KR102244443B1 - Real-time decision method and system for industrial load management in a smart grid - Google Patents

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KR102244443B1 KR1020180112978A KR20180112978A KR102244443B1 KR 102244443 B1 KR102244443 B1 KR 102244443B1 KR 1020180112978 A KR1020180112978 A KR 1020180112978A KR 20180112978 A KR20180112978 A KR 20180112978A KR 102244443 B1 KR102244443 B1 KR 102244443B1
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Abstract

진화하는 산업 부하 관리가 수요 반응(DR) 프로그램에 미칠 잠재적 영향은 널리 인정되었다. 본 발명은 계속하여 변화하는 실시간 가격(RTP: Real-Time Price)에 직면한 산업 생산 프로세스의 부하 관리를 위한 실시간 의사 결정 모델을 제안한다. 제조 프로세스의 연속 작업 간의 고유한 종속성으로 인해 의사 결정 모델은 장래의 부하 관리를 고려해야 한다. 문제는 미래의 실시간 가격을 미리 알 수 없다는 불확실성에 있다. 이를 고려하여 미래의 가격 불확실성을 처리하기 위해 강인한 최적화가 채택되었으므로 제안된 모델은 향후 시간 슬롯에서 부하 스케줄링을 고려하면서 현재의 시간 슬롯에 대해 실시간 가격을 수신할 때 산업 부하 제어에 대해 적시의 결정을 내릴 수 있다. 본 발명은 강철 분말 제조 공정에서 수행되었다. 시뮬레이션 결과는 다양한 관점에서 제안된 실시간 의사 결정 접근법의 유효성을 확인했다.The potential impact of evolving industrial load management on demand response (DR) programs has been widely recognized. The present invention proposes a real-time decision-making model for load management of an industrial production process facing continuously changing real-time price (RTP). Due to the inherent dependencies between successive operations in the manufacturing process, the decision model must take into account future load management. The problem lies in the uncertainty that real-time prices in the future cannot be known in advance. Taking this into account, a robust optimization has been adopted to deal with future price uncertainties, so the proposed model makes timely decisions about industrial load control when receiving real-time prices for the current time slot while taking into account load scheduling in future time slots. You can get off. The present invention was carried out in a steel powder manufacturing process. The simulation results confirmed the validity of the proposed real-time decision-making approach from various perspectives.

Figure 112018094071734-pat00047
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Description

스마트 그리드에서 산업 부하 관리를 위한 실시간 결정 방법 및 시스템{Real-time decision method and system for industrial load management in a smart grid}Real-time decision method and system for industrial load management in a smart grid}

본 발명은 스마트 그리드에서 산업 부하 관리를 위한 실시간 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a real-time determination method and system for industrial load management in a smart grid.

전기 수요가 계속 증가하면 전력망에 막대한 부담이 발생한다. 전통적인 해결책은 연료 및 탄소 배출 비용이 점차 증가하는 문제를 겪으면서 수요와 공급을 일치시키기 위한 차세대 역량을 구축하는 것이다. 스마트 그리드(Smart Grid)가 출현하면서 수요 측면에서 유연한 부하를 조정함으로써 수요 - 공급 불일치에 신속하게 대응할 수 있는 능력으로 인해 수요 반응(DR)이 그리드 효율과 신뢰성을 개선하는데 적극적으로 기여하기 시작했다. 산업 DR 관리는 전력 집약적인 산업 프로세스와 관련이 있으며, 전력 집약적인 산업 프로세스에 대해 잠재적인 영향을 미친다는 것이 널리 인정되었다. As the demand for electricity continues to increase, a huge burden is placed on the power grid. The traditional solution is to build the next generation of capacity to match supply and demand while facing the problem of increasing fuel and carbon emissions costs. With the advent of Smart Grid, demand response (DR) has begun to actively contribute to improving grid efficiency and reliability due to its ability to quickly respond to demand-supply mismatch by adjusting loads that are flexible in terms of demand. It has been widely recognized that industrial DR management relates to power-intensive industrial processes and has a potential impact on power-intensive industrial processes.

산업 제조 프로세스의 에너지 관리를 위해 설계된 효과적인 DR 메커니즘은 여전히 거의 없다. 종래 하루 전(day-ahead) 결정 모델에 대해 연구가 있었다. 즉, 다음 날 전기 가격(사용 시간 가격) 또는 하루 전 실시간 가격이 산업 시설에 활용될 수 있다고 가정하여, 하루 비용을 최소화함으로써 다음날의 최적 에너지 소비 스케줄링이 사전 정의될 수 있다. 최근 이산 제조 프로세스의 에너지 관리를 위해 인센티브 기반 실시간 수요 입찰 전략이 제안되었으나, 산업 시설에 인센티브가 발행되는 기간은 사전에 공지되는 것으로 가정되었다. 이산 제조 프로세스에서의 인센티브 기반 실시간 수요 입찰 방식은 어느 정도까지, 여전히 확정적(deterministic)이고 동적 스마트 그리드 환경의 하에서 불확실성을 수용할 수 없다. 전반적으로 상술한 확정적 모델은 실시간 단계에서 발생할 수 있는 예상치 못한 일에 직면하게 된다. There are still few effective DR mechanisms designed for energy management in industrial manufacturing processes. In the past, there has been research on a day-ahead decision model. That is, assuming that the next day's electricity price (the usage time price) or the day's previous real-time price can be utilized in industrial facilities, the optimal energy consumption scheduling for the next day may be predefined by minimizing the cost of the day. Recently, an incentive-based real-time demand bidding strategy has been proposed for the energy management of the discrete manufacturing process, but it is assumed that the period during which incentives are issued to industrial facilities will be announced in advance. To some extent, the incentive-based real-time demand bidding method in the discrete manufacturing process is still deterministic and cannot accommodate the uncertainty under a dynamic smart grid environment. Overall, the definitive model described above faces unexpected events that can occur in the real-time phase.

또한, 전기 산업의 규제 완화와 함께 전력이 다른 시간에 다양한 곳으로부터 그리드로 주입될 수 있고, 전기 시장의 수요 측 자원의 개입은 수요 공급 간의 실시간 불균형을 더욱 악화시킨다. 이 모든 요소들이 하루 전 가격 예측의 부정확성을 야기한다. 즉, 하루 전 가격(DA-RTP)은 끊임없이 변하는 도매 전기가격의 실시간 상황을 따라잡을 수 없다. 이러한 상황에서, 동적 실시간 가격(RTP)의 휘발성 또는 불확실성을 수용할 수 있는 혁신적 DR 메커니즘을 고안해야 한다. In addition, with the deregulation of the electricity industry, electricity can be injected into the grid from various places at different times, and the intervention of demand-side resources in the electricity market further exacerbates the real-time imbalance between supply and demand. All of these factors lead to inaccuracies in price predictions the day before. In other words, the price a day ago (DA-RTP) cannot keep up with the real-time situation of the ever-changing wholesale electricity price. In these circumstances, innovative DR mechanisms must be devised to accommodate the volatility or uncertainty of dynamic real-time pricing (RTP).

몇 가지 휴대용 실시간 DR 에너지 관리 방식이 제안되었다. 이 방식은 수신한 실시간 가격에 대해 응답하는 것으로서 부하를 제어하기 위한 거주 사용자의 적시의 결정을 도와줄 수 있다. 미래 가격의 불확실성을 고려하지 않고 현재시간 간격에서 장비의 동시적 부하 제어에 초점을 맞춘 DR 방식은 산업 시설에 직접 적용할 수는 없다. 제조 프로세스는 일반적으로 다른 연속적 태스크(task)들로 구성되어 있으며, 그 태스크들은 본래 함께 동작하고 독립적으로 취급될 수 없기 때문에, 산업 제조 프로세스의 부하 관리 문제를 모델링(modeling)할 때 확장된 스케줄링 구간(예를 들어, 하루)이 필요하다. Several portable real-time DR energy management methods have been proposed. This method responds to the received real-time price and can help the resident user make a timely decision to control the load. The DR method, which focuses on the simultaneous load control of equipment at the present time interval without considering future price uncertainty, cannot be applied directly to industrial facilities. Manufacturing processes are generally composed of different successive tasks, and since the tasks inherently work together and cannot be handled independently, an extended scheduling interval when modeling load management problems in industrial manufacturing processes. (For example, one day) is required.

종래 연구는 1일의 시간 구간을 공식화함으로써 현재시간 슬롯 (RTP와 함께 제공될 때)에 대한 실시간 에너지 관리 결정을 내릴 뿐만 아니라 미래 가격 불확실성을 고려하는 다양한 애플리케이션에 대한 DR 접근법을 제안했다. 크게 가격 불확실성을 다루기 위해 시나리오 기반 확률적 프로그래밍 모델과 강인한 최적화의 두 가지 효과적인 접근법이 적용되었다. 전자의 접근 방식을 사용하면 여러 시나리오를 생성해야 한다. 그런 다음 시나리오에 종속된 동작 결정은 각 시나리오의 전기 가격 불확실성에 따라 유도된다. 이것은 시나리오를 생성하기 위해 확률 분포를 사용할 필요가 있는데, 불확실한 데이터(예를 들어, 미래 가격)에 대한 확률 분포를 맞추는 것이 복잡하다. 더욱이, 불확실한 데이터를 기술하는데 필요한 시나리오의 수는 대개 상당히 많아서, 특히 응용 프로그램이 복잡할 때 심각한 계산 부담을 초래하고 다루기 어려워진다.Previous studies have proposed DR approaches for various applications that take into account future price uncertainties as well as making real-time energy management decisions for the current time slot (when provided with RTP) by formulating a time interval of one day. To deal with price uncertainty largely, two effective approaches were applied: a scenario-based probabilistic programming model and a robust optimization. Using the former approach, multiple scenarios must be created. Then, scenario-dependent action decisions are driven by the uncertainty in the electricity price of each scenario. It is necessary to use the probability distribution to generate the scenario, which is complicated to fit the probability distribution for uncertain data (e.g. future price). Moreover, the number of scenarios required to describe uncertain data is usually quite large, which incurs a significant computational burden and becomes difficult to handle, especially when the application program is complex.

대안으로, 가격 불확실성을 모델링하기 위해 강인한 최적화가 채택되었다. 강인한 최적화는 불확실한 매개 변수로 최적화 문제를 해결하는 데 유용한 도구인데, 여기서 불확실성 집합(예를 들어 간격)이 쉽게 생성될 수 있는 불확실한 매개 변수의 가변성을 설명하기 위해 사용된다. 불확실성 집합을 이용하여, 강인한 최적화는 이 집합 내의 불확실한 매개 변수의 모든 실현에 대해 실현 가능성을 보장하며 확률적 프로그래밍 모델에 비해 계산 부담이 더 가볍게 된다. Alternatively, a robust optimization has been adopted to model price uncertainty. Robust optimization is a useful tool for solving optimization problems with uncertain parameters, where a set of uncertainties (e.g. intervals) is used to account for the variability of uncertain parameters that can be easily generated. Using an uncertainty set, robust optimization guarantees feasibility for all realizations of the uncertain parameters within this set, and the computational burden is lighter compared to the probabilistic programming model.

그러나 이와 같은 기존 연구는 모두 가정용 부하 제어 또는 그리드 수준의 수요 반응 동작을 위해 설계되었다. 순간적으로 변화하는 전기 가격에 대해 산업 생산 공정에서 실시간 에너지 소비를 관리하는 방법을 다룬 종래 연구는 없었다. However, all of these existing studies are designed for domestic load control or demand response operation at the grid level. There have been no prior studies dealing with how to manage real-time energy consumption in industrial production processes for instantaneously changing electricity prices.

미국공개특허 2015/0206083US Patent Publication 2015/0206083

본 발명은 RTP(Real-Time Price)의 동적 특성을 고려하여 현재시간 슬롯에 대해 RTP를 수신하고 미래의 가격 불확실성을 처리하기 위한 강인한 최적화를 채택할 때마다 산업 제조 프로세스에 대해 적시의(timely) 부하 제어 결정을 내리는 문제를 해결하기 위한 것이다. The present invention receives RTP for the current time slot in consideration of the dynamic characteristics of RTP (Real-Time Price) and timely (timely) for the industrial manufacturing process whenever robust optimization for handling future price uncertainties is adopted. To solve the problem of making load control decisions.

이를 위하여, 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법은 산업 시설의 에너지 관리 장치가 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법으로서, 전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 전기 가격을 수신하는 단계와, 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 상기 그리드로부터 공급되는 전기량, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 상기 그리드로부터 공급되는 전기량, 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨에 근거한 목적함수를 생성하는 단계와, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 산업 시설의 제조 공정에 배치된 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 단계를 포함한다. To this end, the method for determining industrial load management in real time according to the present invention is a method for an energy management device of an industrial facility to determine industrial load management in real time, wherein electricity prices are received at regular time intervals from a grid supplying power. Steps, the electricity price of the current time interval (t) and the amount of electricity supplied from the grid at the current time interval, the minimum value of the predicted electricity price of the future time interval after the current time interval, and the amount of electricity supplied from the grid for each future time interval, the future The step of generating an objective function based on a robustness level that reflects the degree of influence of the deviation of the predicted electricity price at a time interval, and an operation selection (ST) task arranged in the manufacturing process of the industrial facility so that the value of the generated objective function is minimized. And adjusting the energy demand of the motion regulation (CRT) task.

또한, 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치는 전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 전기 가격을 수신하여, 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 상기 그리드로부터 공급되는 전기량, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 상기 그리드로부터 공급되는 전기량, 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨에 근거한 목적함수를 생성하고, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 산업 시설의 제조 공정에 배치된 동작 선택 태스크(ST) 및 동작 조절 태스크(CRT)의 에너지 수요를 조정하는 것을 특징으로 한다. In addition, the energy management device for real-time determination of industrial load management according to the present invention receives electricity prices at regular time intervals from the grid supplying power, and the electricity price at the current time interval t and the grid at the current time interval. An objective function based on a robustness level that reflects the degree of variation in the amount of electricity supplied from, the minimum value of the predicted electricity price for future time intervals after the current time interval, the amount of electricity supplied from the grid for each future time interval, and the predicted electricity price for future time intervals. And adjusting the energy demand of the motion selection task (ST) and the motion control task (CRT) arranged in the manufacturing process of the industrial facility so that the value of the generated objective function is minimized.

또한, 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템은 동작 필수(NS) 태스크, 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크로 구성된 제조 공정을 가진 산업 시설과, 전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 전기 가격을 수신하여, 현재 시간 간격(t)의 전기비용, 현재 시간 간격 이후 모든 미래 시간 간격의 예측 전기비용 및 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨을 변수로 하는 목적함수를 생성하고, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 산업 시설의 제조 공정의 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 에너지 관리 장치를 포함한다. In addition, the energy management system for real-time determination of industrial load management according to the present invention includes an industrial facility having a manufacturing process consisting of an operation mandatory (NS) task, an operation selection (ST) task, and an operation control (CRT) task, and power. By receiving electricity prices at regular time intervals from the supplying grid, the electric cost of the current time interval (t), the predicted electric cost of all future time intervals after the current time interval, and the degree of influence of the deviation of the predicted electricity price of the future time interval Energy that generates an objective function with the reflected toughness level as a variable and adjusts the energy demand of the operation selection (ST) task and the operation control (CRT) task of the manufacturing process of the industrial facility so that the value of the generated objective function is minimized Includes a management device.

또한, 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시한 결정하기 위한 저장매체에 기록된 프로그램은 산업 시설의 제조 공정에서 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 저장 매체에 기록된 프로그램으로서, 전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 전기 가격이 수신될 때, 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 제조 공정의 전기 수요, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격에 대한 예측 전기 가격의 범위 및 미래 시간 간격별 제조 공정의 전기 수요, 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨을 변수로 하는 목적함수를 생성하는 단계와, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 제조 공정의 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the program recorded in the storage medium for determining the industrial load management according to the present invention is a program recorded in the storage medium for real-time determination of the industrial load management in the manufacturing process of an industrial facility. When electricity prices are received at each time interval, the electricity price of the current time interval (t) and the electricity demand of the manufacturing process in the current time interval, the range of the forecast electricity price for a future time interval after the current time interval, and manufacturing by future time interval The step of generating an objective function with a robustness level as a variable reflecting the degree of variation influence of the electricity demand of the process and the predicted electricity price in the future time interval, and selecting the operation of the manufacturing process so that the value of the generated objective function is minimized (ST ) Adjusting the energy demand of the task and motion control (CRT) task.

상술한 바와 같이, 본 발명은 미래의 가격 불확실성을 처리하기 위해 강인한 최적화(robust optimization)가 채택되었으므로, 본 발명에 따른 실시간 결정 모델은 향후 시간 슬롯에서 부하 스케줄링을 고려하면서 현재의 시간 슬롯에 대해 실시간 가격을 수신할 때 산업 부하 제어에 대해 적시의 결정을 내릴 수 있는 효과가 있다. As described above, since the present invention employs robust optimization to deal with future price uncertainty, the real-time determination model according to the present invention is implemented in real time for the current time slot while considering load scheduling in the future time slot. Receiving prices has the effect of being able to make timely decisions about industrial load control.

도 1은 태스크 간의 저장장소를 나타낸 것이다.
도 2는 강철분말의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 3은 각 시간 슬롯에서 태양광 패널에 의해 생성되는 전기량을 나타낸 것이다.
도 4는 날짜별 실제 최적 비율(AOP)와 추정 기준 파라미터(RP)를 나타낸 것이다.
도 5는 케이스 1(No DR)에서 모든 태스크의 총 전기수요를 나타낸 것이다.
도 6은 케이스 2(강인한 최적화가 있는 DR)에서 모든 태스크의 총 전기수요를 나타낸 것이다.
도 7은 냉수 및 질소 저장 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 4개의 케이스에 대한 전기 수요를 비교한 것이다.
도 9는 산업 시설의 부하 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 4개의 케이스에 대한 일일 비용을 비교한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
1 shows a storage location between tasks.
Figure 2 shows the manufacturing process of the steel powder.
3 shows the amount of electricity generated by the solar panel in each time slot.
4 shows the actual optimal ratio (AOP) and estimated reference parameter (RP) for each date.
5 shows the total electricity demand of all tasks in case 1 (No DR).
6 shows the total electricity demand for all tasks in case 2 (DR with robust optimization).
7 shows changes in cold water and nitrogen storage.
8 is a comparison of electricity demand for four cases.
9 shows the load configuration of an industrial facility.
Figure 10 compares the daily costs for four cases.
11 shows the configuration of an energy management system for real-time determination of industrial load management according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확히 이해될 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and its effect will be clearly understood through the detailed description below.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.It should be noted that prior to the detailed description of the present invention, a detailed description will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unclear for a known configuration.

먼저, 본 발명의 주요 내용은 다음과 같다. First, the main contents of the present invention are as follows.

- 적시에 산업 제조 공정의 에너지 소비를 관리하기 위한 실시간 DR 결정 체계(framework)를 제안한다. -We propose a real-time DR decision framework to manage energy consumption of industrial manufacturing processes in a timely manner.

- 현재 및 미래의 시간 슬롯을 함께 연결하여 확장된 스케줄링 구간을 형성하며, 여기서 미래의 가격 불확실성을 모델링하기 위해 강인한 최적화가 채택된다. -Linking the current and future time slots together to form an extended scheduling interval, where robust optimization is adopted to model future price uncertainties.

- 일일 전기 비용을 낮추기 위해 튜닝 매개 변수(Reference Percentage(RP)라고 함)를 추정하여 강인성 수준을 지정하는 시스템 설계자를 지원하는 방법을 제안한다.-In order to lower the daily electricity cost, we propose a method to assist system designers who specify the level of robustness by estimating a tuning parameter (referred to as Reference Percentage (RP)).

- 전체 철강 분말 제조 공정이 사례 연구로 채택되었다. 시뮬레이션 결과는 다양한 관점에서 제안된 실시간 결정 접근법의 유효성을 확인하였다. -The entire steel powder manufacturing process was adopted as a case study. The simulation results confirmed the effectiveness of the proposed real-time decision approach from various perspectives.

본 발명은 산업 부하 스케줄링의 문제 공식화, 강인한 최적화 기반의 실시간 의사 결정 모델, 강철 분말 제조 공정의 사례 연구의 순으로 설명한다. The present invention is described in the order of formulating the problem of industrial load scheduling, a real-time decision-making model based on robust optimization, and a case study of a steel powder manufacturing process.

본 발명은 실시간 가격(RTP) 기반 DR 프로그램에 참가하는 산업 시설을 위한 실시간 결정 모델을 제공한다. 시설의 에너지 관리 센터(EMC)는 도래할 시간 간격 수 분 전에 전력 공급자로부터 실시간 가격을 수신한 후 그 수신한 실시간 가격에 따라 산업 제조 프로세스의 에너지 소비를 관리한다. 그러한 활동은 새로운 가격이 에너지 관리 센터에 제공될 때마다 반복된다. 이하, 프로세스 모델링, 다양한 동작 제약조건, 목적함수 등을 포함하여 결정 모델의 수학적 공식화에 대해 구체적으로 설명한다. The present invention provides a real-time decision model for industrial facilities participating in a real-time price (RTP) based DR program. The facility's Energy Management Center (EMC) receives real-time prices from power providers a few minutes before the time interval to arrive and then manages the energy consumption of the industrial manufacturing process according to the received real-time prices. Such activities are repeated each time a new price is offered to the energy management center. Hereinafter, the mathematical formulation of the decision model, including process modeling, various motion constraints, and objective functions, will be described in detail.

문제 공식화Formulate the problem

1. 산업 부하 모델링1. Industrial load modeling

a) 다른 태스크의 동작 제약조건a) Constraints on the operation of other tasks

산업 부하는 다른 연속적인 태스크들의 복합체로 간주할 수 있다. 각 태스크 k에 대해, Ik,t는 시간 간격(slot) t 동안 동작 상태를 나타내며 이진 변수로 정의한다. 태스크 k가 동작하면 Ik,t=1, 동작하지 않으면 Ik,t=0이다. 특정 동작 조건에 따라, 태스크는 3개 타입으로 분류된다. The industrial load can be viewed as a complex of other successive tasks. For each task k, I k,t represents the operation state during the time interval t and is defined as a binary variable. If task k operates, I k,t =1, if not, I k,t =0. According to specific operating conditions, tasks are classified into three types.

1) 동작 필수(non-shiftable: NS) 태스크는 동작을 시작하면, 계속해서 동작해야 한다. 즉, Ik,t는 언제나 "1"이다. 1) A non-shiftable (NS) task must continue to run once it starts running. That is, I k,t is always "1".

2) 동작 선택(shiftable: ST) 태스크는 "on"과 "off" 즉, "1"과 "0"의 2개의 동작 상태를 가진다. 2) The shiftable (ST) task has two operation states of "on" and "off", that is, "1" and "0".

3) 동작 조절(controllable: CRT) 태스크는 사전 정의된 집합 Mk 동안 다른 동작 레벨로 동작할 수 있다. ym,k,t를 이진 변수로서 표시하며, 시간 간격 t에서 태스크 k의 동작 레벨 m의 상태를 나타낸다. 하나의 시간 간격에서 태스크는 하나의 동작 레벨(m∈Mk)로만 실행될 수 있으며 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 3) The controllable (CRT) task can operate at a different operation level during a predefined set Mk. y Denotes m,k,t as binary variables, and represents the state of the operation level m of task k at the time interval t. In one time interval, the task can be executed with only one operation level (m∈M k ) and can be expressed as Equation 1.

Figure 112018094071734-pat00001
Figure 112018094071734-pat00001

b) 재료 저장 제약조건 b) material storage constraints

모든 두 연속적인 태스크 간에, 저장 공간이 있다고 가정한다. 저장공간을 s로 표시한다. 시간 간격 t에서 저장공간 s의 재료 저장 Ss,t는 수학식 2와 같다. It is assumed that there is storage space between all two successive tasks. The storage space is denoted by s. The material storage S s, t in the storage space s at the time interval t is as shown in Equation 2.

Figure 112018094071734-pat00002
Figure 112018094071734-pat00002

여기서, P s는 저장 공간 s를 위해 생산하는 태스크 집합을 나타내고, C s는 저장 공간 s로부터 소비하는 태스크 집합을 나타낸다. Ps,k,t는 시간 간격 t에서 태스크 k에 의해 생산되는 저장공간 s의 생산량이고, Cs,k ',t는 시간 간격 t에서 태스크 k'에 의해 소비되는 저장공간 s의 소비량으로 수학식 3과 수학식 4와 같다. Here, P s represents a set of tasks produced for the storage space s, and C s represents a set of tasks consumed from the storage space s. P s,k,t is the production amount of storage space s produced by task k at time interval t, and C s,k ',t is the consumption amount of storage space s consumed by task k'at time interval t. It is the same as Equation 3 and Equation 4.

Figure 112018094071734-pat00003
Figure 112018094071734-pat00003

Figure 112018094071734-pat00004
Figure 112018094071734-pat00004

여기서, Pm,k,t는 동작 레벨 m에서 태스크 k의 생산율을 나타내고, Cm',k',t는 동작 레벨 m'에서 태스크 k'의 소비율을 나타낸다. Here, P m,k,t denotes the production rate of task k at operation level m, and C m',k',t denotes the consumption rate of task k'at operation level m'.

도 1은 태스크 k가 s에 대해 재료를 생산하고 태스크 k'가 s에 대해 재료를 소비하는 저장공간 s를 도시한 것이다. 어느 시간 간격에서, 프로세싱 기계의 동작을 만족시키기 위해, 때때로 재료 흐름의 최소량을 유지하는 것이 필요하다. 또한, 저장된 재료는 최대 용량 한계를 초과할 수 없다. 따라서, Ss,t는 다음의 수학식 5로 제한되어야 한다. 1 shows a storage space s where task k produces material for s and task k'consumes material for s. At certain time intervals, in order to satisfy the operation of the processing machine, it is sometimes necessary to maintain a minimum amount of material flow. In addition, the stored material cannot exceed the maximum capacity limit. Therefore, S s,t should be limited to the following equation (5).

Figure 112018094071734-pat00005
Figure 112018094071734-pat00005

c) 최종 생산물 제약조건c) final product constraints

산업적 응용을 위해, 스케줄링 구간이 종료될 때 보통 최종 생산물의 최소량을 유지하는 것이 필요하다. 최종 출력 요구량을 Θ으로 표기하며, 다음 수학식 6의 조건을 만족해야 한다. For industrial applications, it is usually necessary to maintain a minimum amount of final product at the end of the scheduling interval. The final output demand is expressed as Θ, and the condition of Equation 6 below must be satisfied.

Figure 112018094071734-pat00006
Figure 112018094071734-pat00006

여기서, F는 최종 제품을 생산하는 태스크 집합을 나타낸다. 태스크 k가 CRT가 아닌 경우, 수학식 6의 ym,k,t는 Ik,t로 대체된다. Here, F denotes a set of tasks that produce the final product. When task k is not a CRT, y m,k,t in Equation 6 is replaced with I k,t.

d) 프로세스의 전기 수요d) the electricity demand of the process

어느 태스크 k를 위해 시간 간격 t 동안의 전기 수요를 ek,t라고 표기하면, ek를 a)의 태스크 분류에 따라 태스크 k의 전력 소비율이라고 한다. 그러면, 각 태스크 유형의 전기 수요는 다음과 같이 모델화된다. For a task k, if the electricity demand during the time interval t is expressed as e k,t , e k is called the power consumption rate of task k according to the task classification in a). Then, the electricity demand for each task type is modeled as follows.

동작 필수(NS) 태스크는 수학식 7과 같다. The required operation (NS) task is shown in Equation 7.

Figure 112018094071734-pat00007
Figure 112018094071734-pat00007

동작 선택(ST) 태스크는 수학식 8과 같다. The operation selection (ST) task is shown in Equation 8.

Figure 112018094071734-pat00008
Figure 112018094071734-pat00008

동작 조정(CRT) 태스크는 수학식 1에서 결정된 이진 변수에 따라 그 전기 수요가 수학식 9와 같이 모델화된다. In the motion adjustment (CRT) task, the electricity demand is modeled as shown in Equation 9 according to the binary variable determined in Equation 1.

Figure 112018094071734-pat00009
Figure 112018094071734-pat00009

여기서, em,k는 동작 레벨 m에서 태스크 k의 전력 소비율을 나타낸다. Here, e m,k denotes the power consumption rate of task k at the operation level m.

따라서, 한 시간 간격 동안 전체 전기 수요(Et)는 각 태스크 k의 수요를 모두 합산하여 구할 수 있다. Therefore, the total electricity demand (E t ) for one hour interval can be obtained by summing all the demands of each task k.

Figure 112018094071734-pat00010
Figure 112018094071734-pat00010

2. ESS 모델링2. ESS modeling

에너지 저장 시스템(ESS)은 전기 부족시간 동안 시설에 에너지를 공급함으로써 그리드 부하를 완화할 목적으로 산업 시설에 존재한다. 시간 간격 t 동안 ESS 상태는 수학식 11을 사용하여 모델화된다. 수학식 11은 이전 시간 간격의 상태로부터 계산되며 또한 ESS의 충전 또는 방전량을 고려한다. Energy storage systems (ESS) exist in industrial facilities for the purpose of mitigating the grid load by supplying energy to the facility during electricity shortage times. During the time interval t, the ESS state is modeled using Equation 11. Equation 11 is calculated from the state of the previous time interval and also considers the amount of charge or discharge of the ESS.

Figure 112018094071734-pat00011
Figure 112018094071734-pat00011

수학식 11은 다음의 수학식으로 표현되는 제약조건을 가진다. Equation 11 has a constraint expressed by the following equation.

Figure 112018094071734-pat00012
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Figure 112018094071734-pat00013
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Figure 112018094071734-pat00014
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Figure 112018094071734-pat00015
Figure 112018094071734-pat00015

여기서, 어느 시간 간격에서도 ESS 상태(Et ESS)는 수학식 12의 제약조건과 같이 용량(-EESS) 내에 있어야 한다. 제약조건(수학식 13, 14)은 가능한 충전 또는 방전량(Ech,t ESS 또는 Edis,t ESS)이 단위시간(1 슬롯) 동안 충전율 또는 방전율(Ech rate 또는 Edis ESS)을 초과해서는 안 된다는 것을 나타낸다. yt ESS는 충전과 방전 모드 간의 전환을 제어하는 이진 변수이다. 수학식 15는 방전 전기를 2개로 분류하는데, Euse,t ESS는 산업 부하를 충족시키기 위해 사용되는 부분을 나타내고, Esold,t ESS는 나머지 부분으로 수익을 위해 그리드에 재판매된 것이다. ηch와 ηdis는 충전 및 방전 효율이다. Here, at any time interval, state ESS (ESS E t) is the capacity as the constraints of equation (12) - should be in the (E ESS). Constraints (Equations 13 and 14) indicate that the possible charging or discharging amount (E ch,t ESS or E dis,t ESS ) exceeds the charging rate or discharging rate (E ch rate or E dis ESS ) for a unit time (1 slot). It indicates that it should not be done. y t ESS is a binary variable that controls the transition between charge and discharge modes. Equation 15 categorizes the discharged electricity into two, where E use,t ESS represents a part used to meet the industrial load, and E sold,t ESS is the remaining part, which is resold to the grid for profit. η ch and η dis are charging and discharging efficiency.

3. DER 모델링 3. DER modeling

산업 시설은 또한 분산 에너지 자원(DER)을 보유하고 있는 것으로 가정한다. 본 발명에서는 태양 에너지가 그 예가 될 수 있다. 생산된 에너지(Epro,t DER)는 2개로 분리되는데, 산업 부하를 충족시키기 위한 것(Euse,t DER)과 그리드에 재판매하기 위한 것(Esold,t DER)이며, 이는 수학식 16과 같이 모델화된다. Industrial facilities are also assumed to have distributed energy resources (DER). In the present invention, solar energy may be an example. The produced energy (E pro,t DER ) is divided into two, one for satisfying the industrial load (E use,t DER ) and one for resale to the grid (E sold,t DER ), which is Equation 16 Is modeled as

Figure 112018094071734-pat00016
Figure 112018094071734-pat00016

4. 전력 균형4. Power balance

시간 간격(슬롯) t 동안, 산업 제조 프로세스의 전기 수요량(Et)와 ESS의 충전 요구량(Ech,t ESS)은 그리드(Et grid)에 의해 공급되거나 ESS(Euse,t ESS) 및 DER(Euse,t DER)에서 제공된 결합 에너지에 의해 공급된다. During the time interval (slot) t, the electricity demand (E t ) of the industrial manufacturing process and the charging demand (E ch,t ESS ) of the ESS are supplied by the grid (E t grid ) or the ESS (E use,t ESS ) and It is supplied by binding energy provided by DER(E use,t DER).

Figure 112018094071734-pat00017
Figure 112018094071734-pat00017

5. 최대 수요 제약조건5. Maximum Demand Constraints

최대 수요(peak demand)는 산업 부하 스케줄링을 설계할 때 중요한 인자로 고려된다. 왜냐하면, 많은 산업 시설이 최대 전기 수요 제한을 따라야 하기 때문이다. 따라서, 그리드로부터 유인된 전기(Et grid)는 최대 제한(L1)을 초과할 수 없다. Peak demand is considered an important factor when designing industrial load scheduling. This is because many industrial facilities have to comply with the maximum electricity demand limit. Therefore, electricity drawn from the grid (E t grid ) cannot exceed the maximum limit (L 1 ).

Figure 112018094071734-pat00018
Figure 112018094071734-pat00018

6. 그리드로 유입되는 전체 전력 6. Total power entering the grid

그리드로 재판매될 수 있는 총 전력은 두 자원(ESS 및 DER)으로부터 나온다. The total power that can be resold to the grid comes from both resources (ESS and DER).

Figure 112018094071734-pat00019
Figure 112018094071734-pat00019

7. 전력 거래 제약조건7. Electricity trading constraints

수학식 18의 최대 수요 제약조건을 넘어, 1 슬롯 동안 그리드로부터 들어온 전력 또는 그리드로 들어간 전력은 서로 배타적이다. 이는 수학식 20 및 수학식 21을 사용하여 제한될 수 있다. Exceeding the maximum demand constraint of Equation 18, the power received from the grid or the power entered into the grid during one slot are mutually exclusive. This can be limited using Equation 20 and Equation 21.

Figure 112018094071734-pat00020
Figure 112018094071734-pat00020

Figure 112018094071734-pat00021
Figure 112018094071734-pat00021

여기서, yt grid는 2개의 옵션 간 전환 제어에 사용되는 이진 변수("0" 또는 "1")이고, L2는 그리드에 재판매될 수 있는 최대 전기량을 나타낸다. Here, y t grid is a binary variable ("0" or "1") used to control switching between the two options, and L 2 represents the maximum amount of electricity that can be resold to the grid.

8. 목적함수8. Objective function

전체 시간 구간(현재 슬롯 (t)와 미래 슬롯 (t+1, ..., T)로 분리)에서 총 전기 소비 비용을 최소화하는 것이 목적이며, 총 비용은 현재 슬롯의 비용(슬롯 t에서 RTP πt)과 미래 슬롯의 총 비용(미래 가격을 πτ, ∀τ∈[t+1, T]로 가정)이다. 스케줄링 구간의 나머지 T-t 슬롯을 고려하는 이유는 적응성(adaptability)을 유지하기 위한 것이다. 왜냐하면, 제조 프로세스의 연속하는 태스크는 상호 의존적이고 독립적으로 취급될 수 없기 때문이다. 확장된 스케줄링 구간을 사용하면, 제안된 모델은 실행 불가능하고 구현하기 어려운 솔루션을 회피할 수 있다. The goal is to minimize the total cost of electricity consumption over the entire time interval (separated into current slot (t) and future slot (t+1, ..., T)), and the total cost is the cost of the current slot (RTP at slot t). π t ) and the total cost of the future slot ( assuming the future price as π τ , ∀τ∈[t+1, T]). The reason for considering the remaining Tt slots of the scheduling period is to maintain adaptability. This is because successive tasks of the manufacturing process are interdependent and cannot be handled independently. Using the extended scheduling interval, the proposed model can avoid solutions that are not feasible and difficult to implement.

Figure 112018094071734-pat00022
Figure 112018094071734-pat00022

현재 슬롯 t를 예로 들면, 가격 πt으로 그리드로부터 에너지를 구입한 비용(Et grid)과 가격 πsell으로 그리드로 에너지를 판매한 수익(Esold,t) 간의 차로 비용을 계산한다. ε1·Esold,t DER와 ε2·Esold,t ESS는 다른 에너지 자원에 부과되는 인공적 패널티로 정의된다. 여기서 ε1와 ε2는 총 비용에 영향이 없도록 하기 위해 충분히 적은 양(예를 들어, e-7 또는 2e-7)의 값으로 가정한다. 두 개의 패널티 항을 추가함으로써, 다른 자원에 대한 에너지 판매 우선순위가 구별될 수 있다. 즉, ε 값이 작을수록 에너지 관리 센서(EMC)가 다른 자원을 고려하기 전에 그 자원으로부터 모든 가능한 에너지를 우선적으로 판매하게 된다. 본 발명은 ε1 < ε2라고 가정한다. 왜냐하면, DER의 에너지 비용이 일반적으로 ESS보다 작다고 간주되기 때문이다. Taking the current slot t as an example, the cost is calculated as the difference between the cost of purchasing energy from the grid at the price π t (E t grid ) and the profit from selling energy to the grid at the price π sell (E sold,t ). ε 1 ·E sold,t DER and ε 2 ·E sold,t ESS are defined as artificial penalties imposed on other energy sources. Here, ε 1 and ε 2 are assumed to be small enough (e.g., e -7 or 2e -7 ) to ensure that the total cost is not affected. By adding two penalty terms, the priorities of selling energy to different resources can be differentiated. That is, as the value of ε is smaller, the energy management sensor (EMC) will preferentially sell all possible energy from that resource before considering other resources. The present invention is ε 1 Assume that <ε 2. This is because the energy cost of DER is generally considered to be less than that of ESS.

강인한 최적화 방법론Robust optimization methodology

1. 강인한 최적화 모델1. Robust optimization model

수학식 22의 목적함수가 공식적으로 정의된 것이 아님에 유의한다. 왜냐하면, 미래 전기료(πτ)는 미지의 값이기 때문이다. 본 발명은 미래 가격의 불확실성을 관리하기 위해 강인한 최적화를 채택한다. 강인한 최적화의 핵심 개념은 정확한 πτ값 없이 수학식 22의 전체 비용을 최소화하는 것이다. 일반성을 잃지 않으면서, 미래 가격의 불확실성을 모델화하기 위해 가격 구간을 채택한다. 가격 구간은 [πτ mim, πτ max]로 표시되며, πτ mim와 πτ max는 가격 구간의 하한과 상한으로, πτ은 미래 시간 슬롯 동안 변한다. 가격 구간은 가입된 전력 공급자에 의해 제공되거나, 가격 예측 모델(예를 들어, 시간 직렬 모델 및 신경망)을 사용하여 얻을 수 있다. 본 발명은 산업 제조 프로세스의 부하 관리를 위한 실시간 결정에 있어 강인한 최적화의 채택 가능성을 탐색하는데 집중한다. 가격 예측은 현재 기술로부터 채택할 수 있어서 본 발명의 범위에서 벗어난다. Note that the objective function of Equation 22 is not officially defined. This is because the future electricity cost (π τ ) is an unknown value. The present invention employs robust optimization to manage future price uncertainties. The core concept of robust optimization is to minimize the overall cost of Equation 22 without an accurate π τ value. Price intervals are adopted to model the uncertainty of future prices without losing generality. The price interval is denoted by [π τ mim , π τ max ], π τ mim and π τ max are the lower and upper limits of the price interval, and π τ varies during the future time slot. The price interval can be provided by a subscribed power provider, or can be obtained using a price prediction model (eg, a time serial model and a neural network). The present invention focuses on exploring the possibility of adopting robust optimizations in real-time decisions for load management of industrial manufacturing processes. The price prediction can be adopted from the current technology and is outside the scope of the present invention.

가격 구간이 제공되면, 수학식 22의 강인한 대응관계가 수학식 23과 같이 공식화된다. When a price interval is provided, the strong correspondence of Equation 22 is formulated as in Equation 23.

Figure 112018094071734-pat00023
Figure 112018094071734-pat00023

수학식 23에서, Γ는 미래 가격의 불확실성에 관하여 해답의 강인성 레벨을 제어하는 시스템 설계자에 의해 특정되는 매개 변수이다. Γ 값은 0에서 T-t(미래 슬롯의 최댓값)까지 조정될 수 있다. 특정 Γ 값에 대해, 그것은 허용 가능한 가격 편차의 최대 수를 나타낸다. 특히, Γ =0은 목적함수에서 가격 편차의 영향을 완전히 무시하는 가장 최적의 경우를 나타낸다. 반면에 Γ =T-t는 가장 보수적인 경우를 나타내며, 이것은 모든 미래 시간 슬롯에서 가격 편차(또는 불확실성)의 동시적 영향을 고려한다. In Equation 23, Γ is a parameter specified by the system designer that controls the robustness level of the answer with respect to the uncertainty of future price. The Γ value can be adjusted from 0 to T-t (maximum value of future slots). For a particular Γ value, it represents the maximum number of allowable price deviations. In particular, Γ = 0 represents the most optimal case that completely ignores the effect of price deviation in the objective function. On the other hand, Γ = T-t represents the most conservative case, which takes into account the simultaneous effects of price deviation (or uncertainty) in all future time slots.

수학식 23의 내부 최대화를 보면, T 0은 미래 시간 슬롯의 집합이다. 즉, T 0 ⊆ [t+1,T]이다. 여기서, T 0의 구성요소의 개수는 Γ 미만이어야 한다. 이것은 허용 가능한 가격 편차의 최대 수가 Γ이라는 것을 의미한다. 내부 최대화는 불확실한 가격의 최악 상태의 시뮬레이션을 시도한다. 즉, 전체 비용에 최대 영향을 끼치는(전체 비용에 최대 증가를 일으키는) 가격 불확실성의 최악의 상태를 구하려고 한다. 그러면 수학식 23의 외부 최소화는 모든 경우에 대해 최적화된 해를 구하는 것을 목적으로 한다. 그러한 해는 각 간격 [πτ mim, πτ max]에서 변하도록 허용된 가격 개수가 Γ까지라는 의미에서 강인하다.Looking at the inner maximization of Equation 23, T 0 is a set of future time slots. That is, T 0 ⊆ [t+1,T]. Here, the number of components of T 0 must be less than Γ. This means that the maximum number of permissible price deviations is Γ. Internal Maximization attempts a worst-case simulation of an uncertain price. In other words, we want to find the worst case of price uncertainty that has the greatest impact on the overall cost (which causes the greatest increase in the overall cost). Then, the external minimization of Equation 23 aims to obtain an optimized solution for all cases. Such a solution is robust in the sense that the number of prices allowed to change in each interval [π τ mim , π τ max] is up to Γ.

수학식 23의 문제는 최소 최대 문제이며, 일반적으로 이런 문제를 푸는 것이 어렵다는 것을 알아야 한다. 쌍대성 차이(duality gap) 이론에 따르면, 이러한 최소 최대 문제는 다음의 수학식 24와 같이 단일 수준의 최적화 문제로 변환될 수 있다. It should be noted that the problem in Equation 23 is the minimum and maximum problem, and it is generally difficult to solve such a problem. According to the duality gap theory, this minimum and maximum problem can be converted into a single level of optimization problem as shown in Equation 24 below.

Figure 112018094071734-pat00024
Figure 112018094071734-pat00024

수학식 24는 상기 수학식 1 내지 21로 표현된 제약조건과 하기 수학식 26 내지 30으로 표현된 제약조건을 따른다. Equation 24 follows the constraints expressed by Equations 1 to 21 and the constraints expressed by Equations 26 to 30 below.

Figure 112018094071734-pat00025
Figure 112018094071734-pat00025

Figure 112018094071734-pat00026
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Figure 112018094071734-pat00027
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Figure 112018094071734-pat00028
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Figure 112018094071734-pat00029
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변수 λ와 ξτ는 가격 한계를 고려할 때 사용되는 초기 문제(수학식 22)의 이중 변수이다. ητ는 균등한 일차식을 얻기 위해 사용되는 보조 변수이다. 수학식 24에서, Γ는 0부터 모든 미지 가격의 개수까지 어떤 실수를 가질 수 있고, Γ의 값이 클수록 고비용일 때 강인성 레벨이 커진다. The variables λ and ξ τ are double variables of the initial problem (Equation 22) used when considering the price limit. η τ is an auxiliary variable used to obtain a uniform linear equation. In Equation 24, Γ may have any real number from 0 to the number of all unknown prices, and the greater the value of Γ, the greater the level of toughness when it is expensive.

제약조건(수학식 1-21 및 26-30)을 포함하는 수학식 24의 목적함수는 상용화된 소프트웨어 패키지를 이용해 효율적으로 풀 수 있는 MILP(Mixed-Integer Linear Programming) 최적화 문제를 공식화한다. 각 슬롯 t마다 문제를 풀어 현재 및 나머지 슬롯에 대해 에너지 소비 결정뿐만 아니라 yt ESS와 yt grid같은 전환 제어 변수에 대한 결정을 획득하게 된다. 그러나, 현재 슬롯에 대한 결정만 실행되며, 이것은 산업시설에 현재 슬롯의 최적 에너지 관리 지침을 제공할 수 있다. The objective function of Equation 24 including constraints (Equations 1-21 and 26-30) formulates a mixed-integer linear programming (MILP) optimization problem that can be efficiently solved using a commercially available software package. By solving the problem for each slot t, not only energy consumption decisions for the current and remaining slots, but also conversion control variables such as y t ESS and y t grid are obtained. However, only decisions are made on the current slot, which can provide industrial facilities with optimal energy management guidance for the current slot.

수학식 24로부터 Γ 값에 따라 매일의 비용이 달라짐을 알 수 있다. 매일의 전기 비용을 낮추려고 강인성 레벨을 특정하는데 시스템 설계자에게 도움을 줄 수 있는 방법을 제안한다. From Equation 24, it can be seen that the daily cost varies according to the value of Γ. We propose a method that can help system designers in specifying the level of robustness to lower their daily electricity costs.

2. 강인성 레벨 특정 방법2. How to specify the level of toughness

이상적으로, 수학식 24에서 강인성 레벨 Γ는 예를 들어, 비율(percentage)에 T-t를 곱하여 0에서 미지 가격의 최대 개수 사이의 실수를 가질 수 있다. 매일의 기준에 근거해 조정 파라미터 RP를 추정하여 Γ를 특정할 때 최저 수준으로 매일의 비용을 제어한다는 의미로 시스템 설계자에게 도움을 줄 수 있는 방법을 제안한다. 그러면 Γ는 RP에 T-t를 곱하여 수학식 31과 같이 결정될 수 있다. Ideally, the toughness level Γ in Equation 24 may have a real number between 0 and the maximum number of unknown prices by multiplying the percentage by T-t, for example. We propose a method that can help system designers by estimating the adjustment parameter RP based on the daily criterion and controlling the daily cost to the lowest level when specifying Γ. Then, Γ may be determined as in Equation 31 by multiplying RP by T-t.

Figure 112018094071734-pat00031
Figure 112018094071734-pat00031

추정 방법을 상세히 설명하기 전에 구별 가능한 파라미터 즉, 실제 최적 비율(Actual Optimal Percentage: AOP)을 소개한다. 특정된 강인성 레벨은 실제 최적 비율로 최소의 일일 비용을 발생시킬 수 있다. 실제로, AOP는 미리 알 수 없지만 역방향으로 획득될 수 있다. 즉, 다양한 백분율이 하루의 끝에서 열거될 수 있다. 열거된 각 백분율에 대해 일일 비용을 역으로 계산할 수 있고 그러면 최소의 일일 비용을 발생시키는 백분율이 AOP로 간주된다. AOP는 계속 변하는 전기가격과 전기 수요에 의존하기 때문에 매일 차별화된다. 이러한 점에서, 지수 평활 모델을 사용하여 RP 및 AOP의 과거 데이터를 기반으로 현재 날짜 d의 RP를 수학식 32와 같이 추정한다. Before explaining the estimation method in detail, a distinguishable parameter, that is, an Actual Optimal Percentage (AOP) is introduced. A specified level of toughness can incur a minimum daily cost at an actual optimal rate. Actually, the AOP is not known in advance, but can be obtained in the reverse direction. That is, various percentages can be listed at the end of the day. For each percentage listed, the daily cost can be inversely calculated and then the percentage that incurs the least daily cost is considered an AOP. AOP is differentiated every day because it relies on constantly changing electricity prices and electricity demand. In this regard, the RP of the current date d is estimated as shown in Equation 32 based on past data of RP and AOP using an exponential smoothing model.

Figure 112018094071734-pat00032
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여기서, RPd-1과 AOPd-1은 각각 전날(d-1)의 RP와 실제 최적 비율을 의미하고, RPd는 현재 날짜 d의 RP이다. β(0 < β <1)는 지수 평활 모델의 평활 인자로서 시스템 설계자에 의해 지정된다. Here, RP d-1 and AOP d-1 mean the RP of the previous day (d-1) and the actual optimal ratio, respectively, and RP d is the RP of the current date d. β(0<β<1) is specified by the system designer as the smoothing factor of the exponential smoothing model.

수학식 32에 의하면, RPd는 매일의 기준에 근거해 추정될 수 있고, 그러면 스케줄 구간이 진행될 때 각 슬롯 t의 시작에서 강인성 레벨 Γ를 특정하는데 사용된다. According to Equation 32, RP d may be estimated based on a daily criterion, and then it is used to specify the toughness level Γ at the start of each slot t when the schedule interval proceeds.

사례 연구Case study

1. 사례의 구성1. Composition of the case

RTP에 응답하는 본 발명에 따른 강인성 최적화 기반 방법의 유효성을 검증하기 위해, 복수의 태스크로 구성된 강철분말 제조 공정을 채택하여 도 2와 같은 사례 연구를 수행한다. 각 태스크의 기능 및 특성에 따라 3개 유형으로 분류되어 2개의 NS 태스크(용광로, 마무리-환원로), 4개의 ST 태스크(분무, 탈수, 건조, 자기 분리), 5개의 CRT 태스크(분쇄, 분류, 혼합, 수냉, 질소발생)가 있다. 마지막 2개의 CRT 태스크는 분무, 탈수, 건조 및 마무리-환원로의 태스크를 위한 냉수 및 질소를 제공한다. 용광로는 복수의 생산라인으로 동시에 액상 철을 공급하기 위해 사용되는 에너지 집약적 강철 더미이다. 단일 생산라인을 모델링하는데 초점을 맞추었기 때문에 용광로의 에너지 소비는 본 사례 연구에서 제외된다. In order to verify the effectiveness of the robustness optimization-based method according to the present invention responding to RTP, a case study as shown in FIG. 2 is performed by adopting a steel powder manufacturing process composed of a plurality of tasks. According to the function and characteristics of each task, it is classified into 3 types, 2 NS tasks (blast furnace, finishing-reduction furnace), 4 ST tasks (spraying, dehydration, drying, magnetic separation), and 5 CRT tasks (crushing, sorting). , Mixing, water cooling, nitrogen generation). The last two CRT tasks provide cold water and nitrogen for the tasks of spraying, dewatering, drying and finishing-reduction furnaces. A furnace is an energy-intensive steel pile used to supply liquid iron to multiple production lines simultaneously. Since the focus was on modeling a single production line, the energy consumption of the furnace was excluded from this case study.

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표 1 또는 표 2는 도 2에 도시된 것처럼 3개 유형의 파라미터를 나열하고 있다. 표 1의 모든 태스크의 최소 저장 요건은 이 제조 공정에서 0으로 설정된다. 왜냐하면 이전 태스크에 의해 생산된 재료가 사용 불가하면 이후 태스크가 작업을 중단하기 때문이다. ESS의 파라미터는 표 3에 나타나 있다. 간단히 하기 위해, 본 사례의 DER은 태양광 패널로 가정한다. 각 시간 슬롯에서 생산된 전기량은 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 태양 방사 조도가 최대인 정오에 전기 생산율이 가장 높고 야간에 전기가 생상되지 않는다는 상식을 기반으로 도시되었다. 실제로 태양 에너지의 확률적 특성은 일기예보 정보에 근거한 정교한 방법을 사용하여 예측할 수 있다. Table 1 or Table 2 lists three types of parameters as shown in FIG. 2. The minimum storage requirements for all tasks in Table 1 are set to zero in this manufacturing process. This is because if the material produced by the previous task is unavailable, the subsequent task stops working. The parameters of ESS are shown in Table 3. For simplicity, the DER in this example is assumed to be a solar panel. The amount of electricity produced in each time slot is shown in FIG. 3. 3 is shown based on the common sense that the electricity production rate is highest at noon when the solar irradiance is the maximum and electricity is not generated at night. In fact, the probabilistic properties of solar energy can be predicted using sophisticated methods based on weather forecast information.

최종 생산 요건 Θ은 90톤으로 하였다. 그리드로부터 공급되는 전기 최대량 L1은 500kWh, 그리드로 판매되는 전기 최대량 L2은 100kWh로 하였다. 실제로 이러한 값들은 응용별로 다르며 산업시설 설계자 또는 전력 공급 측에 의해 설정되어야 한다. The final production requirement Θ was set to 90 tons. The maximum amount of electricity L 1 supplied from the grid is 500 kWh, and the maximum amount of electricity L 2 sold to the grid is 100 kWh. In practice, these values are application specific and must be set by the industrial facility designer or the power supply side.

전체 시간 구간은 하루의 24시간을 나타내는 24개의 시간 슬롯으로 나눈다. 시간 구간은 00;00에서 시작되며 시뮬레이션은 수시로 진행되었다. 각 슬롯에서 RTP는 미리(예를 들어, 5분 전) 수신된다고 가정하여, Gurobi 소프트웨어를 이용해 본 발명에 따른 강인한 최적화 문제(수학식 24-30)를 풀었다. The total time interval is divided into 24 time slots representing the 24 hours of a day. The time interval starts at 00;00, and simulations were carried out from time to time. Assuming that the RTP in each slot is received in advance (eg, 5 minutes ago), the robust optimization problem (Equations 24-30) according to the present invention was solved using Gurobi software.

단일 슬롯 최적화 문제를 푸드는데 드는 연산 시간은 1초였다. 이러한 짧은 시간은 산업 제조 공정에서 실시간 DR 관리를 배치하기 위한 요건을 충분히 만족시킬 수 있다. 문제 해결자(Gurobi)의 출력은 각 태스크의 동작 상태 또는 레벨, ESS의 전기 수요, 산업시설과 그리드 간의 에너지 거래를 포함한다. The computation time required to solve the single slot optimization problem was 1 second. This short time can sufficiently satisfy the requirements for deploying real-time DR management in industrial manufacturing processes. The output of the problem solver (Gurobi) includes the operating status or level of each task, the electricity demand of the ESS, and the energy transaction between the industrial facility and the grid.

시뮬레이션은 2015년 7월 1일부터 8월 11일까지 유틸리티 회사의 RTP에 근거해 수행하였다. 첫째 날에, RPd-1는 50%로 가정했다. 다음 날에 RPd는 수학식 32를 이용하여 추정했다. 여기서 β는 0.5로 설정하여 RPd-1와 AOPd-1에 대해 차별이 없게 하였다. Simulations were performed from July 1st to August 11th, 2015 based on the utility company's RTP. On the first day, RP d-1 was assumed to be 50%. On the next day, RP d was estimated using Equation 32. Here, β was set to 0.5 so that there was no discrimination between RP d-1 and AOP d-1.

도 4는 날자별 AOP와 추정 RP를 나타낸 것이다. RP가 AOP와 상당히 유사한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 이것은 RP를 추정하는 방법이 효과적이라는 것을 입증한다. 4 shows the AOP and estimated RP for each date. It can be seen that RP shows a very similar trend to AOP. This proves that the method of estimating RP is effective.

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표 4는 8월 11일의 RTP를 나타낸다. 여기서 두번 째 열은 실제 가격이고, 세번 째와 네번 째는 그에 대응하는 가격 범위로서 실제 가격의 %(예를 들어, 1±α)로 공식화되었다. 시뮬레이션에서, α는 20%로 설정했다. Table 4 shows the RTP of August 11. Here, the second column is the actual price, and the third and fourth are the corresponding price ranges, formulated as a percentage of the actual price (for example, 1±α). In the simulation, α was set to 20%.

다음 부분에서 대표 날짜(8월 11일)에 대한 시뮬레이션 결과를 분석한다. 잉여 전기를 그리드에 판매하는 가격은 각 RTP보다 10% 저렴한 것으로 가정했다. In the next part, we analyze the simulation results for the representative date (August 11). The price of selling surplus electricity to the grid was assumed to be 10% cheaper than each RTP.

2. 실시간 수요반응이 있는 경우와 없는 경우의 결과2. Results with and without real-time demand response

본 발명에 따른 모델의 성능을 입증하기 위해, 실시간 DR이 없는 기준을 만들었고 여기서 고정된 평탄 가격(fixed flat price)이 모델에 적용되었다. 즉, 수학식 22의 목적 함수는 각 슬롯의 비용을 통합하여 단순히 일일 비용(Et grid·πflat)을 최소화한다. 이것을 케이스 1(No DR)로 한다. To demonstrate the performance of the model according to the present invention, a criterion without real-time DR was made, where a fixed flat price was applied to the model. That is, the objective function of Equation 22 simply minimizes the daily cost (E t grid π flat) by integrating the cost of each slot. Let this be case 1 (No DR).

기준과 비교하여, 강인한 최적화를 사용한 실시간 결정 모델의 정제된 성능을 조사한다. 이것을 케이스 2(강인한 최적화가 적용된 DR)로 한다. 여기서 '정제된'은 모델이 제조 공정 자체의 에너지 수요만을 고려했고 ESS와 DER은 고려하지 않았음을 의미한다. Compared to the baseline, we investigate the refined performance of the real-time decision model using robust optimization. Let this be Case 2 (DR with robust optimization applied). Here,'refined' means that the model considered only the energy demand of the manufacturing process itself, not ESS and DER.

도 5 및 도 6은 각각 케이스 1과 케이스 2에서 모든 태스크의 총 전기 수요를 나타낸 것이다. 명확하게 고정 평탄 가격(이 값은 표 4의 평균 RTP을 가진다)이 적용되었을 때, 산업 시설은 에너지 수요를 줄이거나 이동시키기 위한 아무런 인센티브를 받지 못하지만, 단순히 시작 슬롯에서 전기 수요를 스케줄링하여 가능한 일찍 일일 생산량 목표(수학식 6 참조)를 완료한다. 이와 비교하면, 케이스 2에서 강인한 최적화 기반 실시간 결정 모델이 사용되었을 때 전기 수요는 적절히 스케줄링 되었다. 특별히, CRT 및 ST의 대부분의 전기 수요는 피크가 아닌 슬롯으로 스케줄링되었다. 따라서 NS 태스크만 동작할 필요가 있고 다른 두 유형의 태스크는 모두 중단되었기 때문에, 피크 슬롯에서 상당히 낮은 레벨로 전체 수요가 유지되었다. 이것은 본 발명에 따른 모델이 RTP에 적절히 반응할 수 있다는 것을 확인한다. 5 and 6 show the total electricity demand of all tasks in Case 1 and Case 2, respectively. Clearly, when a fixed flat price (this value has the average RTP in Table 4) is applied, the industrial facility receives no incentive to reduce or move the energy demand, but simply schedule the electricity demand in the starting slot as early as possible. Complete the daily production target (see Equation 6). In comparison, in case 2, when a robust optimization-based real-time decision model was used, electricity demand was properly scheduled. Specifically, most of the electricity demand for CRTs and STs was scheduled with non-peak slots. So, because only the NS task needed to run and both other types of tasks were stopped, the overall demand was maintained at a fairly low level in the peak slot. This confirms that the model according to the invention can respond appropriately to RTP.

제조 공정에 대한 통찰력을 얻기 위해, 시간 경과에 따라 생산 절차를 설명하기 위해 CRT (Water Cooling and Nitrogen Generating) 태스크 2 가지를 선택했다. 도 7은 냉수 및 질소의 축적 및 소모 공정을 도시한다. RTP가 낮을 때 각각의 저장소가 지속적으로 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 스태킹(stacking) 프로세스는 주요 전력 수요가 저비용 기간 동안 계획되었기 때문에 도 6의 최적 부하 스케줄링 결과와 상관 관계가 있다. 특히, 질소 저장은 슬롯 11에서 약간 증가했다는 것을 발견했다. 그 이유는 RTP가 슬롯 10에 비해 갑자기 감소했기 때문이다. 따라서, 질소 저장의 이러한 약간의 증가는 본 발명의 강인한 최적화 모델이 효과적인 방법으로 RTP의 순간 변화에 대응할 수 있다는 것을 입증한다. To gain insight into the manufacturing process, we chose two Water Cooling and Nitrogen Generating (CRT) tasks to describe the production process over time. 7 shows the process of accumulation and consumption of cold water and nitrogen. When the RTP is low, you can see that each store continues to grow. This stacking process correlates with the optimal load scheduling results of FIG. 6 since the main power demand was planned for a low cost period. In particular, it was found that nitrogen storage increased slightly in slot 11. The reason is that RTP has suddenly decreased compared to slot 10. Thus, this slight increase in nitrogen storage demonstrates that the robust optimization model of the present invention can respond to instantaneous changes in RTP in an effective way.

3. ESS 및 DER을 고려한 결과3. Results of considering ESS and DER

여기서는 ESS와 DER의 효과가 고려되었다. 이에 따라 케이스 3(강인한 최적화 및 ESS가 있는 DR) 및 케이스 4(강인한 최적화 및 ESS 및 DER이 있는 DR)의 두 가지 케이스가 추가로 지정되었다. 도 8은 네 가지 케이스에 대한 수요(그리드에서 구입)를 비교한 것이다. ESS는 RTP가 낮을 때 에너지를 저장하기 때문에(피크가 아닌 시간대에 더 많은 수요가 발생함), 케이스 1과 2에 비해 케이스 3에서 피크 시간에서 오프 피크 시간으로 더 많은 수요가 이동했고 RTP가 극도로 높았을 때 시스템 요구 사항에 전력을 공급한다는 것을 알 수 있다. ESS의 도움으로 산업 설비의 최대 수요는 그리드 부담을 현저히 해소할 수 있다고 여겨지는 매우 낮은 수준 (예: 슬롯 12, 14, 15 및 16)으로 유지되었다. 케이스 4의 모델에서도 DER을 고려할 때, 슬롯 12, 14, 15 및 16에서 피크 시간 동안의 수요가 더 감소하거나 심지어 0이 되었다. 도 8에서 음의 값으로 나타낸 것처럼 슬롯 12 및 15에서는 잉여 전기가 그리드로 다시 판매되어 수익이 발생하였다. Here, the effects of ESS and DER were considered. Accordingly, two additional cases were designated: Case 3 (DR with Robust Optimization and ESS) and Case 4 (DR with Robust Optimization and ESS and DER). Figure 8 compares the demand (purchased on the grid) for the four cases. Because ESS stores energy when the RTP is low (more demand occurs during non-peak hours), more demand has shifted from peak to off-peak hours in Case 3 compared to Cases 1 and 2, and RTP is extremely high. When it is high, it can be seen that it supplies power to the system requirements. With the help of ESS, the peak demand for industrial equipment has been maintained at a very low level (eg slots 12, 14, 15 and 16) which is believed to be able to significantly relieve the grid burden. Considering DER in the case 4 model as well, the demand during peak hours in slots 12, 14, 15 and 16 was further reduced or even zeroed. As shown by negative values in FIG. 8, in slots 12 and 15, surplus electricity was sold back to the grid, generating profit.

또한, 산업 설비의 총 부하를 여러 부분으로 분해하여 케이스 4를 광범위하게 분석했다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 빨간색과 녹색 막대는 그리드에서 구매되어 제조 공정에 사용되고 ESS를 충전하는 전기를 나타낸다. 자주색 막대는 ESS에서 방출되는 전기를 나타내고, 파란색 막대는 DER에 의해 생성된 에너지가 시설에서 어떻게 분배되었는지를 보여준다. 분명히, 그리드로부터 끌어온 전기는 RTP에 대한 응답으로 적절하게 제어되었다. 즉, 전력의 대부분(적색과 녹색 막대)이 오프 피크 기간에 그리드에서 구매되었으며, 시스템 요구 사항이 DER 및 ESS에 저장된 에너지에 의해 충족되었기 때문에 피크 기간 동안 그리드로부터 적은 양만 필요했다. DER (도 3 참조)에 의해 생성된 에너지는 시스템 요구 사항을 충족시키거나 슬롯 12 및 15에서 그리드에 판매하여 이익을 얻는데 충분히 사용되었다. 또한, 그리드로 판매되는 전기는 DER로부터만 나오고 ESS는 아니다. 왜냐하면 다른 자원의 에너지 판매 우선 순위가 수학식 22의 목적 함수에 의해 구별되기 때문이다.In addition, case 4 was analyzed extensively by decomposing the total load of industrial equipment into several parts. As can be seen in FIG. 9, red and green bars represent electricity that is purchased from the grid and used in the manufacturing process to charge the ESS. The purple bars represent the electricity emitted by the ESS, and the blue bars show how the energy generated by the DER is distributed across the facility. Obviously, the electricity drawn from the grid was properly controlled in response to RTP. In other words, most of the power (red and green bars) was purchased from the grid during the off-peak period, and only a small amount was needed from the grid during the peak period as the system requirements were met by the energy stored in the DER and ESS. The energy generated by the DER (see Fig. 3) was used enough to meet the system requirements or to make a profit by selling to the grid in slots 12 and 15. In addition, electricity sold to the grid comes only from DER, not ESS. This is because the energy sales priority of other resources is distinguished by the objective function of Equation 22.

4. 비용 결과 비교4. Comparison of cost results

도 10은 2015 년 8 월 11 일 4개 케이스의 일일 전기 비용을 보여준다. DR이 적용되지 않은 케이스 1에 비해 케이스 2(본 발명의 DR 모델이 배치된 경우)의 일일 비용은 13.5% 감소했다. 이는 산업 시설이 RTP 기반 DR 프로그램에 참여하는 핵심 동기로 작용할 수 있다. 또한, 케이스 3과 4에서 ESS와 DER이 추가될 때 비용이 9 %와 10 % 더 감소되어 산업 설비가 ESS와 DER을 추가하여 얻을 수 있는 추가 이점을 보여준다.Figure 10 shows the daily electricity costs for four cases on August 11, 2015. Compared to Case 1 to which DR was not applied, the daily cost of Case 2 (when the DR model of the present invention was deployed) was reduced by 13.5%. This can serve as a key motivation for industrial facilities to participate in RTP-based DR programs. In addition, when ESS and DER are added in Cases 3 and 4, the cost is further reduced by 9% and 10%, showing the additional benefits that industrial facilities can obtain by adding ESS and DER.

도 11은 본 발명에 따른 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템의 구성을 나타낸 것이다.11 shows the configuration of an energy management system for real-time determination of industrial load management according to the present invention.

도 11를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 관리 시스템은 전력을 공급하는 그리드(10), 산업 부하 관리를 실시간 결정하는 에너지 관리 장치(20), 제조 공정을 가진 산업 시설(30) 등을 포함한다. Referring to FIG. 11, the energy management system according to the present invention includes a grid 10 for supplying power, an energy management device 20 for determining industrial load management in real time, an industrial facility 30 having a manufacturing process, and the like. .

그리드(10)는 일정한 시간 간격(예를 들어, 1시간 단위)으로 전기 가격을 통지하고 전력을 공급한다. The grid 10 notifies the electricity price and supplies power at regular time intervals (for example, every hour).

산업 시설(30)은 제조 공정 내에 동작 필수(NS) 태스크, 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크를 배치하고 있다. The industrial facility 30 has an operation required (NS) task, an operation selection (ST) task, and an operation regulation (CRT) task placed within the manufacturing process.

에너지 관리 장치(20)에는 본 발명에 따른 강인한 최적화 모델이 적용된 프로그램이 설치되어 있다. The energy management device 20 is installed with a program to which the robust optimization model according to the present invention is applied.

에너지 관리 장치(20)는 그리드(10)로부터 일정한 시간 간격마다 전기 가격을 수신하면, 수학식 1 내지 21로 표현된 제약조건과 수학식 26 내지 30으로 표현된 제약조건에 따르는 수학식 24의 목적함수를 생성한다. When the energy management device 20 receives the electricity price from the grid 10 at regular time intervals, the purpose of Equation 24 according to the constraints expressed by Equations 1 to 21 and the constraints expressed by Equations 26 to 30 Create a function.

에너지 관리 장치(20)는 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 그리드(10)로부터 공급되는 전기량, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 그리드(10)로부터 공급되는 전기량, 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨(Γ)에 근거한 목적함수를 생성한다.The energy management device 20 includes the electricity price of the current time interval t and the amount of electricity supplied from the grid 10 at the current time interval, the minimum value of the predicted electricity price of the future time interval after the current time interval, and the grid for each future time interval ( An objective function is generated based on the robustness level (Γ) reflecting the degree of influence of the difference in the amount of electricity supplied from 10) and the predicted electricity price in the future time interval.

즉, 목적함수는 현재 시간 간격(t)의 전기비용, 현재 시간 간격 이후 모든 미래 시간 간격의 예측 전기비용 및 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨을 변수로 가진다. That is, the objective function has a robustness level that reflects the degree of variation of the electric cost of the current time interval (t), the predicted electric cost of all future time intervals after the current time interval, and the predicted electric price of the future time interval as variables.

이때, 에너지 관리 장치(20)는 산업 시설(30)의 에너지 저장 장치에 저장된 전기를 그리드(10)에 판매하는 경우 발생하는 수익을 변수로 추가할 수 있다. In this case, the energy management device 20 may add a profit generated when electricity stored in the energy storage device of the industrial facility 30 is sold to the grid 10 as a variable.

그리고 목적함수의 변수인 강인성 레벨의 값은 0에서 미래 시간 간격의 최대 개수 사이에 존재하는 실수로서, 미래 시간 간격의 최대 개수의 값(T-t)에 매일 추정되는 조정 파라미터(RP)를 곱하여 구할 수 있다. And the value of the robustness level, which is a variable of the objective function, is a real number that exists between 0 and the maximum number of future time intervals, and can be obtained by multiplying the value of the maximum number of future time intervals (Tt) by the daily estimated adjustment parameter (RP). have.

또한, 매일 추정되는 조정 파라미터(RP)는 전날의 조정 파라미터와 전날의 실제 최적 비율(AOP)에 근거하여 구하며, 실제 최적 비율(AOP)은 하루의 마지막 간격의 끝에서 열거된 복수의 백분율(%)에 대해 계산한 산업 시설(30)의 일일 비용들 중에 최소값에 해당하는 백분율이 된다. In addition, the daily estimated adjustment parameter (RP) is obtained based on the adjustment parameter of the previous day and the actual optimum ratio (AOP) of the previous day, and the actual optimum ratio (AOP) is a plurality of percentages (%) listed at the end of the last interval of the day. ) Is a percentage corresponding to the minimum value among the daily costs of the industrial facility 30 calculated for.

이러한 목적함수를 생성하면, 에너지 관리 장치(200는 목적함수의 값이 최소화되도록 산업 시설(30)의 제조 공정에 배치된 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정한다. When generating such an objective function, the energy management device 200 adjusts the energy demand of the motion selection (ST) task and the motion control (CRT) task arranged in the manufacturing process of the industrial facility 30 so that the value of the objective function is minimized. .

이와 같이 에너지 관리 장치(20)는 시간 간격마다 강인한 최적화를 적용하면서 전체 비용이 최소화되도록 산업 시설(30)의 태스크의 동작을 제어한다. In this way, the energy management device 20 controls the operation of the task of the industrial facility 30 so that the total cost is minimized while applying a robust optimization every time interval.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technologies within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 그리드 20: 에너지 관리 장치
30: 산업 시설
10: grid 20: energy management device
30: industrial facilities

Claims (22)

산업 시설의 에너지 관리 장치가 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법에 있어서,
전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 각 수요처의 구입 전력량에 따라 요금 단가가 변경되는 단계 요금이 아닌 그리드의 전력 생산조건 및 수요처의 전체 전력 사용량에 따라 변동되는 전기 가격을 수신하는 단계와,
상기 그리드로부터 실시간 수신한 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 현재 비용, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 미래 비용, 0에서 미래 시간 간격의 최대 개수 사이에 존재하는 실수로서 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨의 값을 합산하여 목적함수를 생성하는 단계와,
상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 산업 시설의 제조 공정에 배치된 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 단계를 포함하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법.
In a method for an energy management device of an industrial facility to determine industrial load management in real time,
A step in which the rate unit price is changed according to the amount of electricity purchased by each customer at regular time intervals from the grid supplying electricity; receiving an electricity price that varies according to the electricity production conditions of the grid and the total electricity consumption of the customer, rather than a fee,
The electricity price of the current time interval (t) received from the grid in real time, the current cost by the amount of electricity supplied from the grid at the current time interval, the minimum value of the predicted electricity price of the future time interval after the current time interval, and the above for each future time interval The future cost by the amount of electricity supplied from the grid, a real number that exists between 0 and the maximum number of future time intervals, which generates an objective function by summing the values of the robustness level reflecting the degree of the effect of the deviation of the predicted electricity price of the future time interval. Step and,
For determining in real time industrial load management comprising the step of adjusting the energy demand of an operation selection (ST) task and an operation control (CRT) task arranged in the manufacturing process of the industrial facility so that the value of the generated objective function is minimized. Way.
제1항에 있어서,
상기 목적함수를 생성할 때 에너지 저장 장치에 저장된 전기를 상기 그리드에 판매하는 경우 발생하는 수익을 변수로 추가하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법.
The method of claim 1,
A method for real-time determination of industrial load management, characterized in that when generating the objective function, a profit generated when electricity stored in an energy storage device is sold to the grid is added as a variable.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 강인성 레벨의 값은 미래 시간 간격의 최대 개수의 값(T-t)에 매일 추정되는 조정 파라미터(RP)를 곱하여 계산하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법.
The method of claim 1,
The value of the toughness level is calculated by multiplying the value (Tt) of the maximum number of future time intervals by an adjustment parameter (RP) estimated every day.
제4항에 있어서,
상기 매일 추정되는 조정 파라미터는 전날의 조정 파라미터와 전날의 실제 최적 비율(AOP)에 근거하여 계산하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법.
The method of claim 4,
The daily estimated adjustment parameter is calculated based on the adjustment parameter of the previous day and the actual optimal ratio (AOP) of the previous day.
제5항에 있어서,
상기 실제 최적 비율(AOP)은 하루의 마지막 간격의 끝에서 열거된 복수의 백분율(%)에 대해 계산한 산업 시설의 일일 비용들 중에 최소값에 해당하는 백분율인 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 방법.
The method of claim 5,
The actual optimal ratio (AOP) is a percentage corresponding to the minimum value among daily costs of industrial facilities calculated for a plurality of percentages (%) enumerated at the end of the last interval of the day. Way to do it.
전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 각 수요처의 구입 전력량에 따라 요금 단가가 변경되는 단계 요금이 아닌 그리드의 전력 생산조건 및 수요처의 전체 전력 사용량에 따라 변동되는 전기 가격을 수신하여, 상기 그리드로부터 실시간 수신한 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 현재 비용, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 미래 비용, 0에서 미래 시간 간격의 최대 개수 사이에 존재하는 실수로서 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨의 값을 합산하여 목적함수를 생성하고, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 산업 시설의 제조 공정에 배치된 동작 선택 태스크(ST) 및 동작 조절 태스크(CRT)의 에너지 수요를 조정하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치.A step in which the price unit price changes according to the amount of electricity purchased by each customer at regular time intervals from the grid supplying electricity. The electricity price received in real time at the current time interval (t) and the current cost by the amount of electricity supplied from the grid at the current time interval, the minimum value of the predicted electricity price at the future time interval after the current time interval, and supply from the grid for each future time interval An objective function is generated by summing the value of the robustness level reflecting the degree of the deviation influence of the predicted electricity price in the future time interval as a real number between 0 and the maximum number of future time intervals. Energy management device for real-time determination of industrial load management, characterized in that the energy demand of the motion selection task (ST) and the motion control task (CRT) arranged in the manufacturing process of an industrial facility are adjusted so that the value of one objective function is minimized . 제7항에 있어서,
상기 목적함수를 생성할 때 에너지 저장 장치에 저장된 전기를 상기 그리드에 판매하는 경우 발생하는 수익을 변수로 추가하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치.
The method of claim 7,
An energy management device for real-time determination of industrial load management, characterized in that when generating the objective function, a profit generated when electricity stored in an energy storage device is sold to the grid is added as a variable.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 강인성 레벨의 값은 미래 시간 간격의 최대 개수의 값(T-t)에 매일 추정되는 조정 파라미터(RP)를 곱하여 계산하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치.
The method of claim 7,
The energy management apparatus for determining industrial load management in real time, characterized in that the value of the toughness level is calculated by multiplying the value (Tt) of the maximum number of future time intervals by the adjustment parameter (RP) estimated every day.
제10항에 있어서,
상기 매일 추정되는 조정 파라미터는 전날의 조정 파라미터와 전날의 실제 최적 비율(AOP)에 근거하여 계산하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치.
The method of claim 10,
The energy management device for determining industrial load management in real time, characterized in that the adjustment parameter estimated every day is calculated based on the adjustment parameter of the previous day and the actual optimal ratio (AOP) of the previous day.
제11항에 있어서,
상기 실제 최적 비율(AOP)은 하루의 마지막 간격의 끝에서 열거된 복수의 백분율(%)에 대해 계산한 산업 시설의 일일 비용들 중에 최소값에 해당하는 백분율인 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 장치.
The method of claim 11,
The actual optimal ratio (AOP) is a percentage corresponding to the minimum value among daily costs of industrial facilities calculated for a plurality of percentages (%) enumerated at the end of the last interval of the day. Energy management device for use.
동작 필수(NS) 태스크, 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크로 구성된 제조 공정을 가진 산업 시설과,
전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 각 수요처의 구입 전력량에 따라 요금 단가가 변경되는 단계 요금이 아닌 그리드의 전력 생산조건 및 수요처의 전체 전력 사용량에 따라 변동되는 전기 가격을 수신하여, 상기 그리드로부터 실시간 수신한 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 현재 비용, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 최소값 및 미래 시간 간격별 상기 그리드로부터 공급되는 전기량에 의한 미래 비용, 0에서 미래 시간 간격의 최대 개수 사이에 존재하는 실수로서 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨의 값을 합산하여 목적함수를 생성하고, 상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 산업 시설의 제조 공정의 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 에너지 관리 장치를 포함하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
An industrial facility with a manufacturing process consisting of an action required (NS) task, an action selection (ST) task, and an action control (CRT) task,
A step in which the price unit price changes according to the amount of electricity purchased by each customer at regular time intervals from the grid supplying electricity, but receives the electricity price that varies according to the electricity production conditions of the grid and the total power consumption of the customer, rather than a fee, and from the grid. The electricity price received in real time at the current time interval (t) and the current cost by the amount of electricity supplied from the grid at the current time interval, the minimum value of the predicted electricity price at the future time interval after the current time interval, and the supply from the grid for each future time interval An objective function is generated by summing the value of the toughness level reflecting the degree of the deviation influence of the predicted electricity price in the future time interval as a real number existing between 0 and the maximum number of future time intervals. Energy management for real-time determination of industrial load management including an energy management device that adjusts the energy demand of the operation selection (ST) task and the operation control (CRT) task of the manufacturing process of the industrial facility so that the value of one objective function is minimized system.
제13항에 있어서,
상기 동작 필수 태스크는 모든 시간 간격에서 항상 동작하는 부하이고, 상기 동작 선택 태스크는 특정 시간 간격에서 동작하거나 동작하지 않는 부하이고, 상기 동작 조절 태스크는 시간 간격마다 다른 동작 레벨로 동작할 수 있는 부하인 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
The method of claim 13,
The operation essential task is a load that always operates at all time intervals, the operation selection task is a load that operates or does not operate at a specific time interval, and the operation control task is a load that can operate at a different operation level for each time interval. Energy management system for determining in real time industrial load management, characterized in that.
제13항에 있어서,
상기 현재 시간 간격의 전기비용은 현재 시간 간격의 전기 가격과 제조 공정의 모든 태스크의 전기 수요를 곱하여 구한 값인 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
The method of claim 13,
The electricity cost of the current time interval is a value obtained by multiplying the electricity price of the current time interval by the electricity demand of all tasks in the manufacturing process.
제13항에 있어서,
상기 현재 시간 간격 이후 모든 미래 시간 간격의 예측 전기비용은 예측 전기 가격의 최소값과 미래 시간 간격별 제조 공정의 모든 태스크의 예측 전기 수요를 곱하여 구한 값의 총합인 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
The method of claim 13,
Real-time determination of industrial load management, characterized in that the predicted electricity cost of all future time intervals after the current time interval is the sum of a value obtained by multiplying the minimum value of the predicted electricity price and the predicted electricity demand of all tasks in the manufacturing process for each future time interval. Energy management system for
제13항에 있어서,
상기 산업 시설은 전기를 저장하는 에너지 저장 장치를 더 포함하여,
상기 에너지 관리 장치는 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전기를 상기 그리드에 판매하는 경우 발생하는 수익을 상기 목적함수의 변수로 추가하는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
The method of claim 13,
The industrial facility further comprises an energy storage device for storing electricity,
The energy management system for determining industrial load management in real time, characterized in that the energy management device adds a profit generated when the electricity stored in the energy storage device is sold to the grid as a variable of the objective function.
제13항에 있어서,
상기 강인성 레벨의 값이 작을수록 상기 목적함수에서 가격 편차의 영향이 적게 평가되고, 그 값이 클수록 상기 목적함수에서 가격 편차의 영향이 크게 평가되는 것을 특징으로 하는 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 에너지 관리 시스템.
The method of claim 13,
Energy for real-time determination of industrial load management, characterized in that the smaller the value of the toughness level, the less the effect of the price deviation in the objective function is evaluated, and the larger the value, the greater the effect of the price deviation in the objective function is evaluated. Management system.
산업 시설의 제조 공정에서 산업 부하 관리를 실시간 결정하기 위한 저장 매체에 기록된 프로그램으로서,
전력을 공급하는 그리드로부터 일정한 시간 간격마다 각 수요처의 구입 전력량에 따라 요금 단가가 변경되는 단계 요금이 아닌 그리드의 전력 생산조건 및 수요처의 전체 전력 사용량에 따라 변동되는 전기 가격이 수신될 때, 현재 시간 간격(t)의 전기 가격 및 현재 시간 간격에서 제조 공정의 전기 수요에 의한 현재 비용, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격에 대한 예측 전기 가격의 범위 및 미래 시간 간격별 제조 공정의 전기 수요에 의한 미래 비용, 0에서 미래 시간 간격의 최대 개수 사이에 존재하는 실수로서 미래 시간 간격의 예측 전기 가격의 편차 영향의 정도를 반영한 강인성 레벨의 값을 합산하여 목적함수를 생성하는 단계와,
상기 생성한 목적함수의 값이 최소화되도록 제조 공정의 동작 선택(ST) 태스크 및 동작 조절(CRT) 태스크의 에너지 수요를 조정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 저장 매체에 기록된 프로그램.
As a program recorded in a storage medium for real-time determination of industrial load management in the manufacturing process of an industrial facility,
The current time when the price of electricity that changes according to the electricity production conditions of the grid and the total amount of electricity used by the customer is received, rather than a fee, according to the amount of electricity purchased by each customer at regular time intervals from the grid supplying electricity. The electricity price of the interval (t) and the current cost due to the electricity demand of the manufacturing process in the current time interval, the range of the forecast electricity price for the future time interval after the current time interval, and the future cost due to the electricity demand of the manufacturing process by future time interval , Generating an objective function by summing the values of the toughness level reflecting the degree of variation influence of the predicted electricity price of the future time interval as a real number existing between 0 and the maximum number of future time intervals,
A program recorded in a storage medium, characterized in that performing the step of adjusting the energy demand of an operation selection (ST) task and an operation control (CRT) task of a manufacturing process so that the value of the generated objective function is minimized.
제19항에 있어서,
상기 현재 시간 간격(t)의 전기 가격과 현재 시간 간격에서 제조 공정의 전기 수요를 곱하여 현재 시간 간격의 전기비용을 산출하고, 현재 시간 간격 이후 미래 시간 간격에 대한 예측 전기 가격 범위의 최소값과 미래 시간 간격별 제조 공정의 예측 전기 수요를 곱한 값의 총합인 총 예측 전기비용을 산출하여, 현재 시간 간격의 전기비용과 총 예측 전기비용과 강인성 레벨을 더하여 목적함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 저장 매체에 기록된 프로그램.
The method of claim 19,
The electricity cost of the current time interval is calculated by multiplying the electricity price of the current time interval (t) by the electricity demand of the manufacturing process at the current time interval, and the minimum value and future time of the predicted electricity price range for a future time interval after the current time interval In a storage medium, characterized in that an objective function is generated by calculating the total predicted electricity cost, which is the sum of values multiplied by the predicted electricity demand of the manufacturing process for each interval, and adding the electricity cost of the current time interval, the total predicted electricity cost, and the toughness level. Recorded program.
제20항에 있어서,
상기 산업 시설의 에너지 저장 장치에 저장된 전기를 상기 그리드에 판매하는 경우 발생하는 수익을 변수로 추가하여 목적함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 저장 매체에 기록된 프로그램.
The method of claim 20,
A program recorded in a storage medium, characterized in that generating an objective function by adding a profit generated when electricity stored in the energy storage device of the industrial facility is sold to the grid as a variable.
제21항에 있어서,
상기 수익은 현재 시간 간격에서 발생하는 현재 수익과 미래 시간 간격별로 발생하는 예측 수익을 모두 더한 총 예측 수익을 포함하여,
상기 현재 시간 간격의 전기비용에서 상기 현재 수익을 감산하고 상기 총 예측 전기비용에서 상기 총 예측 수익을 감산함으로써, 상기 수익을 변수로 추가하는 것을 특징으로 하는 저장 매체에 기록된 프로그램.
The method of claim 21,
The above revenue includes the total forecast revenue obtained by adding all of the current revenue generated in the current time interval and the forecasted revenue generated in the future time interval,
And subtracting the current revenue from the electricity cost of the current time interval and subtracting the total predicted revenue from the total predicted electricity cost, thereby adding the revenue as a variable.
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