KR102591679B1 - Method and apparatus for determining generated power for economic load dispatch - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법은, 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하는 단계와, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계와, 상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하는 단계와, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 단계를 포함한다.A method of determining the amount of solar power performed by an apparatus for determining the amount of power for economic dispatch according to an embodiment includes the steps of estimating the amount of solar power generated by a solar power generator based on the amount of solar radiation predicted using meteorological data, and the estimated amount of solar power generated. A step of constructing a probability distribution model for each time reflecting the error in the actual solar power generation amount, and a predetermined number of solar power having the predicted power generation amount of the solar power generator as the average through the probability distribution model for each time. Generating power generation data, calculating an expected power generation cost for each time based on a predetermined number of net loads generated by the generated solar power generation data, and calculating an expected power generation cost for each time. It includes the step of determining the power generation amount of the non-renewable energy generator based on.

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Figure 112021129753914-pat00060

Description

경제급전을 위한 발전량 결정 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING GENERATED POWER FOR ECONOMIC LOAD DISPATCH}Apparatus and method for determining power generation for economic dispatch {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING GENERATED POWER FOR ECONOMIC LOAD DISPATCH}

본 발명은 경제급전을 위한 발전량을 결정하는 장치와 이 장치가 발전량을 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for determining the amount of power generation for economic dispatch and a method by which the device determines the amount of power generation.

재생에너지원의 꾸준한 가격 하락은 가격경쟁력을 갖춘 재생에너지원의 지속적인 연계량 증가와 단기적인 경제적 필요 그리고 중장기 지속 가능 개발목표를 함께 달성할 수 있도록 해주는 비용 효율적인 기후 탈 탄소 솔루션임을 확인할 수 있다. 또한, 전력계통 내 재생에너지원의 확대 및 도입은 화력발전 에너지 의존의 감소 및 발전비용 최소화 등의 긍정적인 효과를 보인다. 그러나 현 전력계통의 운영은 실시간으로 변화하는 전력수요의 변동성에 어떻게 전력공급량을 충족시킬 것인가에 초점이 맞춰져 있으며 비교적 비용함수 모델링이 쉬운 화력 발전소 등에만 행해지고 있다.The steady decline in the price of renewable energy sources confirms that it is a cost-effective climate decarbonization solution that allows the continued increase in the linkage of cost-competitive renewable energy sources, short-term economic needs, and mid- to long-term sustainable development goals. In addition, the expansion and introduction of renewable energy sources in the power system has positive effects such as reducing dependence on thermal power generation energy and minimizing power generation costs. However, the operation of the current power system is focused on how to meet the power supply with the volatility of power demand that changes in real time, and is only performed at thermal power plants, where cost function modeling is relatively easy.

전원의 다양성은 계통의 최적 운영 문제 해법을 위한 수식의 정식화를 복잡하게 하며 주변 환경에 의해 간헐성을 가지는 재생에너지원은 정확한 발전량의 출력 모델링에 있어 어려움이 있다. 따라서 재생에너지원을 활용한 마이크로그리드의 보급 및 확대를 만족시키기 위해서는 계통의 운영/계획 수립을 위한 기본 기술로서 재생에너지원 출력에 대한 예측 기술 및 재생에너지원의 출력 변동성을 고려한 경제급전이 필요하다.The diversity of power sources complicates the formulation of equations for solving the problem of optimal operation of the system, and renewable energy sources that have intermittency due to the surrounding environment have difficulties in accurately modeling the output of power generation. Therefore, in order to satisfy the dissemination and expansion of microgrids using renewable energy sources, forecasting technology for the output of renewable energy sources and economic dispatch considering the output volatility of renewable energy sources are needed as a basic technology for operating/planning the system. .

대한민국 공개특허공보 제10-2021-0047627호, 공개일자 2021년 04월 30일.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0047627, published on April 30, 2021.

일 실시예에 따르면, 일사량에 기초하여 태양광 발전량을 추정한 후 이를 이용해 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하고 이를 토대로 얻어진 순 부하에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 경제급전을 위한 발전량 결정 장치 및 방법을 제공한다.According to one embodiment, the amount of solar power generation is estimated based on solar radiation, then used to construct a probability distribution model for each time, and the power generation amount of the non-renewable energy generator is determined based on the net load obtained based on this for economic dispatch. Provides a device and method for determining power generation.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains from the following description.

제 1 관점에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법은, 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하는 단계와, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계와, 상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하는 단계와, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 단계를 포함한다.The method of determining the power generation amount performed by the power generation determination device for economic dispatch according to the first aspect includes the steps of estimating the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation amount predicted using meteorological data, and the estimated solar power generation amount A step of constructing a probability distribution model for each time reflecting the error in the actual solar power generation amount, and a predetermined number of solar power having the predicted power generation amount of the solar power generator as the average through the probability distribution model for each time. Generating power generation data, calculating an expected power generation cost for each time based on a predetermined number of net loads generated by the generated solar power generation data, and calculating an expected power generation cost for each time. It includes the step of determining the power generation amount of the non-renewable energy generator based on.

제 2 관점에 따른 발전량 결정 장치는, 기상 데이터를 입력 받는 입력부와, 상기 기상 데이터를 이용하여 경제급전을 위한 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 프로세서부를 포함하고, 상기 프로세서부는, 상기 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하며, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하고, 상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하며, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하고, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 상기 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정한다.The power generation determination device according to the second aspect includes an input unit that receives weather data, and a processor unit that determines the power generation amount of a non-renewable energy generator for economic dispatch using the weather data, and the processor unit receives the weather data. Estimating the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation predicted using the solar power generator, constructing a probability distribution model for each time reflecting the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount, and constructing a probability distribution model for each time Through a probability distribution model, a predetermined number of solar power generation data having the predicted power generation amount of the solar power generator as an average is generated, and each time based on a predetermined number of net loads generated by the generated solar power generation data. Calculate the expected power generation cost for each time, and determine the power generation amount of the non-renewable energy generator based on the calculated expected power generation cost for each time.

제 3 관점에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 상기 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.A computer-readable recording medium storing a computer program according to the third aspect, when the computer program is executed by a processor, causes the processor to perform a method of determining the amount of power generation performed by the device for determining the amount of power generation for economic dispatch. Includes commands for

제 4 관점에 따른 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 상기 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.The computer program stored in the computer-readable recording medium according to the fourth aspect, when the computer program is executed by a processor, causes the processor to perform the method of determining the amount of power generation performed by the device for determining the amount of power generation for economic dispatch. Includes commands for

본 발명의 일 실시예에 의하면, 일사량에 기초하여 태양광 발전량을 추정한 후 이를 이용해 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하고 이를 토대로 얻어진 순 부하에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정한다. 이러한 본 발명은 재생에너지원의 간헐성 및 불확실성을 고려하기 때문에 경제급전 시 시간에 따른 예비력과 출력제한 비용의 기댓값이 산정된다. 또한 기존의 예비력과 출력제한 비용이 포함되지 않은 경제급전에 재생에너지원의 간헐성과 불확실성을 대입함으로써 각 시나리오의 기댓값 비교가 가능하다. 이를 통해 경제급전 시 기대수익의 산정이 가능하며 효율적인 경제급전을 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the amount of solar power generation is estimated based on the amount of solar radiation, then the probability distribution model for each time is constructed using this, and the amount of power generation of the non-renewable energy generator is determined based on the net load obtained based on this. Since this invention takes into account the intermittency and uncertainty of renewable energy sources, the expected value of reserve power and output limitation costs according to time during economic dispatch is calculated. In addition, it is possible to compare expected values for each scenario by substituting the intermittency and uncertainty of renewable energy sources into economic dispatch that does not include existing reserve capacity and output limitation costs. Through this, it is possible to calculate the expected profit in case of economic emergency funds and has the effect of enabling efficient economic emergency funds.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전의 효용성을 분석하기 위해 이용한 IEEE 13 모선 계통도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일사량 예측 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 결과를 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is a configuration diagram of a device for determining power generation for economic dispatch according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart illustrating a method for determining the amount of power generation performed by the device for determining the amount of power generation for economic dispatch according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an IEEE 13 busbar diagram used to analyze the effectiveness of economic dispatch according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing solar radiation prediction results according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the results of predicting solar power generation according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear with reference to the embodiments described below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly explained, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When it is said that a part ‘includes’ a certain element throughout the specification, this does not mean excluding other elements, but may further include other elements, unless specifically stated to the contrary.

또한, 명세서에서 사용되는 ‘부’라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, ‘부’는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 ‘부’는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. ‘부’는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 ‘부’는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 ‘부’들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 ‘부’들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 ‘부’들로 더 분리될 수 있다.Additionally, the term ‘unit’ used in the specification refers to software or hardware components such as FPGA or ASIC, and the ‘unit’ performs certain roles. However, ‘wealth’ is not limited to software or hardware. The 'part' may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, 'part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within components and parts can be combined into a smaller number of components and parts or further separated into additional components and parts.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치의 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram of a device for determining power generation for economic dispatch according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치(100)는 입력부(110) 및 프로세서부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an apparatus 100 for determining power generation for economic dispatch according to an embodiment includes an input unit 110 and a processor unit 120.

입력부(110)는 기상 데이터를 입력 받고, 입력 받은 기상 데이터를 프로세서부(120)에 제공한다.The input unit 110 receives weather data and provides the received weather data to the processor unit 120.

프로세서부(120)는 기상 데이터를 이용하여 경제급전을 위한 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정한다. 이러한 프로세서부(120)는 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하며, 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하고, 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하며, 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하고, 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정한다.The processor unit 120 uses weather data to determine the power generation amount of the non-renewable energy generator for economic dispatch. This processor unit 120 estimates the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation amount predicted using weather data, and generates a probability distribution for each time reflecting the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount. Constructing a model, generating a predetermined number of solar power generation data with the predicted power generation amount of the solar power generator as the average through a probability distribution model for each time, and generating a predetermined number of orders generated by the generated solar power generation data Based on the load, the expected power generation cost for each time is calculated, and the power generation amount of the non-renewable energy generator is determined based on the calculated expected power generation cost for each time.

이러한 프로세서부(120)는 딥 러닝 기법 중 LSTM(long short term memory)을 이용하여 일사량을 예측할 수 있다.This processor unit 120 can predict solar radiation using LSTM (long short term memory), a deep learning technique.

그리고, 입력부(110)가 입력 받는 기상 데이터로는 기상관측 자료가 사용될 수 있고, 초기 독립변수는 온도, 풍향, 풍속, 강수량, 습도가 사용될 수 있다. 그리고, 이 기상 데이터는 데이터 전처리 과정을 거친 것일 수 있다. 이러한 데이터 전처리 과정에서, 결측치를 탐색하고 보상할 수 있다. 또한, 독립변수와 종속변수를 재구분하며 시간 현실 반영, 변수 간 스케일 조정을 진행할 수 있다. 이후 일사량의 추세와 계절성, 시간, 일, 주, 월, 연도 등의 데이터를 추가 독립변수로 생성한 후 다중공선성 제거를 위해 상관성이 높은 독립변수를 일부 제거할 수 있다.Additionally, weather observation data may be used as the weather data input by the input unit 110, and temperature, wind direction, wind speed, precipitation, and humidity may be used as the initial independent variables. And, this weather data may have gone through a data pre-processing process. In this data preprocessing process, missing values can be explored and compensated. In addition, independent and dependent variables can be reclassified to reflect time reality and scale between variables can be adjusted. Afterwards, data such as trends in solar radiation, seasonality, hour, day, week, month, and year can be created as additional independent variables, and then some highly correlated independent variables can be removed to remove multicollinearity.

프로세서부(120)는 확률분포 모델을 구성할 때에 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차를 통해 각 시간의 발전량에 대한 평균과 분산을 정의하고 이를 활용하여 확률분포 모델을 구성할 수 있다.When constructing a probability distribution model, the processor unit 120 defines the average and variance of the power generation amount at each time through the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount and can use this to construct a probability distribution model. there is.

그리고, 프로세서부(120)는 발전비용 기댓값을 산정할 때에, 순 부하에 출력제한 비용과 예비력 비용을 추가해 발전비용 기댓값을 산정할 수 있다.Additionally, when calculating the expected value of power generation cost, the processor unit 120 may calculate the expected value of power generation cost by adding the output limitation cost and reserve power cost to the net load.

그리고, 프로세서부(120)는 발전비용 기댓값을 산정할 때에, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 발전비용 기댓값을 산정할 수 있다.Additionally, when calculating the expected value of power generation cost, the processor unit 120 may calculate the expected value of power generation cost through Monte Carlo simulation.

그리고, 프로세서부(120)는 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정할 때에, PSO(particle swarm optimization) 알고리즘을 이용하여 발전량을 결정할 수 있다.Additionally, when determining the power generation amount of a non-renewable energy generator, the processor unit 120 may determine the power generation amount using a particle swarm optimization (PSO) algorithm.

이와 같이 구성된 발전량 결정 장치(100)는 마이크로그리드 내에서 경제급전을 위한 비재생에너지 발전기(예컨대, 디젤 발전기 등)의 발전량을 결정할 수 있다.The power generation determination device 100 configured in this way can determine the power generation amount of a non-renewable energy generator (eg, diesel generator, etc.) for economic dispatch within the microgrid.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발전량 결정 장치(100)가 마이크로그리드 내에서 경제급전을 위한 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 과정에 대해 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, we will take a closer look at the process by which the power generation determination device 100 according to an embodiment of the present invention determines the power generation amount of a non-renewable energy generator for economic dispatch within a microgrid. .

마이크로그리드란 제한된 지역 내에 재생에너지원과 부하가 통합적으로 관리되고 한 접속점에서 상용 전력망과 연결되는 소규모 전력망으로 연계 혹은 독립적으로 운전될 수 있는 전력계통을 의미한다. 마이크로그리드는 기존 중앙 집중형 제어 방식과 대규모 형태를 갖는 전력계통이 막대한 비용을 발생시키는 데 반해 계통 내 재생에너지원들의 발전량과 소비량을 예측하여 에너지를 생산하고 잉여 전력을 중앙 발전소로 역 판매가 가능해 효율적으로 에너지 소비를 증가시킬 수 있다. 이러한 마이크로그리드는 전력산업의 효율성을 높이고 에너지 사용절감 및 온실가스 배출을 효과적으로 감소시킬 수 있으며 분산형 전원의 발전량을 증가시킬 수 있다.Microgrid refers to a power system in which renewable energy sources and loads are managed integratedly within a limited area and can be operated independently or connected to a small power grid connected to the commercial power grid at one connection point. While existing centralized control methods and large-scale power systems incur enormous costs, microgrids are efficient because they produce energy by predicting the power generation and consumption of renewable energy sources within the system and sell surplus power back to the central power plant. This can increase energy consumption. These microgrids can increase the efficiency of the power industry, effectively reduce energy use and greenhouse gas emissions, and increase the amount of power generation from distributed power sources.

이러한 마이크로그리드는 재생에너지 발전기와 비재생에너지 발전기를 포함하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 재생에너지 발전기는 태양광 발전기일 수 있고, 비재생에너지 발전기는 디젤 발전기일 수 있다.These microgrids can include renewable energy generators and non-renewable energy generators. For example, a renewable energy generator may be a solar generator, and a non-renewable energy generator may be a diesel generator.

디젤 발전기는 마이크로그리드 내의 태양광 발전기의 발전량으로 충족되지 않는 부하를 공급한다. 디젤 발전기의 모델링은 수학식 1과 같은 기존 화석연료 발전비용 모델을 사용할 수 있다.Diesel generators supply loads that cannot be met by the generation of solar generators within the microgrid. For modeling of diesel generators, existing fossil fuel power generation cost models such as Equation 1 can be used.

[수학식 1][Equation 1]

여기서, 는 발전기 에 대한 비용함수이고, 는 발전기 의 출력이다. 는 발전기의 비용계수를 나타내며 발전기의 제약조건은 다음의 수학식 2 및 수학식 3과 같다.here, is a generator is the cost function for, is a generator is the output of represents the cost coefficient of the generator, and the constraints of the generator are as shown in Equation 2 and Equation 3 below.

[수학식 2][Equation 2]

[수학식 3][Equation 3]

여기서, 는 현 계통의 전체 부하이며 은 발전 시 계통에 발생하는 전체 송전손실을 의미한다. 본 논문에서는 손실이 발생하지 않는 이상적인 형태의 발전으로 가정하였으므로 주어진 시간대에서의 총 발전량은 총 부하량과 같아져 수급균형을 유지한다. 는 각각 발전기 의 최소 출력 및 최대 출력을 나타낸다.here, is the total load of the current system, refers to the total transmission loss that occurs in the system during power generation. In this paper, an ideal form of power generation that does not incur losses Since it is assumed that the total power generation in a given time period is equal to the total load, maintaining supply and demand balance. class are the respective generators Indicates the minimum and maximum output of .

태양광 발전기에 의해 생성되는 전력은 일사량에 크게 작용하며 그 외 모듈의 온도와 태양광 주변 온도 그리고 모듈 특성 등에 의해 변화한다. 해당 조건들을 고려하여 태양광 발전 모듈에 대한 출력함수를 정식화한 관계식은 수학식 4 내지 수학식 8과 같다.The power generated by a solar power generator is greatly influenced by the amount of solar radiation and also varies depending on the temperature of the module, ambient temperature of the solar light, and module characteristics. The relational expression that formalizes the output function for the solar power module considering the relevant conditions is as shown in Equation 4 to Equation 8.

[수학식 4][Equation 4]

[수학식 5][Equation 5]

[수학식 6][Equation 6]

[수학식 7][Equation 7]

[수학식 8][Equation 8]

여기서, 시간에서 셀의 온도 [°C]이며 는 주변온도 [°C] 는 각각 전압 [/°C]과 전류 [mA/°C]의 온도계수이다. 는 셀의 온도에 대한 온도 [°C]이고 는 충전율을 나타내며 는 각각 모듈의 단락전류 [A]와 개방전압 [V]을 의미한다. 는 각각 Maximum power point 전압과 전류를 나타내며 시간에서 태양광발전기의 출력과 일사량[W/]을 의미한다.here, Is Temperature of the cell at time [°C] is the ambient temperature [°C] and are the voltage [ /°C] and the temperature coefficient of current [mA/°C]. is the temperature [°C] for the temperature of the cell represents the charging rate and means the short-circuit current [A] and open-circuit voltage [V] of the module, respectively. and represents the maximum power point voltage and current, respectively. and Is Output and solar radiation of solar power generator in time [W/ ] means.

경제급전 방법은 전체 발전비용을 최소화하도록 각 발전기가 출력하는 유효전력을 결정하는 것이다. 일반적으로 재생에너지원, 디젤, 에너지저장장치(ESS, energy storage system)로 구성된 마이크로그리드의 경우 디젤 발전기가 주파수와 전압을 제어하는 역할을 하고, 에너지저장장치는 변동하는 전압 및 주파수를 보상하는 역할을 수행하는 것이 일반적이다. 이 경우, 디젤 발전기의 용량이 크고 상시 운전되어야 하기 때문에 연료소비가 많다.The economic dispatch method determines the active power output by each generator to minimize the overall power generation cost. In general, in the case of a microgrid composed of renewable energy sources, diesel, and an energy storage system (ESS), the diesel generator plays the role of controlling frequency and voltage, and the energy storage system plays the role of compensating for fluctuating voltage and frequency. It is common to perform . In this case, because the diesel generator has a large capacity and must be operated at all times, fuel consumption is high.

본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전 방법은 디젤 발전기의 연료소비를 최소화하기 위해, 태양광 발전기의 발전량 예측을 진행한 후 이를 토대로 태양광 발전기의 발전량을 상시 최대 출력으로 운전한다. 또한, 디젤 발전기의 입출력 특성을 고려하기 위해 밸브 포인트(valve point) 효과를 적용한 뒤 확률분포 모델을 통해 재생에너지원의 출력 불확실성을 고려한 경제급전을 수행한다.In order to minimize fuel consumption of the diesel generator, the economic power supply method according to an embodiment of the present invention predicts the power generation of the solar power generator and then operates the solar power generator at its maximum output at all times based on this prediction. In addition, the valve point effect is applied to consider the input and output characteristics of the diesel generator, and then economic dispatch is performed taking into account the output uncertainty of renewable energy sources through a probability distribution model.

본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치(100)는 태양광 발전량을 예측하기 위해 일사량을 예측한 후 물리적 예측 모델에 적용한다. 예를 들어, 일사량 예측은 딥 러닝 기법을 이용할 수 있다. 예컨대, 딥 러닝 기법으로는 LSTM을 사용할 수 있다.The device 100 for determining the amount of power generation for economic dispatch according to an embodiment of the present invention predicts the amount of solar radiation to predict the amount of solar power generation and then applies it to a physical prediction model. For example, solar radiation prediction can use deep learning techniques. For example, LSTM can be used as a deep learning technique.

본 발명의 일 실시예에 따라 일사량 예측을 위한 기상 데이터로는 기상청에서 제공하는 2015~2020년의 종관기상관측 자료 및 방재기상관측 자료를 사용하였다. 입력한 데이터의 초기 독립변수는 온도, 풍향, 풍속, 강수량, 습도가 사용되었다.According to an embodiment of the present invention, synoptic weather observation data and disaster prevention weather observation data from 2015 to 2020 provided by the Korea Meteorological Administration were used as weather data for predicting solar radiation. The initial independent variables of the input data were temperature, wind direction, wind speed, precipitation, and humidity.

본 발명의 일 실시예에 따른 일사량 예측 알고리즘에 따르면, 기상 데이터에 대한 데이터 전처리 과정을 통해 결측치를 탐색하고 보상한다. 또한, 독립변수와 종속변수를 재구분하며 시간 현실 반영, 변수 간 스케일 조정을 진행한다. 이후 일사량의 추세와 계절성, 시간, 일, 주, 월, 연도 등의 데이터를 추가 독립변수로 생성한 후 다중공선성 제거를 위해 상관성이 높은 독립변수를 제거한다. 이를 통해 과적합을 방지하고 최적의 입력변수가 선정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 과정을 통해 14개의 독립변수를 선정할 수 있고, 2020년 1월 1일을 기준으로 트레이닝 세트(training set)와 테스트 세트(test set)를 분리할 수 있다.According to the solar radiation prediction algorithm according to an embodiment of the present invention, missing values are searched for and compensated for through a data preprocessing process for meteorological data. In addition, independent and dependent variables are reclassified, time reality is reflected, and scales between variables are adjusted. Afterwards, data such as trend and seasonality of solar radiation, hour, day, week, month, and year are created as additional independent variables, and highly correlated independent variables are removed to remove multicollinearity. Through this, overfitting can be prevented and optimal input variables can be selected. For example, through this process, 14 independent variables can be selected and the training set and test set can be separated as of January 1, 2020.

이러한 데이터 전처리 과정을 거친 데이터가 입력부(110)를 통해 프로세서부(120)에 제공되면, 프로세서부(120)는 LSTM을 진행하여 일사량을 예측할 수 있다(S210). 일사량 예측 알고리즘에 따라 예측된 일사량의 성능 평가 방법으로 사용할 수 있는 MAE(mean absolute error)와 MSE(mean square error)의 관계식은 수학식 9와 수학식 10과 같다.When data that has undergone this data preprocessing process is provided to the processor unit 120 through the input unit 110, the processor unit 120 can predict the amount of solar radiation by performing LSTM (S210). The relational expressions for MAE (mean absolute error) and MSE (mean square error), which can be used as a performance evaluation method for solar radiation predicted according to the solar radiation prediction algorithm, are as shown in Equation 9 and Equation 10.

[수학식 9][Equation 9]

[수학식 10][Equation 10]

여기서, 는 측정값, 는 예측값이며 은 데이터의 수 이다.here, is the measured value, is the predicted value is the number of data.

다음으로, 프로세서부(120)는 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하며(S220), 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성한다(S230). 여기서, 프로세서부(120)는 확률분포 모델을 구성할 때에 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차를 통해 각 시간의 발전량에 대한 평균과 분산을 정의하고 이를 활용하여 확률분포 모델을 구성할 수 있다.Next, the processor unit 120 estimates the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation amount predicted using weather data (S220), and the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation is reflected. Construct a probability distribution model for time (S230). Here, when constructing the probability distribution model, the processor unit 120 defines the average and variance of the power generation amount at each time through the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount and uses this to construct the probability distribution model. can do.

그리고, 프로세서부(120)는 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수(예컨대, 1,000개)의 태양광 발전 데이터를 생성하며(S240), 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수(예컨대, 1,000개)의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정할 수 있다. 여기서, 프로세서부(120)는 발전비용 기댓값을 산정할 때에, 순 부하에 출력제한 비용과 예비력 비용을 추가하고 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 발전비용 기댓값을 산정할 수 있다. 순 부하란 마이크로그리드 내 태양광 발전량이 제외된 디젤 발전기의 필요 발전량을 의미한다(S250).And, the processor unit 120 generates a predetermined number (e.g., 1,000) of solar power generation data having the average predicted power generation amount of the solar power generator through a probability distribution model for each time (S240), and the generated The expected power generation cost for each hour can be calculated based on a predetermined number (eg, 1,000) of net loads generated by solar power generation data. Here, when calculating the expected value of power generation cost, the processor unit 120 can add the output limitation cost and reserve cost to the net load and calculate the expected value of power generation cost through Monte Carlo simulation. Net load refers to the required power generation from diesel generators excluding solar power generation within the microgrid (S250).

화석연료 발전비용 모델의 비용함수는 2차원 함수로 근사화하여 표현할 수 있다. 하지만, 디젤 발전기의 실제 출력 곡선은 터빈의 증기 흡입밸브가 열리기 시작할 때 발생하는 손실의 급작스러운 증가로 인해 매우 비 선형적이며 많은 지역 해를 가지며, 이를 밸브 포인트 효과라 한다. 이에, 본 발명의 일 실시예에서는 디젤 발전기의 실질적 제약인 밸브 포인트 효과를 고려하여 수학식 11과 같은 관계식을 이용한다.The cost function of the fossil fuel power generation cost model can be expressed by approximating a two-dimensional function. However, the actual output curve of a diesel generator is highly non-linear and has many local solutions due to the sudden increase in losses that occur when the turbine's steam intake valve begins to open, which is called the valve point effect. Accordingly, in one embodiment of the present invention, a relational expression such as Equation 11 is used in consideration of the valve point effect, which is a practical limitation of a diesel generator.

[수학식 11][Equation 11]

여기서, 는 발전기 특성에 따른 계수이다.here, and is a coefficient according to the generator characteristics.

다음으로, 프로세서부(120)는 단계 S250에서 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정한다. 이때, 프로세서부(120)는 PSO 알고리즘을 이용하여 발전량을 결정할 수 있다(S260).Next, the processor unit 120 determines the power generation amount of the non-renewable energy generator based on the expected power generation cost for each time calculated in step S250. At this time, the processor unit 120 may determine the amount of power generation using the PSO algorithm (S260).

지금까지 설명한 바와 같은 경제급전을 위한 발전량 결정 장치(100)가 수행하는 발전량 결정 방법에 따라 결정된 비재생에너지 발전기(예컨대, 디젤 발전기)의 발전량을 토대로 하여 마이크로그리드 내의 태양광 발전기와 디젤 발전기를 운용하면 경제급전이 이루어진다. PSO 알고리즘은 자연의 생명체들이 군집을 이루어 이동하거나 먹이를 찾을 때 보이는 특징을 관찰하여 군집 내의 객체들이 경험을 공유하며 최적 경로를 탐색하는 과정을 최적화 기법으로 모델링한 것이다. PSO 알고리즘은 다른 통계적 방법보다 안정적으로 수렴하는 특징을 지니며 경제급전을 위해 각 발전기의 비용함수를 목적함수로 사용한다. 밸브 포인트 효과와 같은 입출력 특성은 부하에 따른 비선형성과 불연속성으로 인해 경험적, 확률론적 탐색에 기반을 두고 있는 PSO 알고리즘을 활용해 경제급전을 수행한다.Operating the solar power generator and diesel generator in the microgrid based on the power generation amount of the non-renewable energy generator (e.g., diesel generator) determined according to the power generation amount determination method performed by the power generation amount determination device 100 for economic dispatch as described so far. If you do this, an economic emergency will occur. The PSO algorithm is an optimization technique that models the process of observing the characteristics of natural creatures when they move in groups or search for food, and then the objects within the group share their experiences and search for the optimal path. The PSO algorithm has the characteristic of converging more stably than other statistical methods and uses the cost function of each generator as the objective function for economic dispatch. Due to the non-linearity and discontinuity of input-output characteristics such as the valve point effect depending on the load, economic dispatch is performed using the PSO algorithm based on empirical and probabilistic search.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전의 효용성을 분석하기 위해 이용한 IEEE 13 모선 계통도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일사량 예측 결과를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is an IEEE 13 busbar diagram used to analyze the effectiveness of economic dispatch according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a graph showing the solar radiation prediction results according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a graph showing the results of solar radiation prediction according to an embodiment of the present invention. This is a graph showing the results of predicting solar power generation according to an embodiment of .

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전의 효용성 및 효과를 시뮬레이션을 통해 살펴본 결과에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the results of examining the effectiveness and effect of economic emergency payments according to an embodiment of the present invention through simulation will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 경제급전의 효용성을 분석하기 위해 두 가지의 시나리오를 수행한다. 시나리오 1은 확률론적 방법을 통해 태양광 발전의 간헐성 및 불확실성을 고려한 경제급전 방법이며 시나리오 2의 경우 태양광 발전의 간헐성 및 불확실성을 고려하지 않은 기존의 경제급전 방법이다. 시나리오 수행을 위해 도 3과 IEEE 13 모선 계통도의 632번 노드에 태양광 발전기 1400를 설치하였으며 디젤 발전기 4대의 데이터는 표 1과 같다.Two scenarios are performed to analyze the effectiveness of economic emergency funds according to an embodiment of the present invention. Scenario 1 is an economic dispatch method that considers the intermittency and uncertainty of solar power generation through a probabilistic method, and scenario 2 is an existing economic dispatch method that does not consider the intermittency and uncertainty of solar power generation. To perform the scenario, a solar generator 1400 is installed at node 632 in Figure 3 and the IEEE 13 busbar schematic diagram. was installed, and the data of the four diesel generators are shown in Table 1.

No.No. aa bb cc 561561 7.927.92 0.001560.00156 800800 17001700 310310 7.857.85 0.001940.00194 600600 13001300 7878 7.977.97 0.004820.00482 300300 700700 280280 7.787.78 0.003230.00323 400400 10001000

여기서, a, b, c는 발전기 연료비 함수의 계수이다.Here, a, b, and c are the coefficients of the generator fuel cost function.

시나리오 1은 딥 러닝 기법 중 하나인 LSTM을 활용해 일사량을 예측하였으며 그 결과는 도 4와 같다.Scenario 1 predicted solar radiation using LSTM, one of the deep learning techniques, and the results are shown in Figure 4.

도 4에 대한 MAE와 MSE는 각각 0.08과 0.02로 높은 예측성능을 가진다. 예측한 일사량을 물리적 모델에 적용하여 태양광의 발전량을 계산하였고 실측 데이터와 예측 데이터의 오차를 통해 Day-ahead 확률분포 모델을 구성하였으며 해당 결과는 도 5와 같다.The MAE and MSE for Figure 4 have high prediction performance of 0.08 and 0.02, respectively. The predicted insolation amount was applied to the physical model to calculate solar power generation, and a day-ahead probability distribution model was constructed through the error of the actual measured data and predicted data. The results are shown in Figure 5.

시간별 운영 발전비용의 기댓값을 확인하기 위해 확률분포 모델을 활용하였고 시간별 태양광 발전 데이터를 생성하였다. 생성된 데이터에 따라 순 부하가 결정되며 순 부하에 따라 디젤 발전기의 발전비용과 함께 출력제한 비용과 예비력 비용이 고려되었다. 출력제한 비용은 180 [원/kWh], 예비력 비용은 125.81 [원/kWh]로 산정되었다.To confirm the expected value of hourly operating power generation costs, a probability distribution model was used and hourly solar power generation data was generated. The net load is determined according to the generated data, and according to the net load, the power generation cost of the diesel generator, output limitation cost, and reserve power cost are considered. The output limitation cost was calculated as 180 [KRW/kWh], and the reserve power cost was calculated as 125.81 [KRW/kWh].

태양광 발전의 간헐성 및 불확실성을 고려한 발전비용 기댓값 산출을 위해 몬테카를로 시뮬레이션이 사용되었다. 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 발전비용에 출력제한 비용과 예비력 비용이 산정되었으며 결과는 다음 표 2와 같다.Monte Carlo simulation was used to calculate the expected power generation cost considering the intermittency and uncertainty of solar power generation. Through Monte Carlo simulation, the power generation cost plus the output limitation cost and reserve cost were calculated, and the results are shown in Table 2 below.

TimeTime [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] Cost [천원]Cost [1,000 won] 00 999.4999.4 749.6749.6 399.7399.7 490.2490.2 29,604.729,604.7 1One 800800 899.1899.1 349.8349.8 573.5573.5 29,490.229,490.2 22 899.7899.7 749.6 749.6 349.8349.8 598.9598.9 29,15729,157 33 899.7899.7 674.7674.7 349.8349.8 662.9662.9 29,11829,118 44 899.7899.7 824.3824.3 49.849.8 519.5519.5 29,094.129,094.1 55 999.4999.4 749.6749.6 349.8349.8 500.2500.2 29,098.729,098.7 66 899.7899.7 974.0974.0 399.7399.7 495.2495.2 31,27931,279 77 14981498 899.1899.1 300300 558.7558.7 37,78837,788 88 16971697 12731273 549.3549.3 940.4940.4 55,374.855,374.8 99 16971697 12731273 549.3549.3 954.3954.3 60,545.560,545.5 1010 15971597 12731273 599.1599.1 696.3696.3 58,635.158,635.1 1111 13981398 11981198 399.7399.7 862.8862.8 55,731.255,731.2 1212 999.4999.4 824.3824.3 349.8349.8 590.6590.6 39,536.639,536.6 1313 12981298 973.9973.9 449.5449.5 681.2681.2 47,92247,922 1414 14981498 11231123 399.7399.7 584.7584.7 51,834.251,834.2 1515 10991099 10481048 499.4499.4 690.0690.0 45,102.445,102.4 1616 12981298 899.1899.1 300300 609.7609.7 41,864.941,864.9 1717 899.7899.7 749.5749.5 399.7399.7 502.3502.3 32,465.732,465.7 1818 800800 899.1899.1 300300 504.3504.3 31,231.131,231.1 1919 800800 899.2899.2 399.7399.7 409.5409.5 28,109.428,109.4 2020 899.7899.7 600600 349.8349.8 477.7477.7 25,851.625,851.6 2121 899.7899.7 674.8674.8 300300 455.2455.2 25,877.725,877.7 2222 800800 600600 349.8349.8 577.5577.5 25,894.925,894.9 2323 899.7899.7 674.7 674.7 349.7349.7 400400 25,737.6 25,737.6

시나리오 2는 디젤 발전기의 발전비용을 최소로 하면서 수급균형을 유지한다. 예측된 순 부하에 대한 최적의 디젤 발전기의 발전량을 구하기 위해 PSO 알고리즘을 이용하였으며 결과는 표 3과 같다.Scenario 2 maintains supply and demand balance while minimizing the power generation costs of diesel generators. The PSO algorithm was used to obtain the optimal power generation of the diesel generator for the predicted net load, and the results are shown in Table 3.

TimeTime [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] [MW] Cost [천원]Cost [1,000 won] 00 899.7899.7 749.5749.5 399.7399.7 590590 29,659.529,659.5 1One 800800 973.9973.9 349.8349.8 498.7498.7 29,492.329,492.3 22 999.8999.8 824.6824.6 300300 474.9474.9 29,129.629,129.6 33 999.4999.4 674.7674.7 349.8349.8 563.2563.2 29,044.929,044.9 44 899.7899.7 749.5749.5 349.8349.8 594.3594.3 29,08029,080 55 899.7899.7 899.1899.1 300300 500.2500.2 29,113.729,113.7 66 10991099 969.5969.5 300300 400400 31,312.831,312.8 77 11981198 973.9973.9 399.7399.7 683.4683.4 37,532.337,532.3 88 16971697 12731273 599.1599.1 890.3890.3 54,60854,608 99 16971697 12731273 549.3 549.3 950.1950.1 54,698.954,698.9 1010 1498.1498. 12731273 549.3549.3 838.1838.1 50,143.850,143.8 1111 14981498 11981198 449.5449.5 709.6709.6 45,80345,803 1212 11981198 749.5749.5 300300 504.6504.6 31,099.331,099.3 1313 13981398 973.9973.9 399.7399.7 627.9627.9 39,565.639,565.6 1414 13981398 11231123 349.8349.8 731.9731.9 42,349.742,349.7 1515 13981398 10481048 399.7399.7 488.4488.4 38,669.538,669.5 1616 11981198 824.3824.3 449.5449.5 629.7629.7 35,658.135,658.1 1717 899.7899.7 899.1899.1 300300 448.3448.3 28,561.128,561.1 1818 999.4999.4 749.5749.5 349.8349.8 402.2402.2 27,893.727,893.7 1919 800800 824.3824.3 399.7399.7 484.3484.3 28,059.128,059.1 2020 800.0800.0 674.7674.7 349.8349.8 502.6502.6 25,825.625,825.6 2121 800800 600600 349.8349.8 579.8579.8 25,916.925,916.9 2222 800800 600600 349.8349.8 577.4577.4 25,894.825,894.8 2323 800800 674.7674.7 300300 549.4549.4 25,857.5 25,857.5

시나리오 1의 효용성을 검증하기 위해 시나리오 2에서 결정된 각 발전기의 발전량을 몬테카를로 시뮬레이션에 대입한다. 이를 통해 기존 경제급전 결과에 대한 확률론적 기댓값을 얻을 수 있다. 시나리오 1의 기댓값과의 비교를 통해 그 효용성을 검증할 수 있다. 시나리오 1과 2의 기댓값의 결과는 표 4와 같으며 태양광 발전기가 동작하는 9시에서 19시 사이의 기대수익을 산정하였다. To verify the effectiveness of Scenario 1, the power generation amount of each generator determined in Scenario 2 is substituted into Monte Carlo simulation. Through this, it is possible to obtain probabilistic expected values for the results of existing economic dispatches. Its effectiveness can be verified through comparison with the expected value of Scenario 1. The results of the expected values for scenarios 1 and 2 are shown in Table 4, and the expected profits were calculated between 9:00 and 19:00 when the solar power generator is in operation.

TimeTime Scenario 1 CostScenario 1 Cost
[천원][One thousand won]
Scenario 2 CostScenario 2 Cost
[천원][One thousand won]
기대수익 비교Comparison of expected profits
[천원][One thousand won]
99 60,545.560,545.5 60,589.660,589.6 44.144.1 1010 58,635.158,635.1 58,687.558,687.5 52.452.4 1111 55,731.155,731.1 55,768.855,768.8 37.737.7 1212 39,536.639,536.6 39,769.839,769.8 233.2233.2 1313 47,921.947,921.9 48,052.148,052.1 130.2130.2 1414 51,834.251,834.2 51,927.251,927.2 9393 1515 45,102.445,102.4 45,081.845,081.8 -20.6-20.6 1616 41,864.941,864.9 41,952.641,952.6 87.787.7 1717 32,465.732,465.7 32,564.232,564.2 98.598.5 1818 31,231.131,231.1 31,186.831,186.8 -44.3-44.3 1919 28,109.328,109.3 28,059.128,059.1 -50.2-50.2

표 4의 결과를 통해 제안하는 경제급전 알고리즘을 사용할 경우 기존의 경제급전 방법보다 약 661.7 [천원/일]의 경제적 이익을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 서술한 시뮬레이션의 반복을 통해 1년 동안 얻을 수 있는 경제적 기대수익은 약 2억 3천만 원으로 산정되었다. 해당 결과는 선로 혹은 계통의 추가적인 설비의 설치·보강 없이 계통 운영 알고리즘을 통한 운영 효율성 증대로 인한 결과이기에 그 효용성이 크다고 할 수 있다.Through the results in Table 4, it can be seen that when using the proposed economic dispatch algorithm, an economic benefit of approximately 661.7 [thousand won/day] can be obtained compared to the existing economic dispatch method. The expected economic profit that can be obtained in one year through repetition of the above-described simulation was calculated to be approximately 230 million won. This result can be said to be highly effective because it is the result of increased operational efficiency through the system operation algorithm without installing or reinforcing additional facilities in the line or system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 발전 출력에 대한 예측 정확도를 높이기 위해 딥 러닝 기법 중 하나인 LSTM을 활용하였다. 경제급전 시 태양광 발전의 간헐성 및 불확실성을 고려하기 위해 확률론적 방법 중 하나인 몬테카를로 시뮬레이션과 확률분포 모델을 적용하였으며 제안하는 경제급전을 수행할 경우, 기존 경제급전 방법과 비교하여 일일 약 66만 원의 운영비용 차이가 발생하였다. 최종적으로 PSO 알고리즘을 통해 최적 발전량을 결정함으로써 기댓값에 따른 경제적 운영 이익을 실현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, LSTM, one of the deep learning techniques, was used to increase prediction accuracy for solar power output. In order to consider the intermittency and uncertainty of solar power generation during economic dispatch, Monte Carlo simulation and probability distribution model, which are one of the probabilistic methods, were applied. When the proposed economic dispatch is performed, approximately 660,000 won per day is generated compared to the existing economic dispatch method. There was a difference in operating costs. Finally, by determining the optimal power generation amount through the PSO algorithm, economic operating benefits according to the expected value can be realized.

한편, 전술한 일 실시예에 따른 경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에서 구현될 수 있다.Meanwhile, each step included in the method for determining the amount of power performed by the device for determining the amount of power for economic dispatch according to the above-described embodiment is a computer-readable record that records a computer program including instructions for performing these steps. It can be implemented in any medium.

본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Combinations of each step in each flowchart attached to the present invention may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions can be mounted on the processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing equipment, the instructions performed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment perform the functions described in each step of the flowchart. It creates the means to carry out these tasks. These computer program instructions may also be stored on a computer-usable or computer-readable recording medium that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular way, so that the computer program instructions are computer-usable or computer-readable. The instructions stored in the recording medium can also produce manufactured items containing instruction means that perform the functions described in each step of the flowchart. Computer program instructions can also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a process that is executed by the computer, thereby generating a process that is executed by the computer or other programmable data processing equipment. Instructions that perform processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each step of the flowchart.

또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Additionally, each step may represent a module, segment, or portion of code containing one or more executable instructions for executing specified logical function(s). Additionally, it should be noted that in some alternative embodiments it is possible for the functions mentioned in the steps to occur out of order. For example, two steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously, or the steps may sometimes be performed in reverse order depending on the corresponding function.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential quality of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention shall be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto shall be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

100: 발전량 결정 장치
110: 입력부
120: 프로세서부
100: Power generation determination device
110: input unit
120: Processor unit

Claims (16)

경제급전을 위한 발전량 결정 장치가 수행하는 발전량 결정 방법으로서,
기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하는 단계와,
상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계와,
상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하는 단계와,
상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하는 단계와,
상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 단계를 포함하는
발전량 결정 방법.
As a method of determining the amount of power generation performed by a device for determining the amount of power generation for economic dispatch,
A step of estimating the solar power generation amount of the solar power generator based on the amount of solar radiation predicted using meteorological data;
Constructing a probability distribution model for each time reflecting the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount;
Generating a predetermined number of solar power generation data having the predicted power generation amount of the solar power generator as an average through the probability distribution model for each time;
calculating an expected power generation cost for each hour based on a predetermined number of net loads generated by the generated solar power generation data;
Including the step of determining the power generation amount of the non-renewable energy generator based on the expected power generation cost for each time calculated above.
How to determine power generation.
제 1 항에 있어서,
상기 태양광 발전량을 추정하는 단계에서, 딥 러닝 기법 중 LSTM(long short term memory)을 이용하여 상기 일사량을 예측하는
발전량 결정 방법.
According to claim 1,
In the step of estimating the amount of solar power generation, the amount of solar radiation is predicted using LSTM (long short term memory) among deep learning techniques.
How to determine power generation.
제 2 항에 있어서,
상기 태양광 발전량을 추정하는 단계에서 이용하는 상기 기상 데이터는 데이터 전처리 과정을 거친 것이고,
상기 데이터 전처리 과정에서, 초기 독립변수에 더하여 일사량의 추세와 계절성, 시간, 일, 주, 월, 연도 중 적어도 하나가 추가 독립변수로 생성되고, 상기 초기 독립변수와 상기 추가 독립변수 중 상관성에 따라 일부 독립변수가 제거된
발전량 결정 방법.
According to claim 2,
The weather data used in the step of estimating the amount of solar power generation has gone through a data preprocessing process,
In the data preprocessing process, in addition to the initial independent variable, at least one of the trend and seasonality of solar radiation, hour, day, week, month, and year is created as an additional independent variable, and according to the correlation between the initial independent variable and the additional independent variable, Some independent variables have been removed
How to determine power generation.
제 1 항에 있어서,
상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계는, 상기 오차를 통해 각 시간의 발전량에 대한 평균과 분산을 정의하고 이를 활용하여 상기 확률분포 모델을 구성하는
발전량 결정 방법.
According to claim 1,
The step of configuring the probability distribution model for each time is to define the average and variance of the power generation amount for each time through the error and use this to construct the probability distribution model.
How to determine power generation.
제 1 항에 있어서,
상기 발전비용 기댓값을 산정하는 단계는, 상기 순 부하에 출력제한 비용과 예비력 비용을 추가해 상기 발전비용 기댓값을 산정하는
발전량 결정 방법.
According to claim 1,
The step of calculating the expected value of power generation cost is to calculate the expected value of power generation cost by adding the output limitation cost and reserve cost to the net load.
How to determine power generation.
제 1 항에 있어서,
상기 발전비용 기댓값을 산정하는 단계는, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 상기 발전비용 기댓값을 산정하는
발전량 결정 방법.
According to claim 1,
The step of calculating the expected value of power generation cost is calculating the expected value of power generation cost through Monte Carlo simulation.
How to determine power generation.
제 1 항에 있어서,
상기 발전량을 결정하는 단계는, PSO(particle swarm optimization) 알고리즘을 이용하여 상기 발전량을 결정하는
발전량 결정 방법.
According to claim 1,
The step of determining the power generation amount involves determining the power generation amount using a PSO (particle swarm optimization) algorithm.
How to determine power generation.
기상 데이터를 입력 받는 입력부와,
상기 기상 데이터를 이용하여 경제급전을 위한 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 프로세서부를 포함하고,
상기 프로세서부는,
상기 기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하며, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하고, 상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하며, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하고, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 상기 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는
발전량 결정 장치.
An input unit that receives weather data,
A processor unit that determines the amount of power generated by a non-renewable energy generator for economic dispatch using the weather data,
The processor unit,
Estimating the solar power generation of the solar power generator based on the solar radiation predicted using the weather data, constructing a probability distribution model for each time reflecting the error between the estimated solar power generation and the actually measured solar power generation, Through the probability distribution model for each time, a predetermined number of solar power generation data having the average predicted power generation amount of the solar power generator is generated, and a predetermined number of net loads generated by the generated solar power generation data are generated. Based on this, the expected power generation cost for each time is calculated, and the power generation amount of the non-renewable energy generator is determined based on the calculated expected power generation cost for each time.
Power generation determination device.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서부는, 딥 러닝 기법 중 LSTM을 이용하여 상기 일사량을 예측하는
발전량 결정 장치.
According to claim 8,
The processor unit predicts the amount of solar radiation using LSTM, a deep learning technique.
Power generation determination device.
제 9 항에 있어서,
상기 입력 받는 기상 데이터는 데이터 전처리 과정을 거친 것이고,
상기 데이터 전처리 과정에서, 초기 독립변수에 더하여 일사량의 추세와 계절성, 시간, 일, 주, 월, 연도 중 적어도 하나가 추가 독립변수로 생성되고, 상기 초기 독립변수와 상기 추가 독립변수 중 상관성에 따라 일부 독립변수가 제거된
발전량 결정 장치.
According to clause 9,
The input weather data has gone through a data preprocessing process,
In the data preprocessing process, in addition to the initial independent variable, at least one of the trend and seasonality of solar radiation, hour, day, week, month, and year is created as an additional independent variable, and according to the correlation between the initial independent variable and the additional independent variable, Some independent variables have been removed
Power generation determination device.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서부는, 상기 오차를 통해 각 시간의 발전량에 대한 평균과 분산을 정의하고 이를 활용하여 상기 확률분포 모델을 구성하는
발전량 결정 장치.
According to claim 8,
The processor unit defines the average and variance of the power generation amount at each time through the error and uses this to construct the probability distribution model.
Power generation determination device.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서부는, 상기 순 부하에 출력제한 비용과 예비력 비용을 추가해 상기 발전비용 기댓값을 산정하는
발전량 결정 장치.
According to claim 8,
The processor unit calculates the expected power generation cost by adding an output limitation cost and a reserve cost to the net load.
Power generation determination device.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서부는, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 상기 발전비용 기댓값을 산정하는
발전량 결정 장치.
According to claim 8,
The processor unit calculates the expected power generation cost through Monte Carlo simulation.
Power generation determination device.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서부는, PSO(particle swarm optimization) 알고리즘을 이용하여 상기 발전량을 결정하는
발전량 결정 장치.
According to claim 8,
The processor unit determines the power generation amount using a particle swarm optimization (PSO) algorithm.
Power generation determination device.
컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하는 단계와, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계와, 상기 각 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하는 단계와, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium storing a computer program,
When the computer program is executed by a processor,
A step of estimating the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation amount predicted using meteorological data, and constructing a probability distribution model for each time reflecting the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount. A step of generating a predetermined number of solar power generation data having the average predicted power generation amount of the solar power generator through the probability distribution model for each time, and a predetermined number of solar power generation data generated by the generated solar power generation data. The processor comprising the steps of calculating an expected generation cost for each hour based on the number of net loads, and determining the generation amount of the non-renewable energy generator based on the calculated expected generation cost for each hour. A computer-readable recording medium containing instructions for executing a computer-readable recording medium.
컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
기상 데이터를 이용하여 예측한 일사량에 기초하여 태양광 발전기의 태양광 발전량을 추정하는 단계와, 상기 추정된 태양광 발전량과 실측된 태양광 발전량의 오차가 반영된 각 시간에 대한 확률분포 모델을 구성하는 단계와, 상기 시간에 대한 확률분포 모델을 통해, 상기 태양광 발전기의 예측 발전량을 평균으로 가지는 소정 개수의 태양광 발전 데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 태양광 발전 데이터에 의해 생성된 소정 개수의 순 부하에 기초하여 각 시간에 대한 발전비용 기댓값을 산정하는 단계와, 상기 산정된 각 시간에 대한 발전비용 기댓값에 기초하여 비재생에너지 발전기의 발전량을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored on a computer-readable recording medium,
When the computer program is executed by a processor,
A step of estimating the solar power generation amount of the solar power generator based on the solar radiation amount predicted using meteorological data, and constructing a probability distribution model for each time reflecting the error between the estimated solar power generation amount and the actually measured solar power generation amount. A step of generating a predetermined number of solar power generation data having the predicted power generation amount of the solar power generator as an average through the probability distribution model for the time, and a predetermined number generated by the generated solar power generation data. The processor performs a method comprising calculating an expected power generation cost for each hour based on the net load, and determining the power generation amount of the non-renewable energy generator based on the calculated expected generation cost for each hour. A computer program that contains instructions to execute.
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