KR102276949B1 - 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신재생 에너지를 포함한 분산전원을 구비하는 가상발전소 운영시스템 및 그 운영 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력거래소의 수요 요구에 대응하여 분산전원의 상태에 기반하여 에너지 저장 시스템의 충방전 스케쥴을 생성하고, 이를 근거로 에너지 저장 시스템의 충방전 제어를 수행함으로써, 신재생 에너지를 포함하는 발전 전력에 대해 수요반응에 적응적으로 대응하여 운영할 수 있도록 해 주는 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신재생 에너지를 포함한 분산전원을 구비하는 가상발전소 운영시스템 및 그 운영 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력거래소의 수요 요구에 대응하여 분산전원의 상태에 기반하여 에너지 저장 시스템의 충방전 스케쥴을 생성하고, 이를 근거로 에너지 저장 시스템의 충방전 제어를 수행함으로써, 신재생 에너지를 포함하는 발전 전력에 대해 수요반응에 적극적으로 대응하여 운영할 수 있도록 해 주는 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
기존의 중앙급전발전기 중심의 전력공급 방식을 보완하기 위해 수요지 근처에 중/소규모로 설치되어 운영되는 분산전원(Distributed Energy Resource; DER)이 적극적으로 도입되고 있다.
이러한 분산전원은 필요한 지역에 필요한 규모로 단기간에 설치가 가능하고, 짧은 시간 내에 발전기 기동이 가능하기 때문에 전력망의 단기간 안정화에 기여할 수 있으며, 전력 부족 시에는 추가 발전으로 최대수요에 유연하고 효과적으로 대처함으로써 계통신뢰도와 전력품질을 향상시키는데 활용될 수 있다.
그리고, 전력망 내에 산재해 있는 다양한 유형의 분산전원을 진보된 정보통신기술 및 자동제어기술을 이용하여 단일 발전시스템으로 운영하기 위한 통합관리시스템, 즉 가상발전소(Virtual Power Plant; VPP)가 개발되고 있다.
이러한 가상발전소에서도 전력부하관리에서 에너지효율 및 경제성 등을 고려한 효과적 운영을 위해 전력의 공급보다 수요관리를 위한 별도의 시스템이 필요하다.
수요자원시장은 최대 전력수요를 억제하고 전력수급 비상시에 예비전력 확보를 위한 수요관리 프로그램으로서 수요반응(DR:Demand Response)에 의해 소비자가 감축가능한 전력량과 가격을 수요자원시장을 통해 입찰하면 시장원리에 따라 시장가격(지원단가)과 고객별 감축량이 결정되는 소비자 중심의 부하관리제도이다.
즉, 수요관리사업자도 전력시장에서 전력거래에 참여하여 전력거래를 할 수 있도록 하여 전력시장에서 수요자원과 발전자원의 동등한 경쟁을 통해 전력시장의 효율성을 높이고자 하는 것이다.
이와 관련하여 하기 선행기술문헌에는 다수의 발전원 및 부하들마다 각각의 지능형 에이전트를 연결하여 중앙제어기에서 각 장치별로 분산제어가 가능하도록 함으로써 중앙제어기의 부담을 줄일 수 있고 시스템을 보다 효율적으로 동작할 수 있도록 하는 마이크로그리드가 개시되어 있다.
선행기술문헌에서 중앙제어기는 수요자원시장을 통해 설정된 전력감축 계약에 따라 전력감축에 참여하도록 각 지능형 에이전트로 통보하고 각 지능형 에이전트로부터 다수의 발전원 및 부하의 전력감축 참여량을 수신하여 이를 기초로 전력운영의 경제성과 효율성에 맞게 전력감축이 이루어지도록 구성된다.
그리고, 선행기술문헌에서 지능형 에이전트는 참여가능한 전력감축의 참여랑 및 감축비용을 중앙제어기에 송신하고, 중앙제어기에서 각 지능형 에이전트로부터 수신한 참여량 및 감축비용을 기초로 최적의 조건을 만족하는 지능형 에이전트로 전력감축을 요청하게 된다. 이때, 지능형 에어전트는 감축비용이 적은 순으로, 동일한 감축비용인 경우에는 참여감축량이 요구감축량에 가까운 순으로 발전원 또는 부가를 선택한다.
한편, 최근 들어 수력, 풍력, 태양광 등과 같은 친환경 에너지원을 이용하는 발전설비가 분산전원으로 활용되고 있다. 이러한 친환경 에너지원의 발전설비는 환경을 파괴하지 않을 뿐만 아니라 자원의 소모가 없는 등 여러 장점을 가지고 있다. 이 중에서, 태양광 발전은 태양이 비추는 지역이라면 발전설비의 설치가 가능하여 장소 제한이 가장 적고, 또한 소형의 발전설비에서부터 대형의 발전설비까지 운영자가 원하는 다양하게 설치되어 운영될 수 있기 때문에 더욱 선호되고 있다.
그러나, 태양광 발전설비 등과 같은 신재생 에너지는 발전 용량 및 발전 단가가 불확실하기 때문에 미리 감축량과 감축비용을 요구하는 상기한 선행문헌1과 같은 시스템에는 적용할 수 없는 문제가 있다.
즉, 신재생 에너지를 발전원으로 구비하는 가상발전소가 증가하고 있는 상황에서 이러한 신재생 에너지와 같이 전력량 및 전력비용을 미리 예측하기 어려운 가상발전소 환경에 대해서도 수요반응 서비스를 적용할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 신재생 에너지를 포함한 분산전원을 구비하는 가상발전소 운영시스템에서 전력거래소의 수요 요구에 대해 분산전원의 상태에 기반한 에너지 저장 시스템의 충방전 스케쥴을 생성하고, 이를 근거로 에너지 저장 시스템의 충방전 제어를 수행함으로써, 발전용량 및 전력감축량을 미리 산출하기 어려운 신재생 에너지에 대해서도 용이하게 수요반응 서비스를 적용할 수 있도록 해 주는 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템은, 적어도 하나 이상의 부하와, 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원 및, 상기 부하와 발전원과 연결되는 에너지 저장 시스템을 포함하는 분산자원들로 이루어지는 분산 에너지원과, 전력시장으로부터 인가되는 전력 요구량 정보의 수신을 근거로 VPP 운영부로 분산자원 상태정보를 요청하며, VPP 운영부로부터 제공되는 분산전원 상태정보에 기초하여 ESS 충방전 스케쥴 정보를 생성한 후, 이를 VPP 운영부로 전송하는 수요반응 서비스부와, 분산자원 모니터링부로부터 분산자원 상태정보를 획득하여 수요반응 서비스부로 전송함과 더불어, 이에 대해 수요반응 서비스부로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보를 근거로 상기 에너지 저장 시스템의 충전 또는 방전을 제어하는 VPP 운영부 및, 상기 분산에너지원과 연결되어 분산에너지원에 대한 각 상태를 모니터링함과 더불어, 각 분산자원에 대한 상태정보를 VPP 운영부로 제공하는 분산자원 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 VPP 운영부는 수요반응 서비스부로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보를 상기 분산자원 모니터링부로 제공하여 분산자원 모니터링부를 통해 에너지 저장 시스템의 충전 또는 방전을 제어함이 바람직하다.
또한, 상기 수요반응 서비스부는 ESS의 최대 충전량 또는 ESS 의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성하는 충전 스케쥴 생성모듈과, ESS의 최대 방전량 또는 ESS의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성하는 방전 스케쥴 생성모듈을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 수요반응 서비스부는 전력 요구량과 분산 자원 상태정보를 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단함이 바람직하다.
또한, 상기 수요반응 서비스부는 발전량에서 부하량을 뺀 차이가 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 발전량에서 부하량을 뺀 차이가 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행함이 바람직하다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 방법은, 적어도 하나 이상의 부하와, 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원 및, 상기 부하와 발전원과 연결되는 에너지 저장 시스템을 포함하는 분산자원들로 이루어지는 분산 에너지원과 결합되어 전력 관리를 수행하는 VPP 운영장치를 포함하는 가상 발전소 운영 시스템의 가상 발전소 운영 방법에 있어서, 상기 VPP 운영장치에서 전력거래소로부터 전력 요구량정보가 인가되면, 상기 부하와 발전원 및 에너지 저장 시스템의 상태정보를 수집하는 제1 단계와, 상기 VPP 운영장치에서 ESS의 최대 충전량 또는 ESS의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성하는 제2 단계, 상기 VPP 운영장치에서 ESS의 최대 방전량 또는 ESS의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성하는 제3 단계 및, 상기 VPP 운영장치에서 상기 ESS 충전 스케쥴 또는 ESS 방전 스케쥴에 기반하여 상기 에너지 저장 시스템을 운영제어하는 제4 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 VPP 운영장치는 상기 제1 단계에서 수집한 각 분산 자원의 상태정보를 근거로 전력 요구량을 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단하는 수요반응 판단단계를 추가로 포함하여 구성되고, 제4 단계에서 VPP 운영장치는 전력 감축 대응에 대해서는 ESS 충전 스케쥴에 따라 에너지 저장 시스템을 운영제어를 수행하고, 수요 감축 대응에 대해서는 ESS 방전 스케쥴에 따라 에너지 저장 시스템을 운영제어를 수행함이 바람직하다.
또한, 상기 수요반응 판단단계에서 상기 VPP 운영장치는 발전원의 전체 발전량에서 부하의 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 발전원의 전체 발전량에서 부하의 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행하도록 결정함이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템 및 그 운영 방법에 의하면, 태양광 에너지 등의 신재생 에너지 설비를 발전원으로 구비하여 운영되는 가상 발전소 시스템에 있어서, 분산자원의 발전용량 및 전력 감축량을 미리 산출하지 않고서도 전력시장으로부터 요구되는 전력 요구량에 대응하여 에너지 저장 시스템의 충방전 스케쥴을 통해 수요 반응에 대응하는 가상 발전소의 운영이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 VPP 운영장치의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수요반응 서비스부의 기능을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 가상발전소 운영시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트도이다.
도 2는 도 1에 도시된 VPP 운영장치의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수요반응 서비스부의 기능을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 가상발전소 운영시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트도이다.
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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
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.
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.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가상발전소 운영시스템은 가상발전소(VPP : Virtual Power Plant, 이하 "VPP" 라 칭함) 운영장치(100)와, 분산 에너지원(200) 및, 전력거래소(300)를 포함한다.
여기서, 상기 분산 에너지원(200)은 적어도 하나 이상의 부하(210)와, 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원(220) 및, 상기 부하(210)와 발전원(220)과 연결되는 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System, 230)을 포함한다.
부하(210)는 전력을 소비하는 장치를 의미한다
발전원(220)은 예컨대 열병합 발전, 마이크로터빈, 태양광 발전, 풍력발전 등과 같이 신재생 에너지원을 이용한 발전장치, 바이오 매스, 연료전지로서 분산전원을 의미한다.
이때, 부하(210)과 발전원(220)은 에너지 저장 시스템(230)에 연결되며, 발전원(220)에서 발생된 전력을 저장하고, 필요시 이를 부하(210)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.
상기 전력거래소(300)는 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.
상기 VPP 운영장치(100)는 기본적으로 분산 에너지원(200)의 발전 가능 용량 및 운영 상태 등을 모니터링하고 제어한다. 특히, VPP 운영장치(100)는 전력거래소(300)의 전력 요구량에 대응하여 부하(210)와 발전원(220)의 상태에 기반하여 에너지 저장 시스템(230)에 대한 최적의 충방전 스케쥴 정보를 생성하고, 이를 근거로 에너지 저장 시스템(230)의 충방전 제어를 수행하도록 구성된다.
이하, 상술한 본 발명의 가상발전소 운영시스템에 대한 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 VPP 운영장치(100)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, VPP 운영장치(100)는 수요반응(DR : Demand Response) 서비스부(110)와, VPP 운영부(120) 및, 분산전원 모니터링부(130)를 포함한다.
수요반응 서비스부(110)는 전력거래소(300)로부터의 전력 요구량 정보의 수신을 근거로 VPP 운영부(120)로 분산전원 상태정보를 요청하며, VPP 운영부(120)로부터 제공되는 분산전원 상태정보에 기초하여 ESS 충방전 스케쥴 정보를 생성한 후, 이를 VPP 운영부(120)로 전송한다.
VPP 운영부(120)은 가상발전소 운영을 전체적으로 제어하는 것으로, 특히, 분산전원 모니터링부(130)로부터 분산전원 상태정보를 획득하여 수요반응 서비스부(110)로 전송하고, 수요반응 서비스부(110)로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보를 분산전원 모니터링부(130)로 전송한다.
분산전원 모니터링부(130)는 분산 에너지원(200)과 연결되어 각 분산 에너지원(200)의 상태를 모니터링함과 더불어, 이러한 분산 에너지원(200)의 상태정보, 즉 분산자원 상태정보를 VPP 운영모듈(120)로 제공하고, VPP 운영부(120)로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보에 따라 분산 에너지원(200), 보다 상세하게는 에너지 저장 시스템(230)에 대한 충방전 제어를 수행하도록 요청한다.
도 3은 도 2에 도시된 수요반응 서비스부(110)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수요반응 서비스부(110)는 자원상태 수집모듈(111)과, ESS 스케쥴 생성모듈(112)을 포함한다.
자원상태 수집모듈(112)은 VPP 운영부(120)으로 부하(210)와 발전원(220)에 대한 상태정보를 요청하고, 이에 대해 VPP 운영부(120)로부터 부하(210)와 발전원(220)에 대한 상태정보를 수집한다.
이때, VPP 운영부(120)는 부하 및 발전원에 대한 정보를 자원 모니터링부(130)로부터 제공받으며, 이중 부하(210) 및 발전원(220)에 대한 상태정보를 추출하여 자원상태 수집모듈(112)로 제공할 수 있다.
예컨대, VPP 운영부(120)는 발전원 발전용량과, 발전원 발전속도, ESS 최대 충전량, ESS의 충전 속도를 포함하는 발전원 모니터링 정보 중 발전원의 발전량과 ESS의 충전량의 발전원 상태정보를 자원상태 수집모듈(111)로 제공한다.
ESS 스케쥴 생성모듈(112)은 전력요구량 및 자원 상태에 기반한 수요 대응을 결정하는 수요대응 결정블럭(112A)과, 전력 감축에 대응하여 발전 자원 상태에 따른 ESS 충전 스케쥴을 생성하는 충전 스케쥴 생성블럭(112B) 및, 수요 감축에 대응하여 부하 자원 상태에 따른 ESS 방전 스케쥴을 생성하는 방전 스케쥴 생성블럭(112C)를 포함하여 구성된다. 이때, 전력 감축은 전력 공급자 전력 공급을 억제하여 과잉되는 전력을 조절하는 공급측 자원 운영방법이고, 수요감축(demand reduction)은 금전적인 보상을 바탕으로 최종소비자가 자신의 전력수요를 감소시킴으로써 안정적 전력공급에 기여하는 수요측 자원 운영방법이다.
수요대응 결정블럭(112A)은 전력거래소(300)로부터 인가되는 전력요구량과 부하(210)의 부하상태 및 발전원(220)의 발전상태, 예컨대 전체 부하량과 전체 발전량을 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단한다. 이때, 전체 부하량과 전체 발전량은 기 설정된 일정기간 동안의 평균값으로 산출될 수 있다.
예컨대, 전체 발전량에서 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 전체 발전량에서 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행할 수 있다.
충전 스케쥴 생성블럭(112B)은 전력 감축에 대응하여 ESS의 최대 충전량 또는 ESS 의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성한다. 이러한 ESS 충전 스케쥴은 유전자 알고리즘이나 시뮬레이션 어닐링, 타부 알고리즘을 포함하는 각종 휴리스틱 기법을 이용하여 생성될 수 있다. 이때, 하나의 ESS 로 이루어진 경우에는 해당 ESS의 충전량을 목적함수로 설정한다.
방전 스케쥴 생성블럭(112C)은 수요 감축에 대응하여 ESS의 최대 방전량 또는 ESS 의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성한다. 이러한 ESS 방전 스케쥴은 유전자 알고리즘이나 시뮬레이션 어닐링, 타부 알고리즘을 포함하는 각종 휴리스틱 기법을 이용하여 생성될 수 있다. 이때, 하나의 ESS 로 이루어진 경우에는 해당 ESS의 방전량을 목적함수로 설정한다.
이어, 상기한 구성으로 된 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템의 운영 방법을 도 4에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, VPP 운영장치(100)에는 적어도 하나 이상의 부하(210)와 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원(220)이 연결됨과 더불어, 에너지 저장 시스템(230)이 결합되어 구성된다. 그리고, 에너지 저장 시스템(230)은 상기 부하(210) 및 발전원(220)과 연결되어, 발전원(220)으로부터 인가되는 발전 전력을 충전하고, 충전된 전력을 부하(210) 또는 전력거래소(300)로 제공한다.
그리고, VPP 운영장치(100)는 부하(210)와 발전원(220)의 에너지 저장 시스템(230)으로 이루어지는 분산 에너지원(200)의 상태를 주기적으로 감시함과 더불어, 이들에 대한 운영제어를 수행한다.
상기한 상태에서 전력거래소(300)로부터 전력 요구량정보가 인가되면(ST100), VPP 운영장치(100)는 부하(210)와 발전원(220) 및 ESS(230)의 자원 상태정보를 수집한다(ST200).
그리고, VPP 운영장치(100)는 자원 상태와 전력 요구량정보를 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단한다(ST300, ST400).
이때, VPP 운영장치(100)는 발전원(220)의 전체 발전량에서 부하(210)의 전체 부하량을 뺀 차이값 즉, 자원상태값이 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 발전원(200)의 전체 발전량에서 부하(210)의 전체 부하량을 뺀 차이값 즉, 자원상태값이 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행하도록 결정할 수 있다.
VPP 운영장치(100)는 전력 감축 대응에 대해서는 ESS 충전 스케쥴을 생성하고, 수요 감축 대응에 대해서는 ESS 방전 스케쥴을 생성함과 더불어, 이러한 ESS 충방전 스케쥴에 대응하여 에너지 저장 시스템을 운영 제어한다(ST500,ST600).
이때, 전력 감축 대응에 대해서는 ESS의 최대 충전량 또는 ESS 의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성한다.
또한, 수요 감축 대응에 대해서는 ESS의 최대 방전량 또는 ESS의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성한다.
즉, 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 태양광 에너지 등의 신재생 에너지 설비를 발전원으로 구비하여 운영되는 가상 발전소 시스템에 있어서, 전력시장으로 부터 요구되는 전력 요구량에 대응하여 에너지 저장 시스템의 충방전 스케쥴을 통해 수요 반응에 대응하는 서비스가 적용된 가상 발전소의 운영이 가능하다.
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.
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.
100 : VPP 운영장치 110 : 수요반응(DR) 서비스부
120 : VPP 운영부 130 : 분산자원 모니터링부
200 : 분산 에너지원 210 : 부하
220 : 발전원 230 : 에너지 저장 시스템(ESS)
300 : 전력거래소
120 : VPP 운영부 130 : 분산자원 모니터링부
200 : 분산 에너지원 210 : 부하
220 : 발전원 230 : 에너지 저장 시스템(ESS)
300 : 전력거래소
Claims (8)
- 적어도 하나 이상의 부하, 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 상기 부하와 발전원과 연결되는 에너지 저장 시스템을 포함하는 분산자원들로 이루어지는 분산 에너지원;
용량 시장, 전력 시장 및 보조서비스 시장 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전력거래소;및
상기 전력거래소의 전력 요구량에 대응하여 상기 분산 에너지원의 상태에 기반하여 ESS에 대한 최적의 충방전 스케쥴 정보를 생성 및 제어하는 VPP 운영장치;를 포함하고,
상기 VPP 운영장치는,
상기 전력거래소로부터 인가되는 전력 요구량 정보의 수신을 근거로 VPP 운영부로 분산자원 상태정보를 요청하며, VPP 운영부로부터 제공되는 분산전원 상태정보에 기초하여 ESS 충방전 스케쥴 정보를 생성한 후, 이를 VPP 운영부로 전송하는 수요반응 서비스부;
분산자원 모니터링부로부터 분산자원 상태정보를 획득하여 수요반응 서비스부로 전송함과 더불어, 이에 대해 수요반응 서비스부로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보를 근거로 상기 에너지 저장 시스템의 충전 또는 방전을 제어하는 VPP 운영부; 및
상기 분산에너지원과 연결되어 분산에너지원에 대한 각 상태를 모니터링함과 더불어, 각 분산자원에 대한 상태정보를 상기 VPP 운영부로 제공하는 분산자원 모니터링부를 포함하고,
상기 VPP 운영부는 수요반응 서비스부로부터 제공되는 ESS 충방전 스케쥴 정보를 상기 분산자원 모니터링부로 제공하여 분산자원 모니터링부를 통해 에너지 저장 시스템의 충전 또는 방전을 제어하며,
상기 수요반응 서비스부는 ESS의 최대 충전량 또는 ESS의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성하는 충전 스케쥴 생성모듈; 및
ESS의 최대 방전량 또는 ESS의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성하는 방전 스케쥴 생성모듈을 포함하고,
상기 수요반응 서비스부는 전력 요구량과 분산 자원 상태정보를 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단하며,
상기 수요반응 서비스부는 발전량에서 부하량을 뺀 차이가 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 발전량에서 부하량을 뺀 차이가 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행하는 것을 특징으로 하는 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 시스템.
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- 적어도 하나 이상의 부하, 신재생 에너지 설비를 포함하는 적어도 하나 이상의 발전원, 및 상기 부하와 발전원과 연결되는 에너지 저장 시스템을 포함하는 분산자원들로 이루어지는 분산 에너지원과 결합되어 용량시장, 전력 시장 및 보조시비스 시장 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전력거래소의 전력 요구량에 대응하여 전력 관리를 수행하는 VPP 운영장치를 포함하는 가상 발전소 운영 시스템의 가상 발전소 운영 방법에 있어서,
상기 VPP 운영장치에서 전력거래소로부터 전력 요구량정보가 인가되면, 상기 부하와 발전원 및 에너지 저장 시스템의 상태정보를 수집하는 제1 단계;
상기 VPP 운영장치에서 ESS의 최대 충전량 또는 ESS의 충전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 충전 스케쥴을 생성하는 제2 단계;
상기 VPP 운영장치에서 ESS의 최대 방전량 또는 ESS의 방전율 총합 중 하나를 목적함수로 설정하고, 기 설정된 휴리스틱 알고리즘을 이용하여 해당 목적함수를 최소화하는 ESS 방전 스케쥴을 생성하는 제3 단계; 및
상기 VPP 운영장치에서 상기 ESS 충전 스케쥴 또는 ESS 방전 스케쥴에 기반하여 상기 에너지 저장 시스템을 운영제어하는 제4 단계; 를 포함하고,
상기 VPP 운영장치는 상기 제1 단계에서 수집한 각 분산 자원의 상태정보를 근거로 전력 요구량을 비교 분석하여 전력 감축 대응을 수행할 것인지 또는 수요 감축 대응을 수행할 것인지를 판단하는 수요반응 판단단계를 추가로 포함하여 구성되고,
제4 단계에서 VPP 운영장치는 전력 감축 대응에 대해서는 ESS 충전 스케쥴에 따라 에너지 저장 시스템을 운영제어를 수행하고, 수요 감축 대응에 대해서는 ESS 방전 스케쥴에 따라 에너지 저장 시스템을 운영제어를 수행하며,
상기 수요반응 판단단계에서 상기 VPP 운영장치는 발전원의 전체 발전량에서 부하의 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량을 초과하는 경우에는 전력 감축 대응을 수행하고, 발전원의 전체 발전량에서 부하의 전체 부하량을 뺀 차이값이 전력 요구량 이하인 경우에는 수요 감축 대응을 수행하도록 결정하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수요반응에 기반한 에너지 저장 시스템 충방전 제어 기능을 갖는 가상발전소 운영 방법. - 삭제
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