KR102238624B1 - System and method for operating virtual power plant based on multi-objective function - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신재생에너지를 포함한 분산자원을 구비하는 가상발전소 운영시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 분산자원에 독립적인 제어수단을 구비하여 이익 최대화 및 비용 최소화를 위한 다중 목적함수를 추출하고, 이를 기반으로 분산자원 운영을 위한 전략을 생성함으로써, 이익 및 비용을 고려하여 가상발전소의 안정적인 운영이 가능하도록 해 주는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a virtual power plant operating system having distributed resources including new and renewable energy, and more particularly, extracting multiple objective functions for maximizing profits and minimizing costs by providing an independent control means for each distributed resource, Based on this, the present invention relates to a virtual power plant operating system based on a multi-objective function that enables stable operation of a virtual power plant in consideration of profits and costs by creating a strategy for operating distributed resources and a method of operating the same.

Description

다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법{System and method for operating virtual power plant based on multi-objective function}System and method for operating virtual power plant based on multi-objective function
본 발명은 신재생에너지를 포함한 분산자원을 구비하는 가상발전소 운영시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 분산자원에 독립적인 제어수단을 구비하여 이익 최대화 및 비용 최소화를 위한 다중 목적함수를 추출하고, 이를 기반으로 분산자원 운영을 위한 전략을 생성함으로써, 이익 및 비용을 고려하여 가상발전소의 안정적인 운영이 가능하도록 해 주는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a virtual power plant operating system having distributed resources including new and renewable energy, and more particularly, extracting multiple objective functions for maximizing profits and minimizing costs by providing an independent control means for each distributed resource, Based on this, the present invention relates to a virtual power plant operating system based on a multi-objective function that enables stable operation of a virtual power plant in consideration of profits and costs by creating a strategy for operating distributed resources and a method of operating the same.
기존의 중앙급전발전소 중심의 전력공급 방식을 보완하기 위해 수요지 근처에 중/소규모로 설치되어 운영되는 분산전원(Distributed Energy Resource; DER)이 적극적으로 도입되고 있다.Distributed Energy Resource (DER), which is installed and operated in small and medium-sized near demand sites, is being actively introduced to complement the existing power supply method centered on central power plants.
분산전원은 필요한 지역에 필요한 규모로 단기간에 설치가 가능하고, 짧은 시간 내에 발전기 기동이 가능하기 때문에 전력 계통의 단기간 안정화에 기여할 수 있으며, 전력 부족 시에는 추가 발전으로 최대수요에 유연하고 효과적으로 대처함으로써 계통신뢰도와 전력품질을 향상시키는 데 활용될 수 있다.Distributed power can be installed in a short period of time at the required scale in the required area and can contribute to the short-term stabilization of the power system because the generator can be started within a short period of time. It can be used to improve system reliability and power quality.
이러한 분산전원은 최근 수력, 풍력, 태양광 등과 같은 친환경 에너지원을 이용하는 발전설비 또는 에너지저장장치와 같은 충/방전설비로 구축되고 있으며, 이중에서, 태양광 발전은 태양이 비추는 지역이라면 발전설비의 설치가 가능하여 장소 제한이 가장 적고, 또한 소형의 발전설비에서부터 대형의 발전설비까지 운영자가 원하는 형태로 다양하게 설치되어 운영될 수 있기 때문에 더욱 선호되고 있다.These distributed power sources are recently being constructed as power generation facilities using eco-friendly energy sources such as hydropower, wind power, and solar power, or charging/discharging facilities such as energy storage devices. It is more preferred because it can be installed and has the least place restrictions, and it can be installed and operated in various ways from small power generation facilities to large power generation facilities in the form desired by the operator.
상술한 분산전원에 의한 기존 중앙급전발전소의 역할을 대체할 수 있도록 기존의 전력 계통의 운영과 효과적으로 연계할 수 있는 제어전략이 구축되어야 한다. 이러한 분산전원의 계통 연계 전략의 대표적인 구축이 가상발전소(Virtual Power Plant; VPP)이다. 가상발전소는 도매전력시장 및 계통 운영에의 참여를 목적으로 전력 계통 내에 산재해 있는 다양한 유형의 분산전원을 진보된 정보통신기술 및 자동제어기술을 이용하여 단일 발전시스템으로 운영하기 위한 통합관리시스템을 의미한다.A control strategy that can effectively connect with the operation of the existing power system must be established so that the role of the existing central power supply power plant can be replaced by the above-described distributed power supply. A typical implementation of this distributed power grid connection strategy is the Virtual Power Plant (VPP). The virtual power plant is an integrated management system for operating various types of distributed power scattered in the power system as a single power generation system using advanced information and communication technology and automatic control technology for the purpose of participating in the wholesale power market and system operation. it means.
상술한 가상발전소는 다양한 분산전원에 대한 모델링을 이용하여 분산전원의 전력생산량을 예측하고, 예측된 전력생산량에 따라 전력거래시장에서의 전력입찰을 제어하였다.The above-described virtual power plant predicted the amount of power produced by the distributed power source using modeling for various distributed power sources, and controlled the power bidding in the power trading market according to the predicted amount of power production.
이와 관련하여 선행기술문헌에는 핵심 가상발전기(VPP)의 운영 솔루션을 구축하는데 있어서, 멀티에이전트 시스템(MAS) 개념을 적용하여 구성요소 간의 게이밍 관계를 통해 효율성 및 유연성 있는 시스템 운영이 가능하도록 한 가상발전기 운영시스템이 개시되어 있다.In this regard, in the prior art literature, in constructing a core virtual generator (VPP) operation solution, the concept of a multi-agent system (MAS) is applied to enable efficient and flexible system operation through the gaming relationship between components. The operating system is disclosed.
선행기술문헌에 의하면, 부하에 대해서는 하위 에이전트들로부터 입찰가격 및 에너지사용량에 대한 옥션입찰을 입력하고, VPP 운영장치는 해당 입찰가격으로 공급될 에너지 사용량을 결정함과 더불어, 전력공급장치가 결정된 상기 에너지 사용량을 공급하도록 제어한다. 그리고, 비협력게임으로 입장한 두 하위 에이전트에 대하여 입찰된 상기 에너지 사용랑에 해당하는 기 설정된 에너지 사용량 범위내에서 해당 입찰가격으로 순 이득이 최고가 되는 최적 운전점에 해당하는 해당 두 하위 에이전트 각가에 제공될 에너지 사용량을 결정하도록 구성된다.According to the prior art document, for the load, the bid price and the auction bid for the energy consumption are input from the subagents, and the VPP operating device determines the energy consumption to be supplied at the corresponding bid price, and the power supply device is determined. Control to supply energy usage. And, within the preset energy usage range corresponding to the energy usage price bid for the two subagents entering the non-cooperative game, each price of the two subagents corresponding to the optimal operating point at which the net profit is the highest at the corresponding bid price. It is configured to determine the amount of energy to be provided.
이때, 상기한 가상발전기 운영시스템은 분산전력에 대해 발전용량 및 발전단가를 미리 예측하여 입찰에 참여하게 되고, 신재생에너지에 대해서는 기상정보를 적용하여 발전용량 및 발전단가를 예측하여 적용하게 된다.At this time, the above-described virtual generator operating system predicts the generation capacity and generation cost of distributed power in advance and participates in the bidding, and the weather information is applied to the new and renewable energy to predict and apply the generation capacity and power generation cost.
그러나, 실제적으로 환경 문제 등으로 인해 기상정보의 예측 정확도가 점점 낮아짐을 고려할 때, 발전용량 및 발전단가가 불확실한 신재생에너지를 적용하기에 무리가 있다.However, considering that the prediction accuracy of meteorological information gradually decreases due to environmental problems, etc., it is difficult to apply new and renewable energy whose power generation capacity and power generation cost are uncertain.
또한, 사용량이 늘어날수록 순이익이 비례하여 증가하나, 변곡점을 넘어가게 되면 비용증가로 효율이 감소하기 때문에 결과적으로 가상발전소의 이득이 음의 상태가 되는 문제가 있다.In addition, as the usage increases, the net profit increases proportionally, but when the inflection point is exceeded, the efficiency decreases due to an increase in cost. As a result, there is a problem that the gain of the virtual power plant becomes negative.
또한, 선행기술문헌에서 적용되는 게임이론은 사용자가 에너지 사용량 결정을 받아들이지 못하는 경우가 발생할 수 있고, 전부 비협력게임으로 입장하는 경우 이익이 음의 상태가 될 경우가 발생할 수 있다.In addition, in the game theory applied in the prior art literature, there may be cases where the user does not accept the determination of energy usage, and if all of them enter as non-cooperative games, there may be cases in which the profits become negative.
또한, 일반적으로 가상발전소는 분산전원 운영 및 유지 관리를 위한 비용이 발생되는데, 선행기술문헌은 단순히 이익을 최대화하는 운영규칙만을 적용할 뿐 이러한 비용 발생에 대해서는 고려하지 못하고 있다.In addition, in general, virtual power plants incur costs for operation and maintenance of distributed power sources, and prior art documents simply apply only operating rules that maximize profits, but do not consider such costs.
특히, 전력거래소와 거래에 따른 분산자원 운영시 거래일 평균 감축 이행율이 70% 미만인 날이 3회 이상일 경우에는 입찰제한이 되기 때문에 리스크를 고려한 보다 안정성있는 가상발전소 운영 방법이 요구된다. In particular, when operating distributed resources through transactions with the power exchange, bidding is restricted when the average reduction fulfillment rate is less than 70% on transaction days more than three times, so a more stable virtual power plant operation method considering risks is required.
대한민국 등록특허공보 제10-1472582호Korean Patent Publication No. 10-1472582
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 신재생에너지를 포함한 분산자원을 구비하는 가상발전소 운영시스템에서 각 분산자원에 독립적인 제어수단을 구비하여 이익 최대화 및 비용 최소화를 위한 다중 목적함수를 추출하고, 이를 기반으로 분산자원의 효율적인 관리를 수행할 수 있도록 해 주는 다중 목적함수 최적화에 기반한 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법을 제공하는 것이다.The present invention was conceived in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to maximize profits and minimize costs by providing independent control means for each distributed resource in a virtual power plant operating system having distributed resources including new and renewable energy. It is to provide a virtual power plant operating system based on multi-objective function optimization that extracts multiple objective functions for and enables efficient management of distributed resources based on this and an operating method thereof.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템은, 적어도 하나 이상의 부하, 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 에너지저장시스템을 포함하는 분산자원; 상기 분산자원과 연결되어 분산자원에 대한 각 상태를 모니터링함과 더불어, 각 분산자원에 대해 수집된 분산자원 정보를 VPP 운영장치로 제공하는 VPP 모니터링장치; 및 전력 판매가격을 결정하고, VPP 모니터링장치로부터 제공되는 분산자원 정보와 전력 판매가격을 근거로 이익과 비용에 대응되는 목적함수를 결정하며, 각 목적함수별 기 설정된 가중치를 적용하여 이익과 비용의 차이를 최대화하는 분산자원 운영 전략을 VPP 모니터링장치를 통해 분산자원으로 전송하는 VPP 운영장치를 포함하여 구성되고, 상기 각 분산자원들은 해당 분산자원의 상태를 진단하고 개별 전력량을 예측하며, 분산자원의 수명 비용을 산출하여 상기 VPP 모니터링 장치로 전송하고, VPP 모니터링 장치로부터 수신되는 분산자원 운영 전략을 근거로 해당 분산자원을 운영 제어하는 독립된 자원 제어부를 각각 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a virtual power plant operating system based on a multi-objective function according to the present invention includes: at least one load, at least one power generation source including a renewable energy facility, and a distributed resource including an energy storage system; A VPP monitoring device connected to the distributed resource to monitor each state of the distributed resource and provide distributed resource information collected for each distributed resource to a VPP operating device; And power sales price, determine an objective function corresponding to profit and cost based on distributed resource information and power sales price provided from the VPP monitoring device, and apply a preset weight for each objective function to determine the profit and cost. It is composed of a VPP operating device that transmits the distributed resource operation strategy that maximizes the difference to the distributed resource through the VPP monitoring device, and each of the distributed resources diagnoses the state of the distributed resource and predicts the amount of individual power. It is characterized by including independent resource control units for calculating and transmitting the life cost to the VPP monitoring device, and operating and controlling the distributed resource based on the distributed resource operation strategy received from the VPP monitoring device.
여기서, 상기 VPP 운영장치는 각 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 최대 이익의 목적함수과 최소 비용의 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수로 설정함과 더불어, 최종 목적함수를 최대화하도록 분산자원 운영 전략을 생성하도록 구성됨이 바람직하다.Here, the VPP operating device applies a preset weight to each objective function, weights the objective function of the maximum profit to which the weight is applied and the objective function of the minimum cost to set it as the final objective function, and maximizes the final objective function. It is desirable to be configured to create a distributed resource management strategy.
또한, 상기 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어지고, 상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어지되, 수명 비용은 해당 분산자원의 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출됨이 바람직하다.In addition, the profit objective function is composed of one or a combination of two or more of profit types including power sales profit, power generation source government subsidy profit, and energy storage system government subsidy profit, and the cost objective function is the lifetime of distributed resources. It is made as a cost, but it is preferable that the lifetime cost is calculated as the reciprocal of the maximum lifetime in the lifetime prediction curve of the distributed resource.
또한, 상기 가중치는 이익 목적함수에 대해 이익이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 높이고, 비용 목적함수에 대해 비용이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 낮추도록 설정됨이 바람직하다.In addition, the weight increases the probability that the item will be selected by setting the weight of the item with high profit to the profit objective function, and the item is selected by setting the weight of the item with high cost to the cost objective function. It is preferably set to lower the probability of becoming.
또한, 상기 비용 목적함수에서 에너지저장시스템의 수명 비용은 충전상태 크기에 따라 가중치를 다르게 적용하되, 충전상태의 일정값 미만인 경우보다 그 값 이상인 때의 가중치를 높게 설정하되, 상기 일정값은 70~90%의 범위 중 어느 하나로 조정하도록 함이 바람직하다.In addition, in the cost objective function, the weight of the life cost of the energy storage system is applied differently according to the size of the state of charge, but the weight is set higher when the value is greater than that value than when the value is less than a certain value of the state of charge, and the constant value is 70~ It is preferable to adjust to any one of 90% of the range.
또한, 상기 VPP 운영장치는 전력 판매가격을 예측하고, 이전 시간 블럭에서의 예측판매가격과 현재 예측된 판매가격을 비교 분석하여 이익 목적함수에 대한 가중치를 변경 설정함이 바람직하다.In addition, it is preferable that the VPP operating apparatus predicts the selling price of electricity, compares and analyzes the predicted selling price in the previous time block with the currently predicted selling price, and changes and sets the weight for the profit objective function.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법은, 적어도 하나 이상의 부하, 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 에너지저장시스템을 포함하는 분산자원들과 결합되어 전력 관리를 수행하는 VPP 운영장치를 포함하되, 상기한 각 분산자원은 해당 분산자원을 관리하는 자원 제어부를 각각 구비하여 구성되는 가상 발전소 운영 시스템의 다중 목적함수에 기반한 가상 발전소 운영 방법에 있어서, 상기 VPP 운영장치에서 부하와 발전원 및 에너지저장시스템의 각 자원 제어부로부터 해당 분산 자원에 대한 전력량과 수명 비용 및 운영 상태 정보를 수집하는 제 1 단계, 상기 VPP 운영장치에서 전력 판매가격을 예측하는 제 2 단계, 상기 VPP 운영장치에서 이익과 비용에 대응되는 목적함수에 대해 가중치를 설정하는 제 3 단계, 상기 VPP 운영장치에서 상기 제 1 단계에서 수집된 각 분산자원 정보와, 제 2 단계에서 결정된 판매가격을 근거로 VPP 예상이익과 VPP 비용을 예측하고, 각 예측값에 기반하여 이익 목적함수와 비용 목적함수를 생성하는 제 4 단계, 및 상기 VPP 운영장치에서 상기 제 4 단계에서 생성된 이익 목적함수와 비용 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하여 최대 이익과 최소 비용의 목적함수를 결정함과 더불어, 이에 대응되는 분산자원 운영 전략을 생성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a method for operating a virtual power plant based on a multi-objective function according to the present invention includes at least one load, at least one power generation source including a new and renewable energy facility, and distributed resources including an energy storage system. In the virtual power plant operating method based on a multi-objective function of a virtual power plant operating system comprising a VPP operating device that is combined to perform power management, wherein each of the above-described distributed resources has a resource control unit that manages the corresponding distributed resource. , A first step of collecting power amount, life cost, and operation status information for the distributed resource from each resource control unit of the load, power generation source and energy storage system in the VPP operating device, and predicting the selling price of power in the VPP operating device. The second step, a third step of setting a weight for an objective function corresponding to profit and cost in the VPP operating device, each distributed resource information collected in the first step in the VPP operating device, and determined in the second step The fourth step of predicting VPP expected profit and VPP cost based on the selling price, and generating a profit objective function and a cost objective function based on each predicted value, and the profit objective function generated in the fourth step in the VPP operating device. And a fifth step of determining the objective function of the maximum profit and the minimum cost by applying a predetermined weight to the cost objective function and generating a distributed resource operation strategy corresponding thereto.
여기서, 상기 제 2 단계에서 VPP 운영장치는 전력 판매가격을 예측하고, 이전 시간 블럭에서의 예측판매가격과 현재 예측된 판매가격을 비교 분석하여 이익 목적함수에 대한 가중치를 변경 설정함이 바람직하다.Here, in the second step, it is preferable that the VPP operating device predicts the selling price of electricity, compares and analyzes the predicted selling price in the previous time block with the currently predicted selling price, and changes and sets the weight for the profit objective function.
또한, 상기 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어지고, 상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어지되, 수명 비용은 해당 분산자원의 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출됨이 바람직하다.In addition, the profit objective function is composed of one or a combination of two or more of profit types including power sales profit, power generation source government subsidy profit, and energy storage system government subsidy profit, and the cost objective function is the lifetime of distributed resources. It is made as a cost, but it is preferable that the lifetime cost is calculated as the reciprocal of the maximum lifetime in the lifetime prediction curve of the distributed resource.
또한, 상기 제 3 단계에서 가중치는 이익 목적함수에 대해 이익이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 높이고, 비용 목적함수에 대해 비용이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 낮추도록 설정됨이 바람직하다.In addition, in the third step, the weight of the item with high profit is set larger than the weight of the item with high profit for the benefit objective function, and the probability of the item being selected is increased, and the weight of the item with high cost is set higher with respect to the cost objective function. It is preferable that the item is set to lower the probability of being selected.
또한, 상기 비용 목적함수에서 에너지저장시스템의 수명 비용은 충전상태 크기에 따라 가중치를 다르게 적용하되, 충전상태의 일정값 미만인 경우보다 그 값 이상인 때의 가중치를 높게 설정하여 적용하되, 상기 일정값은 70~90%의 범위 중 어느 하나로 조정함이 바람직하다.In addition, in the cost objective function, the weight of the life cost of the energy storage system is applied differently according to the size of the state of charge, but when the weight is higher than the value of the state of charge, the weight is set higher than that of the state of charge, and the constant value is It is preferable to adjust to any one of the range of 70 to 90%.
또한, 상기 제 5 단계에서 VPP 운영장치는 각 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 최대 이익의 목적함수과 최소 비용의 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수로 설정함과 더불어, 최종 목적함수를 최대화하도록 분산자원 운영 전략을 생성하도록 구성됨이 바람직하다.In addition, in the fifth step, the VPP operating device applies a preset weight to each objective function, weighted the objective function of the maximum profit to which the weight is applied and the objective function of the minimum cost, and sets it as the final objective function. It is desirable to be configured to create a distributed resource management strategy to maximize the function.
본 발명에 의한 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 따르면, 태양광 에너지 등의 신재생 에너지 설비를 발전원으로 구비하여 운영되는 가상 발전소 시스템에 있어서, 최대이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 포함하는 다중 목적함수를 이용하여 분산자원에 대한 운영 전략을 생성함으로써, 가상발전소의 운영 이익뿐 아니라 비용 발생으로 인한 오차 위험까지도 동시에 관리할 수 있는 효과가 있다. According to the virtual power plant operating system based on a multi-objective function and its operating method according to the present invention, in the virtual power plant system operated by providing a renewable energy facility such as solar energy as a power source, the maximum profit objective function and the minimum cost By creating an operating strategy for distributed resources using multiple objective functions including an objective function, there is an effect that it is possible to manage not only the operating profit of the virtual power plant but also the risk of error due to cost occurrence at the same time.
도 1은 본 발명에 따른 가상발전소 운영시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 VPP 운영장치의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 각 자원 제어부의 내부구성을 기능모듈로 분리하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 운영전략 수립부의 내부구성을 기능모듈로 분리하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 가상발전소 운영시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
1 is a diagram showing a schematic configuration of a virtual power plant operating system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the functional separation of the internal configuration of the VPP operating device shown in FIG. 1.
3 is a view showing the internal configuration of each resource control unit shown in FIG. 1 divided into functional modules.
4 is a view showing the internal configuration of the operation strategy establishment unit shown in FIG. 2 divided into functional modules.
5 is a flow chart for explaining the operation of the virtual power plant operating system shown in FIG.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.The present invention can be implemented in various other forms without departing from the technical idea or main features thereof. Accordingly, the embodiments of the present invention are merely illustrative in all respects and should not be interpreted as limiting.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprise" or "include" and "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof beyond that is not preliminarily excluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to describe in detail enough that a person of ordinary skill in the art can easily implement the present invention, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. .
도 1은 본 발명에 따른 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a virtual power plant operating system based on a multi-objective function according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템은 가상발전소 (VPP : Virtual Power Plant, 이하 "VPP" 라 칭함) 운영장치(100)와, VPP 모니터링장치(200) 및 분산자원(300)을 포함한다.As shown in Figure 1, the virtual power plant operating system based on the multi-objective function according to the present invention is a virtual power plant (VPP: Virtual Power Plant, hereinafter referred to as "VPP") operating device 100, and a VPP monitoring device 200 ) And distributed resources 300.
상기 VPP 운영장치(100)는 분산 자원(300)의 상태를 기반으로 가상 발전소의 운영 이익을 최대화하고 비용을 최소화하는 운영 전략을 생성한다. 그리고, 이러한 운영 전략을 기반으로 입찰에 참여함과 더불어, 분산 자원(300)을 운영한다.The VPP operating device 100 creates an operating strategy for maximizing the operating profit of the virtual power plant and minimizing the cost based on the state of the distributed resources 300. And, based on this operation strategy, along with participating in the bidding, the distributed resource 300 is operated.
이때, VPP 운영장치(100)는 전력거래소로부터 요구되는 전력요구량에 대응하여 분산자원(300)에 대한 최적의 운영 전략을 생성한다. 여기서, 전력거래소는 용량 시장, 전력 시장 및 보조서비스 시장 등과 같은 다수의 거래시장을 포함할 수 있다. 용량 시장은 월 또는 년 단위로 전력이 거래되는 시장이고, 전력 시장은 시간 또는 일 단위로 전력이 거래되는 시장이며, 보조서비스 시장은 초 또는 분 단위로 전력이 거래되는 시장을 의미할 수 있다.At this time, the VPP operating device 100 generates an optimal operating strategy for the distributed resources 300 in response to the power demand required from the power exchange. Here, the power exchange may include a number of trading markets such as a capacity market, a power market, and an auxiliary service market. The capacity market is a market in which electricity is traded on a monthly or yearly basis, the power market is a market in which electricity is traded on an hourly or daily basis, and the auxiliary service market may mean a market in which electricity is traded in seconds or minutes.
즉, VPP 운영장치(100)는 전력 판매가격을 결정하고, VPP 모니터링장치로부터 제공되는 분산자원 정보와 전력 판매가격을 근거로 이익과 비용에 대응되는 목적함수를 결정하며, 각 목적함수별 기 설정된 가중치를 적용하여 이익과 비용의 차이를 최대화하는 분산자원 운영 전략을 VPP 모니터링장치(200)를 통해 분산자원(300)으로 전송한다.That is, the VPP operating device 100 determines the power selling price, determines an objective function corresponding to the profit and cost based on the distributed resource information and the power selling price provided from the VPP monitoring device, and is preset for each objective function. A distributed resource operation strategy that maximizes the difference between profit and cost by applying a weight is transmitted to the distributed resource 300 through the VPP monitoring device 200.
상기 VPP 모니터링 장치(200)는 상기 분산 자원(300)의 발전 가능 용량 및 운영 상태 등을 모니터링하고, 상기 VPP 운영장치(100)로 분산 자원(300)에 대한 정보를 전송한다. 또한, 상기 VPP 모니터링 장치(200)는 VPP 운영장치(100)로부터 제공되는 분산자원 운영 전략에 따라 분산자원(300)을 운영하도록 한다. The VPP monitoring device 200 monitors the power generation capacity and operating state of the distributed resource 300 and transmits information on the distributed resource 300 to the VPP operating device 100. In addition, the VPP monitoring device 200 operates the distributed resource 300 according to a distributed resource management strategy provided from the VPP operating device 100.
본 발명에서는 VPP 모니터링 장치(200)에서 분산자원 운영 전략 정보를 분산자원(300)로 전송하여 분산자원(300)에서 독립적으로 해당 운영 전략에 기반하여 운영동작을 수행할 수 있도록 할 수 있다.In the present invention, the VPP monitoring device 200 transmits the distributed resource operation strategy information to the distributed resource 300 so that the distributed resource 300 can independently perform an operation operation based on the corresponding operation strategy.
또한, 본 발명에서 VPP 모니터링 장치(200)는 분산자원(300)으로부터 각 상태정보를 수집하고 이를 VPP 운영장치(100)로 전송할 수 있다.In addition, in the present invention, the VPP monitoring device 200 may collect each state information from the distributed resource 300 and transmit it to the VPP operating device 100.
상기 분산 자원(300)은 적어도 하나 이상의 부하(310)와, 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원(320) 및, 상기 부하(310)와 발전원(320)과 연결되는 에너지저장시스템(ESS : Energy Storage System, 330)을 포함한다. The distributed resource 300 includes at least one load 310, at least one power generation source 320 including a renewable energy facility, and an energy storage system connected to the load 310 and the power generation source 320 (ESS: Energy Storage System, 330).
부하(310)는 전력을 소비하는 장치로, 전력을 소모하지 않는 방식으로 잉여 전력을 창출한다는 점에서 소극적인 의미의 분산 자원이다. The load 310 is a device that consumes power, and is a distributed resource in a passive sense in that it creates surplus power in a manner that does not consume power.
발전원(320)은 예컨대 열병합 발전, 마이크로터빈, 태양광 발전, 풍력발전 등과 같이 신재생 에너지원을 이용한 발전장치와, 바이오 매스, 연료전지 등을 포함한다. The power generation source 320 includes, for example, a power generation device using a renewable energy source such as cogeneration, microturbine, solar power, wind power, biomass, fuel cells, and the like.
이때, 부하(310)과 발전원(320)은 에너지저장시스템(330)에 연결되며, 발전원(320)에서 발생된 전력을 저장하고, 필요시 이를 부하(310)로 공급한다. 즉, 에너지저장장치(energy storage system, ESS)는 생산된 전기에너지를 저장하였다가 가장 필요한 시기에 공급함으로써 에너지 효율을 높이는 시스템으로, 전기에너지의 충전 및 방전에 따라 부하와 전원의 역할을 동시에 수행하는 양방향 전력설비이다.At this time, the load 310 and the power generation source 320 are connected to the energy storage system 330, store power generated by the power generation source 320, and supply them to the load 310 when necessary. In other words, an energy storage system (ESS) is a system that increases energy efficiency by storing generated electrical energy and supplying it at the most necessary time. It simultaneously performs the role of load and power according to charging and discharging of electrical energy. It is a two-way power facility.
또한, 본 발명에서 분산 자원(300)은 각 분산 자원별 자원 제어부(400)를 구비하여 구성된다.In addition, in the present invention, the distributed resource 300 includes a resource control unit 400 for each distributed resource.
자원 제어부(400)는 해당 분산자원(300)의 상태정보를 수집함과 더불어, 발전량 또는 수요량을 예측하고, 수명 비용을 예측한다.The resource control unit 400 collects state information of the corresponding distributed resource 300, predicts the amount of power generation or demand, and predicts the life cost.
이러한 자원 제어부(400)는 각 자원에 대해 일대일 대응되게 연결되어 해당 자원을 독립적으로 관리 및 제어한다. 즉, 부하(310)에는 부하 제어모듈(410)이 결합되고, 발전원(320)에는 발전 제어모듈(420)이 결합되며, 에너지저장장치(330)에는 저장 제어모듈(430)이 각각 결합된다. 이때, L개의 부하(310), M개의 발전원(320), N개의 에너지저장장치(330)에 대해 L개의 부하 제어모듈(410), M개의 발전 제어모듈(420), N개의 저장 제어모듈(430)이 구비될 수 있다. The resource control unit 400 is connected to each resource in a one-to-one correspondence to independently manage and control the corresponding resource. That is, the load control module 410 is coupled to the load 310, the power generation control module 420 is coupled to the power source 320, and the storage control module 430 is coupled to the energy storage device 330, respectively. . At this time, for L loads 310, M power generation sources 320, and N energy storage devices 330, L load control modules 410, M power generation control modules 420, and N storage control modules 430 may be provided.
도 2는 도 1에 도시된 VPP 운영장치(100)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.FIG. 2 is a block diagram showing a functionally separated internal configuration of the VPP operating device 100 shown in FIG. 1.
도 2에 도시된 바와 같이, VPP 운영장치(100)는 가격 예측부(110)와 가중치 결정부(120), 운영전략 수립부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the VPP operating apparatus 100 includes a price prediction unit 110, a weight determination unit 120, and an operation strategy establishment unit 130.
상기 가격 예측부(110)는 분산 자원(300)에 의해 발생된 전력에 대한 판매가격을 예측한다. 이때, 가격 예측부(110)는 전력 거래소의 계통한계가격(System Marginal Price : SMP) 을 예측한다. The price prediction unit 110 predicts a selling price for power generated by the distributed resources 300. At this time, the price prediction unit 110 predicts the system marginal price (SMP) of the power exchange.
상기 가중치 결정부(120)는 이익 목적함수와 비용 목적함수에 대한 가중치를 결정한다. 이때, 가중치는 이익 목적함수에 대해 이익이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 높이고, 비용 목적함수에 대해 비용이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 낮추도록 설정된다. The weight determination unit 120 determines weights for the profit objective function and the cost objective function. At this time, the weight increases the probability that the item will be selected by setting the weight of the item with high profit to the profit objective function, and the item is selected by setting the weight of the item with high cost to the cost objective function. It is set to lower the probability.
또한, 각 목적함수에 대한 가중치는 이전 시간 블럭에서의 예측 판매가격과 현재 예측된 판매가격 결과 비교를 통해 조정된다. 이러한 가중치는 이전 예측 판매가격과의 차이에 따라 선형적이거나 비선형적으로 조정될 수 있으며, 조건변동에 의해서도 조정될 수 있다. In addition, the weight for each objective function is adjusted by comparing the predicted selling price in the previous time block with the current predicted selling price result. These weights can be adjusted linearly or non-linearly according to the difference from the previous predicted selling price, and can also be adjusted by changing conditions.
본 발명에서 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어질 수 있고, 상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어질 수 있다. In the present invention, the profit objective function may be composed of one or a combination of two or more of profit types including profits from electricity sales, government subsidies from power generation sources, and government subsidies from energy storage systems. It can be done at a lifetime cost.
가중치 결정부(120)는 ESS 정부보조금 이익에 대해 ESS REC(Renewable Energy Certificate) 가중치를 적용하고, 발전원 정부보조금 이익에 대해 PV 또는 WT REC 가중치를 적용하여 결정할 수 있다. 즉, REC 가중치가 높은 항목의 가중치를 높게 설정함으로써, 선택될 확률이 높아지도록 한다. The weight determination unit 120 may determine by applying an ESS Renewable Energy Certificate (ESS REC) weight to the ESS government subsidy profit, and applying a PV or WT REC weight to the power generation government subsidy profit. That is, by setting the weight of the item having a high REC weight to be high, the probability of being selected is increased.
또한, 상기 가중치 결정부(120)는 전력판매이익에 대해 한달간 SMP 평균값을 적용하여 가중치를 결정하고, 그외 보조 이익은 한달간 REC 현물시장 가격 또는 고정계약가격의 1/000 로 산출하여 가중치를 결정할 수 있다.In addition, the weight determination unit 120 may determine the weight by applying the average SMP value for a month to the power sales profit, and calculate the other subsidiary profit as 1/000 of the REC spot market price or fixed contract price per month to determine the weight. have.
또한, 상기 가중치 결정부(120)는 분산자원 중 에너지저장시스템(330)의 가중치를 충전상태 크기에 따라 세분화하여 다르게 적용할 수 있다. 즉, 충전상태의 일정값(예를 들면, 70~90% 범위 중 어느 하나로 달리 적용)을 기준으로, 70~90% 미만인 때보다 70~90% 이상일 때의 수명 비용이 높게 적용하도록 가중치를 설정할 수 있다. 이는 일반적으로 에너지저장시스템(330)의 충방전 곡선이 70~90%의 범위 중 어느 하나를 기점으로 그 미만에서는 직선형태의 충전곡선을 나타내고, 그 이상의 경우에는 충전곡선이 변곡되는 특성을 고려하여, 운영 전략 수립시 수명 비용이 낮은 범위까지는 충방전을 주로 사용하도록 하기 위함이다. In addition, the weight determination unit 120 may apply different weights of the energy storage system 330 among distributed resources by subdividing the weight of the energy storage system 330 according to the size of the state of charge. In other words, based on a certain value of the state of charge (e.g., applying differently to one of the ranges of 70 to 90%), the weight is set so that the life cost is higher when it is 70 to 90% or more than when it is less than 70 to 90%. I can. In general, the charge/discharge curve of the energy storage system 330 starts from any one of the ranges of 70 to 90%, and if it is less than that, it indicates a linear charge curve, and in the case of more than that, in consideration of the characteristic in which the charge curve is inflected. When establishing an operation strategy, charging and discharging are mainly used to the extent that the life cost is low.
예컨대, 상기 충전상태의 일정값을 80%로 적용하는 경우, 에너지저장시스템(330)의 0~80% 범위의 충방전비용이 W80 일때, 80%를 초과하는 범위의 충방전 비용은 "W80×(N은 1을 초과하는 수)"로 산출될 수 있다. 즉, 비용 목적함수가 비용의 최소화를 목적으로 하는 것을 고려할 때, 에너지저장시스템(330)의 충전상태가 80%이상인 때에는 충전상태가 80% 미만인 때보다 가중치가 높게 설정되기 때문에, 선택 확률이 낮아지게 된다. For example, when applying a certain value of the state of charge as 80%, when the charge/discharge cost in the range of 0 to 80% of the energy storage system 330 is W80, the charge/discharge cost in the range exceeding 80% is “W80× (N is a number exceeding 1)". That is, when considering that the cost objective function aims at minimizing cost, when the state of charge of the energy storage system 330 is 80% or more, the weight is set higher than when the state of charge is less than 80%, so the selection probability is low. You lose.
상기 운영전략 수립부(130)는 복수의 목적함수와 가중치 세트의 가중합을 통해 최대 이익과 최소 비용을 고려한 가상발전소 운영 전략을 생성한다. The operation strategy establishment unit 130 generates a virtual power plant operation strategy in consideration of the maximum profit and minimum cost through a weighted sum of a plurality of objective functions and weight sets.
도 3은 도 1에 도시된 각 자원 제어부(400)의 내부구성을 기능모듈로 분리하여 나타낸 도면이다. 3 is a diagram showing the internal configuration of each resource control unit 400 shown in FIG. 1 divided into functional modules.
이때, 각 자원 제어부 즉, 부하 제어모듈(410)과 발전 제어모듈(420) 및 저장 제어모듈(42)은 자신이 관리하는 자원에 대해 동일한 기능을 수행한다. At this time, each resource control unit, that is, the load control module 410, the power generation control module 420, and the storage control module 42 perform the same function for the resources they manage.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 자원 제어부는 전력량 예측모듈(401)과 상태 진단모듈(402) 및 수명 비용 산출모듈(403)을 포함한다.As shown in FIG. 3, each resource control unit includes an electric energy estimation module 401, a condition diagnosis module 402, and a life cost calculation module 403.
전력량 예측모듈(401)은 분산 자원의 발전량 또는 수요량을 예측한다. 즉, 발전 제어모듈(420)과 저장 제어모듈(430)은 발전량을 예측하고, 부하 제어모듈(410)은 수요량을 예측한다.The power amount prediction module 401 predicts the amount of generation or demand of distributed resources. That is, the power generation control module 420 and the storage control module 430 predict the amount of power generation, and the load control module 410 predicts the amount of demand.
상태 진단모듈(402)는 분산 자원에 대한 운영 상태를 진단한다. 예컨대, 발전시간, 발전 효율, 운전 특성, 충전 및 방전시간, 부하 패턴을 포함하는 상태정보를 수집한다. The state diagnosis module 402 diagnoses the operating state of distributed resources. For example, it collects state information including power generation time, power generation efficiency, operation characteristics, charging and discharging time, and load patterns.
수명 비용 산출모듈(403)은 분산 자원의 수명 비용을 산출한다. 여기서, 수명 비용은 분산 자원의 상태에 기반하여 생성되는 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출될 수 있다. 분산 자원의 수명예측곡선은 공지의 알고리즘을 이용하여 다양한 방법으로 생성될 수 있다. The lifetime cost calculation module 403 calculates the lifetime cost of the distributed resource. Here, the life cost may be calculated as the reciprocal of the maximum life distance in the life prediction curve generated based on the state of the distributed resource. The life prediction curve of distributed resources can be generated in various ways using a known algorithm.
도 4는 도 2에 도시된 운영전략 수립부(130)의 내부구성을 기능모듈로 분리하여 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the internal configuration of the operation strategy establishment unit 130 shown in FIG. 2 divided into functional modules.
도 4에 도시된 바와 같이, 운영전략 수립부(130)는 VPP이익 산출모듈(131)과, VPP비용 산출모듈(132), 목적함수 생성모듈(133) 및, 전략 수립모듈(134)을 포함한다.4, the operation strategy establishment unit 130 includes a VPP profit calculation module 131, a VPP cost calculation module 132, an objective function generation module 133, and a strategy establishment module 134 do.
VPP이익 산출모듈(131)은 분산자원(300)에 의해 발생되는 전력량을 기준으로 VPP 예상 이익을 산출한다. 이는 각 분산자원에 대한 예상이익을 각각 산출한 후, 이들을 합산하여 산출될 수 있다.The VPP profit calculation module 131 calculates the expected VPP profit based on the amount of power generated by the distributed resources 300. This can be calculated by calculating the expected profits for each distributed resource, and then summing them.
VPP비용 산출모듈(132)은 분산자원(300)에 의해 발생되는 VPP 비용을 산출한다. 이는 각 분산자원에 대한 수명 비용을 합산하여 산출될 수 있다.The VPP cost calculation module 132 calculates the VPP cost generated by the distributed resource 300. This can be calculated by summing the lifetime cost for each distributed resource.
목적함수 생성모듈(133)은 최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 결정한다. 여기서, 최대이익 목적함수는 VPP 예상이익을 최대화하는 목적함수이고, 최소 비용 목적함수는 VPP 비용을 최소화하는 목적함수이다. The objective function generation module 133 determines a maximum profit objective function and a minimum cost objective function. Here, the maximum profit objective function is an objective function that maximizes the expected VPP profit, and the minimum cost objective function is an objective function that minimizes the VPP cost.
상기 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어질 수 있다.The profit objective function may be composed of one or a combination of two or more of profit types including profits from electricity sales, government subsidies from power generation sources, and government subsidies from energy storage systems.
그리고, 상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어질 수 있다. 여기서, 수명 비용은 분산자원의 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출된다. In addition, the cost objective function may be formed as a lifetime cost of distributed resources. Here, the life cost is calculated as the reciprocal of the maximum life distance in the life prediction curve of the distributed resource.
전략 수립모듈(134)은 각 이익 및 비용 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하여 최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 결정하고, 가중치가 적용된최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수로 설정함과 더불어, 이 최종 목적함수를 최대화하는 분산자원 운영전략을 생성한다.The strategy establishment module 134 determines the maximum benefit objective function and the minimum cost objective function by applying a preset weight to each benefit and cost objective function, and weights the weighted maximum benefit objective function and the minimum cost objective function to final In addition to setting it as an objective function, a distributed resource management strategy that maximizes this final objective function is created.
즉, 전략 수립모듈(134)은 이익과 비용의 차이가 최대화되는 분산자원 운영전략을 생성한다. That is, the strategy establishment module 134 generates a distributed resource operation strategy in which the difference between profit and cost is maximized.
이때, 전략 수립모듈(134)은 이전 최종 목적함수와 현재 최종 목적함수를 비교하여 현재 최종 목적함수가 이전 최종 목적함수보다 크게 되는 때까지 가중치 또는 운영특성별 목적함수를 조정하여 최종 목적함수를 최대화할 수 있다.At this time, the strategy establishment module 134 compares the previous final objective function with the current final objective function and maximizes the final objective function by adjusting the weight or the objective function by operating characteristic until the current final objective function becomes larger than the previous final objective function. can do.
그리고, 전략 수립모듈(134)는 최대화된 최종 목적함수를 갖도록 하기 위한 운영 전략을 입찰 전략으로 설정한다. 즉, 전략 수립모듈(134)에 의해 목적함수를 최대화하는 날짜 및 시간에 예측된 판매가격으로 전력 입찰에 참여함과 더불어, 낙찰시 해당 운영 전략에 따라 분산 자원을 운영할 수 있다. Then, the strategy establishment module 134 sets an operating strategy for having a maximized final objective function as a bidding strategy. That is, the strategy establishment module 134 participates in electric power bidding at the sales price predicted at the date and time of maximizing the objective function, and in the case of a successful bid, distributed resources can be operated according to the corresponding operation strategy.
이어, 상기한 구성으로 된 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템 의 운영 방법을 도 5에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.Next, a method of operating a virtual power plant operating system based on a multi-objective function configured as described above will be described with reference to the drawings shown in FIG. 5.
먼저, VPP 운영장치(100)에는 적어도 하나 이상의 부하(310)와 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원(320)이 연결됨과 더불어, 에너지저장시스템(330)이 결합되어 구성된다. First, at least one load 310 and at least one power generation source 320 including a renewable energy facility are connected to the VPP operating device 100, and an energy storage system 330 is combined.
상기한 상태에서, VPP 운영장치(100)는 부하(310)와 발전원(320) 및 에너지저장시스템(330)으로 이루어지는 분산 자원(300)의 자원 제어부(400)로부터 각 분산 자원에 대한 전력량과 수명 비용 및 운영 상태 정보를 수집한다(ST100). In the above-described state, the VPP operating device 100 includes the amount of power for each distributed resource from the resource control unit 400 of the distributed resource 300 consisting of the load 310, the power generation source 320, and the energy storage system 330, and Collect life cost and operational status information (ST100).
또한, VPP 운영장치(100)는 최적 운영 기준이 되는 전력 판매가격을 예측한다(ST200). In addition, the VPP operating device 100 predicts the selling price of electricity, which is an optimal operating standard (ST200).
이어 VPP 운영장치(100)는 이익과 비용에 대응되는 목적함수에 대한 가중치를 설정한다(ST300). 이때, 가중치는 이전 시간 블럭에서의 예측판매가격과 현재 예측된 판매가격을 비교 분석하여 자동으로 변경 설정될 수 있다. Subsequently, the VPP operating device 100 sets a weight for an objective function corresponding to profit and cost (ST300). In this case, the weight may be automatically changed and set by comparing and analyzing the predicted selling price in the previous time block with the currently predicted selling price.
상기한 상태에서 VPP 운영장치(100)는 각 자원 제어부(400)로부터 제공되는 분산자원 정보와, 판매가격을 근거로 VPP 예상이익과 VPP 비용을 예측하고, 각 예측값에 기반하여 이익 목적함수와 비용 목적함수를 생성한다(ST400). In the above-described state, the VPP operating device 100 predicts the expected VPP profit and VPP cost based on the distributed resource information provided from each resource control unit 400 and the selling price, and the profit objective function and cost based on each predicted value. Create an objective function (ST400).
이어, VPP 운영장치(100)는 각 목적함수에 기 설정된 가중치를 적용하고, 최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 결정하며, 가중치가 적용된 최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수를 생성함과 더불어, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 최종 목적함수를 최대화하는 각 분산자원별 운영 전략을 생성한다(ST500, ST600). 이때, VPP 운영장치(100)는 최대 이익 목적함수와 최소 비용 목적함수의 차이에 대응하여 최종 목적함수를 생성할 수 있다. Subsequently, the VPP operating device 100 applies a preset weight to each objective function, determines the maximum profit objective function and the minimum cost objective function, and weights the maximum profit objective function and the minimum cost objective function to which the weight is applied to the final objective. In addition to generating the function, an operation strategy for each distributed resource that maximizes the final objective function is generated using a preset heuristic algorithm (ST500, ST600). At this time, the VPP operating apparatus 100 may generate a final objective function in response to a difference between the maximum profit objective function and the minimum cost objective function.
이후, VPP 운영장치(100)는 각 분산자원(300)의 자원 제어부(400)로 해당 운영 전략정보를 전송하고, 상기 각 분산자원(300)의 자원 제어부(400)는 상기 VPP 운영장치(100)로부터 제공되는 운영 전략을 근거로 전력 입찰에 참여함과 더불어, 이익과 비용을 동시에 고려하여 분산자원(300)을 운영하게 된다(ST700). Thereafter, the VPP operating device 100 transmits the corresponding operating strategy information to the resource control unit 400 of each distributed resource 300, and the resource control unit 400 of each distributed resource 300 is the VPP operating device 100 In addition to participating in the electric power bidding based on the operation strategy provided from ), the distributed resource 300 is operated in consideration of both profit and cost (ST700).
즉, 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 태양광 에너지 등의 신재생 에너지 설비를 발전원으로 구비하여 운영되는 가상 발전소 시스템에 있어서, 최대 이익과 최소 비용을 포함하는 다중 목적함수에 기반하여 분산 자원에 대한 최적 운영 전략을 생성함으로써, 전력 발생에 따른 이익 뿐 아니라 비용 발생도 동시에 관리하여 보다 안정적으로 가상 발전소를 운영하는 것이 가능하다. That is, according to an embodiment of the present invention, in a virtual power plant system operated with a renewable energy facility such as solar energy as a power generation source, distributed resources based on a multi-objective function including the maximum profit and the minimum cost By creating an optimal operating strategy for the power generation, it is possible to operate the virtual power plant more stably by simultaneously managing the cost incurred as well as the profits from power generation.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The embodiments of the present invention described above may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Such recording media include computer-readable media, and computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and include both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer-readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile embodied in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules, or other data. , Removable and non-removable media are included.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100 : VPP 운영장치, 200 : VPP 모니터링장치,
300 : 분산자원, 400 : 자원 제어부,
310 : 부하, 320 : 발전원,
330 : 에너지저장시스템(ESS), 410 : 부하 제어모듈,
420 : 발전 제어모듈, 430 : 저장 제어모듈.
100: VPP operating device, 200: VPP monitoring device,
300: distributed resource, 400: resource control unit,
310: load, 320: power generation source,
330: energy storage system (ESS), 410: load control module,
420: power generation control module, 430: storage control module.

Claims (12)

  1. 적어도 하나 이상의 부하, 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 에너지저장시스템을 포함하는 분산자원;
    상기 분산자원과 연결되어 분산자원에 대한 각 상태를 모니터링함과 더불어, 각 분산자원에 대해 수집된 분산자원 정보를 VPP 운영장치로 제공하는 VPP 모니터링장치; 및
    전력 판매가격을 결정하고, VPP 모니터링장치로부터 제공되는 분산자원 정보와 전력 판매가격을 근거로 이익과 비용에 대응되는 목적함수를 결정하며, 각 목적함수별 기 설정된 가중치를 적용하여 이익과 비용의 차이를 최대화하는 분산자원 운영 전략을 VPP 모니터링장치를 통해 분산자원으로 전송하는 VPP 운영장치를 포함하여 구성되고,
    상기 각 분산자원들은 해당 분산자원의 상태를 진단하고 개별 전력량을 예측하며, 분산자원의 수명 비용을 산출하여 상기 VPP 모니터링 장치로 전송하고, VPP 모니터링 장치로부터 수신되는 분산자원 운영 전략을 근거로 해당 분산자원을 운영 제어하는 독립된 자원 제어부를 각각 구비하여 구성되며,
    상기 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어지고,
    상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어지되, 수명 비용은 분산자원의 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템.
    Distributed resources including at least one load, at least one power generation source including new and renewable energy facilities, and an energy storage system;
    A VPP monitoring device connected to the distributed resource to monitor each state of the distributed resource and provide distributed resource information collected for each distributed resource to the VPP operating device; And
    The power sales price is determined, the objective function corresponding to the profit and cost is determined based on the distributed resource information and the power sales price provided from the VPP monitoring device, and the difference between the profit and the cost by applying a preset weight for each objective function. It is configured to include a VPP operating device that transmits the distributed resource operation strategy to maximize the distributed resource to the distributed resource through the VPP monitoring device,
    Each of the distributed resources diagnoses the state of the distributed resource, predicts the amount of individual power, calculates the life cost of the distributed resource and transmits it to the VPP monitoring device, and distributes the corresponding distribution based on the distributed resource operation strategy received from the VPP monitoring device. It is composed of each having an independent resource control unit for operating and controlling resources
    The profit objective function is composed of one or a combination of two or more of profit types including profits from electricity sales, government subsidies from power generation sources, and government subsidies from energy storage systems,
    The cost objective function is composed of the life cost of the distributed resource, and the life cost is calculated as an reciprocal of the maximum life distance in the life prediction curve of the distributed resource.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 VPP 운영장치는 각 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 최대 이익의 목적함수과 최소 비용의 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수로 설정함과 더불어, 최종 목적함수를 최대화하도록 분산자원 운영 전략을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템.
    The method of claim 1,
    The VPP operating device applies a preset weight for each objective function, weighted the objective function of the maximum profit to which the weight is applied and the objective function of the minimum cost, and sets it as the final objective function, and distributed resources to maximize the final objective function. A virtual power plant operating system based on a multi-objective function, characterized in that it is configured to generate an operating strategy.
  3. 삭제delete
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는 이익 목적함수에 대해 이익이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 높이고,
    비용 목적함수에 대해 비용이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 낮추도록 설정되는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템.
    The method of claim 1,
    The weight increases the probability that the item is selected by setting the weight of the item with high profit to the profit objective function,
    A virtual power plant operating system based on a multi-objective function, characterized in that the weight of the item having a higher cost is set to be larger for the cost objective function, thereby lowering the probability that the item will be selected.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비용 목적함수에서 에너지저장시스템의 수명 비용은 충전상태 크기에 따라 가중치를 다르게 적용하되,
    충전상태의 일정값 미만인 경우보다 그 값 이상인 때의 가중치를 높게 설정하되, 상기 일정값은 70~90%의 범위 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템.
    The method of claim 4,
    In the cost objective function, the life cost of the energy storage system is weighted differently according to the size of the state of charge,
    A virtual power plant operating system based on a multi-objective function, characterized in that the weight is set higher when the value is higher than that of the state of charge than when the state of charge is less than a predetermined value, and the predetermined value is in any one of a range of 70 to 90%.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 VPP 운영장치는 전력 판매가격을 예측하고, 이전 시간 블럭에서의 예측판매가격과 현재 예측된 판매가격을 비교 분석하여 이익 목적함수에 대한 가중치를 변경 설정하는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 시스템.
    The method of claim 1,
    The VPP operating device predicts the selling price of electricity, compares and analyzes the predicted selling price in the previous time block with the currently predicted selling price, and changes and sets the weight for the profit objective function. Power plant operating system.
  7. 적어도 하나 이상의 부하, 신재생에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 에너지저장시스템을 포함하는 분산자원들과 결합되어 전력 관리를 수행하는 VPP 운영장치를 포함하되, 상기한 각 분산자원은 해당 분산자원을 관리하는 자원 제어부를 각각 구비하여 구성되는 가상 발전소 운영 시스템의 다중 목적함수에 기반한 가상 발전소 운영 방법에 있어서,
    상기 VPP 운영장치에서 부하와 발전원 및 에너지저장시스템의 각 자원 제어부로부터 해당 분산 자원에 대한 전력량과 수명 비용 및 운영 상태 정보를 수집하는 제 1 단계;
    상기 VPP 운영장치에서 전력 판매가격을 예측하는 제 2 단계;
    상기 VPP 운영장치에서 이익과 비용에 대응되는 목적함수에 대해 가중치를 설정하는 제 3 단계;
    상기 VPP 운영장치에서 상기 제 1 단계에서 수집된 각 분산자원 정보와, 제 2 단계에서 결정된 판매가격을 근거로 VPP 예상이익과 VPP 비용을 예측하고, 각 예측값에 기반하여 이익 목적함수와 비용 목적함수를 생성하는 제 4 단계; 및
    상기 VPP 운영장치에서 상기 제 4 단계에서 생성된 이익 목적함수와 비용 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하여 최대 이익과 최소 비용의 목적함수를 결정함과 더불어, 이에 대응되는 분산자원 운영 전략을 생성하는 제 5 단계;를 포함하고,
    상기 이익 목적함수는 전력판매 이익, 발전원 정부 보조금 이익, 에너지저장시스템 정부보조금 이익을 포함하는 이익 종류 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 조합으로 이루어지고,
    상기 비용 목적함수는 분산자원의 수명 비용으로 이루어지되, 수명 비용은 분산자원의 수명예측곡선에서 최대수명 거리의 역수로서 산출하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법.
    At least one load, at least one power generation source including a renewable energy facility, and a VPP operating device that performs power management by being combined with distributed resources including an energy storage system, wherein each of the above-described distributed resources corresponds to In the virtual power plant operating method based on a multi-objective function of a virtual power plant operating system configured by each having a resource control unit for managing distributed resources,
    A first step of collecting, in the VPP operating device, information on an amount of power, life cost, and operation status of a corresponding distributed resource from a load, a power generation source, and each resource control unit of an energy storage system;
    A second step of predicting a selling price of electricity in the VPP operating device;
    A third step of setting a weight for an objective function corresponding to profit and cost in the VPP operating device;
    The VPP operating device predicts the expected VPP profit and VPP cost based on the distributed resource information collected in the first step and the selling price determined in the second step, and the profit objective function and the cost objective function based on each predicted value. A fourth step of generating; And
    The VPP operating device determines the objective function of the maximum profit and the minimum cost by applying a preset weight to the profit objective function and the cost objective function generated in the fourth step, and creates a distributed resource operation strategy corresponding thereto. Including a fifth step;
    The profit objective function is composed of one or a combination of two or more of profit types including profits from electricity sales, government subsidies from power generation sources, and government subsidies from energy storage systems,
    The cost objective function is composed of the life cost of the distributed resource, and the life cost is calculated as an inverse number of the maximum life distance in the life prediction curve of the distributed resource.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 VPP 운영장치는 전력 판매가격을 예측하고, 이전 시간 블럭에서의 예측판매가격과 현재 예측된 판매가격을 비교 분석하여 이익 목적함수에 대한 가중치를 변경 설정하는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법.
    The method of claim 7,
    In the second step, the VPP operating device predicts the selling price of electricity, compares and analyzes the predicted selling price in the previous time block and the currently predicted selling price to change and set the weight for the profit objective function. A method of operating a virtual power plant based on a function.
  9. 삭제delete
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서 가중치는 이익 목적함수에 대해 이익이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 높이고,
    비용 목적함수에 대해 비용이 큰 항목의 가중치를 보다 크게 설정하여 해당 항목이 선택될 확률을 낮추도록 설정되는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법.
    The method of claim 7,
    In the third step, the weight of the item with a higher profit is set to a larger weight with respect to the profit objective function to increase the probability that the item is selected
    A method of operating a virtual power plant based on a multi-objective function, characterized in that the weight of the item having a higher cost is set to be larger for the cost objective function to lower the probability of the item being selected.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 비용 목적함수에서 에너지저장시스템의 수명 비용은 충전상태 크기에 따라 가중치를 다르게 적용하되,
    충전상태의 일정값 미만인 경우보다 그 값 이상인 때의 가중치를 높게 적용하되, 상기 일정값은 70~90%의 범위 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법.
    The method of claim 7,
    In the cost objective function, the life cost of the energy storage system is weighted differently according to the size of the state of charge,
    A method for operating a virtual power plant based on a multi-objective function, characterized in that the weight when the value is higher than that of the state of charge is applied higher than when the state of charge is less than a predetermined value, and the predetermined value is any one of a range of 70 to 90%.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 5 단계에서 VPP 운영장치는 각 목적함수에 대해 기 설정된 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 최대 이익의 목적함수과 최소 비용의 목적함수를 가중합하여 최종 목적함수로 설정함과 더불어, 최종 목적함수를 최대화하도록 분산자원 운영 전략을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 목적함수에 기반한 가상발전소 운영 방법.
    The method of claim 7,
    In the fifth step, the VPP operating system applies a preset weight to each objective function, weighted the objective function of the maximum profit to which the weight is applied and the objective function of the minimum cost, and sets it as the final objective function. A method of operating a virtual power plant based on a multi-objective function, characterized in that it is configured to generate a distributed resource operation strategy to maximize.
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