들은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법에 따르면, 계통신뢰성을 고려한 예비력 계약기반시장의 경우 발전사업자들과 동일한 조건으로 해당 시장에 참여해야 하는 수요관리사업자가 활용 가능한 알고리듬을 제공하고, 고객 스스로 공정 스케쥴링 전산모의를 통해 경제성 평가가 가능한 알고리듬을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
100: 계통운영기관 200: 수요관리사업자
300: 말단 수요반응자원
110.210,310: 지시부 120,220,320: 응답부
130,230,330: 제어부 140,240,340: 피드백부
300: 말단 수요반응자원
110.210,310: 지시부 120,220,320: 응답부
130,230,330: 제어부 140,240,340: 피드백부
Claims (16)
- 계통운영기관, 수요관리사업자 및 말단 수요반응자원이 참여하는 수요반응시장의 경제성 및 운용효율성을 제공하는 통합 수요반응자원 운영 시스템에 있어서,
빠른 수요반응자원 운영체계를 구축하는 계통운영기관 서버;
상기 계통운영기관서버으로부터 요구된 운영신뢰성 관련 요소를 고려하여 빠른 수요반응자원 요구수준을 고려한 운영최적화를 실시하고, 말단 수요 반응자원 단말에 보유자원별 감축량 및 응답지속시간을 분배하는 수요관리사업자 서버; 및
빠른 수요반응자원 운영을 위한 계량설비를 포함하고 제공가능용량 및 응답지속시간을 확인하여 감축참여를 하거나, 상기 계량설비를 통한 응답실적을 상기 수요관리사업자 서버에게 보고하는 하나 이상의 말단 수요반응자원 단말;
을 포함하고,
상기 수요관리사업자 서버는 상기 운영최적화를 위하여 지시부, 응답부, 제어부 및 피드백부를 포함하고,
상기 지시부는 실제 예비력이 발령될 확률에 따른 시나리오를 스케쥴링하고, 상기 말단 수요반응자원 단말의 운영신뢰성 파라미터와 안전용량, 입찰정보 및 비용계수, 정전비용, 작업일정과 장비 상환기간에 기반에 따라, 상기 말단 수요반응자원 단말이 참여 가능한 예비력을 구분하여 상기 통합 수요반응자원 운영 시스템 내 구성요소로 배치하고,
상기 응답부는 상기 말단 수요반응자원 단말이 상기 지시부에서 도출된 운영 스케쥴링을 기반으로 운영되고 있는지 감시하는 운영체계를 포함하고, 상기 계통운영기관 서버로부터 송신된 신호가 주파수 추종예비력, 자동발전제어, 운전상태 대기대체 예비력 혹은 정지상태 대기대체 예비력인지를 확인 후, 각 참여 예비력 서비스 별로 스케쥴링된 지시용량과 계약 용량간의 비율로 생성된 신호를 각 말단 수요반응자원 단말들에게 분할 응답을 지시하고,
상기 제어부는 상기 각 말단 수요반응자원 단말들이 작동하도록 상기 수요관리사업자 서버와 상기 말단 수요반응자원 단말간의 신호를 송수신하고,
상기 피드백부는 상기 각 말단 수요반응자원 단말들의 응답 결과를 토대로, 상기 각 말단 수요반응자원 단말들에 활용될 자원으로 구분하고 정산하는 배분 알고리듬을 포함하고,
상기 지시부에서 스케쥴링하는 시나리오는 필수 구동 설비, 운영신뢰성 유지변수를 입력하여 사전 전산모의를 진행하는 것으로,
각 구동 설비별 IL(Interruptible Load)/CLR(Controllable Load Resource) / SL(Shiftable Load)로 구분하여 전산모의한 후, 결과값을 저장하고, 예비력 수요반응, 경제성 수요반응, 신뢰성 수요반응 시나리오 중 어느 하나를 선택하고,
상기 CLR은 응답지속구간 내 출력을 자유롭게 조절 가능한 설비와 자원이고, 상기 IL은 응답이 0 또는 1로 구분되는 설비와 자원이고, 상기 SL은 연계공정 및 타 시간대로 운영일정을 변경하여 운영이 가능한 설비와 자원인 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 운영체계는,
요금절감 수요반응 솔루션, 피크감축 수요반응 솔루션 및 예비력 수요반응 솔루션 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템. - 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 요금절감 수요반응, 피크감축 수요반응 및 예비력 수요반응 참여 결정 전, 상기 계통운영기관 서버, 수요관리사업자 서버 및 말단 수요반응자원 단말의 운영 기록을 바탕으로 상기 말단 수요반응자원 단말들에 대한 비용계수, 온도 변화 대비 전력사용량, 1회 충/방전 시 열화비용 중 어느 하나 이상을 머신러닝을 통하여 산출하는 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 빠른 수요반응자원의 여부는,
상기 계통운영기관 서버에서 각 서비스 별로 추종 또는 출력 변화 요구 단위 시간에 Full Activation을 제공 가능한 자원의 응답을 말하며,
느린 자원은 상기 계통운영기관 서버에서 각 서비스 별로 요구하는 Full Activation 시간에 맞춰서 응답하는 자원인 것을 특징으로 하는 통합 수요반응자원 운영 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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