KR102133686B1 - Automatic Control Algorithm for Improved Stability and Charge-Discharge Efficiency - Google Patents

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KR102133686B1
KR102133686B1 KR1020200010273A KR20200010273A KR102133686B1 KR 102133686 B1 KR102133686 B1 KR 102133686B1 KR 1020200010273 A KR1020200010273 A KR 1020200010273A KR 20200010273 A KR20200010273 A KR 20200010273A KR 102133686 B1 KR102133686 B1 KR 102133686B1
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charging
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control
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김성권
이재명
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김성권
이재명
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Abstract

Disclosed is an algorithm of an energy management system which calculates an estimated excess generation amount (Eo) and a control section margin (Cb) based on an expected generation amount (Ef) based on a generation amount (Pf) of a previous day, and controls charging by distributing an output value (Ct) which can be obtained for each control section using the control section margin (Cb) to an energy storage system (ESS) from a renewable energy certificate (REC) charge start time to an expiration time. According to the present invention, discharging immediately after full charging minimizes a pause time with high fire frequency. In addition, efficiency of power conversion system (PCS) facilities is increased when operating with a reduction between 70 to 80% than when operating at the rated (100%), and reduction operation of a PCS is possible, thereby increasing power conversion efficiency. In the case of a battery, the higher c-rate (battery charging and discharging rate) is (quick charge), the shorter the lifespan. The PCS reduction operation of the present invention can lower the battery charging rate, thereby contributing to battery life.

Description

안전성 및 충방전 효율 향상을 위한 자동 제어 알고리즘이 적용된 에너지관리시스템{Automatic Control Algorithm for Improved Stability and Charge-Discharge Efficiency}Energy Control System with Automatic Control Algorithm for Improved Safety and Charge/Discharge Efficiency {Automatic Control Algorithm for Improved Stability and Charge-Discharge Efficiency}

본 발명은 지능형 자동화 기술 분야에서 에너지저장장치(ESS)의 안전성과 효율성이 강화된 충방전 자동 제어 알고리즘이 적용된 에너지관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy management system to which an automatic charging and discharging control algorithm with enhanced safety and efficiency of an energy storage device (ESS) in the field of intelligent automation technology is applied.

최근 4차 산업 혁명 시대에 따라 스마트 신산업분야와 신재생에너지 분야에 이르기까지 차세대 스마트 신산업분야의 핵심 기술로서 범용성과 개방형 제어 및 자동화 솔루션의 요구 추세에 따라 지능형 자동화 기술 및 시장이 성장하고 있다. With the recent 4th Industrial Revolution era, intelligent automation technologies and markets are growing as the core technologies of the next generation of smart new industries, ranging from smart new industries to new and renewable energy fields, according to the trend of versatility and open control and automation solutions.

에너지 관련 분야에 있어서는 신재생에너지의 확대로 스마트그리드, 스마트시티, 스마트펙토리 구현을 위한 필수 시스템인 ESS(Energy Storage System, ESS) 보급이 확산되고 있으며, 충.방전 에너지관리시스템에 있어서도 효율성과 안전성의 강화를 위해 산업용 임베디드 PC기반 제어기술을 바탕으로 한 자동 제어 알고리즘 기술이 요구된다. In the energy-related field, the distribution of ESS (Energy Storage System, ESS), an essential system for realizing smart grids, smart cities, and smart factories is expanding with the expansion of renewable energy. In order to strengthen the system, automatic control algorithm technology based on industrial embedded PC-based control technology is required.

한편, 에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 "에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)"이라고 한다. 일반 가정에서 사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를 다른 에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모 전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 "ESS"라고 한다. ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용된다. ESS는 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지 이용효율 향상, 신재생에너지 활용도 제고 및 전력공급시스템 안정화에 기여할 수 있다.Meanwhile, energy storage refers to storing energy using a device or a physical medium. The device used for this is called an accumulator, and the entire system in a wider range is called an "Energy Storage System (ESS)." Even small batteries used in general household batteries or electronic products can convert and store electric energy into other forms of energy, but these small power storage devices are not referred to as ESSs, but are usually a single system that stores hundreds of kWh or more. Is called "ESS". The ESS can be installed and operated in power generation, transmission and distribution, and customers in the power system, such as frequency regulation, stabilizing the output of new and renewable generators, peak shaving, load leveling, emergency power supply, etc. Used as a function. ESS can contribute to improving energy utilization efficiency, improving utilization of new and renewable energy, and stabilizing the power supply system by storing and supplying when electric energy is used less.

상기 ESS를 이용한 에너지관리시스템은 10:00부터 16:00까지 충전, 그리고 충전시간을 제외한 시간에 방전하는 형태의 운전시간을 갖는다. 또한 10시부터 충전하여 최대한 빨리 완충을 시키고 16시 이후 약 1~2시간 휴지시간 갖은 후 방전을 실시하는 운영 형태를 보인다. 여기서, 완충 후 방전하기 전 1~2시간의 휴지시간을 갖는 것은 배터리 제조사에서 보증 조건이 완충 후 2시간의 휴지 시간을 갖도록 요청하였기 때문이다. 또한 태양광 발전량이 18시 까지 발전되어 태양광발전량과 ESS 방전이 동시 이루어질 경우 계약연계 용량을 초과할 수 있는 이유 등으로 17시 또는 18시 이후 방전을 실시하고 있었으나, 화재 발생 시점을 보면 64%가 충전완료 후 대기중 발화되었다.The energy management system using the ESS has an operation time of charging from 10:00 to 16:00 and discharging at a time excluding the charging time. In addition, it shows the operating mode of charging from 10 o'clock to buffer as soon as possible and discharging after 1 to 2 hours of rest after 16 o'clock. Here, having a pause of 1 to 2 hours before discharge after full charge is because the battery manufacturer has requested that the warranty condition has a pause of 2 hours after full charge. In addition, when the amount of photovoltaic power was generated by 18:00 and the amount of photovoltaic power generation and ESS discharge were simultaneously performed, the discharge was conducted after 17:00 or 18:00 for reasons that could exceed the contract-linked capacity. Ignited in the air after charging was completed.

등록특허공보 제10-2039677호(공고일자 2019년11월01일)Registered Patent Publication No. 10-2039677 (announcement date 01 November 2019) 등록특허공보 제10-2050803호(공고일자 2019년12월04일)Registered Patent Publication No. 10-2050803 (announcement date 04 Dec 2019)

본 발명의 목적은, 날씨가 좋은 날은 태양광발전량이 높아 PCS를 정격으로 충전하면 오후 13~14시에 완충이 되는데 발전량예측 알고리즘을 이용하여 PCS의 감축 운전을 시행하여 16시에 완충이 될수 있도록 운전 조절이 가능한 제어 알고리즘이 적용된 에너지관리시스템을 제공하려는데 있다.The object of the present invention, when the weather is good, when the solar power is high, when charging the PCS at the rated value, it is fully charged at 13-14 pm. However, the PCS reduction operation is performed using the power generation prediction algorithm to be fully charged at 16:00. The aim is to provide an energy management system to which a control algorithm capable of driving adjustment is applied.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 발전량 예측 알고리즘을 이용하여 ESS의 완충시점을 지연시키고, 완충 후 휴지시간을 두지않고 바로 방전을 실시함으로써 ESS의 화재 예방을 실현하는 에너지관리시스템을 제공하려는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an energy management system for realizing fire prevention of ESS by delaying the buffering time of the ESS by using a power generation prediction algorithm and immediately discharging without a rest time after buffering.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 휴지시간을 두지않고 바로 방전을 시작하게 되면 16시에도 일조량이 좋을 때는 PV발전량 + ESS 방전량 합하여 한전 계약연계용량을 초과할 수 있어, 이를 방지하는 PV + ESS 방전 운전 알고리즘을 이용하여 송전함으로써 ESS의 효율을 향상시키는 에너지관리시스템을 제공하려는데 있다.In addition, another object of the present invention, if the discharge starts immediately without a rest period, when the sunshine is good even at 16:00, the sum of PV power generation + ESS discharge amount may exceed the contracted capacity of KEPCO, and PV to prevent this. It is intended to provide an energy management system that improves the efficiency of ESS by transmitting power using an ESS discharge operation algorithm.

상기와 같은 본 발명의 목적은 전일 발전량(Pf)에 기초한 예상 발전량(Ef)을 기반으로 예상 초과 발전량(Eo)과 제어구간마진(Cb)을 구하고, 상기 제어구간마진(Cb)을 이용한 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)으로 REC(Renewable Energy Certificate) 충전 시작 시각부터 만료 시각까지 ESS에 분산하여 충전 제어하는, 에너지관리시스템에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above is to obtain the expected excess power generation (Eo) and the control interval margin (Cb) based on the expected power generation (Ef) based on the previous day power generation (Pf), each control using the control interval margin (Cb) The output value (Ct) that can be obtained for each section is achieved by an energy management system that distributes and controls charging by distributing it to the ESS from the start time to the expiration time of the REC (Renewable Energy Certificate).

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예상발전량(Ef)은,The estimated power generation (Ef) is

Figure 112020009339730-pat00002
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ts: REC 충전 시작 시각(10시)ts: REC charging start time (10 o'clock)

te: REC 충전 만료 시각(16시)te: REC charging expiration time (16:00)

예상 초과 발전량(Eo)은, The expected excess power generation (Eo) is

Figure 112020009339730-pat00003
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Ke: ESS 설치 용량Ke: ESS installation capacity

제어구간마진(Cb)은,

Figure 112020038786750-pat00043

Ks: REC 충전 허용 시간 동안의 제어구간마진을 결정지을 시간The control section margin (Cb) is
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Ks: Time to determine control section margin during REC charging allowable time

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제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은, The output value (Ct) that can be obtained for each control section is:

Figure 112020009339730-pat00005
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Pr: PV 출력값Pr: PV output value

여기서, 상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은, 상기 예상 초과 발전량(Eo)의 크기에 비례하여 구해진 조정된 제어구간마진(Cu)이 적용된 것일 수 있다.Here, the output value (Ct) that can be obtained for each control section may be applied to the adjusted control interval margin (Cu) obtained in proportion to the size of the expected excess power generation (Eo).

조정된 제어구간마진(Cu)은, The adjusted control interval margin (Cu) is

Figure 112020009339730-pat00006
Figure 112020009339730-pat00006

Figure 112020009339730-pat00007
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제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은, The output value (Ct) that can be obtained for each control section is:

Figure 112020009339730-pat00008
Figure 112020009339730-pat00008

Pr: PV 출력값Pr: PV output value

또한, 상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은, 충전 경과 시간과 예상 발전량 대비 실제발전량의 비율 간의 소프트플러스(softplus) 관계 함수를 바탕으로 조정된 제어구간마진(Cu)에 추가 보정값을 적용하여 구해진 최종 보정 제어구간마진(Cv)이 적용된 것일 수 있다.In addition, the output value (Ct) that can be obtained for each control section is an additional correction value to the adjusted control section margin (Cu) based on a softplus relationship function between the elapsed charging time and the ratio of the actual power generation to the expected power generation. The final correction control interval margin (Cv) obtained by applying may be applied.

최종 보정 제어구간마진(Cv)은, The final correction control interval margin (Cv) is

Figure 112020009339730-pat00009
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Figure 112020009339730-pat00010
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한편, 본 발명의 목적은 상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)에 따라 REC 충전 시작 시각부터 만료 시각까지 ESS에 분산하여 충전하고, 아래의 수학식에 따라 방전 제어하는 에너지관리시스템에 의해서도 달성될 수 있다.On the other hand, the object of the present invention is also distributed by the energy management system for discharging and charging in the ESS from the start time of the REC charge to the expiration time according to the output value (Ct) that can be obtained for each control section, and discharge control according to the equation Can be achieved.

방전값(Cd)는, The discharge value (Cd) is,

Figure 112020009339730-pat00011
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Kg: 태양광 발전 계약 최대 출력량Kg: maximum output of solar power contract

Pfs: 초단기 예측 발전량(또는 제어시점 실제 발전량)Pfs: Early short-term predicted power generation (or actual power generation at the time of control)

Km: 방전 제어 마진Km: discharge control margin

본 발명에 의하면, PCS 설비 효율은 정격(100%)로 운전 할 때보다 70~80% 사이 감축 운전할 때 효율이 높아지는데, 본 발명은 PCS의 감축 운전이 가능하여 전력 변환 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, the efficiency of the PCS facility is higher when it is reduced between 70 and 80% than when it is operated at the rated (100%), and the present invention can reduce the operation of the PCS, thereby improving power conversion efficiency.

또한 완충 후 바로 방전 시행으로 화재 빈도가 높은 휴지시간을 최소화할 수 있다.In addition, it is possible to minimize downtime with high fire frequency by performing discharge immediately after buffering.

또한 배터리의 경우 c-rate(배터리 충방전 속도)가 높을수록(급속충전)일 때 수명이 단축되는데, 본 발명의 PCS 감축운전은 배터리 충전 속도를 낮출 수 있어 배터리 수명에도 도움이 된다.In addition, in the case of a battery, the higher the c-rate (battery charge/discharge rate) (quick charge), the shorter the life, but the PCS reduction operation of the present invention can lower the battery charging speed, which also helps with battery life.

본 발명에서 얻을 수 있는 장점 및 효과는 이상에서 언급한 장점 및 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 장점 및 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The advantages and effects that can be obtained in the present invention are not limited to the advantages and effects mentioned above, and other advantages and effects that are not mentioned are from those described below to those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be clearly understood.

도1은 맑은날의 태양광 발전량과 예측값을 나타낸 예시 도면,
도2는 흐린날의 태양광 발전량과 예측값을 나타낸 예시 도면,
도3은 본 발명에 따른 전일 발전량(Pf)에 기초한 예상 발전량(Ef)을 나타낸 예시 도면,
도4는 본 발명의 제어에 따른 ESS의 충전 상태를 나타낸 도면,
도5 및 도6은 날씨가 맑은 경우 제어구간마진 적용에 따른 ESS 충전량의 손실 발생을 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 조정된 제어구간마진 적용에 따른 ESS 충전량의 손실분이 감소된 상태를 나타낸 도면,
도8은 예상발전량이 실제 발전량 대비 상당한 수준의 편차를 보이게 됨을 나타낸 도면,
도9는 상수 Ktm과 Kln을 각각 750과 20으로 했을 경우의 함수(파란선)를 나타낸 도면,
도10은 최종 보정 제어구간마진(Cv)를 적용한 제어 결과를 나타낸 도면,
도11은 흐린날 발전량이 적은 경우 제어구간마진 조정에 영향 없이 효율적 충전이 가능하였음을 나타낸 도면.
1 is an exemplary view showing a solar power generation amount and a predicted value on a clear day,
Figure 2 is an exemplary diagram showing the amount of solar power generation and forecasts on a cloudy day,
Figure 3 is an exemplary view showing the expected amount of power generation (Ef) based on the previous day power generation (Pf) according to the present invention,
4 is a view showing a state of charge of the ESS according to the control of the present invention,
5 and 6 is a view showing the occurrence of loss of the ESS charge according to the application of the control section margin when the weather is clear,
7 is a view showing a state in which the loss of the ESS charge amount is reduced according to the adjusted control interval margin of the present invention,
8 is a view showing that the expected power generation shows a considerable level of deviation from the actual power generation,
9 is a view showing functions (blue lines) when the constants Ktm and Kln are 750 and 20, respectively;
10 is a view showing a control result to which the final correction control interval margin (Cv) is applied,
11 is a diagram showing that efficient charging was possible without affecting the control section margin adjustment when the amount of power generation on a cloudy day was small.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.The present invention can be applied to various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be given the same reference numerals when describing with reference to the drawings, and redundant description thereof will be omitted. .

본 발명은 ESS(Energy Storage System) 충전 완료 후 휴지기간동안의 화재 빈도가 가장 높은 현상을 문제 삼아 고안된 것이다. The present invention was devised as a problem of the highest fire frequency during the rest period after the completion of charging the ESS (Energy Storage System).

맑은날은 태양광 발전량이 높아 PCS(Power Conversion System)를 정격으로 충전하면 오후 13 ~ 14시에 완충이 되는데 발전량예측 알고리즘을 포함하는 에너지관리시스템을 이용하여 PCS의 감축 운전을 시행하여 16시에 완충 될 수 있도록 운전하는 것을 특징으로 한다.On a clear day, when the solar power generation is high, charging the PCS (Power Conversion System) at full charge will be fully charged at 13-14 PM. At 16:00, the PCS reduction operation will be performed using an energy management system that includes a power generation prediction algorithm. It is characterized by driving to be fully buffered.

또한 종래에 16시까지 완충 후 1 ~ 2시간의 휴지시간을 둔 후 17 ~ 18시 사이 방전하던 것을 16시 이후 바로 방전하게 하여 완충 후 휴지시간을 두지 않고 방전을 실시하는 것을 특징으로 한다. 이때 16시에 방전을 시작하게 되면 16시에도 일조량이 좋을 때는 PV발전량 + ESS 방전량 합하여 한전 계약연계용량을 초과할 수 있는 문제가 발생한다. 따라서 계약연계용량을 초과하지 않도록 PV발전량 + ESS 방전 운전 알고리즘 포함하는 에너지관리시스템을 이용하여 송전하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the discharge is performed immediately after 16:00 after discharge after 18:00 for 1 to 2 hours after the buffering until 16:00, and the discharge is performed without a rest time after buffering. At this time, if the discharge starts at 16:00, when the sunshine is good even at 16:00, there is a problem that the combined amount of PV power generation + ESS discharge can exceed the contracted capacity of KEPCO. Therefore, it is characterized by transmitting by using an energy management system that includes a PV generation amount + ESS discharge operation algorithm so as not to exceed the contracted connection capacity.

알고리즘은 24시간 전의 태양광 발전량에 기초한 대략의 일일 발전량 예측값을 기반으로 충전 제어구간 마진값을 설정한다. 이를 통해 REC(Renewable Energy Certificate) 충전 시간인 10시부터 16시까지 고르게 분산하여 충전이 이루어지도록 한다. 태양광 발전량은 다양한 접근 방법으로 예측이 가능하나 기상 예보의 부정확성으로 인해 상당한 오차를 갖게 된다. 맑은 날은 오차를 가지고는 있지만 예상발전량과 실제발전량이 도1과 같이 유사하게 진행되나, 흐린 날은 구름의 영향을 크게 받기 때문에 도2와 같이 그 오차가 더 커진다. 따라서, 현재 시간에 따른 일조량 데이터 및 그에 따른 태양광 발전량과 과거 시간에 따른 일조량 데이터 및 그에 따른 태양광 발전량을 시간 단위로 비교하여 일치 여부에 따라 다음 시간의 예상 발전량으로 결정할 수도 있다. 여기선 시간은 초,분,시간 모두를 고려할 수 있다.The algorithm sets the charging control section margin value based on the approximate daily power generation prediction value based on solar power generation 24 hours ago. Through this, the charge is evenly distributed from 10 to 16:00, which is the time for charging the REC (Renewable Energy Certificate). The amount of photovoltaic power generation can be predicted by various approaches, but due to inaccuracies in weather forecasts, there will be significant errors. On a clear day, there is an error, but the expected power generation and actual power generation progress similarly as shown in Fig. 1, but on a cloudy day, the error is greater as shown in Fig. 2 because it is greatly affected by clouds. Accordingly, it is also possible to compare the amount of solar power generated according to the current time and the amount of solar power generated according to the current time and the amount of solar generated according to the past time in units of hours, and determine the expected power generation amount of the next time according to whether or not they match. Here, the time can be considered in seconds, minutes, and hours.

도3과 같은 발전량 예측 정보를 획득하였을 때, 예상 발전량 Ef는 다음의 수학식1과 같다.When the power generation prediction information as shown in FIG. 3 is obtained, the estimated power generation Ef is as shown in Equation 1 below.

Figure 112020009339730-pat00012
Figure 112020009339730-pat00012

ts: REC 충전 시작 시각(10시)ts: REC charging start time (10 o'clock)

te: REC 충전 만료 시각(16시)te: REC charging expiration time (16:00)

예상 발전량(Ef)이 구해지면 아래의 수학식2로 예상 초과 발전량 Eo를 구한다.When the estimated generation amount Ef is obtained, the estimated excess generation amount Eo is obtained using Equation 2 below.

Figure 112020009339730-pat00013
Figure 112020009339730-pat00013

Ke: ESS 설치 용량Ke: ESS installation capacity

초과 발전량 예측 오차 보정 상수(10%)를 반영하였다. (10%는 운영을 통해 자동 조정되도록 구현 가능)The excess power generation prediction error correction constant (10%) was reflected. (10% can be implemented to be automatically adjusted through operation)

수학식1과 수학식2에 의한 값으로부터 제어구간마진(control margin baseline)인 Cb를 아래의 수학식3을 통해 구한다.From the values of Equations 1 and 2, the control margin baseline Cb is obtained through Equation 3 below.

Figure 112020038786750-pat00044
Figure 112020038786750-pat00044

Ks: REC 충전 허용 시간 동안의 제어구간마진을 결정지을 시간(control step(예를 들어 초단위 제어의 경우, 6시간 * 60분 * 60초 = 21600, 분단위 제어의 경우 6시간 * 60분 = 360))Ks: Time to determine the control interval margin during the allowable time for REC charging (control step (e.g. 6 hours * 60 minutes * 60 seconds = 21600 for seconds control, 6 hours * 60 minutes = for minutes control) 360))

수학식 3에 의해 구해진 제어구간마진(Cb)을 이용하여 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값 Ct는 다음의 수학식 4와 같고, 도4의 그래프와 같은 형태의 제어를 수행하게 된다.The output value Ct obtained for each control section by using the control interval margin Cb obtained by Equation 3 is as shown in Equation 4 below, and performs control in the form of a graph in FIG. 4.

Figure 112020009339730-pat00015
Figure 112020009339730-pat00015

Pr: PV 출력값Pr: PV output value

실제 운영 시에는 설정된 SOC(저장용량) 완충 지점을 초과하여 충전을 수행할 수는 없으므로 도4의 그래프에서 ESS의 충전 가능 여유 용량을 나타내는 스토리지 값이 0 미만으로 떨어질 수는 없으며, 이에 따라 도3과 같이 맑은 날씨의 경우 REC 충전 허용 시간인 16시 수 분 전에 충전을 완료하게 될 것으로 예상할 수 있다.In actual operation, since it is impossible to perform charging beyond the set SOC (storage capacity) buffer point, the storage value indicating the chargeable spare capacity of the ESS in the graph of FIG. 4 cannot fall below 0, and accordingly, FIG. 3 In such a clear weather, it can be expected that charging will be completed before 16: 00 minutes, which is the allowable time for REC charging.

이는 REC 충방전 구간의 램프제어(Ramp Control)을 통해 보완이 이루어질 부분으로, 충전 완료 후 방전 개시 시점까지의 과전압 상태를 최소화할 수 있는 수준이 될 것이다.This is the part to be supplemented through the ramp control of the REC charge/discharge section, and it will be a level capable of minimizing the overvoltage state until the start of discharge after charging is completed.

도5 및 도6과 같이 ESS 용량 대비 비슷한 수준의 발전이 이루어지는 날의 경우에는, 날씨가 맑은 경우에 적용된 제어구간마진(Cb)으로 인해 발전량의 일부분을 지속적으로 송전하게 됨에 따라 ESS를 완충할 수 있는 수준의 발전이 있음에도 불구하고 17% 가량의 무시할 수 없는 발전 에너지를 충전하지 못하는 경우가 발생된다.In the case of a day when a similar level of power generation compared to the ESS capacity is generated as shown in FIGS. 5 and 6, the ESS can be buffered as the power is continuously transmitted due to the control section margin (Cb) applied when the weather is clear. In spite of the high level of power generation, it is not possible to charge about 17% of the negligible generation energy.

이를 위해 다음과 같은 단계에 따라 제어구간마진(Cb)을 보정할 수 있다. 먼저, 수학식 5와 같이 예상 초과 발전량의 크기에 비례하여 조정된 제어구간마진(Cu)을 구한다. To this end, the control section margin Cb may be corrected according to the following steps. First, as shown in Equation 5, a control section margin (Cu) adjusted in proportion to the magnitude of the expected excess power generation is obtained.

Figure 112020009339730-pat00016
Figure 112020009339730-pat00016

Figure 112020009339730-pat00017
Figure 112020009339730-pat00017

수학식 5에 의한 조정된 제어구간마진(Cu)을 적용하면 도7과 같이 다소 향상된 충전 제어가 이루어진다. 17%의 REC 충전 손실을 12% 수준으로 낮추었다.When the adjusted control interval margin Cu according to Equation 5 is applied, a somewhat improved charging control as shown in FIG. 7 is achieved. 17% REC charge loss was reduced to 12%.

도8을 참조하면, 태양광 예상발전량은 실제 발전량 대비 상당한 수준의 편차를 보이게 된다. 이 편차로 인해 제어구간마진 오류를 보상하기 위한 수식을 필요로 하게 된다. Referring to FIG. 8, the expected solar power generation shows a considerable level of deviation from the actual power generation. Due to this deviation, a formula for compensating for the control section margin error is required.

다음과 같이 충전경과 시간과 예상발전량 대비 실제발전량의 비율간의 소프트플러스(softplus) 관계 함수를 바탕으로 조정된 제어구간마진(Cu)에 추가 보정값을 적용하여 수학식 6과 같이 최종 보정 제어구간마진(Cv)을 구한다.Final correction control interval margin as shown in Equation 6 by applying additional correction value to the adjusted control interval margin (Cu) based on the softplus relationship function between the charging elapsed time and the ratio of actual power generation to expected power generation as follows: Find (Cv).

Figure 112020009339730-pat00018
Figure 112020009339730-pat00018

Figure 112020009339730-pat00019
Figure 112020009339730-pat00019

여기서 조정상수 Ktm과 Kln은 실행 결과 데이터를 바탕으로 자동 생성 가능하다.Here, the adjustment constants Ktm and Kln can be automatically generated based on the execution result data.

상수 Ktm과 Kln을 각각 750과 20으로 했을 경우의 함수(파란선)는 도9와 같다(주황색은 실제발전량/예측발전량).The functions (blue line) when the constants Ktm and Kln are 750 and 20, respectively, are as shown in Fig. 9 (the actual power/predicted power in orange).

위 함수를 적용하여 최종 보정 제어구간마진(Cv)을 적용한 제어 결과는 도10과 같으며, 충전손실을 12%에서 10% 이내로 줄인 결과를 얻었다. 충전시간이 경과함에 따라 실제발전량 저조를 보상하기 위해 제어구간마진을 서서히 줄여 충전을 수행한 결과이다.The result of applying the above function to apply the final correction control interval margin (Cv) is the same as in Fig. 10, and the result of reducing the charging loss from 12% to 10% was obtained. This is the result of gradually reducing the control section margin to compensate for the actual decrease in power generation as the charging time elapses.

날씨가 흐려 발전량이 적은 경우에는 날씨가 맑은 경우와 같이 제어구간마진 조정에 영향 없이 효율적인 충전이 가능함을 확인하였다(도11 참조).When the amount of power generation was low due to cloudy weather, it was confirmed that efficient charging is possible without affecting the adjustment of the control section margin as in the case of clear weather (see FIG. 11).

제어가 까다로운 기상 상황의 경우, 즉 발전량이 ESS 설치용량과 근사치 수준에 머문 경우에는 ESS 설치 용량의 10% 가량에 해당하는 미충전량 발생으로 REC 판매 손실이 있을 수 있으나 이는 상당히 드문 경우이다(특정 사이트의 3월 한 달 동안의 데이터에서 단 한 차례의 사례를 발견하였다. 이는 산술적으로 보더라도 0.3% 정도의 REC 판매 저하 수준이다).In the case of weather conditions that are difficult to control, i.e., when the power generation is close to the ESS installation capacity and approximate level, there may be an uncharged amount corresponding to 10% of the ESS installation capacity, which may result in loss of REC sales, but this is quite rare (specific sites) We found only one case in the data for the month of March in March, which, arithmetically, is a record drop in REC sales by around 0.3%).

반면, ESS의 고전압 상태 지속시간 최소화로 화재 발생 가능성의 억제 뿐만 아니라 ESS 충방전 출력값 하락에 따른 최대 충전/방전에 의한 열화 저감의 효과를 가져옴으로써 그 이상의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.On the other hand, it is expected that more effect can be obtained by minimizing the duration of the high voltage state of the ESS, as well as suppressing the possibility of fire occurrence and reducing the deterioration due to the maximum charge/discharge due to the decrease in the ESS charge and discharge output value.

한편, 방전값 Cd는 수학식 7과 같이 간단히 구할 수 있다. On the other hand, the discharge value Cd can be obtained simply as in Equation 7.

Figure 112020009339730-pat00020
Figure 112020009339730-pat00020

Kg: 태양광 발전 계약 최대 출력량Kg: maximum output of solar power contract

Pfs: 초단기 예측 발전량(또는 제어시점 실제 발전량)Pfs: Early short-term predicted power generation (or actual power generation at the time of control)

Km: 방전 제어 마진Km: discharge control margin

단, 제어 주기 간에도 발전량의 변화는 지속적으로 일어나고 있으므로 수학식 7로 구한 방전 제어값의 보정을 위해서는 발전량 변화 추이를 실시간으로 판단할 수 있는 초단기 분석 알고리즘이 필요하다.However, since the change in the amount of power generation continues to occur even between control cycles, in order to correct the discharge control value obtained by Equation 7, an ultra-short-term analysis algorithm capable of determining the change in the amount of power generation in real time is required.

REC 운전에서의 방전 가능 시간은 상당히 길기 때문에 방전 제어 마진은 비교적 큰 값을 사용하더라도 운영에 문제가 없다. 방전 효율은 80% 정도의 출력에서 가장 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 발전량 초단기 예측이 절대적으로 필요한 것은 아니다.Since the discharge time in REC operation is quite long, there is no problem in operation even if a relatively large value is used for the discharge control margin. Discharge efficiency is known to be the most efficient at an output of about 80%. Therefore, it is not absolutely necessary to predict the short-term power generation.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions will be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims to be described later, but also by the claims and equivalents.

Claims (5)

삭제delete 전일 발전량(Pf)에 기초한 예상 발전량(Ef)을 기반으로 예상 초과 발전량(Eo)과 제어구간마진(Cb)을 구하고, 상기 제어구간마진(Cb)을 이용한 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)으로 REC(Renewable Energy Certificate) 충전 시작 시각부터 만료 시각까지 ESS에 분산하여 충전 제어하는, 에너지관리시스템.
예상발전량(Ef)은,
Figure 112020038786750-pat00022

ts: REC 충전 시작 시각(10시)
te: REC 충전 만료 시각(16시)

예상 초과 발전량(Eo)은,
Figure 112020038786750-pat00023

Ke: ESS 설치 용량

제어구간마진(Cb)은,
Figure 112020038786750-pat00045

Ks: REC 충전 허용 시간 동안의 제어구간마진을 결정지을 시간

제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은,
Figure 112020038786750-pat00025

Pr: PV 출력값
The estimated excess power generation (Eo) and the control interval margin (Cb) are obtained based on the estimated power generation (Ef) based on the previous day power generation (Pf), and the output value (Ct) obtained for each control section using the control interval margin (Cb) ) REC (Renewable Energy Certificate) Energy management system that controls charging by distributing to the ESS from the start time to the expiration time.
The estimated power generation (Ef) is
Figure 112020038786750-pat00022

ts: REC charging start time (10 o'clock)
te: REC charging expiration time (16:00)

The expected excess power generation (Eo) is
Figure 112020038786750-pat00023

Ke: ESS installation capacity

The control section margin (Cb) is
Figure 112020038786750-pat00045

Ks: Time to determine control section margin during REC charging allowable time

The output value (Ct) that can be obtained for each control section is:
Figure 112020038786750-pat00025

Pr: PV output value
제2항에 있어서,
상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은,
상기 예상 초과 발전량(Eo)의 크기에 비례하여 구해진 조정된 제어구간마진(Cu)이 적용된 것인, 에너지관리시스템.
조정된 제어구간마진(Cu)은,
Figure 112020038786750-pat00026

Figure 112020038786750-pat00027


제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은,
Figure 112020038786750-pat00028

Pr: PV 출력값
According to claim 2,
The output value (Ct) that can be obtained for each control section is:
The energy management system, which is applied to the adjusted control interval margin (Cu) obtained in proportion to the size of the expected excess power generation (Eo).
The adjusted control interval margin (Cu) is
Figure 112020038786750-pat00026

Figure 112020038786750-pat00027


The output value (Ct) that can be obtained for each control section is:
Figure 112020038786750-pat00028

Pr: PV output value
제3항에 있어서,
상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)은
충전 경과 시간과 예상 발전량 대비 실제발전량의 비율 간의 소프트플러스(softplus) 관계 함수를 바탕으로 조정된 제어구간마진(Cu)에 추가 보정값을 적용하여 구해진 최종 보정 제어구간마진(Cv)이 적용된 것인, 에너지관리시스템.
최종 보정 제어구간마진(Cv)은,
Figure 112020038786750-pat00029

Figure 112020038786750-pat00030
According to claim 3,
The output value (Ct) that can be obtained for each control section is
The final correction control interval margin (Cv) obtained by applying additional correction values to the adjusted control interval margin (Cu) based on the softplus relationship function between the elapsed charging time and the ratio of the actual power generation to the expected generation amount is applied. , Energy management system.
The final correction control interval margin (Cv) is
Figure 112020038786750-pat00029

Figure 112020038786750-pat00030
제2항에 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 제어구간 마다 얻을 수 있는 출력값(Ct)에 따라 REC 충전 시작 시각부터 만료 시각까지 ESS에 분산하여 충전하고, 아래의 수학식에 따라 방전 제어하는, 에너지관리시스템.
방전값(Cd)은,
Figure 112020038786750-pat00031

Kg: 태양광 발전 계약 최대 출력량
Pfs: 초단기 예측 발전량(또는 제어시점 실제 발전량)
Km: 방전 제어 마진
The method according to any one of claims 2 to 4,
Energy management system for discharging and charging in the ESS from the start time of the REC charging to the expiration time according to the output value (Ct) that can be obtained for each control section, and controlling discharge according to the following equation.
The discharge value (Cd) is,
Figure 112020038786750-pat00031

Kg: maximum output of solar power contract
Pfs: Early short-term predicted power generation (or actual power generation at the time of control)
Km: discharge control margin
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