KR20130066412A - Capacity estimation method of plural energy storage devices for grid connection of intermittent generation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for calculating the capacity of multiple energy storage devices is provided to calculate an optimal, stable, and economical energy capacity when connecting an intermittent power generation system to a power system. CONSTITUTION: An objective function for calculating the optimal capacity of multiple energy storage devices is defined(S21). The optimal capacity is calculated(S23) in order to satisfy the constraints on the sums of the output power and output energy(S22) by considering the limiting conditions of a ramp rate required in the power system connection. [Reference numerals] (S21) Define objective function for calculating the optimal capacity of multiple energy storage devices; (S22) Regulate limiting conditions; (S23) Calculate optimum capacity

Description

단속적 발전원의 계통 접속을 위한 복수의 에너지 저장 장치의 용량 산정 방법{Capacity Estimation Method of Plural Energy Storage Devices for Grid Connection of Intermittent Generation}Capacity Estimation Method of Plural Energy Storage Devices for Grid Connection of Intermittent Generation

본 발명은 BESS 및 ELDC를 포함하는 복수의 에너지 저장 장치와 결합된 단속적 발전원을 계통에 접속하는 경우, 가장 경제적이고 안정적으로 계통으로의 출력을 제어하기 위해서 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적의 용량을 산정하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides an optimal capacity of the plurality of energy storage devices in order to control the output to the system most economically and reliably when connecting an intermittent generation source combined with a plurality of energy storage devices including BESS and ELDC to the grid. It is about how to calculate.

화석 연료의 비용이 증가하고 화석 연료의 전세계적인 공급량이 감소함에 따라, 대체 에너지원의 중요성이 점점 더 중요해지고 있다. 대부분의 재생 가능 자원들에 의해 제공되는 형태의 비연료 기반의 신재생 에너지는 효율적이며, 쉽게 이용 가능하고, 환경 친화적이다. As the cost of fossil fuels increases and the global supply of fossil fuels decreases, the importance of alternative energy sources becomes increasingly important. Non-fuel based renewable energy in the form provided by most renewable resources is efficient, readily available and environmentally friendly.

또한, 최근에 하이브리드 동력 전달 계통의 에너지 저장 장치가 외부에서 공급된 전기 그리고 엔진이나 회생 제동(regenerative breaking)으로부터 에너지가 충전될 수 있는 자동차 등이 계통(스마트 그리드)에 연결되는 V2G(Vehicle to Grid)의 개념이 소개되었다. 위와 같은 V2G는 예를 들어, 전기 수요가 적은 밤 시간대에는 전기를 자동차에 충전하고 전기 수요가 많아지는 낮 시간대에는 전기를 되팔도록 하여, 소비자들이 저렴한 시간대에 전기를 공급받아 전기 자동차를 충전하고, 남는 여유 전력을 비싼 시간대에 되팔아서 수익을 창출할 수 있도록 하기 위한 모델로 볼 수 있다. In addition, recently, the energy storage device of the hybrid power transmission system has a vehicle to grid connected to the grid (smart grid) such as an externally supplied electricity and a vehicle that can be charged with energy from an engine or regenerative breaking. ) Was introduced. V2G, for example, to charge the car during the night time when the demand for electricity is low, and to sell the electricity back during the daytime when the demand for electricity is high, so that consumers are supplied with electricity at a low time, to charge the electric car, It can be seen as a model to make a profit by reselling the surplus power in an expensive time.

그러나, 풍력 발전, 태양열 발전과 같은 대부분의 비연료 기반의 신재생 에너지 자원들이나 V2G 자원은 단속적(intermittent) 발전원이기 때문에, 이들에 의해서는 항상 원하는 양만큼의 전력을 계통에 제공할 수는 없다. 즉, 더 많은 전력/에너지를 원하는 경우라 하더라도, 사용자들은 이를 위해 전력/에너지를 생성시키는 햇빛의 세기나 바람의 속도 등을 증가시킬 수 없다. 따라서, 상기한 바와 같은 단속적 발전원에서 생성되는 것 보다 더 작은 전력/에너지를 사용자가 사용하고 있는 경우 등에는 여분의 전력을 추후의 사용을 위해 저장해두는 것이 바람직하다. However, because most non-fuel-based renewable energy sources, such as wind and solar power, or V2G resources are intermittent sources, they cannot always provide the grid with the amount of power they want. . In other words, even if more power / energy is desired, users cannot increase the intensity of sunlight or wind speed to generate power / energy. Therefore, when the user is using less power / energy than generated by the intermittent power generation as described above, it is desirable to store the extra power for later use.

상술한 바와 같은 단속적 발전원의 경우 여분의 전력을 저장하기 위한 종래의 전력 저장 장치로는 일반적으로 리튬 이온 배터리와 같은 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System)(이하 “BESS”라 함)이 사용된다. 그러나 BESS는 대용량 에너지를 짧은 시간에 충전할 수 없으며 충전 알고리즘에 의하여 전류원 충전에서 전압원 충전으로 제어를 해주어야 한다. 또한 에너지 방전에서도 약 20%의 앝은 방전을 해야 수명이 오래가고 약 80%의 깊은 방전은 그 수명을 짧게 만든다. 즉 BESS와 같은 에너지 저장 장치는 그 수명 사이클이 짧고 장시간 사용을 위해 항상 관리해야 하며, 충전된 100%를 쓸 수 없다는 에너지 사용 효율상의 단점과 공해물질 배출의 문제점을 가지고 있다. In the case of the intermittent power generation as described above, a conventional energy storage device for storing excess power is generally used by a battery energy storage system (hereinafter referred to as “BESS”) such as a lithium ion battery. do. However, the BESS cannot charge large amounts of energy in a short time and must control from current source charging to voltage source charging by a charging algorithm. In addition, even in energy discharge, about 20% of short discharge lasts long life, and about 80% of deep discharge shortens its life. That is, energy storage devices such as BESS have a short life cycle and must be managed for a long time at all times, and have disadvantages in energy use efficiency and pollutant emission, in which 100% of the charge cannot be used.

따라서 최근에는 상술한 BESS와 같은 에너지 저장 장치에 대한 대체 또는 병용품으로서 슈퍼 캐패시터(Super Capacity)가 널리 사용되고 있다. 상기 슈퍼 캐패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와는 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전 현상을 이용한다. 이에 따라 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리나 배터리 대체용으로 각광받고 있다. 1980년대에 활성탄소재료의 고비표면적을 이용하는 소형 전기 이중층 커패시터(Electrical Double Layer Capacitor)(이하 “EDLC”라고 함)가 각종 전자기기의 메모리 백업용으로 상용화된 이후, 중ㆍ대형 제품에서는 하이브리드 전원시스템, 자동차의 스타터용 전원, 배기가스 촉매 가열의 보조전원이나 HEV의 회생 전원, 완구용 모터구동전지 대체용 전원 등 용도가 다양하게 발전하였다. 다만 EDLC와 같은 슈퍼 커패시터의 효과적인 제어를 위해서 각각의 충방전 제어기를 구비해야 하며 에너지의 효율적인 사용을 위한 에너지 설계 방법 회로를 가져야 하며 최적 운영을 제어하기 위하여 몇몇 보상 기술들을 사용하여야 하는 번거로움이 있다. Therefore, in recent years, Super Capacitor (Super Capacity) has been widely used as an alternative or bottled product for energy storage devices such as the above-described BESS. Unlike a battery using a chemical reaction, the supercapacitor uses a simple phenomenon of ions moving to an electrode and an electrolyte interface or a charging phenomenon by a surface chemical reaction. Accordingly, rapid charging and discharging, high charge and discharge efficiency and semi-permanent cycle life characteristics are attracting attention as a replacement battery or a battery replacement. In the 1980s, small electric double layer capacitors (hereinafter referred to as "EDLC") using high specific surface area of activated carbon materials were commercialized for memory backup of various electronic devices. Various applications include the starter power supply for automobiles, the auxiliary power source for exhaust gas catalytic heating, the regenerative power source for HEV, and the power source for replacing the motor driving battery for toys. However, for effective control of supercapacitors such as EDLC, each charge / discharge controller must be provided, and an energy design method circuit must be provided for efficient use of energy, and some compensation techniques must be used to control optimal operation. .

이와 같이, 에너지 저장 장치로서 BESS 및 EDLC 중 어느 하나만을 사용하는 경우에 각각의 에너지 저장 장치가 나름대로의 문제점들을 가지고 있기 때문에, 최근에는 에너지 저장 장치로서 BESS 및 EDLC를 모두 포함하는 발전원 시스템이 연구되고 있는데, 이러한 발전원 시스템, 특히 단속적 발전원 시스템이 계통에 접속하는 경우, 가장 경제적이고 안정적으로 BESS 및 ELDC의 최적의 용량을 산정하고 이들의 유효 전력을 효율적으로 제어할 수 있는 방법이 필요하다. As such, since each energy storage device has its own problems when only one of the BESS and EDLC is used as the energy storage device, a power generation system including both the BESS and EDLC has recently been studied. When such power generation systems, especially intermittent power generation systems, are connected to the grid, there is a need for a method that can most efficiently and reliably calculate the optimal capacity of BESS and ELDC and efficiently control their active power. .

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 BESS 및 EDLC를 포함하는 복수의 에너지 저장 장치를 포함하는 단속적 발전원 시스템을 계통에 접속시키는 경우 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적의 용량을 산정하기 위한 방법에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optimal power supply system for an intermittent power generation system including a plurality of energy storage devices including a BESS and an EDLC. It relates to a method for estimating the dose.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예는, 단속적 발전원의 계통 접속을 위하여 상기 단속적 발전원과 결합된 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법에 있어서, 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정을 위한 목적 함수를 정의하는 단계; 및According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, in the method of calculating the optimal capacity of a plurality of energy storage devices coupled with the intermittent power generation source for grid connection of the intermittent power generation source, Defining an objective function for optimal dose estimation; And

상기 계통 접속 시 요구하는 증감발율 제한 조건을 고려하여 상기 복수의 에너지 저장 장치의출력 전력 및 출력 에너지의 합계에 대한 제약 조건을 만족하도록 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Calculating an optimum capacity of the plurality of energy storage devices to satisfy the constraints on the sum of the output power and the output energy of the plurality of energy storage devices in consideration of the increase and decrease rate limit condition required for the grid connection; It is characterized by.

여기서, 상기 복수의 에너지 저장 장치는 BESS(Battery Energy Storage System) 및 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 포함하여 이루어질 수 있다.Here, the plurality of energy storage devices may include a battery energy storage system (BESS) and an electric double layer capacitor (EDLC).

또한, 상기 목적 함수를 정의하는 단계는, 상기 BESS 및 상기 EDLC의 에너지 비용의 합계를 최소화하는 것일 수 있다.In addition, the defining of the objective function may be to minimize the sum of energy costs of the BESS and the EDLC.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, BESS 및 EDLC를 포함하는 복수의 에너지 저장 장치를 포함하는 단속적 발전원 시스템을 계통에 접속시키는 경우 가장 안정적이고 경제적으로 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적의 에너지 용량을 산정할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, when connecting the intermittent power generation system including a plurality of energy storage devices including BESS and EDLC to the grid, the optimal energy capacity of the plurality of energy storage devices is most stably and economically achieved. There is an effect that can be estimated.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 BESS 및 ELDC를 포함하는 복수의 에너지 저장 장치와 결합되어 계통에 접속되는 단속적 발전원 시스템(10)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단속적 발전원 시스템을 계통에 접속하는 경우 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법을 상세히 설명하기 위한 도면이다
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증감발율을 고려한 제한 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram schematically illustrating an intermittent power generation system 10 coupled to a grid in combination with a plurality of energy storage devices including a BESS and an ELDC according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining in detail the method of calculating the optimal capacity of a plurality of energy storage devices when connecting the intermittent power generation system shown in FIG.
3 is a view for explaining an example of the constraint condition in consideration of the increase and decrease rate according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라, 예를 들어 BESS 및 ELDC를 포함하는 복수의 에너지 저장 장치와 결합되어 계통에 접속되는 단속적 발전원 시스템(10)을 개략적으로 도시한 블록도이다. 1 is a schematic block diagram of an intermittent power generation system 10 coupled to a grid in conjunction with a plurality of energy storage devices, including, for example, BESS and ELDC, according to one embodiment of the invention.

본 발명에 따른 단속적 발전원 시스템(10)은 단속적 발전원(11), 제 1 에너지 저장장치로서의 BESS(12) 및 제 2 에너지 저장장치로서의 EDLC(13)을 포함하여 이루어지고, 고립 계통에 설치되는 경우는 수용가 부하(미도시)에 단독으로 연결되며, 전력 계통에 연계되어 설치되는 경우는 연계 변압기(14)를 통해서 전력 계통(15)에 연결된다The intermittent generation source system 10 according to the present invention comprises an intermittent generation source 11, a BESS 12 as a first energy storage device and an EDLC 13 as a second energy storage device, and is installed in an isolated system. If connected to the customer load (not shown) alone, if connected to the power system is connected to the power system 15 through the associated transformer 14

상기 단속적 발전원(11)은, 풍력 발전, 태양열 발전 등과 같은 비연료 기반의 신재생 에너지 자원들이나 전기 자동차를 이용하는 V2G 자원을 포함한다. 이러한 자원들에 의해서는 항상 원하는 양만큼의 전력을 계통에 제공할 수 없으므로, 에너지 저장장치로서 BESS(12) 및 EDLC(13)에 여분의 전력을 저장하고 단속적 발전원(11)과 함께 전력 계통(15)에 전력을 출력한다.
The intermittent generation source 11 includes non-fuel-based renewable energy resources such as wind power generation and solar power generation, or V2G resources using electric vehicles. These resources do not always provide the system with the desired amount of power, so the redundant power is stored in the BESS 12 and EDLC 13 as an energy storage device, and with the intermittent generation source 11. Output power to (15).

도 2는 도 1에 도시된 단속적 발전원 시스템을 계통에 접속하는 경우 복수의 에너지 저장 장치 각각에 대한 최적 용량 산정 방법을 상세히 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 복수의 에너지 저장 장치로서 BESS 및 EDLC를 포함하는 경우를 예를 들어 설명하나, 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 복수의 저장장치로서 임의의 에너지 저장 장치를 포함하는 경우도 적용될 수 있음이 이해될 것이다. FIG. 2 is a view for explaining in detail the method of calculating an optimum capacity for each of a plurality of energy storage devices when the intermittent power generation system shown in FIG. 1 is connected to a grid. Hereinafter, a case in which BESS and EDLC are included as a plurality of energy storage devices will be described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a case in which any energy storage device is included as a plurality of energy storage devices is provided. It will be appreciated that it may also apply.

도 2를 참조하면, 먼저 제 1 및 제 2 에너지 저장 장치로서의 BESS 및 EDLC를 포함하는 경우 BESS 및 EDLC 각각의 최적 용량 산정을 위한 목적함수를 정의한다(단계 S21). 에너지 저장장치로서 사용되는 BESS와 EDLC는 수명이나 kg당 에너지 등이 서로 다르기 때문에, 이들을 포함하는 단속적 발전원 시스템이 계통에 접속되는 경우에는 가장 비용 효율적으로 계통에 출력될 수 있는 각각의 용량을 산정하여야 할 것이다. 따라서 상기 단계 S21에서의 목적함수는 다음 수학식 1과 같이 BESS 및 EDLC의 에너지 용량에 대한 일차함수, 즉 에너지 비용의 합계의 최소값으로 정의할 수 있다. Referring to FIG. 2, first, when the BESS and EDLC as the first and second energy storage devices are included, an objective function for calculating an optimum capacity of each of the BESS and EDLC is defined (step S21). Since the BESS and EDLC used as energy storage devices have different lifetimes and energy per kg, the capacity of each intermittent power generation system including these can be most cost-effectively calculated when connected to the grid. Should. Accordingly, the objective function in step S21 may be defined as a first function of energy capacities of BESS and EDLC, that is, a minimum value of the sum of energy costs, as shown in Equation 1 below.

[수학식 1]

Figure pat00001
[Equation 1]
Figure pat00001

여기서, wES 및 wSC는 각각 BESS 및 EDLC의 단위 에너지당 비용이고, EES는 및 ESC는 각각 BESS 및 EDLC의 에너지 용량을 가리킨다. Where w ES and w SC are the cost per unit energy of BESS and EDLC, respectively, and E ES and E SC indicate the energy capacities of BESS and EDLC, respectively.

예를 들어 BESS(12)로서 사용될 수 있는 리튬 이온 배터리의 경우 일반적으로 수명은 5000회 정도의 충전이나, kg당 에너지는 200Wh/kg, kg당 출력은 3kW/kg, 단위에너지당 비용은 2$/Wh이고, 따라서 단위 출력당 비용은 약 0.13$/W가 될 것이다. 또한, EDCL(13)로 대표되는 슈퍼 커패시터의 경우에는 일반적으로 수명이 백만번의 충전이라고 알려져 있으나(다만 슈퍼 커패시터의 수명은 충방전 사이클 보다는 시간에 더 영향을 받는다), kg당 에너지는 5Wh/kg, kg당 출력은 10kW/kg, 단위에너지당 비용은 20$/Wh이고, 따라서 단위 출력당 비용은 0.01$/W가 될 것이다.
For example, a lithium ion battery that can be used as a BESS (12) typically has a lifespan of about 5000 charges, but 200 Wh / kg of energy per kg, 3 kW / kg of output per kg and $ 2 per unit energy. / Wh, so the cost per unit output would be about 0.13 $ / W. In addition, the supercapacitor represented by EDCL 13 is generally known to have a million life cycles of charging (although the supercapacitor's life is more affected by time than a charge / discharge cycle), but the energy per kg is 5 Wh / kg. For example, the output per kg would be 10kW / kg and the cost per unit energy would be $ 20 / Wh, so the cost per unit power would be $ 0.01 / W.

상기 단계 S21에서 복수의 에너지 저장 장치 각각의 최적 용량 산정을 위한 목적함수가 정의된 후에는, 상기 목적함수에 대한 해를 구하기 위해 여러 가지 제약 조건을 규정하여야 한다(단계 S22). After the objective function for calculating the optimum capacity of each of the plurality of energy storage devices is defined in step S21, various constraints must be defined in order to solve the objective function (step S22).

먼저, 도 1의 단속적 발전원 시스템(10)을 계통에 접속시키는 경우, 실시간으로 변화하는 전력 수요를 맞추기 위해 전력 계통에 편입된 단속적 발전원 시스템의 출력을 가장 경제적이며 안정적으로 조정할 필요가 있다. First, when connecting the intermittent power generation system 10 of FIG. 1 to the grid, it is necessary to most economically and stably adjust the output of the intermittent power generation system incorporated in the power grid in order to meet the changing power demand in real time.

일반적으로 계통 접속 규정에는 증감발율(ramp rate) 제한, 전력 차단(power curtailment), 주파수 추종 특성(power droop with frequency) 등이 있다. 특히 전력 수요와 발전기 출력의 차이를 나타내는 것이 주파수인데 현재 주파수와 정규 주파수(60㎐)의 편차를 줄이기 위해 개별 발전기의 특성인 분당 증감 발율(Ramping Up and Down)을 사용하여 개별 발전기에 제어량을 배분하여야 한다. Generally, grid connection regulations include ramp rate limiting, power curtailment, and power droop with frequency. In particular, frequency is the difference between power demand and generator output, and the control amount is distributed to the individual generators using the ramping up and down characteristic of the individual generators to reduce the deviation between the current frequency and the normal frequency (60 Hz). shall.

여기서 증감발율이란 계통의 주파수 조정 여력을 감안하여 제한 수치로서 각 국가의 전력 계통에 따라 다르게 규정될 수 있다. 예를 들어 중국에서 풍력 발전의 경우 풍력 발전의 설치 용량이 30MW 미만의 경우에는 10분 증감발율이 20MW/10min, 1분 증감발율이 6MW/min, 설치 용량이 150MW를 초과한 경우에는 10분 증감발율이 100MW/10min, 1분 증감발율이 30MW/min로 규정되어 있다. 때로는 작은 계통의 경우에는 1MW/min으로 제한하는 경우도 있다. 상기 증감발율 제한 규정은 각 국가마다 그 국가의 전력 상황이나 정책 등에 따라 다르게 규정될 수 있다. Here, the increase and decrease rate is a limit value in consideration of the system's ability to adjust the frequency, and may be defined differently according to each country's power system. For example, in China, in the case of wind power generation, if the installation capacity of wind power generation is less than 30MW, the 10-minute increase / decrease rate is 20MW / 10min, the 1-minute increase / decrease rate is 6MW / min, and if the installation capacity exceeds 150MW, it is increased by 10 minutes. The power generation rate is 100MW / 10min, and the one-minute increase and decrease rate is 30MW / min. Sometimes smaller systems limit to 1 MW / min. The regulation of increase / decrease rate may be differently set according to each country's electric power situation or policy.

본 발명에서는 위와 같이 전력 계통에 편입된 단속적 발전원 시스템의 출력에 대한증감발율 제한 규정을 고려하여 도 2의 단계 S22에서의 제약 조건을 규정할 수 있다.
In the present invention, the constraints in step S22 of FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증감발율을 고려한 제약 조건을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a constraint considering the increase and decrease rate according to an embodiment of the present invention.

단속적 발전원의 최대 발전 출력 전력이 PRE,MAX이고, 설치 지역의 증감발율 전력 제한 전력이 PT,RR(MW/min)인 경우라고 가정하면, 도 3에 도시된 바와 같이 단속적 발전원의 출력이 갑자기 0(zero)이 되었을 경우 증감발율 제한을 만족시키기 위한 단속적 발전원 시스템의 필요 출력 전력을 PRE,MAX(MW)이라고 가정하면, 그 출력 시간은

Figure pat00002
가 된다. 이는 증감발율이 1분 증감발율[즉 MW/min]을 고려한 것이다. 또한 증감발율 제한을 만족시키기 위한 단속적 발전원 시스템의 필요 에너지는 도 3에 도시된 삼각형의 넓이인
Figure pat00003
(MWh)이 될 것이다. Assuming that the maximum generated output power of the intermittent power generation source is P RE, MAX and the increase / deceleration rate power limiting power of the installation region is P T, RR (MW / min), as shown in FIG. If the output suddenly becomes zero, assuming that the required output power of the intermittent generation system to satisfy the increase / deceleration rate limit is P RE, MAX (MW), the output time is
Figure pat00002
. This is because the increase and decrease rate takes into account the 1 minute increase and decrease rate [ie MW / min]. In addition, the required energy of the intermittent power generation system to satisfy the increase and decrease rate limit is the area of the triangle shown in FIG.
Figure pat00003
(MWh) will be.

도 2의 단계 S22에서의 제약 조건으로서, 상술한 바와 같이 단속적 발전원의 출력이 갑자기 0이 된 경우에 BESS 및 EDLC의 출력 전력의 합이 증감발율 제한값보다 크고, BESS 및 EDLC의 출력 에너지가 증감발율 제한을 만족시키기 위한 필요 에너지보다 크다면 계통에 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 된다는 점을 고려할 수 있다. As the constraint in step S22 of FIG. 2, when the output of the intermittent power generation source suddenly becomes 0 as described above, the sum of the output powers of the BESS and EDLC is greater than the increase / decrease rate limit value, and the output energy of the BESS and EDLC is increased or decreased. It can be considered that if it is larger than the required energy to satisfy the power limit, the system can be reliably supplied with power.

상술한 바와 같은 제약 조건은 다음과 같은 수학식들로 규정할 수 있다. Constraints as described above may be defined by the following equations.

[수학식2]

Figure pat00004
&Quot; (2) "
Figure pat00004

[수학식3]

Figure pat00005
&Quot; (3) "
Figure pat00005

[수학식4]

Figure pat00006
[Equation 4]
Figure pat00006

[수학식5]

Figure pat00007
[Equation 5]
Figure pat00007

여기서 PES 및 PSC는 각각 BESS 및 EDLC의 출력 전력이고, EES 및 ESC는 각각 BESS 및 EDLC의 출력 에너지이며, PES.kg 및 PSC,kg는 각각 kg당 BESS 및 EDLC의 출력 전력이고, EES,kg 및 ESC,kg는 각각 kg당 BESS 및 EDLC의 출력 에너지를 나타낸다. 또한 PRE,MAX는 단속적 발전원의 최대 발전 출력 전력이며, PT,RR는 단속적 발전원 시스템의 설치 지역의 출력 전력의 증감발율 제한을 나타내는데, 이는 분당 MW, 즉 MW/min의 단위를 갖는다.
Where P ES and P SC are the output power of BESS and EDLC, E ES and E SC are the output energy of BESS and EDLC, respectively, and P ES.kg and P SC, kg are the output power of BESS and EDLC per kg , respectively. E ES, kg and E SC, kg represent the output energy of BESS and EDLC per kg , respectively. In addition, P RE, MAX is the maximum generation output power of the intermittent generation source, P T, RR represents the limit of the increase and decrease rate of the output power of the installation area of the intermittent generation system, which has a unit of MW per minute, that is, MW / min .

이후 단계 S21의 목적 함수에 부합하는 해를, 단계 S22의 제약 조건하에서 구하면, BESS 및 EDLC를 포함한 단속적 발전원 시스템에서의 BESS 및 EDLC의 최적 용량에 관한 해를 구할 수 있게 된다(단계 S23).
Subsequently, if a solution meeting the objective function of step S21 is obtained under the constraints of step S22, a solution regarding the optimal capacity of BESS and EDLC in the intermittent power generation system including BESS and EDLC can be obtained (step S23).

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 단속적 발전원 시스템
11 단속적 발전원
12 제 1 에너지 저장 장치(BESS)
13 제 2 에너지 저장 장치(EDLC)
10 intermittent power generation system
11 intermittent development
12 First Energy Storage Device (BESS)
13 Second Energy Storage Device (EDLC)

Claims (5)

단속적 발전원의 계통 접속을 위하여 상기 단속적 발전원과 결합된 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법에 있어서,
상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정을 위한 목적 함수를 정의하는 단계; 및
상기 계통 접속 시 요구하는 증감발율 제한 조건을 고려하여 상기 복수의 에너지 저장 장치의출력 전력 및 출력 에너지의 합계에 대한 제약 조건을 만족하도록 상기 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법.
In the method of calculating the optimal capacity of a plurality of energy storage devices combined with the intermittent power source for grid connection of the intermittent power source,
Defining an objective function for calculating an optimum capacity of the plurality of energy storage devices; And
Calculating an optimum capacity of the plurality of energy storage devices to satisfy the constraints on the sum of the output power and the output energy of the plurality of energy storage devices in consideration of the increase and decrease rate limit condition required for the grid connection; Method for calculating the optimal capacity of the plurality of energy storage device, characterized in that.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 에너지 저장 장치는 BESS(Battery Energy Storage System) 및 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법.
The method of claim 1,
The plurality of energy storage devices includes a battery energy storage system (BESS) and Electric Double Layer Capacitor (EDLC), the method of calculating the optimal capacity of the plurality of energy storage devices.
제 2 항에 있어서,
상기 목적 함수를 정의하는 단계는, 상기 BESS 및 상기 EDLC의 에너지 비용의 합계를 최소화하는 것임을 특징으로 하는 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법.
3. The method of claim 2,
The defining of the objective function comprises minimizing a sum of energy costs of the BESS and the EDLC.
제 3 항에 있어서,
상기 목적 함수는 다음 수학식 1로 정의되고,
[수학식1]
Figure pat00008

여기서 wES 및 wSC는 각각 상기 BESS 및 상기 EDLC의 단위 에너지당 비용이고, EES는 및 ESC는 각각 상기 BESS 및 상기 EDLC의 에너지 용량을 가리키는 것을 특징으로 하는 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법.
The method of claim 3, wherein
The objective function is defined by Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure pat00008

Where w ES and w SC are the cost per unit energy of the BESS and the EDLC, respectively, and E ES and E SC are the energy capacities of the BESS and the EDLC, respectively. Calculation method.
제 3 항에 있어서,
상기 제약 조건은 다음 수학식 2) 내지 5)로 규정되고,
[수학식 2]
Figure pat00009

[수학식 3]
Figure pat00010

[수학식 4]
Figure pat00011

[수학식 5]
Figure pat00012

여기서 PES 및 PSC는 각각 상기 BESS 및 상기 EDLC의 출력 전력이고, EES 및 ESC는 각각 상기 BESS 및 상기 EDLC의 출력 에너지이며, PES.kg, PSC,kg, EES,kg 및 ESC,kg는 각각 상기 BESS 및 상기 EDLC의 kg당 출력 전력 및 출력 에너지이며, 또한 PRE,MAX는 상기 단속적 발전원의 최대 발전 출력 전력이며, PT,RR는 상기 단속적 발전원의 설치 지역의 출력 전력의 증감발율 제한값을 나타내는 것을 특징으로 하는 복수의 에너지 저장 장치의 최적 용량 산정 방법.
The method of claim 3, wherein
The constraint is defined by the following equations 2) to 5),
&Quot; (2) "
Figure pat00009

&Quot; (3) "
Figure pat00010

&Quot; (4) "
Figure pat00011

&Quot; (5) "
Figure pat00012

Where P ES and P SC are the output power of the BESS and the EDLC, E ES and E SC are the output energy of the BESS and the EDLC, respectively, and P ES .kg , P SC, kg , E ES, kg and E SC, kg is the output power and output energy per kg of the BESS and EDLC, respectively , and P RE, MAX is the maximum generation output power of the intermittent generation source , and P T, RR is the installation area of the intermittent generation source. A method of calculating the optimum capacity of a plurality of energy storage devices, characterized in that it represents the increase / decrease rate limit value of the output power.
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