KR102422851B1 - 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치에 관한 것으로, 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과대로 운영시에 과전압, 과전류, 및 역조류를 포함한 배전계통 제약 발생이 예상되는 경우에 스케줄링 결과를 수정하는 계통 피드백부; 전일 전력시장에 가상발전소 운영사업자의 수익을 극대화하기 위해 각 가상발전소의 입찰량을 산정하는 입찰량 산정부; 가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행하는 스케줄링부; 전력시장 데이터, 계량 및 정산 데이터, 가상발전소 데이터, 기상 데이터, 및 소규모 전력자원 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스부; 전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행하는 정산 및 분배부; 및 사업자의 수익을 분석하기 위하여, 기간, 및 정산항목에 따라 사업실적 분석을 수행하는 사업실적 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분산자원인 소규모 전력자원을 통합한 가상발전소를 구성하여 스케줄링 및 제어를 통해 전력 변동성을 감소시키고 계통유연성을 확보할 수 있도록 하는, 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치에 관한 것이다.
일반적으로 분산자원은 태양광과 풍력 등의 재생에너지를 이용한 소규모 전력자원을 포함한다.
상기 신재생에너지의 출력은 예측이 어렵고 불규칙한 출력 특성을 갖는다.
또한 신재생에너지는 제어가 어렵고, 제어가 가능하더라고 그 수가 매우 많아서 중앙에서 동시에 관리하기 매우 어려우며, 이러한 신재생에너지가 계통에서 차지하는 비중이 증가할수록 전력수급의 균형을 유지하기 위해 계통유연성을 강화시켜야 한다. 예컨대 기존에는 상기 계통유연성을 확보하기 위하여 가스발전소와 같이 증감발(Ramp Up/Down) 속도가 빠른 발전원을 보다 많이 확보하여 예비력을 증가시키는 방법이 사용되었다.
하지만 최근에는 비용과 환경문제로 전력계통 운영기술 고도화, 새로운 유연성 자원 확보, 및 전력시장 제도 개선 등의 방법이 등장하고 있다.
예컨대 최근 국내외에서는 시장을 활용하여 문제를 해결하고자 하는 움직임이 보이고 있으며, 국내에서는 2018년 5월에 소규모 전력중개사업을 도입하는 전기사업법 개정안이 국회 본 회의를 통과하였다.
상기 소규모 전력중개사업은 중개사업자가 1MW이하 신재생에너지, 에너지저장장치, 및 전기차에서 생산되거나 저장된 전기를 모아 집합전력자원을 구성하여 전력시장과 REC(Renewable Energy Certificate)시장에 참여하는 형태의 사업이며, 중개사업자가 소규모 전력자원을 모집하여 전일 중개시장에 중앙급전발전기처럼 입찰을 하고, 당일에 이에 맞추어 발전을 수행한다. 그리고 전력시장에서는 발전량에 따라 정산을 하고 중개사업자는 일부를 대가로 지급받는다.
그런데 상기 소규모 전력중개사업은 아래와 같이 몇 가지 문제점이 있다.
예컨대 현재 개별 전력자원의 발전량에 따른 정산금 이외에 중개사업자가 추가로 얻을 수 있는 정산금이 없으며, 입찰량과 실제 발전량의 차이에 따른 패널티나 인센티브도 존재하지 않는다. 소규모 전력중개사업에 사업성이 있기 어려운 구조로 설계되어 신규사업자 유치가 어렵다. 비록 소규모 전력중개사업 사업자가 다수 생기더라도 계통유연성 공급 의무도 존재하지 않기 때문에 사업 확대 시 전력수급 균형에 기여할 수 없다. 또한 소규모 전력자원은 주로 배전선로에 연계되어 있는데, 이러한 전력자원에 대한 제어가 이루어질 경우 배전선로에 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1699338호(2017.01.18. 등록, 가상 발전소 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 분산자원인 소규모 전력자원을 통합한 가상발전소를 구성하여 스케줄링 및 제어를 통해 전력 변동성을 감소시키고 계통유연성을 확보할 수 있도록 하는, 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치는, 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과대로 운영시에 과전압, 과전류, 및 역조류를 포함한 배전계통 제약 발생이 예상되는 경우에 스케줄링 결과를 수정하는 계통 피드백부; 전일 전력시장에 가상발전소 운영사업자의 수익을 극대화하기 위해 각 가상발전소의 입찰량을 산정하는 입찰량 산정부; 가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행하는 스케줄링부; 전력시장 데이터, 계량 및 정산 데이터, 가상발전소 데이터, 기상 데이터, 및 소규모 전력자원 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스부; 전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행하는 정산 및 분배부; 및 사업자의 수익을 분석하기 위하여, 기간, 및 정산항목에 따라 사업실적 분석을 수행하는 사업실적 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계통 피드백부는, 배전망데이터를 바탕으로 배전망해석을 수행하고, 배전계통 제약을 확인하기 위하여, 상기 배전망해석을 통하여, 상기 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과에 대하여 배전계통 제약 위반 여부를 체크하며, 상기 배전계통 제약 위반 여부의 체크 결과에 따라, 상기 배전계통 제약을 만족하는 경우 스케줄링 결과 값을 그대로 출력하며, 만약 특정시간, 및 특정 노드에서 배전계통 제약을 위반하는 경우, 피드백 알고리즘을 이용하여 참여 전력자원의 동작 및 입찰량을 다시 산정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계통 피드백부는, 각 선로별로 전송 가능한 최대 및 최소 전력을 고려하여, 스케줄링의 제약조건에 추가하여 피드백 및 재 스케줄링을 실시하며, 상기 피드백 및 재 스케줄링을 통해 지정된 단기 스케줄링을 수행하며, 스케줄링 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스케줄링부는, 전력시장 정보, 전일시장 낙찰량, 전력자원 데이터, 및 발전/수요 단기 예측값 정보를 바탕으로 지정된 단기 스케줄링 문제를 구성하고, 상기 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가능 여부를 판정하며, 상기 판정 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능한 경우, 단기 스케줄링 문제를 풀이하여 스케줄링 결과를 출력하고, 상기 판정 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능하지 않은 경우, 제약을 완화하여 상기 단기 스케줄링 문제를 다시 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 정산 및 분배부는, 전력시장에 참여하지 않았을 때 얻을 수 있는 수입인 기준정산금 이상을 보장하기 위해서 기준정산금 대비 추가 자원 수익을 가산하는 형태로 정산 및 분배를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 방법은, 전력시장 데이터, 계량 및 정산 데이터, 가상발전소 데이터, 기상 데이터, 및 소규모 전력자원 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스부를 포함하는 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치를 이용한 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 방법에 있어서, 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과대로 운영시에 과전압, 과전류, 및 역조류를 포함한 배전계통 제약 발생이 예상되는 경우에 계통 피드백부가 스케줄링 결과를 수정하는 단계; 상기 입찰량 산정부가 전일 전력시장에 가상발전소 운영사업자의 수익을 극대화하기 위해 각 가상발전소의 입찰량을 산정하는 단계; 스케줄링부가 가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행하는 단계; 정산 및 분배부가 전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행하는 단계; 및 사업실적 분석부가 사업자의 수익을 분석하기 위하여, 기간, 및 정산항목에 따라 사업실적 분석을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계통 피드백부가 스케줄링 결과를 수정하는 단계에서, 상기 계통 피드백부는, 배전망데이터를 바탕으로 배전망해석을 수행하고, 배전계통 제약을 확인하기 위하여, 상기 배전망해석을 통하여, 상기 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과에 대하여 배전계통 제약 위반 여부를 체크하며, 상기 배전계통 제약 위반 여부의 체크 결과에 따라, 상기 배전계통 제약을 만족하는 경우 스케줄링 결과 값을 그대로 출력하며, 만약 특정시간, 및 특정 노드에서 배전계통 제약을 위반하는 경우, 피드백 알고리즘을 이용하여 참여 전력자원의 동작 및 입찰량을 다시 산정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계통 피드백부가 스케줄링 결과를 수정하는 단계에서, 상기 계통 피드백부는, 각 선로별로 전송 가능한 최대 및 최소 전력을 고려하여, 스케줄링의 제약조건에 추가하여 피드백 및 재 스케줄링을 실시하며, 상기 피드백 및 재 스케줄링을 통해 지정된 단기 스케줄링을 수행하며, 스케줄링 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스케줄링부가 가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행하는 단계에서, 상기 스케줄링부는, 전력시장 정보, 전일시장 낙찰량, 전력자원 데이터, 및 발전/수요 단기 예측값 정보를 바탕으로 지정된 단기 스케줄링 문제를 구성하고, 상기 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가능 여부를 판정하며, 상기 판정 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능한 경우, 단기 스케줄링 문제를 풀이하여 스케줄링 결과를 출력하고, 상기 판정 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능하지 않은 경우, 제약을 완화하여 상기 단기 스케줄링 문제를 다시 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 정산 및 분배부가 전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행하는 단계에서, 상기 정산 및 분배부는, 전력시장에 참여하지 않았을 때 얻을 수 있는 수입인 기준정산금 이상을 보장하기 위해서 기준정산금 대비 추가 자원 수익을 가산하는 형태로 정산 및 분배를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 분산자원인 소규모 전력자원을 통합한 가상발전소를 구성하여 스케줄링 및 제어를 통해 전력 변동성을 감소시키고 계통유연성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 상기 계통 피드백부의 피드백 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부에서 가상발전소의 당일 운영을 위한 스케줄링 과정을 보인 흐름도.
도 4는 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부에서 당일 운영 알고리즘을 적용한 사례를 보인 예시도.
도 5는 상기 도 1에 있어서, 데이터베이스부에서 저장 및 관리하는 데이터들을 테이블로 정리하여 보인 예시도.
도 6은 상기 도 1에 있어서, 정산 및 분배부에서 가상발전소 운영사업자용 운영시스템의 고객정산배분 화면을 보인 예시도.
도 7은 상기 도 1에 있어서, 가상발전소 운영사업시 사업실적 분석부가 고객 수익률에 따른 사업성을 분석한 결과를 예시적으로 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치를 이용한 운영 방법을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 상기 계통 피드백부의 피드백 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부에서 가상발전소의 당일 운영을 위한 스케줄링 과정을 보인 흐름도.
도 4는 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부에서 당일 운영 알고리즘을 적용한 사례를 보인 예시도.
도 5는 상기 도 1에 있어서, 데이터베이스부에서 저장 및 관리하는 데이터들을 테이블로 정리하여 보인 예시도.
도 6은 상기 도 1에 있어서, 정산 및 분배부에서 가상발전소 운영사업자용 운영시스템의 고객정산배분 화면을 보인 예시도.
도 7은 상기 도 1에 있어서, 가상발전소 운영사업시 사업실적 분석부가 고객 수익률에 따른 사업성을 분석한 결과를 예시적으로 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치를 이용한 운영 방법을 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 실시예에서 가상발전소(VPP : Virtual Power Plant)는, 전력망에 산재해 있는 신재생에너지, 소형발전기, 에너지저장장치, 및 수요자원 등의 다양한 소규모 전력자원을 ICT(Information and Communication Technology)기술을 적용하여 중앙 제어를 통해 마치 하나의 발전소처럼 운전 및 제어 가능한 가상의 단일 발전소를 의미한다. 상기 가상발전소(VPP)는 전력회사, 소비자, 및 계통운영자를 위한 전력공급 서비스 제공을 수행할 수 있으며, 기존의 전력계통을 이용하는 에너지 인터넷의 기능을 수행할 수 있고, 또한 가상발전소 운영사업자는 모든 참여 자원과 통신을 통해 다양한 자원에 대한 관제를 수행할 수 있다.
본 실시예는 그동안 별개로 운전되던 소규모 전력자원을 하나의 가상발전소로 묶어 운영함으로써 기존 불규칙했던 전력자원 특성을 극복할 수 있도록 하는 것으로서, 신재생에너지가 중앙급전발전기처럼 운영되어 신뢰할 수 있는 전력을 계통에 공급할 수 있고, 계통유연성 공급(또는 확보)을 통하여 안정적인 계통운영에 기여할 수 있도록 하며, 각 소규모 전력자원 소유자 입장에서는 수익성을 더욱 증대시킬 수 있으며, 배전 계통 운영자 입장에서는 안정적인 전력을 공급을 받을 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치와 외부 연계 시스템의 관계가 도시되어 있다.
여기서 외부 연계 시스템(10 ~ 50)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치는, 계통 피드백부(110), 입찰량 산정부(120), 스케줄링부(130), 데이터베이스부(140), 정산 및 분배부(150), 및 사업실적 분석부(160)를 포함한다.
상기 계통 피드백부(110)는 상기 입찰량 산정부(120)에서 수행된 스케줄링 결과대로 운영시에 과전압, 과전류, 및 역조류와 같은 배전계통 제약 발생이 예상되는 경우 스케줄링 결과를 수정한다.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 상기 계통 피드백부(110)의 피드백 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 도 2를 참조하면, 상기 계통 피드백부(110)는 배전망(또는 배전계통)데이터를 바탕으로 배전망해석을 수행하고(S101), 상기 계통 피드백부(110)는 상기 배전계통 제약(또는 배전제약)을 확인하기 위하여, 상기 배전망해석을 통하여, 상기 입찰량 산정부(120)에서 수행된 스케줄링 결과에 대하여 배전계통(또는 배전망) 제약 위반 여부를 체크한다(S102).
상기 체크(S102) 결과에 따라, 상기 배전계통 제약(또는 배전망 제약)을 만족하는 경우(S102의 아니오) 결과 값(즉, 스케줄링 결과 값)을 그대로 출력한다.
그러나 만약 특정시간, 및 특정 노드에서 배전제약(또는 배전계통 제약)을 위반하는 경우가 있을 경우(S102의 예), 피드백 알고리즘을 이용하여 참여자원(즉, 참여 전력자원)의 동작 및 입찰량을 다시 산정한다.
이를 위해 조류변화 제한량을 계산(S103)한 후 민감도를 산정한다(S104).
이때 각 선로별로 전송 가능한 최대 및 최소 전력을 고려하여, 스케줄링의 제약조건에 추가하여 피드백 및 재 스케줄링을 실시하며(S105), 민감도를 이용한 피드백 알고리즘을 사용한다.
즉, 상기 계통 피드백부(110)는 상기 피드백 및 재 스케줄링을 통해 단기 스케줄링(예 : 당일 스케줄링)을 수행하며(S106), 스케줄링 결과를 출력한다(S107).
여기서 상기 민감도는 노드 
의 전력 생산량 증가량(
)이 노드 
, 노드 
사이의 전력흐름(
)에 미치는 영향을 나타내며 다음 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 민감도 
는 노드의 발전량 변화에 따른 각 모선의 전력흐름의 변화이다. 가령 각 모선의 a, b, c상에 대해 나타낸다면, 이는 (노드의 개수, 3×모선의 개수) 크기의 행렬로 나타낼 수 있다. 모든 노드에 의한 민감도를 구하더라도 해당 노드에 가상발전소의 자원이 없다면 민감도를 구하는 의미가 없다. 그러므로 가상발전소에 포함된 자원이 존재하는 노드만을 구하여 민감도 행렬을 줄일 수 있다. 만약 가상발전소 내 
가지 제어 가능 자원이 존재한다면 민감도 행렬은 다음 수학식 2와 같다.
또한 피드백을 실시할 때는 수정 범위를 고려한다.
이는 조류계산 결과가 배전제약조건에 위배될 경우 제약조건을 만족하기 위해 변해야 하는 값의 범위(즉, 수정 범위)는 다음 수학식 3와 같다.
이때 상기 민감도를 분석하는 방법으로는 수치 해석적 방법을 이용한다.
배전계통 해석프로그램을 통하여 얻은 선로별 조류계산 데이터(
)와 노드별 전압 데이터(
)를 민감도 산정수식에 대입하여 배전계통 민감도를 다음 수학식 4와 같이 계산하였다.
앞서 구한 수정범위와 민감도를 전일 입찰 스케줄링 알고리즘에 제약조건으로 추가하여 재 스케줄링을 실시하며, 상기 재 스케줄링은 배전제약을 만족할 때까지 반복된다.
이때 상기 제약조건은 아래 수학식 5와 같다.
상기 입찰량 산정부(120)는 전일 전력시장에 가상발전소 운영사업자의 수익을 극대화하기 위해 각 가상발전소의 입찰량을 산정한다.
예컨대 신재생 발전예측값, DR(Demand Response)자원(즉, 수요자원)의 수요예측값, 가상발전소를 구성하는 전력자원의 정보를 입력받아 주어진 제약조건 안에서 목적함수를 최대로 하는 최적화 문제를 푼다.
상기 최적화 문제의 결과는 에너지저장장치의 충/방전량, 소형발전기의 발전량, 수요자원의 감축량에 대한 스케줄링 값이고, 입찰량은 이 값의 알짜발전량으로 정한다. 다음 표 1 및 수학식 6, 7은 입찰량 산정을 위한 목적함수와 제약조건, 그리고 문제를 해결하기 위하여 필요한 입력데이터와 결정변수 정보이다.
이때 상기 입력데이터에서 입찰대상일의 발전량은 아직 존재하지 않기 때문에 예측값을 사용하게 된다.
여기서, 소규모 전력자원의 
시간에 대한 전력생산량 합이 
시간의 입찰량(
)이 된다. 이를 반영하여 정리하면 목적함수는 아래 수학식 7과 같다.
그리고 상기 제약조건은 아래와 같다.
단독 에너지저장장치 충전량제약 : 
단독 에너지저장장치 방전량제약 : 
단독 에너지저장장치 SoC 정의 : 
단독 에너지저장장치 SoC 제약 : 
연계 에너지저장장치 방전량제약 : 
연계 에너지저장장치 계통충전량제약 : 
연계 에너지저장장치 신재생충전량 제약 : 
에너지저장장치와 연계된 신재생 발전량 제약 : 
연계 에너지저장장치 SoC 정의 :
연계 에너지저장장치 SoC 제약 : 
소형 발전기 출력 고정 제약 : 
수요자원 출력제약 : 
상기 스케줄링부(130)는 가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행한다. 전일 전력시장에 입찰하면 전력시장에서는 낙찰량을 소규모 전력중개사업자에게 가상발전소별로 통보한다.
그리고 당일이 되면 가상발전소 운영사업자는 낙찰량대로 발전을 수행하게 된다. 하지만 전일에 예측된 값과 당일 실제 발전값에는 차이가 발생하고 신재생발전기는 출력에 변동이 있기 때문에 예측가능 정산금과 출력안정 정산금의 극대화를 위해서는 단기 예측값에 기반한 스케줄링이 필요하다.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부(130)에서 가상발전소의 당일 운영을 위한 스케줄링 과정을 보인 흐름도이고, 도 4는 상기 도 1에 있어서, 스케줄링부(130)에서 당일 운영 알고리즘을 적용한 사례를 보인 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 스케줄링부(130)는 전력시장 정보, 전일시장 낙찰량, 전력자원 데이터, 및 발전/수요 단기 예측값 정보를 바탕으로 단기 스케줄링 문제를 구성하고(S201), 이 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가능 여부를 판정(체크)한다(S202).
상기 체크(S202) 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능하지 않은 경우(S202의 아니오), 제약을 완화하여(S203) 단기 스케줄링 문제를 구성하여(S201), 상기 S202 단계를 재 수행한다.
상기 체크(S202) 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능한 경우(S202의 예), 단기 스케줄링 문제를 풀이하여(S204) 스케줄링 결과를 출력한다(S205).
이때 스케줄링 시간(t)을 산출하여(S206)(t=t+스케줄최소단위시간), 상기 스케줄링 시간(t)이 기 설정된 스케줄링종료시간보다 작으면(S207의 예) 단기 스케줄링 문제를 구성하는 단계(S201)로 돌아가 상기 과정(S201 ~ S207)을 반복 수행하고, 상기 스케줄링 시간(t)이 기 설정된 스케줄링종료시간보다 작지 않으면(S207의 아니오) 그대로 종료한다.
상기 단기 스케줄링(예 : 당일 스케줄링)을 위한 목적함수, 제약조건과 문제를 해결하기 위하여 필요한 입력데이터와 결정변수 정보는 다음 표 2와 같고, 목적함수는 아래 수학식 8과 같다.
- 
: 1시간 단위로 구분된 시간의 집합으로 예를 들어 10시부터 12시까지 2시간을 5분단위로 스케줄링 할 경우 
={10시, 10시 5분, … , 10시 55분}, 
={11시, 11시 5분, … ,11시 55분}이 됨
- 
: 
이 나타내는 시간의 낙찰량
- 
: 가상발전소의 알짜발전량
- 
: 예측가능 정산금 단가
- 
: 출력안정 정산금 단가
- 
: 에너지저장장치의 충방전 우선순위 결정을 위한 항
- 
: 패널티 반영 결정 상수
그리고 상기 제약조건은 아래와 같다.
수급 균형 제약 :
예측가능성 정산금 정의 :
출력안정성 정산금 정의 :
단독 에너지저장장치 충전량제약 : 
단독 에너지저장장치 방전량제약 : 
단독 에너지저장장치 SoC 정의 :
단독 에너지저장장치 SoC 제약 : 
단독 에너지저장장치 SoC 전일스케줄 제약 :
연계 에너지저장장치 방전량제약 : 
연계 에너지저장장치 계통충전량제약 : 
연계 에너지저장장치 신재생충전량 제약 : 
신재생 발전량 관련제약 : 
연계 에너지저장장치 SoC 정의 :
연계 에너지저장장치 SoC 제약 : 
단독 에너지저장장치 SoC 전일스케줄 제약 :
소형 발전기 출력 고정 제약 : 
수요자원 출력제약 : 
발전실적 고정 제약 : 
상기 데이터베이스부(140)는 도 5에 도시된 바와 같은 데이터를 저장 및 관리하는 역할을 수행한다. 도 5는 상기 도 1에 있어서, 데이터베이스부에서 저장 및 관리하는 데이터들을 테이블로 정리하여 보인 예시도이다.
상기 정산 및 분배부(150)는 전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행한다. 이때 기준정산금(전력시장에 참여하지 않았을 때 얻을 수 있는 수입) 이상을 보장하기 위해서 기준정산금 대비 추가 자원 수익을 가산하는 형태로 정산 및 분배를 한다.
도 6은 상기 도 1에 있어서, 정산 및 분배부에서 가상발전소 운영사업자용 운영시스템의 고객정산배분 화면을 보인 예시도이다.
상기 사업실적 분석부(160)는 사업자의 수익을 분석하기 위하여, 기간, 및 정산항목에 따라 사업실적 분석을 수행한다. 상기 사업실적 분석을 통하여 사업자의 사업성을 보장하면서 전력자원 보유자에게 적정 수익을 분배할 수 있다.
도 7은 상기 도 1에 있어서, 가상발전소 운영사업시 사업실적 분석부(160)가 고객 수익률에 따른 사업성을 분석한 결과를 예시적으로 보인 예시도로서, 185개 전력자원, 용량 100MW를 6개 가상발전소로 구성하여 운영한다고 가정하였을 때, 전력자원 보유자(또는 소유자)에게 기준정산금 대비 추가수익률 보장수준에 따른 사업자의 순수익 변화에 대한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치를 이용한 운영 방법을 보인 예시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상시적으로 전력자원 보유자(또는 소유자)는 가상발전소 운영사업자에게 자원 등록 신청을 한다. 아울러 전력시장 및 계통운영자는 가상발전소 및 중개사업자 관리를 수행한다.
그리고 전일(D-1)에 전력자원 보유자는 가상발전소 운영사업자에게 참여 의향을 전달한다. 아울러 가상발전소 운영사업자는 발전 및 수요 예측과 전력자원 보유자들의 참여의향을 조사하여 가상발전소별 발전계획을 수립하고, 가상발전소 시간대별 입찰량을 산정하며, 가상발전소 시간대별 발전계획을 수립한다. 이에 따라 상기 전력자원 보유자는 발전 준비를 수행한다. 아울러 상기 전력시장 및 계통운영자는 상기 가상발전소 운영사업자와 협조하여 배전계통 제약 검토 및 발전계획을 수립함으로써, 상기 가상발전소 운영사업자가 발전 및 수요 예측과 전력자원 보유자들의 참여의향을 조사하여 가상발전소별 발전계획을 수립하고, 가상발전소 시간대별 입찰량을 산정하며, 가상발전소 시간대별 발전계획을 수립할 수 있도록 한다.
그리고 당일(D-Day)에 가상발전소 운영사업자는 가상발전소 단기 스케줄링(예 : 당일 스케줄링)을 수행하여 전력자원 보유자에게 출력 조정을 지시하고, 이에 따라 전력자원 보유자는 출력을 조정한다.
그리고 당일 이후(D+2 ~ 30)에 상기 전력시장 및 계통운영자는 전력자원 보유자의 출력을 계량 및 정산하여 가상발전소 운영사업자별로 정산금 분배 및 운영 실적을 분석한다. 아울러 가상발전소 운영사업자는 전력자원 보유자별로 정산금을 분배하여 전달하고 전력자원 보유자별로 운영 실적을 분석하여 전달한다. 이에 따라 전력자원 보유자는 정산금 및 분석결과를 수령한다.
참고로 소규모 전력중개사업자는 전력자원을 모집하고 가상발전소를 구성하여 전력시장에 참여하여 전력량, 예측가능성, 출력안정성, 및 REC에 대한 정산금을 받으며, 각 정산금에 대한 수학식은 아래와 같다.
전력량 정산금 : 
- 
: 시간별 가상발전소가 생산한 전력에서 에너지저장장치의 충전량 등의 전력 소모량을 차감한 알짜생산량
- 
: 시간별 SMP
- 
: 정산을 받는 전체 시간
예측가능 정산금 : 
- 
: 오차율
- 
: AGC단가
출력안정 정산금 : 
- 
: 출력오차
- 
: 기준용량가격
REC정산금 : 
한편 상기 전력자원으로는 태양광발전기, 풍력발전기, 에너지저장장치, 소형발전기, 및 수요자원의 5가지 자원을 대상으로 하며, 태양광발전기와 풍력발전기는 REC 가중치 5배를 받기 위하여 에너지저장장치와 연계되어 하나의 자원으로 운전될 수 있다. 각 자원이 얻을 수 있는 수익과 제약조건에 대한 모델링은 다음과 같다.
[단독 태양광/풍력 발전기(
)]
단독 태양광/풍력 발전기가 받을 수 있는 수익 :
- 
: 단독 태양광/풍력 발전기 
의 
시간 발전량
- 
: 단독 태양광/풍력 발전기 
의 REC 수익
- 
: REC 단가
- 
: REC 가중치
[단독 에너지저장시스템(
)]
단독 에너지저장장치가 받을 수 있는 수익 :
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 
시간에 계통에서의 충전량
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 
시간에 계통으로 방전량
- 
: 단독 에너지저장장치의 수명비용
- 
: 단독 에너지저장장치의 상태변화를 나타내는 이진변수로 충/방전 상태변화 발생시 1, 변화가 없는 경우 0을 갖음
당일 스케줄링을 위한 여유분을 위한 제약조건 :
- 
: PCS의 최대 출력
- 
: 충분히 작은 수로, 에너지저장장치의 동작에 영향을 미치지 않을 정도로 작은 값
- 
: 에너지저장장치가 충전상태인 경우 0, 방전상태인 경우 1
SoC 정의 :
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 
시간에 SoC
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 PCS 변환효율
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 용량
최대, 최소 SoC 제약조건 : 
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 
시간에 SoC
- 
: 단독 에너지저장장치 
의 최소, 최대 SoC
[신재생발전기 연계 에너지저장시스템(
)]
신재생발전기 연계 에너지저장장치가 받을 수 있는 수익 :
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 
시간에 신재생발전기에서 계통으로의 발전량
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 
시간에 에너지저장장치에서 계통으로 방전량
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 
시간에 계통에서 에너지저장장치로의 충전량
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 REC 수익
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 
시간에 신재생발전기에서 에너지저장장치로의 충전량
신재생발전기의 발전량 제약 : 
- 
: 신재생발전기 연계 에너지저장시스템 
의 
시간에 신재생발전기의 발전량
당일 스케줄링을 위한 여유분을 위한 제약조건 :
신재생발전기 연계 에너지저장장치 SoC 제약 :
최대, 최소 SoC 제약조건 : 
[소형발전기(
)]
소형발전기가 얻을 수 있는 수익 :
- 
: 소형발전기 
의 
시간 발전량
- 
, 
, 
: 소형발전기의 비용함수 2차항, 1차항, 상수항계수
소형발전기의 최대, 최소 발전량 제약조건 : 
- 
: 소형발전기 
의 최대 발전량
- 
: 소형발전기 
의 최소 발전량
[수요자원(
)]
수요자원이 얻을 수 있는 수익 : 
- 
: 수요자원 
의 
시간 전력 감축량
수요자원의 최대 감축 가능량 제약조건 : 
- 
: 수요자원 
의 최대 감축 가능량
상기와 같이 본 실시예에서는 예측불확실성과 변동이 크고 자원의 수가 많아서 개별로 운영하기 어려운 신재생에너지의 단점을 극복할 수 있도록 하며, 가상발전소는 제어가 어려운 신재생발전소와 제어 가능한 자원을 가상으로 결합하여 마치 하나의 발전소처럼 관제를 하는 기술로 신재생원의 불확실성을 낮추어 계통 안정도와 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다. 또한 이러한 가상발전소의 특성은 에너지뿐만 아니라 계통유연성 공급을 가능하게 하여 전력시장에서 보다 다양한 정산금을 받을 수 있도록 하며, 가상발전소 운영 사업모델은 계통운영에 새로운 참여자를 등장시켜 신사업을 창출하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 가상발전소에 참여하는 각 전력자원 보유자 입장에서는 추가 정산을 통해 수익성을 더욱 증대시킬 수 있고, 시장운영자는 적절한 시장가격 신호를 활용하여 계통운영에 경제성을 증가 시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 계통 피드백부
120 : 입찰량 산정부
130 : 스케줄링부
140 : 데이터베이스부
150 : 정산 및 분배부
160 : 사업실적 분석부
120 : 입찰량 산정부
130 : 스케줄링부
140 : 데이터베이스부
150 : 정산 및 분배부
160 : 사업실적 분석부
Claims (1)
- 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과대로 운영시에 과전압, 과전류, 및 역조류를 포함한 배전계통 제약 발생이 예상되는 경우에 스케줄링 결과를 수정하는 계통 피드백부;
전일 전력시장에 가상발전소 운영사업자의 수익을 극대화하기 위해 각 가상발전소의 입찰량을 산정하는 입찰량 산정부;
가상발전소의 실제 운영을 위한 스케줄링을 수행하는 스케줄링부;
전력시장 데이터, 계량 및 정산 데이터, 가상발전소 데이터, 기상 데이터, 및 소규모 전력자원 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스부;
전력자원이 가상발전소로 구성되어 전력시장에 참여함에 따라 추가로 얻는 수입을 산정하고 전력자원 소유자에게 분배를 수행하는 정산 및 분배부; 및
사업자의 수익을 분석하기 위하여, 기간, 및 정산항목에 따라 사업실적 분석을 수행하는 사업실적 분석부;를 포함하되,
상기 계통 피드백부는,
배전망 또는 배전계통의 데이터를 바탕으로 배전망해석을 수행하고,
상기 배전계통 제약 또는 배전제약을 확인하기 위하여, 상기 배전망해석을 통하여, 상기 입찰량 산정부에서 수행된 스케줄링 결과에 대하여 배전계통 또는 배전망 제약 위반 여부를 체크하며,
상기 배전계통 또는 배전망 제약 위반 여부의 체크 결과에 따라, 상기 배전계통 제약 또는 배전제약을 만족하는 경우, 스케줄링 결과 값을 그대로 출력하고,
만약 특정시간, 및 특정 노드에서 배전제약 또는 배전계통 제약을 위반하는 경우, 민감도를 이용한 피드백 알고리즘을 이용하여 참여자원 또는 참여 전력자원의 동작 및 입찰량을 다시 산정하며,
이 때 각 선로별로 전송 가능한 최대 및 최소 전력을 고려하여, 스케줄링의 제약조건에 추가하여 피드백 및 재 스케줄링을 실시하고,
상기 피드백 및 재 스케줄링을 통해 지정된 단기 스케줄링을 수행하여 스케줄링 결과를 출력하되,
상기 민감도()는,
노드의 발전량 변화에 따른 각 모선의 전력흐름의 변화를 나타내는 것으로서,
노드의 전력 생산량 증가량()이 노드
, 노드
사이의 전력흐름(
)에 미치는 영향을 나타내며 다음 수학식1과 같이 나타내고,
[수학식 1]
상기 피드백을 실시할 때는 수정 범위를 고려하되,
상기 수정 범위(modification)는,
조류계산 결과가 배전제약조건에 위배될 경우 제약조건을 만족하기 위해 변해야 하는 값의 범위를 의미하는 것으로서 다음 수학식 3과 같이 설정되며,
[수학식 3]
상기 재 스케줄링은,
상기 수정 범위와 노드에서의 민감도를 전일 입찰 스케줄링 알고리즘에 제약조건으로 추가하여 재 스케줄링을 실시하되,
상기 제약조건()은,
다음 수학식 5와 같이 설정되며,
[수학식 5]
상기 스케줄링부는,
전력시장 정보, 전일시장 낙찰량, 전력자원 데이터, 및 발전/수요 단기 예측값 정보를 바탕으로 단기 스케줄링 문제를 구성하고, 상기 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가능 여부를 판정하며,
상기 판정의 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능하지 않은 경우, 제약을 완화하여 상기 단기 스케줄링 문제를 다시 구성한 후, 상기 다시 구성한 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가능 여부의 판정을 재 수행하며,
상기 재 수행한 판정의 결과에 따라, 단기 스케줄링 문제에 대한 풀이가 가능한 경우, 단기 스케줄링 문제를 풀이하여 스케줄링 결과를 출력하되,
스케줄링 시간(t)을 산출하여, 상기 스케줄링 시간(t)이 기 설정된 스케줄링종료시간보다 작으면 상기 단기 스케줄링 문제를 구성하는 과정으로 돌아가고,
상기 스케줄링 시간(t)이 기 설정된 스케줄링종료시간보다 작지 않으면 스케줄링을 그대로 종료하며, 또한
상기 스케줄링부는,
전일에 예측된 발전값과 당일 실제 발전값에 차이가 발생하고 신재생발전기의 출력에 변동이 있기 때문에 예측가능 정산금과 출력안정 정산금의 극대화를 위해서 단기 예측값에 기반한 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210171771A KR102422851B1 (ko) | 2019-10-29 | 2021-12-03 | 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190135014A KR102337089B1 (ko) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 및 방법 |
| KR1020210171771A KR102422851B1 (ko) | 2019-10-29 | 2021-12-03 | 가상발전소 운영을 위한 소규모 전력자원 통합 운영 장치 |
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