KR20160009829A - Ｅｍｇ를 이용한 신재생에너지/ｅｓｓ 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

Ｅｍｇ를 이용한 신재생에너지/ｅｓｓ 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 신재생에너지 및 ESS(Energy Storage System) 중 적어도 하나가 설치된 복수의 수용가와 상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 생성된 상기 수요반응정보를 기초로 수요반응서비스를 제공하는 복수의 DRMS(demand response management system); 및 상기 복수의 수용가 각각에 설치되어 상기 복수의 DRMS에 연결되며, 해당 수용가에 상기 수요반응정보가 수신되는 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 감축가능량과 예비감축가능량에 의해 산출되는 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여 여부를 결정하는 EMG(Energy Management Gateway)를 포함한다.

Description

ＥＭＧ를 이용한 신재생에너지/ＥＳＳ 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법{NEW RENEWABLE ENERGY/ESS BASED DEMAND RESPONSE MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD USING ENERGY MANAGEMENT GATEWAY}
본 발명은 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업 발전에 따른 전력 수요가 해마다 증가함에 따라 그리고 지속적인 전자기기의 증가에 따라 수용가에서 사용되는 전력량은 기하급수적으로 증가하고 있다. 그러나 전력 생산 설비를 증가시키는 것은 현실적으로 상당한 한계가 있다.
이에 따라, 국가적 차원에서는 에너지정책의 일환으로 개별 홈, 사무 공간, 소규모 공장시설 등 수용가의 공간에 신재생에너지와 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System) 등의 설치를 장려 및 지원하는 정책을 지속적으로 추진하고 있다.
그래서 신재생저장에너지를 활용한 피크전력 절감 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 특허문헌의 기술이 제안되어 있고, 이 특허문헌의 기술은 신재생에너지, 신재생에너지를 저장하는 배터리 등을 관리하는 에너지관리모듈 및 예측되는 피크전력 발생에 따라 상기 에너지관리모듈에 의해 관리되는 배터리의 전원 및 전력회사에서 공급하는 전력에 대한 스위칭을 제어하는 장치를 포함함으로써, 전력회사에서 공급하는 전력을 차단함과 동시에 상기 배터리의 전원으로 부하사용량 전량을 대체하거나 전력회사에서 공급하는 전력을 줄이면서 부족한 부분을 배터리 전원으로 대체할 수 있기 때문에, 피크전력의 효율적 절감을 위한 제어가 가능하여 신재생에너지와 배터리의 전력 상태에 따른 상용전력 분담이 효율적으로 이루어질 수 있다.
그러나 신재생에너지 또는 ESS는 단순히 전력을 발전시키거나 전력을 저장 및 방전할 뿐 수용가별 다양한 전력사용량에 따른 차별적 대책이 없다.
특히, 대형 건물의 경우에 에너지 변동 폭이 크기 때문에 고정용량의 ESS 등을 사용하는 경우 건물 일부의 전력사용이 급격히 증가하는 상황에서, 건물전체 예비전력이 위험수준까지 떨어져서 건물전체에 블랙아웃 현상까지 발생할 수 있어 이로 인하여 업무 또는 일상생활에 지장을 주는 문제점이 발생하게 된다.
특허문헌 : 국내특허공개 10-2014-0080715호(2014. 07. 01. 공개)
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 수용가에 설치된 다양한 용량의 신재생에너지 및 ESS를 상황에 따라 결합할 수 있도록 구성하여 수요반응 자원화하고 EMG(Energy Management Gateway)를 통해 수요반응 관리 시스템(DRMS; demand response management system)에 연동하는 수요반응 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템은 신재생에너지 및 ESS 중 적어도 하나가 설치된 복수의 수용가와, 상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 생성된 상기 수요반응정보를 기초로 수요반응서비스를 제공하는 복수의 DRMS 및 상기 복수의 수용가 각각에 설치되어 상기 복수의 DRMS에 연결되며, 해당 수용가에 상기 수요반응정보가 수신되는 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 감축가능량과 예비감축가능량에 의해 산출되는 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여 여부를 결정하는 EMG를 포함한다.
또한, 상기 전력사용량정보는 상기 복수의 수용가 각각에 설치된 스마트 미터로부터 수집된 미터링 정보일 수 있다.
또한, 상기 신재생에너지는 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광발전(PV; photovoltaic power generation)일 수 있다.
또한, 상기 수요반응 자원 상태정보는 상기 미터링 정보, 상기 PV의 발전상태정보 및 상기 ESS의 충방전상태정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 EMG는 상기 수요반응정보를 기초로 상기 복수의 수용가 각각의 전력사용량에 대한 상황에 맞게 상기 ESS의 운전모드를 결정하고, 상기 결정된 운전모드로 상기 PV의 발전 및 상기 ESS의 충방전을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템은 상기 EMG를 포함하여 적어도 하나의 관리 대상인 하위 EMG를 갖는 상위 EMG를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 EMG는 상기 상위 EMG 및 상기 복수의 DRMS 중 적어도 하나로부터 상기 수요반응정보를 수신할 수 있다.
그리고 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법은 신재생에너지 및 ESS 중 적어도 하나가 설치되며 각각 EMG가 설치된 복수의 수용가 및 상기 EMG를 관리하여 상기 복수의 수용가에 수요반응서비스를 제공하는 DRMS를 포함하는 수요반응 관리 방법으로, 상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 상기 수요반응정보를 해당 수용가에 출력하는 단계와, 상기 해당 수용가가 상기 수요반응정보를 수신받은 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 산출되는 해당 수용가의 전력사용감축가능량을 산출하는 단계 및 상기 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 전력사용량정보는 상기 복수의 수용가 각각에 설치된 스마트 미터로부터 수집된 미터링 정보일 수 있다.
또한, 상기 수요반응 자원 상태정보는 상기 미터링 정보, 상기 신재생에너지의 발전상태정보 및 상기 ESS의 충방전상태정보를 포함할 수 있다.
또한, 해당 수용가의 전력사용감축가능량은 하기 수학식에 따라 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
(상기 n은 상기 DRMS에 등록된 EMG 중 수요반응서비스 참여 충성도가 높은 EMG의 갯수이고, 상기 α는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 1.0 ~ 0.8의 값임)
또한, 상기 EMGi감축가능량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균 × 감축요청시간으로 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
또한, 상기 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균은
Figure pat00002
으로 산출할 수 있다.
또한, 상기 예비감축가능량은 하기 수학식에 따라 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00003
(상기 m은 과거 수요감축시 감축 할당량의 70%이하 감축결과를 보고한 EMG(50)들의 갯수이며, 상기 β는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 0.7~0.5의 값임.).
또한, 상기 EMG는 상기 복수의 DRMS로부터 수요반응정보를 수신할 경우, 그 중 유리한 요구조건을 제시한 DRMS에 수요반응서비스 참여할 수 있다.
그리고 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 의한 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법은 신재생에너지 및 ESS 중 적어도 하나가 설치되며 각각 EMG가 설치된 복수의 수용가, 상기 EMG를 포함하여 적어도 하나의 관리 대상인 하위 EMG를 갖는 상위 EMG 및 상기 상위 EMG를 관리하여 상기 복수의 수용가에 수요반응서비스를 제공하는 DRMS를 포함하는 수요반응 관리 방법으로, 상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 상기 수요반응정보를 상기 상위 EMG로 출력하는 단계와, 상기 상위 EMG가 상기 수요반응정보를 수신받은 경우 그의 관리대상 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하고, 상기 할당된 감축 목표량을 포함한 수요반응정보를 해당 하위 EMG에 출력하는 단계와, 상기 해당 하위 EMG가 상기 할당된 감축 목표량을 포함한 수요반응정보를 수신받은 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 해당 수용가의 전력사용감축가능량을 산출하는 단계와, 상기 해당 하위 EMG가 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 감축 목표량을 서로 비교하여 목표감축량 달성 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 수요반응서비스 참여 여부 정보를 상기 상위 EMG에 송신하는 단계 및 상기 상위 EMG가 각 하위 EMG로부터 참여가능량을 수신 및 취합하고, 상기 취합한 참여가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여하고, 상기 상위 EMG에 참여가능량을 송신한 하위 EMG가 상기 수요반응서비스에 참여하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 상위 EMG가 상기 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하는 단계에서, 상기 하위 EMG 각각의 감축 목표량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균 × 감축요청시간 × γ( 상기
Figure pat00004
임.)의 수학식에 따라 산출할 수 있다.
또한, 상기 하위 EMG는 상기 복수의 DRMS 또는 상기 상위 EMG로부터 수요반응정보를 수신할 경우, 그 중 유리한 요구조건을 제시한 DRMS 또는 상위 EMG에 수요반응서비스 참여하는 EMG를 이용할 수 있다.
본 발명의 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 신재생에너지 및 ESS를 수용가에 설치된 EMG가 제어하여 신재생에너지 및 ESS를 수요반응 자원화함으로써, 신재생에너지와 ESS를 DRMS에 연동할 수 있기 때문에, 수용가별 다양한 전력사용량에 따른 차별적 대책이 가능하여 수용가의 전력 소비 절감의 실현으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 VEN 및 VTN을 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 하나의 수요반응 관리 유형을 나타낸 도면,
도 4는 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 다른 하나의 수요반응 관리 유형을 나타낸 도면,
도 5는 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템은 DRMS(10), 전력수단 및 EMG(50)를 포함한다.
상기 DRMS(10)는 수용가의 전력 소비 절감을 실현하기 위해서, 수용가에 수요반응서비스를 제공하고 관리한다. 이때, 상기 DRMS(10)는 수용가의 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 상기 생성된 수요반응정보를 기초로 상기 수용가에 수요반응서비스를 제공한다. 여기서, 상기 수요반응정보는 전력사용감축요청량, 실적 수요감축량, 감축참여율, 실질감축 참여율 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수요반응서비스는 수용가의 전력 사용의 감소를 유도하기 위한 방법으로써, 인센티브의 지불이나 시간대별 전기 요금의 변화에 반응하여 수용가가 통상적인 소비 패턴에서 벗어나 수용가의 전기 소비의 소비 패턴을 변화시키기 위한 서비스이다.
상기 전력수단은 에너지를 공급하기 위한 에너지공급원으로서, 신재생에너지 발전모듈 및 ESS(33)를 포함하고 또한, 도시하지는 않았지만 주전력공급부를 포함하여 수용가에 전원을 공급한다.
상기 주전력공급부는 화력발전이나 원자력발전 또는 수력발전을 통하여 전력을 발생시키는 발전소와, 전력소 및 변전소를 포함하여, 발전소가 송전선을 통하여 전력소로 전력을 보내고, 전력소에서는 변전소로 전기를 보내어 수용가에 전원을 공급한다.
상기 신재생에너지 발전모듈은 예를 들어 신재생에너지원 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광발전(PV; photovoltaic power generation)(31)일 수 있다.
상기 ESS(33)는 PV(31) 또는 주전력공급부로부터 배터리(333)를 충전하여 에너지를 저장하고, 배터리(333)를 방전시켜 저장된 에너지를 수용가로 공급하는 설비로, 전력변환장치(PCS; Power Conditioning System)(331), 배터리(333) 및 BMS(Battery Management System)(335)을 포함한다.
상기 수용가는 예를 들어 가정(home), 빌딩, 사무 공간, 소규모 공장시설 등이 있을 수 있다. 여기서, 상기 수용가에 안정적인 전력공급이 가능하도록, 수용가의 에너지소비가 많은 부분에 중소규모 EES를 집중적으로 배치할 수 있다. 예를 들어, 건물 내 각 층의 에너지소비가 서로 다른 경우, 에너지소비가 많은 층에는 에너지소비가 적은 층보다 중소규모 EES를 더 배치할 수 있다.
또한, 상기 수용가는 네트워크를 구축할 수 있다. 여기서, 상기 네트워크가 가정(home)일 경우, 전력소비 기기인 복수의 가전, 통신 네트워크 등을 포함하여 구축한 홈 네트워크일 수 있다.
상기 수용가는 DRMS(10)에서 제공하는 수요반응서비스에 참여하기 위해서, 수용가에서 구축한 네트워크(이하 '구축 네트워크'라 함)의 전력사용량정보를 DRMS(10)에 EMG(50)를 통하여 송신한다.
상기 전력사용량정보는 수용가 각각에 설치된 스마트 미터(110)로부터 수집된 미터링 정보로서, 소비전력정보, 감축용량정보 등을 포함한다. 여기서, 상기 스마트 미터(110)는 원격으로 전력사용량을 점검할 수 있는 장치이다.
상기 감축용량정보는 가정에 설치된 EMG를 사용하여 산정된 수요감축 총용량, 수요감축 가용용량, 수요감축 실질 가용용량 등을 포함한다.
상기 EMG(50)는 각 수용가에 설치되며, 제 1 통신 네트워크를 통하여 DRMS(10)와 연결되고 제 2 통신 네트워크를 통하여 스마트 미터(110)와 연결된다. 여기서, 상기 제 1 통신 네트워크는 예를 들어 인터넷(I)일 수 있고, 상기 제 2 통신 네트워크는 예를 들어 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)일 수 있다.
또한, 상기 EMG(50)는 PV(31) 및 ESS(33)를 수요반응 자원화하기 위하여, 각 수용가의 전력사용량에 대한 상황을 파악하여 생성된 DRMS(10)의 수요반응정보를 수신받아 상기 파악된 각 수용가의 상황에 맞게 PV(31)의 발전 및 ESS(33)의 충방전을 제어한다. 여기서, 상기 수요반응 자원은 상기 수용가의 전력사용량을 고려하여 전력을 제공하고 이를 통해 수용가의 전력 소비 절감을 실현하기 위한 자원이다.
예를 들어, 상기 EMG(50)는 DRMS(10)로부터 수요반응정보를 수신받으며, 스마트 미터(110)로부터 정기적으로 상기 미터링 정보를 수집하고, ESS(33)로부터 배터리(333)에 관한 정보와 PV(31)의 발전정보를 수집한 후, 상기 수요반응정보, 미터링 정보, 배터리(333)에 관한 정보 및 PV(31)의 발전정보에 의해 ESS(33)의 운전모드를 결정하여 ESS(33)에 출력하고, 상기 결정된 운전모드로 상기 PV(31)와 ESS(33)를 제어한다. 여기서, 상기 운전모드는 충전모드, 방전모드, 발전모드 등이 있을 수 있다.
이하에서는 상기 PV(31) 및 ESS(33)를 수요반응 자원화하기 위한 수요반응 관리 유형을 예를 들어 상세히 설명한다.
상기 PV(31) 및 ESS(33)를 수요반응 자원화하기 위한 수요반응 관리 유형은 하위 노드인 VEN(Virtual End Node) 및 그 VEN을 관리하는 상위 노드인 VTN(Virtual Top Node)에 따라 다양할 수 있다.
도 2는 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 VEN 및 VTN을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 VEN은 하나 이상의 수용가에 설치된 하위 EMG이고, 상기 VTN은 하나 이상의 DRMS(10)일 수 있고 또한, 관리 대상인 하위 EMG을 갖는 상위 EMG일 수 있다. 여기서, 상기 상위 EMG는 하위 EMG에 대해 VTN이면서 동시에 VTN에 대해 VEN이다.
도 3은 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 하나의 수요반응 관리 유형을 나타낸 도면이다. 하나의 수요반응 관리 유형은 하나의 ESS(33)가 구성된 경우로서, 상기 VEN으로서 가정(home) 및 상기 가정(home)의 수요반응 관리를 위한 하나의 VTN으로 이루어질 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 VTN으로서는 DRMS(10)가 사용될 수 있다. 그리고 상기 가정(home)에는 PV(31) 및 ESS(33)가 설치되며, 가정(home) 댁내에는 EMG(50) 및 스마트 미터(110)가 설치된다. 여기서, 상기 가정(home)은 주전력공급부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
도 4는 도 1의 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하기 위한 다른 하나의 수요반응 관리 유형을 나타낸 도면이다. 또한, 다른 하나의 수요반응 관리 유형은 복수의 ESS(33)가 구성된 경우로서, 상기 VEN으로서 하나 이상의 하위 EMG와, 상기 하위 EMG의 수요반응 관리를 위한 하나의 상위 EMG(50A) 및 상기 상위 EMG(50A)의 관리를 위한 VTN으로 이루어질 수도 있다. 여기서, 상기 상위 EMG(50A)는 하위 EMG에 대해 VTN이면서 동시에 VTN에 대해 VEN이다.
즉, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 VTN으로서는 DRMS(10)가 사용될 수 있다. 그리고 상기 상위 EMG(50A)는 하나 이상의 하위 EMG인 각 가정(home)에 대해 VTN이 되고 동시에 DRMS(10)에 대해 VEN이 되는 것으로서, 각 가정(home) 이외의 외부에 기설정된 부위에 설치될 수 있다. 그리고 상기 각 가정(home)에는 PV(31) 및 ESS(33)가 설치되며, 각 가정(home) 댁내에는 EMG(50) 및 스마트 미터(110)가 설치된다. 여기서, 상기 각 가정(home)은 주전력공급부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 VTN으로서는 DRMS(10)가 사용될 수 있다. 그리고 상기 상위 EMG(50A)는 하나 이상의 하위 EMG인 빌딩 내 각 층에 대해 VTN이 되고 동시에 DRMS(10)에 대해 VEN이 되는 것으로서, 빌딩 이외의 외부에 기설정된 부위에 설치될 수 있다. 그리고 상기 빌딩에는 PV(31)가 설치되고, 빌딩 내 각 층에는 ESS(33), EMG(50) 및 스마트 미터(110)가 설치된다. 여기서, 상기 빌딩은 주전력공급부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
이하, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, VEN으로서 하나 이상의 수용가 각각에 설치된 EMG(50) 및 상기 수용가의 수요반응 관리를 위한 하나 이상의 VTN으로 구성된 경우의 수요반응 관리 방법은 다음과 같다. 여기서, 상기 VTN은 DRMS(10) 또는 관리 대상인 하위 EMG을 갖는 상위 EMG(50A)일 수 있다.
먼저, 상기 각 수용가 내에 설치된 EMG(50)는 스마트 미터(110)로부터 수집된 미터링 정보, ESS(33)로부터 수집된 PV(31)의 발전 및 배터리(333)의 충방전에 관한 상태정보 등의 수집정보를 통해 ESS(33)의 운전모드를 판단 및 결정한 다음, 상기 결정된 ESS(33)의 운전모드를 ESS(33)에 모드지시 즉 출력한다. 여기서, 상기 EES(33)의 운전모드는 충전모드, 방전모드 및 발전모드가 있을 수 있다.
이후, 상기 EMG(50)는 상기 미터링 정보 등을 포함한 전력사용량정보를 DRMS(10)에 송신한다. 그리고 상기 DRMS(10)는 수용가의 전력 소비 절감을 실현하도록 상기 수용가에 수요반응서비스를 제공하기 위해서, 수신된 상기 전력사용량정보를 토대로 전력사용감축요청량 등을 포함한 수요반응정보를 생성한다.
그 다음, 상기 EMG(50)는 하나 이상의 DRMS(10)로부터 수요반응정보를 수신하고(S100), 전력사용량정보, ESS(33)의 충전상태정보, PV(31)의 발전상태정보 등을 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 전력사용감축가능량을 산출한다(S110).
즉, 상기 EMG(50)는 하기 수학식 1-2에 의해 수요반응 자원의 감축가능량의 크기와 수요반응서비스 참여 충성도에 따른 관계를 분석하여 전력사용감축가능량을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00005
(n은 DRMS(10)에 등록된 EMG(50)중 수요반응서비스 참여 충성도가 높은 EMG(50)의 갯수이고, α는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 1.0 ~ 0.8의 값이다. 그리고 EMGi감축가능량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균(과거) × 감축요청시간으로 산출되며, EMGi의 단위시간 수요감축량 평균은
Figure pat00006
으로 산출된다.)
[수학식 2]
Figure pat00007
(m은 과거 수요감축시 감축 할당량의 70%이하 감축결과를 보고한 EMG(50)들의 갯수이며 β는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 0.7~0.5의 값이다.)
계속해서, 상기 EMG(50)는 산출된 전력사용감축가능량을 통해 전력사용감축요청량의 목표감축량 달성 여부 즉 전력사용감축가능량과 전력사용감축요청량을 서로 비교하여 목표감축량 달성 여부를 판단하고(S120), 그 판단에 따라 수요반응서비스 참여 여부 정보를 DRMS(10)에 송신한다.
여기서, 상기 EMG(50)는 전력사용감축가능량이 전력사용감축요청량보다 작아 목표감축량 달성을 할 수 없는 경우, DRMS(10)에 불참의 메시지를 송신한다(S130). 한편, 상기 전력사용감축가능량이 전력사용감축요청량보다 커 목표감축량 달성을 할 수 있는 경우, VEN이 관리 대상인 하위 EMG을 갖는 상위 EMG(50A)인지 여부를 판단한다(S140).
이때, 상기 VEN이 상위 EMG(50A)인 경우, 상위 EMG(50A)는 하위 EMG별로 감축 목표량을 할당하고, 상기 할당된 감축 목표량을 포함한 수요반응정보를 해당 하위 EMG에 송신한다(S150).
여기서, 상기 상위 EMG(50A)는 관리대상인 하위 EMG를 하나 이상 포함하기 때문에, DRMS(10)에서 수신된 수요반응정보의 전력사용감축요청량에 따른 목표감축량을 달성하기 위해서 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하여야 한다.
그리고 상기 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하기 위해서 상위EMG(50A)는 하위 EMG 각각의 감축 목표량을 다음과 같이 산출한다.
즉, 상기 하위 EMG 각각이 판별식(전력사용감축가능량> 감축 목표량)을 만족하면 수요반응에 만족하는 감축이 수행될 수 있기 때문에, 상위 EMG(50A)는 상기 감축 목표량을 개별 감축가능량의 크기에 비례하도록, 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당해야한다.
이를 만족하기 위해서는 하위 EMG 각각의 감축 목표량보다 하위 EMG 각각의 전력사용감축가능량이 크다고 가정할 때, 하위 EMG 각각이 감축해야할 용량 비율 γ는 감축 목표량 = 전력사용감축가능량 × γ에 따라
Figure pat00008
이 된다.
따라서, 상기 하위 EMG 각각의 감축 목표량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균 × 감축요청시간 × γ 로 산출된다.
이후, 상기 하위 EMG 각각은 상위 EMG(50A)로부터 수요반응정보를 수신하고(S100), 전력사용량정보, ESS(33)의 충전상태정보, PV(31)의 발전상태정보 등을 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 전력사용감축가능량을 산출한다.
여기서, 상기 하위 EMG 각각은 상기 수학식 1-2에 의해 동일한 방식으로 수요반응 자원의 감축가능량의 크기와 수요반응서비스 참여 충성도에 따른 관계를 분석하여 전력사용감축가능량을 산출할 수 있다.
그 다음, 상기 하위 EMG 각각은 산출된 전력사용감축가능량을 통해 감축 목표량의 목표감축량 달성 여부 즉 전력사용감축가능량과 감축 목표량을 서로 비교하여 목표감축량 달성 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 수요반응서비스 참여 여부 정보를 상위 EMG(50A)에 송신한다.
계속해서, 상기 상위 EMG(50A)는 각 하위 EMG로부터 참여가능량을 수신하고 취합한다(S160). 그리고 상기 상위 EMG(50A)는 취합한 참여가능량을 통해 전력사용감축요청량의 목표감축량 달성 여부 즉 취합한 참여가능량과 전력사용감축요청량을 서로 비교하여 목표감축량 달성 여부를 판단하고(S170), 그 판단에 따라 수요반응서비스 참여 여부 정보를 DRMS(10)에 송신한다.
이때, 상기 상위 EMG(50A)는 상기 취합한 참여가능량이 전력사용감축요청량보다 커 목표감축량 달성을 할 수 있는 경우, DRMS(10)에 참여의 메시지를 송신한다(S180). 여기서, 상기 전력사용감축가능량이 전력사용감축요청량보다 커 목표감축량 달성을 할 수 있는 경우, VEN이 관리 대상인 하위 EMG을 갖는 상위 EMG(50A)인지 여부를 판단 시(S140). 상기 VEN이 관련된 하위 EMG(50)가 없는 경우에는 하위 EMG(50)에 수요반응 서비스 참여 메시지 송신과 응답 메시지 수신과정이 생략되며 VEN인 EMG(50)는 DRMS(10)에 참여의 메시지를 송신한다(S180).
한편, 상기 상위 EMG(50A)는 취합한 참여가능량이 전력사용감축요청량보다 작아 목표감축량 달성을 할 수 없는 경우, DRMS(10)에 불참의 메시지를 송신한다(S130).
또한, 상술한 진행 단계에서 상기 EMG(50)가 수요반응서비스 참여 여부를 결정해야하는 모든 단계에 있어서, 상기 EMG(50)가 복수의 DRMS(10) 또는 상위 EMG(50A)로부터 수요반응정보를 수신할 경우, 상기 EMG(50)는 그 중 유리한 요구조건을 제시한 DRMS(10) 또는 상위 EMG(50A)에 수요반응서비스 참여 메시지를 송신할 수 있다.
계속해서, 상기 수요반응서비스 참여 메시지를 송신한 EMG(50)는 수요반응서비스에 참여한다(S190). 여기서, 상기 EMG(50)는 참여하기로 결정한 수요반응서비스의 수요반응정보에 해당하는 ESS(33)의 운전모드 및 운전지속시간 정보를 ESS(33)에 출력한다. 그리고 상기 ESS(33)는 EMG(50)로부터 입력된 운전모드로 동작을 시작하여 상기 운전지속시간 후 동작을 완료하면, EMG(50)에 수행완료 정보를 출력한다. 이때, 상기 EMG(50)는 PV(31) 및 ESS(33)가 수요반응 자원화하도록 PV(31) 및 ESS(33)를 제어할 수 있다. 즉, 상기 EMG(50)는 상기 수요반응정보에 기초하여 ESS(33)의 운전모드와 운전지속시간을 제어할 수 있다. 그리고 상기 EMG(50)는 ESS(33)의 상기 수행완료 정보를 입력받은 후, 스마트 미터(110)로부터 수집된 미터링 정보를 수집하여 ESS(33)의 수요반응 목표달성 여부를 판단한다.
이후, 상기 상위 EMG(50A)는 수요반응서비스에 참여한 후, 수요반응서비스 시간이 경과됐는지 여부를 판단하고(S200), 그 판단 결과, 수요반응서비스 시간이 경과되지 않는 경우에는 계속해서 수요반응서비스에 참여한다. 한편, 수요반응서비스 시간이 경과 된 경우에는 수요반응서비스 수행 결과를 DRMS(10)에 송신한다(S210).
상기에서 살펴본 바와 같이, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 신재생에너지 및 ESS를 수용가에 설치된 EMG가 제어하여 신재생에너지 및 ESS를 수요반응 자원화함으로써, 신재생에너지와 ESS를 DRMS에 연동할 수 있기 때문에, 수용가별 다양한 전력사용량에 따른 차별적 대책이 가능하여 수용가의 전력 소비 절감의 실현으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 PV 및 ESS를 수요반응 자원화함으로써, PV와 ESS를 수요반응에 연동하여 EMG가 수용가의 소비전력정보의 획득과 수요반응서비스 수용에 대해 실시간으로 의사결정할 수 있어 DRMS의 안정성 및 상품성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 PV 및 ESS를 수요반응 자원화함으로써, 중소규모 건물, 개별 가정(Home) 등 다양한 수용가에 중소규모 PV 및 EES를 설치할 경우 수용가 내 에너지소비가 많은 부분에 집중적으로 중소규모 EES를 설치하여 소비전력량의 변동에 효과적으로 대응할 수 있기 때문에 수용가에 안정적인 전력공급이 가능할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 PV 및 ESS를 수요반응 자원화하여 안정적인 전력공급이 가능함으로써, 수용가에게는 전기를 효율적으로 사용하도록 하고, 전력공급자에게는 시스템상의 문제를 탐지하여 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템 및 방법은 PV 및 ESS를 수요반응 자원화함으로써, PV와 ESS를 연동할 수 있어 PV를 통해 ESS에 포함된 배터리가 충전되기 때문에, 배터리 충전을 위한 비용이 발생하지 않는다.
이상 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변경이나 변형 및 치환이 가능하다.
10: DRMS 31: PV
33: ESS 50: EMG
110: 스마트 미터 331: PCS
333: 배터리 335: BMS

Claims (18)

  1. 신재생에너지 및 ESS(Energy Storage System) 중 적어도 하나가 설치된 복수의 수용가;
    상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 생성된 상기 수요반응정보를 기초로 수요반응서비스를 제공하는 복수의 DRMS(demand response management system); 및
    상기 복수의 수용가 각각에 설치되어 상기 복수의 DRMS에 연결되며, 해당 수용가에 상기 수요반응정보가 수신되는 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 감축가능량과 예비감축가능량에 의해 산출되는 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여 여부를 결정하는 EMG(Energy Management Gateway);
    를 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력사용량정보는 상기 복수의 수용가 각각에 설치된 스마트 미터로부터 수집된 미터링 정보인 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신재생에너지는 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광발전(PV; photovoltaic power generation)인 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수요반응 자원 상태정보는 상기 미터링 정보, 상기 PV의 발전상태정보 및 상기 ESS의 충방전상태정보를 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 EMG는 상기 수요반응정보를 기초로 상기 복수의 수용가 각각의 전력사용량에 대한 상황에 맞게 상기 ESS의 운전모드를 결정하고, 상기 결정된 운전모드로 상기 PV의 발전 및 상기 ESS의 충방전을 제어하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 EMG를 포함하여 적어도 하나의 관리 대상인 하위 EMG를 갖는 상위 EMG;
    를 더 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 EMG는 상기 상위 EMG 및 상기 복수의 DRMS 중 적어도 하나로부터 상기 수요반응정보를 수신하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 시스템.
  8. 신재생에너지 및 ESS 중 적어도 하나가 설치되며 각각 EMG가 설치된 복수의 수용가 및 상기 EMG를 관리하여 상기 복수의 수용가에 수요반응서비스를 제공하는 DRMS를 포함하는 수요반응 관리 방법으로,
    상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 상기 수요반응정보를 해당 수용가에 출력하는 단계;
    상기 해당 수용가가 상기 수요반응정보를 수신받은 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 산출되는 해당 수용가의 전력사용감축가능량을 산출하는 단계; 및
    상기 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여하는 단계;
    를 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전력사용량정보는 상기 복수의 수용가 각각에 설치된 스마트 미터로부터 수집된 미터링 정보인 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 수요반응 자원 상태정보는 상기 미터링 정보, 상기 신재생에너지의 발전상태정보 및 상기 ESS의 충방전상태정보를 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    해당 수용가의 전력사용감축가능량은 하기 수학식에 따라 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법
    [수학식]
    Figure pat00009

    (상기 n은 상기 DRMS에 등록된 EMG 중 수요반응서비스 참여 충성도가 높은 EMG의 갯수이고, 상기 α는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 1.0 ~ 0.8의 값임).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 EMGi감축가능량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균 × 감축요청시간으로 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균은
    Figure pat00010
    으로 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 예비감축가능량은 하기 수학식에 따라 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법
    [수학식]
    Figure pat00011

    (상기 m은 과거 수요감축시 감축 할당량의 70%이하 감축결과를 보고한 EMG(50)들의 갯수이며, 상기 β는 수요반응서비스 참여 충성도에 대한 가중치로 0.7~0.5의 값임.).
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 EMG는 상기 복수의 DRMS로부터 수요반응정보를 수신할 경우, 그 중 유리한 요구조건을 제시한 DRMS에 수요반응서비스 참여하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  16. 신재생에너지 및 ESS 중 적어도 하나가 설치되며 각각 EMG가 설치된 복수의 수용가, 상기 EMG를 포함하여 적어도 하나의 관리 대상인 하위 EMG를 갖는 상위 EMG 및 상기 상위 EMG를 관리하여 상기 복수의 수용가에 수요반응서비스를 제공하는 DRMS를 포함하는 수요반응 관리 방법으로,
    상기 복수의 수용가 각각으로부터 수집된 전력사용량정보를 토대로 수요반응정보를 생성하고, 상기 수요반응정보를 상기 상위 EMG로 출력하는 단계;
    상기 상위 EMG가 상기 수요반응정보를 수신받은 경우 그의 관리대상 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하고, 상기 할당된 감축 목표량을 포함한 수요반응정보를 해당 하위 EMG에 출력하는 단계;
    상기 해당 하위 EMG가 상기 할당된 감축 목표량을 포함한 수요반응정보를 수신받은 경우 상기 전력사용량정보를 포함한 수요반응 자원 상태정보를 토대로 해당 수용가의 전력사용감축가능량을 산출하는 단계;
    상기 해당 하위 EMG가 해당 수용가의 전력사용감축가능량과 감축 목표량을 서로 비교하여 목표감축량 달성 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 수요반응서비스 참여 여부 정보를 상기 상위 EMG에 송신하는 단계; 및
    상기 상위 EMG가 각 하위 EMG로부터 참여가능량을 수신 및 취합하고, 상기 취합한 참여가능량과 상기 수요반응정보의 전력사용감축요청량의 크기 비교에 따라 상기 수요반응서비스에 참여하고, 상기 상위 EMG에 참여가능량을 송신한 하위 EMG가 상기 수요반응서비스에 참여하는 단계;
    를 포함하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 상위 EMG가 상기 하위 EMG 각각에 감축 목표량을 분할 할당하는 단계에서,
    상기 하위 EMG 각각의 감축 목표량은 EMGi의 단위시간 수요감축량 평균 × 감축요청시간 × γ( 상기
    Figure pat00012
    임.)의 수학식에 따라 산출하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 하위 EMG는 상기 복수의 DRMS 또는 상기 상위 EMG로부터 수요반응정보를 수신할 경우, 그 중 유리한 요구조건을 제시한 DRMS 또는 상위 EMG에 수요반응서비스 참여하는 EMG를 이용한 신재생에너지/ESS 기반 수요반응 관리 방법.
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