KR20200001676A - 가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법 - Google Patents

가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템은, 전력 거래소로부터 수요 반응 신호(Demand Response: DR 신호)를 획득하고, 복수의 부하 시스템으로부터 전력 소비 정보 또는 에너지 발전 정보를 획득하는 통신부 및 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하고, 상기 복수의 부하 시스템의 전력 소비 정보 및 에너지 발전 정보를 기초로 상기 부하 시스템 각각의 경제성 평가 점수를 산출하고, 산출된 경제성 평가 점수에 기초하여 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 제어부를 포함한다.

Description

가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법{VIRTUAL POWER PLANT SYSTEM AND METHOD THEREOF}
가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력 거래소로부터 수신한 DR신호(수요 반응: Demand Response)에 따라 하위 연결된 분산 에너지원들의 전력 공급량 또는 소비량을 제어하는 가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
오늘날, 산업 발전의 영향으로 전력 수요가 해마다 증가하고, 시기에 따라 전력 소모량이 기하급수적으로 증가하여 전력 소모가 급격하게 증가할 수 있는 상황에서 전력량 제어를 어떻게 수행할 지에 대한 문제 인식이 대두되고 있다.
즉, 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.
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.
뿐만 아니라, 국가적 차원에서 전력에 대한 수요 반응(Demand Response)정보를 제공함에 따라, 이를 이용하여 만일의 상황에서 발생할 수 있는 블랙아웃 현상을 방지하기 위한 시스템의 개발을 고려하고 있다.
다른 방면으로, VPP(가상 발전소 시스템: Virtual Power Plant) 는 실제 물리적인 발전소는 없지만 다양한 발전원, 예를 들어, 태양광, 풍력, 지열, 바이오발전, 에너지저장장치(ESS), 비상 발전기, DR 시스템을 이용해 발전량과 수요량을 예측 및 관리하고 이를 통한 거래를 통해 실제 발전소와 같이 전력을 공급할 수 있는 시스템을 의미한다.
즉, VPP시스템의 경우 에너지 거래 시 잉여 에너지를 생산한 생산자와 부족한 에너지 수요자가 전력 거래소(중앙 통제 공급사)에 의존하지 않고 필요에 따라 직접 거래를 할 수 있는 장점이 있다.
이러한 VPP 시스템의 구성은 커머셜 가상 발전소(Commercial Virtual Power Plant)와 테크니컬 가상 발전소(Technical Virtual Power Plant)로 이루어져있다. 커머셜 가상 발전소는 전력 시장 참여의 기능을 담당하고, 티크니컬 가상 발전소는 시스템 관리 및 지원 기능을 담당한다.
특히, 커머셜 가상 발전소의 기능은 크게 분산 에너지 자원의 포트폴리오 구성 기능, 분산 에너지 자원의 효율 운영 기능, 전력 시장 참여 기능, 전력 판매를 위한 테크니컬 가상 발전소 연동 기능 등을 수행한다.
다만, VPP 시스템이 앞서 설명한 바와 같이 다양한 분산 에너지원들을 효율적으로 관리하기 위한 제어 방법에 대하여 지속적인 개발이 필요한 단계에 놓여져 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 가상 발전소 시스템이 관리하는 부하단의에너지 사용량을 예측하고, 전력 거래소로부터 획득한 DR 신호에 따른 에너지 절감량을 조절하도록 제어하고자 한다.
또한, 가상 발전소 시스템이 다양한 분산 에너지원을 가지는 부하단이 가지는 비상용 발전기의 에너지를 효율적으로 VPP 플랫폼 내에서 사용하고자 한다.
또한, 가상 발전소 시스템이 다양한 분산 에너지원을 가지는 부하단에서 생성된 에너지원을 효율적으로 VPP 플랫폼 내에서 거래시키고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 거래소로부터 수요 반응 신호(Demand Response: DR 신호)를 획득하고, 복수의 부하 시스템으로부터 전력 소비 정보 또는 에너지 발전 정보를 획득하는 통신부; 및 상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하고, 상기 복수의 부하 시스템의 전력 소비 정보 및 에너지 발전 정보를 기초로 상기 부하 시스템 각각의 경제성 평가 점수를 산출하고, 산출된 경제성 평가 점수에 기초하여 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 제어부;를 포함하는 가상 발전소 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 에너지 발전 정보가 포함하는 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 및 연료 용량과, 상기 전력 소비 정보를 고려하여 상기 경제성 평가 점수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 수요 반응 신호에 포함된 최대 전력 소비량을 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송 시, 각각의 부하 시스템의 전력 소비 정보를 기초로 상이하게 부분 최대 전력 소비량을 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시, 상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시킬 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 복수의 부하 시스템 중 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템으로부터 비상용 발전 정보를 더 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비상용 발전기의 발전 단가가 특정 부하 시스템의 에너지 발전 단가보다 저렴한 경우에 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시, 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시킬 수 있다.
상기 제어부는, 특정 부하 시스템의 사용 전력이 상기 전력 거래소로부터 획득한 임계 전력을 초과한 시간 동안의 전력 소비량을 전력 단가가 저렴한 시간대에 전력을 사용하도록 시프팅 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 시프팅 제어에 대하여 긍정 응답한 부하 시스템에 대하여 전력 사용 시간 시프트 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전력 거래소로부터 수요 반응 신호(Demand Response: DR 신호)를 획득하는 단계; 복수의 부하 시스템으로부터 전력 소비 정보 또는 에너지 발전 정보를 획득하는 단계; 상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하는 단계; 상기 복수의 부하 시스템의 전력 소비 정보 및 에너지 발전 정보를 기초로 상기 부하 시스템 각각의 경제성 평가 점수를 산출하는 단계; 및 산출된 경제성 평가 점수에 기초하여 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;를 포함하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 경제성 평가 점수를 산출하는 단계;는, 상기 에너지 발전 정보가 포함하는 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 및 연료 용량과, 상기 전력 소비 정보를 고려하여 상기 경제성 평가 점수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하는 단계;는, 상기 수요 반응 신호에 포함된 최대 전력 소비량을 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송 시, 각각의 부하 시스템의 전력 소비 정보를 기초로 상이하게 부분 최대 전력 소비량을 설정할 수 있다.
또한, 상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;는, 상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시에만 사용 또는 판매시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 부하 시스템 중 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템으로부터 비상용 발전 정보를 획득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상용 발전기의 발전 단가가 특정 부하 시스템의 에너지 발전 단가보다 저렴한 경우에 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;는, 상기 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시에만 사용 또는 판매시킬 수 있다.
또한, 특정 부하 시스템의 사용 전력이 상기 전력 거래소로부터 획득한 임계 전력을 초과한 시간 동안의 전력 소비량을 전력 단가가 저렴한 시간대에 전력을 사용하도록 시프팅 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 시프팅 제어하는 단계;는, 시프팅 제어에 대하여 긍정 응답한 부하 시스템에 대하여만 전력 사용 시간 시프트 제어를 수행할 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 가상 발전소 시스템이 관리하는 부하단의 에너지 사용량을 예측하여, DR 신호에 맞는 부하단의 에너지 사용 시간을 시프팅함에 따라 전력사용비를 절약시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 가상 발전소 시스템이 다양한 분산 에너지원을 가지는 부하단이 가지는 비사용 발전기의 에너지를 효율적으로 배분 또는 공유시킬 수 있다.
또한, 가상 발전소 시스템이 다양한 분산 에너지원을 가지는 부하단에서 생성된 에너지원을 효율적으로 거래시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 있어서, 전력 거래소로부터 DR 신호를 수신하는 적어도 하나의 가상 발전소 시스템과, 각 가상 발전소 시스템으로부터 관리되는 적어도 하나의 부하 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 있어서, 가상 발전소 시스템과 부하 시스템의 내부 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 서로 다른 부하 시스템의 에너지 발전 평가방법을 설명하는 표이다.
도 4는 일 실시예에 따른 부하 시스템의 전력 피크 시프팅 방법을 설명하는 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 비상용 발전기 활용 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 각 부하 시스템의 에너지원의 사용 및 판매 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 피크 시프팅 제어 방법을 설명하는 순서도이다
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 가상 발전소 시스템 및 가상 발전소 시스템의수요 제어 방법을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 있어서, 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 수신하는 적어도 하나의 가상 발전소 시스템(200)과, 각 가상 발전소 시스템(200)으로부터 관리되는 적어도 하나의 부하 시스템(A, B, C, D, ??)을 도시한 개략도이다.
각 가상 발전소 시스템(200)은 도 1에서 제 1 VPP 시스템에 가상 발전소 시스템(200)을 대표하여 도면 부호를 "200"으로 표기하였다. 다만, 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 수신하는 가상 발전소 시스템(200)은 제 1 VPP 시스템 내지 제 N VPP 시스템으로 복수 개 존재할 수 있다.
이 때, 전력 거래소(1)란 전력 시장을 의미하는 것으로, 일 예로, 국내에서는 한국 전력(Korea Power Exchange, KTX)이 이에 해당한다. 전력 거래소(1)는 각 가상 발전소 시스템(200)에 DR 신호를 송신한다. 먼저, DR 시장이란, 전력 공급 상황, 피크 부하율 전력 생산 및 공급 가격에 따라서 사전 약정된 전력 사용량을 절감하고 차액분을 보상받는 시장을 의미하며, 국내는 수요 관리 사업자가 수요 반응 자원을 모집하여 수요 자원 거래 시장에 참여하고 감축지시에 따른 부하 감축을 이행시킨다.
즉, 전력 거래소(1)가 수요 관리 사업자가 되어 각 가상 발전소 시스템(200)에 수요 자원 거래 시장에서의 전력 사용량 정보를 포함하는 DR 신호를 송신한다. 추가적으로, DR 신호는 최대 전력 소비량 정보량이나 임계 전력 소비량 정보를 더 포함할 수도 있다.
이 때, 가상 발전소 시스템(200)은 DR 신호를 수신하여, 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 부하 시스템(100)의 전력 사용량을 조절할 수 있다.
일 예로, 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 부하 시스템(100) 중 제 1 부하 시스템(A)가 에너지 저장 장치(ESS:Energy Storage System)를 포함하는 경우에, 제 1 부하 시스템(A)에 저장된 자원을 DR 시장에 등록하여 저장된 에너지를 거래시킬 수 있다.
또 다른 예로, 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 부하 시스템(100) 중 제 2 부하 시스템(B)가 신재생 에너지 시장에 참여하도록 유도하여, 제 2 부하 시스템(B)이 가상 발전소 시스템(200) 내 거래되는 신재생 에너지의 사용을 유도할 수도 있다. 구체적으로, 태양광 발전소에서 생산된 전력을 전력 거래소(1)에 판매한 수익을 의미하는 계통 한계 가격(System Marginal Price: SMP)보다 싼 가격에 신 재생 에너지의 발전량을 사용하도록 유도할 수 있다.
이와 같이, 가상 발전소 시스템(200)은 전력 거래소(1)로부터 획득한 DR 신호에 따라 각 부하 시스템(100)의 전력 사용량을 조절할 수 있다.
각 부하 시스템(100)은 도시된 바와 같이, 별개의 건물, 별개의 공장과 같이, 개별적인 에너지 공급 또는 에너지 사용 단위를 의미한다. 일 예로, 제 3 부하 시스템(C)은 전력을 공급받아 에너지를 사용하는 공장을 포함하는 부하일 수 있으며, 제 4 부하 시스템(D)은 태양광 발전설비를 갖춰 신재생 에너지를 생산하고, 빌딩 내 전력을 사용하는 부하일 수도 있다. 다만, 공장 또는 빌딩에 한하여 부하 시스템(100)이 한정되는 것은 아니며, 전력을 소비하는 다양한 에너지 사용 단위가 이에 해당할 수 있다.
이러한, 가상 발전소 시스템(200)과 각 부하 시스템(100)의 내부 구성에 대해서는 도 2에서 상세히 설명한다.
구체적으로, 도 2는 일 실시예에 있어서, 가상 발전소 시스템과 부하 시스템의 내부 블록도이다.
도 1에서는 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 수신하는 복수개의 가상 발전소 시스템(200)을 도시하였으나, 도 2에서는 편의상 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 수신하는 하나의 가상 발전소 시스템(200)을 도시하였다.
즉, 단일 가상 발전소 시스템(200)은 적어도 하나 이상의 부하 시스템(100)을 관리하고, 각 부하 시스템(100)의 전력 거래 및 전력 사용량 조절을 이행하는 것으로, 가상 발전소 시스템(100)은 제 1 통신부(201)와 제 1 제어부(202)를 포함한다.
제 1 통신부(201)는 무선 통신 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 무선 통신 방식이라 함은 LTE(long-term evolution), LTEA(LTE Advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband), GSM(Global System for Mobile Communications) 등과 같이 기지국을 거쳐 무선 신호를 송수신하는 무선통신 방식과, 이외에도 무선 랜(Wireless LAN), WPAN(Wireless Personal Area Network), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지웨이브(Z-wave), 지그비(Zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(Ultra wideband), 적외선 통신(IrDA; Infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등과 같이 소정 거리 이내의 외부 기기와 무선 신호를 송수신하는 방식이 포함될 수 있다. 이하에서는 지웨이브, 블루투스 등과 같이 무선 통신 방식을 종류 별로 구분하여 설명할 필요가 없을 때에는 단순히 무선 통신 방식이라 하기로 한다.
이 때, 제 1 통신부(201)가 무선 통신 방식을 기초로 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 수신하고, 수신한 DR 신호로부터 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 각 부하 시스템(100:A, B, C, ??)에 개별 DR 신호를 송신할 수 있다.
또한, 제 1 통신부(201)는 무선 통신 방식을 기초로 각 부하 시스템(100)으로부터 각 부하 시스템의 전력 사용 정보, 전력 발전 정보 등을 수신 받을 수도 있다. 예를 들어, 도 3은 일 실시예에 따른 서로 다른 부하 시스템의 에너지 발전 평가방법을 설명하는 표이나, 각 부하 시스템(A, B, C)의 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 연료 용량, ESS 사용 여부 등에 대한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 제 1 통신부(201)는 무선 통신 방식을 기초로 각 부하 시스템(100)의 VPP 거래의 참여 여부 의사를 확인하고, 각 부하 시스템(100)으로부터 VPP 거래의 참여 의사를 수신할 수도 있다.
이와 같이, 가상 발전소 시스템(200)은 제 1 통신부(201)를 기초로 전력 거래소(1) 및 각 부하 시스템(100)과 통신을 수행한다.
다음으로, 제 1 제어부(202)는 가상 발전소 시스템(200)을 총괄적으로 제어하는 것으로, 제 1 제어부(202)는 프로세서(Processor), MCU(micro control unit) 등과 같은 처리 장치, 및 메모리 등을 통해 구현될 수 있다.
또한, 메모리는 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 통해 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수 있다.
일 예로, 제 1 제어부(202)는 각 부하 시스템(100: A, B, C)로부터 각 부하 시스템의 발전 정보를 제공받고, 제공받은 발전 정보를 기초로 각 부하 시스템(100)으로부터 에너지를 공급 받을 경우의 경제성 정보를 평가한다.
구체적으로, 도 3은 일 실시예에 따른 서로 다른 부하 시스템의 에너지 발전 평가 방법을 설명하는 표이다. 구체적으로, 제 1 제어부(202)는 각 부하 시스템으로부터 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 연료 용량, ESS 사용 여부 등에 대한 정보를 제공받을 수 있으며, 다만, 표에 도시된 정보 이외에도 발전 정보의 경제성을 평가하기에 추가적인 에너지 사용 및 발전 정보를 더 획득할 수도 있다.
일 예로, 주체 'A'로 표시된 부하 시스템(A)으로부터 가상 발전소 시스템(200)은 디젤 연료로 디젤 발전을 수행하고, '중'으로 평가되는 연료 단가를 가지며, 연료 용량이 500kw 이고, ESS 사용한다는 정보를 획득할 수 있다.
또한, 주체 'B'로 표시된 부하 시스템(B)으로부터 가상 발전소 시스템(200)은 풍력 발전을 LNG 연료를 사용하여 발전을 수행하고, '하'로 평가되는 연료 단가를 가지며, 연료 용량이 200kw 이고, ESS 사용한다는 정보를 획득할 수 있다.
또한, 주체 'C'로 표시된 부하 시스템(C)로부터 가상 발전소 시스템(200)은 태양광 발전을 사용하여 발전을 수행하고, '상'으로 평가되는 연료 단가를 가지며, 연료 용량이 300kw 이고, ESS 사용한다는 정보를 취득할 수 있다.
다만, 연료 단가에 대하여 단순히 '상', '중', 또는 '하'로 평가되는 것보다 상세하게 연료 단가의 구체적인 가격에 대한 정보를 실시간으로 획득할 수도 있다.
따라서, 가상 발전소 시스템(200)은 각 부하 시스템(100)으로부터 획득한 발전 정보를 기초로 제 1 제어부(202)는 각 부하 시스템(100)의 발전 에너지를 사용할 경우의 경제성 평가를 수행한다. 이 때, 경제성 평가란, 각각의 전력 생산 단가 차이를 발전시기, 판매 단가, 연료 단가와 각 부하 시스템(100)으로부터 획득한 발전 정보를 모두 고려하여 점수를 부여하는 것을 의미한다.
이 때, 제 1 제어부(202)가 평가하는 경제성 평가는 각 부하 시스템으로부터 획득한 연료 종류, 연료 단가, 연료 용량 및 발전 종류, ESS 사용 여부를 기초로 평가가 가능하다. 다만, 도 3에 표기한 경제성 평가의 경우 표기의 편의상 '상', '중', 또는 '하'로 평가하였다.
예를 들어, 제 1 제어부(202)가 부하 시스템 'A'에 대하여 경제성이 '상'인 것으로 평가하고, 부하 시스템 'B'에 대하여 경제성을 '중'인 것으로 평가하고, 부하 시스템 'C'에 대하여 경제성을 '하'인 것으로 평가한 경우, 제 1 제어부(200)는 가상 발전소 시스템(200)내 전력 거래 시 경제성 평가가 좋은 부하 시스템 'A'가 생산한 발전 에너지를 먼저 거래시키도록 할 수 있다.
만일, 부하 시스템 'A'가 전력 가상 거래를 하고자 하지 않는 경우에는 경제성 평가가 '중'으로 평가된 부하 시스템 'B'가 생산한 발전 에너지를 거래시킬 수 있으며, 그 다음으로 부하 시스템 'C'가 생산한 발전 에너지를 거래시킬 수 있다.
이 때, 각 부하 시스템은 개별적으로, 가상 발전소 시스템(200)가 무선 통신을 수행하는 통신부 및 부하 시스템을 총괄적으로 제어하는 제어부를 포함한다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 부하 시스템 A (360)는 가상 발전소 시스템(200)과 무선통신을 수행하는 A 통신부(300)와 부하 시스템A(360)를 총괄적으로 제어하는 A 제어부(310)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 부하 시스템 B(370)은 가상 발전소 시스템(200)과 무선통신을 수행하는 B 통신부(320)와 부하 시스템B(370)을 총괄적으로 제어하는 B 제어부(310)를 포함할 수 있다. 또한, 부하 시스템 C(380)은 가상 발전소 시스템(200)과 무선 통신을 수행하는 C 통신부(340)와 부하 시스템C(380)를 총괄적으로 제어하는 C 제어부(350)를 포함할 수 있다.
즉, 각 부하 시스템(100: A, B, C, ??)는 각각의 통신부를 통하여 각 부하 시스템에 대한 정보를 가상 발전소 시스템(200)으로 전송할 수 있다.
다른 일 예로, 가상 발전소 시스템(200)는 가상 발전 시스템 내 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템의 비상용 발전기의 발전량을 사용할 수도 있다. 구체적으로, 전력 거래소(1)로부터 예측된 수요량 또는 가상 발전소 시스템(200)이 예측한 수요량을 기초로 부족한 발전 전기에 대한 정보를 자동으로 생성하고, 가상 발전소 시스템(200)의 부하 시스템(100)에 등록된 발전기에 연료 잔량에 따른 발전 예상량을 발전 단가와 연계하여 부족한 부분에 대하여 각 비사용 발전기의 발전량으로 대체 사용할 수도 있다.
또한, 다른 일 예로, 가상 발전소 시스템(200)은 가상 발전소 시스템 내 부하 시스템(100)에 대하여 실제 부하를 사용하는 시간의 전력 단가와 사용시간을 이전하여 발생하는 절감량을 가상 발전소에 등록하고, 해당 절감량을 DR 자원으로 거래시킬 수도 있다.
구체적으로, 도 4는 일 실시예에 따른 부하 시스템의 전력 피크 시프팅 방법을 설명하는 그래프이다.
가상 발전소 시스템(200)은 전력 거래소(1)로부터 DR 신호를 전달 받고, 전달 받은 DR 신호에 기초하여 관리하는 부하 시스템(100) 각각에 DR 신호를 재전달한다. 단, 이때, 전달되는 DR 신호에 포함하는 최대 전력 소비량 정보량이나 임계 전력 소비량은 각 부하 시스템(100)의 소모 전력량, 생산 전력량등에 따라 다르게 산정되며, 각 부하 시스템(100)에 산정된 개별 DR 신호에는 개별 부하 최대 소모 전력량, 개별 부하 임계 전력 소비량이 포함될 수 있다. 예컨대, 전력 거래소(1)로부터 획득한DR 신호의 최대 전력 소모 제한량을 'DR'이라고 할 때, 부하 시스템 (A)가 가지는 최대 전력 소모 제한량은 'DRA', 부하 시스템(B)가 가지는 최대 전력 소모 제한량은 'DRB', 부하 시스템 (C)가 가지는 최대 전력 소모 제한량은 'DRc'로 나타낼 수 있으며, 이 때, 최대 전력 소모 제한량 'DR'은 'DRA', 'DRB', 및 'DRc'의 합과 같을 수 있다.
또한, DR 신호에는 최대 전력 소모 제한량 뿐만 아니라, 최대 임계 전력 소비량을 포함할 수도 있다.
예컨대, 도 4는 부하 시스템의 시간 대별 전력 소비량을 나타낸 그래프이다. 즉, 전력 소비량이 DR 신호에 포함된 개별 부하 임계 전력 소비량(Thr)를 초과하는 t1 시점부터 t2 시점까지의 예상 소비 전력량을 D 라고 할 수 있다. 따라서, 예상 소비 전력량만큼을 전력 단가가 비교적 싼 시간으로 이전해서 발전시킬 수 있다.
구체적으로, (b) 그래프는t1 시점부터 t2 시점까지의 예상 소비 전력량인 D를 t1 이전 시점의 전력 소비량을 (D1)만큼 증가시키고, t2 이후 시점의 전력 소비량을 (D2)만큼 증가시켜 전력 단가가 비싼 시간인 t1 시점부터 t2 시점까지의 전력 소비량이 적은 비용으로 전력 소비가 가능할 수 있다.
따라서, 예상 소비 전력량인D의 소비를 시간 시프팅 제어를 통하여 싼 가격에 동일한 전력을 소비하도록 할 수 있다.
다만, 가상 발전소 시스템(200)이 시간 시프팅 제어를 수행하도록 부하 시스템(100)에 의사를 확인하고, 확인된 의사에 응답된 경우에만 시간 시프팅 제어를 수행하여 발전을 하도록 제어를 할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 가상 발전소 시스템(200)의 구성과 가상 발전소시스템(200)의 동작의 실시예에 대하여 살펴보았다.
이하에서는 가상 발전소 시스템(200)의 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 5는 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 비상용 발전기 활용 방법을 설명하는 순서도이다. 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 가상 발전소 시스템(200)은 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 복수의 부하 시스템(100)의 비상용 전력 정보를 취득한다(510).
뿐만 아니라, 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 복수의 부하 시스템(100)의 발전소 연료 잔량 정보를 더 취득한다(520).
따라서, 가상 발전소 시스템(200)은 관리하는 복수의 부하 시스템(100)에 포함된 각각의 부하 시스템(A, B, C, ??) 의 비상용 전력 정보 뿐만 아니라 발전소 연료 잔량을 실시간으로 획득하여 추가적인 전력 소모가 필요한 부하 시스템(100)에 해당 부하 시스템의 발전기 전력 단가와 비상용 전력 단가를 비교하여 필요 시 전력을 공급할 수도 있다.
예를 들어, 비상용 전력 단가가 발전기 전력 단가보다 낮으면(540의 예) 가상 발전소 시스템(200)은 해당 비사용 전력을 제공할 수 있다. 단, 이 때, 비상용 전력을 공급하는 부하 시스템(A)과 비상용 전력을 제공 받는 부하 시스템(B)은 서로 다를 수 있으며, 단지 동일한 가상 발전소 시스템(200)으로부터 관리되며, 가상 발전 거래를 동일한 경우에는 비상용 전력을 서로 제공하고 제공받을 수 있다.
이와 달리, 비상용 전력 단가가 발전기 전력 단가보다 높으면(540의 아니오), 또 다른 비사용 전력을 공급하는 비상용 전력을 발전기 전력 단가와 추가적으로 더 비교할 수도 있는 것으로(530), 최초 비상용 전력을 공급받지 않을 수 있다.
다음으로, 도 6은 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 각 부하 시스템의 에너지원의 사용 및 판매 방법을 설명하는 순서도이다.
앞서 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 가상 발전소 시스템(200)은 가상 발전소 시스템(200)이 관리하는 복수의 부하 시스템(100)으로부터 발전 정보를 취득한다(610). 이 때, 발전 정보란, 도 3에서 설명한 바에 따른 각 부하 시스템의 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 연료 용량, ESS 사용 여부 등에 대한 정보를 포함하는 것으로, 도 3에 도시된 정보 이외에도 발전 정보의 경제성을 평가하기에 추가적인 에너지 사용 및 발전 정보를 더 획득할 수도 있다.
이후, 가상 발전소 시스템(200)은 복수의 부하 시스템(100)의 발전 정보를 기초로 경제성을 평가한다(620). 이 때, 경제성 평가란, 각각의 전력 생산 단가 차이를 발전시기, 판매 단가, 연료 단가와 각 부하 시스템(100)으로부터 획득한 발전 정보를 모두 고려하여 점수를 부여하는 것을 의미한다.
추가적으로, 가상 발전소 시스템(200)은 복수의 부하 시스템(100)의 경제성 평가 점수를 기초로 우선적으로 사용할 순위 전력을 선정하고, 우선 순위 전력의 사용 및 판매를 수행한다(630).
다음으로, 도 7은 일 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 피크 시프팅(시간 시프팅) 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
구체적으로, 가상 발전소 시스템(200)은 전력 거래소(1)로부터 가상 발전소 시스템(200)은 전력 거래소(1)로부터DR 신호를 전달 받고, 전달 받은 DR 신호에 기초하여 관리하는 부하 시스템(A) 에 DR 신호를 부하 시스템 A 에 맞게 가공한 DRA 신호를 전달한다. 단, 이때, 전달되는 DR 신호에 포함하는 최대 전력 소비량 정보량이나 임계 전력 소비량은 각 부하 시스템(100)의 소모 전력량, 생산 전력량등에 따라 다르게 산정되며, 각 부하 시스템(100)에 산정된 개별 DR 신호에는 개별 부하 최대 소모 전력량, 개별 부하 임계 전력 소비량이 포함될 수 있다.
즉, 도 7에서는, 전력 거래소(1)로부터 획득한DR 신호의 최대 전력 소모 제한량을 'DR'이라고 할 때, 부하 시스템 (A)가 가지는 최대 전력 소모 제한량을 'DRA'로 나타내었다.
또한, DR 신호 및 DRA에는 최대 전력 소모 제한량 뿐만 아니라, 최대 임계 전력 소비량을 포함할 수도 있다.
부하 시스템(A)는 가상 발전소 시스템(200)에 필요 발전량과 발전 단가 정보를 제공할 수 있는데, 이 때, 가상 발전소 시스템이 DRA 신호를 전송하는 것과 부하 시스템(A)이 가상 발전소 시스템(200)에 필요발전량 및 발전 단가 정보를 제공하는 것은 동시에 또는 순서가 바뀌어서 진행될 수도 있다.
이후, 가상 발전소 시스템(200)은 부하 시스템(A)에 VPP 플랫폼 참여 의사를 확인하고, 그에 대하여 ACK 신호(긍정 응답)로 응답하는 경우에만 피크 시프팅 제어를 수행한다. 피크 시프팅 제어는 도 4에서 설명한 바와 같이, 발전 단가가 시간 대의 발전량을 시간을 바꿔 동일한 발전량을 발전시키는 제어방법을 의미한다.
다만, 도 7에서는 피코 시프팅 제어 실시예에 대하여 가상 발전소 시스템(200)과 부하 시스템(A) 상호간의 VPP 참여 의사 여부에 대한 확인 및 ACK 신호의 전달을 설명하였으나, 앞서 비상용 발전 사용 여부, 또는 복수의 부하 간 우선 순위 전력 우선적 사용여부에 대한 참여 의사 여부의 확인 역시 선행되어야 하는 것이 일반적이다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
1: 전력 거래소
200: 가상 발전소 시스템
100: 부하 시스템

Claims (18)

  1. 전력 거래소로부터 수요 반응 신호(Demand Response: DR 신호)를 획득하고, 복수의 부하 시스템으로부터 전력 소비 정보 또는 에너지 발전 정보를 획득하는 통신부; 및
    상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하고, 상기 복수의 부하 시스템의 전력 소비 정보 및 에너지 발전 정보를 기초로 상기 부하 시스템 각각의 경제성 평가 점수를 산출하고, 산출된 경제성 평가 점수에 기초하여 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 제어부;를 포함하는 가상 발전소 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 에너지 발전 정보가 포함하는 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 및 연료 용량과, 상기 전력 소비 정보를 고려하여 상기 경제성 평가 점수를 산출하는 가상 발전소 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수요 반응 신호에 포함된 최대 전력 소비량을 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송 시, 각각의 부하 시스템의 전력 소비 정보를 기초로 상이하게 부분 최대 전력 소비량을 설정하는 가상 발전소 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시, 상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 가상 발전소 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 복수의 부하 시스템 중 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템으로부터비상용 발전 정보를 더 획득하는 가상 발전소 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비상용 발전기의 발전 단가가 특정 부하 시스템의 에너지 발전 단가보다 저렴한 경우에 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 가상 발전소 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시, 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 가상 발전소 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    특정 부하 시스템의 사용 전력이 상기 전력 거래소로부터 획득한 임계 전력을 초과한 시간 동안의 전력 소비량을 전력 단가가 저렴한 시간대에 전력을 사용하도록 시프팅 제어하는 가상 발전소 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 시프팅 제어에 대하여 긍정 응답한 부하 시스템에 대하여 전력 사용 시간 시프트 제어를 수행하는 가상 발전소 시스템.
  10. 전력 거래소로부터 수요 반응 신호(Demand Response: DR 신호)를 획득하는단계;
    복수의 부하 시스템으로부터 전력 소비 정보 또는 에너지 발전 정보를 획득하는 단계;
    상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하는 단계;
    상기 복수의 부하 시스템의 전력 소비 정보 및 에너지 발전 정보를 기초로 상기 부하 시스템 각각의 경제성 평가 점수를 산출하는 단계; 및
    산출된 경제성 평가 점수에 기초하여 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계; 를 포함하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 경제성 평가 점수를 산출하는 단계;는,
    상기 에너지 발전 정보가 포함하는 발전 종류, 연료 종류, 연료 단가, 및 연료 용량과, 상기 전력 소비 정보를 고려하여 상기 경제성 평가 점수를 산출하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수요 반응 신호를 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송하는 단계;는,
    상기 수요 반응 신호에 포함된 최대 전력 소비량을 상기 복수의 부하 시스템에 개별적으로 전송 시, 각각의 부하 시스템의 전력 소비 정보를 기초로 상이하게 부분 최대 전력 소비량을 설정하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템의 에너지를 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;는,
    상기 높은 점수를 갖는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시에만 사용 또는 판매시키는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 부하 시스템 중 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템으로부터비상용 발전 정보를 획득하는 단계;를 더 포함하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 비상용 발전기의 발전 단가가 특정 부하 시스템의 에너지 발전 단가보다 저렴한 경우에 상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;를 더 포함하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 비상용 발전기의 발전 전력을 우선적으로 사용 또는 판매시키는 단계;는,
    상기 비상용 발전기를 포함하는 부하 시스템이 가상 발전 거래 긍정 응답 시에만 사용 또는 판매시키는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    특정 부하 시스템의 사용 전력이 상기 전력 거래소로부터 획득한 임계 전력을 초과한 시간 동안의 전력 소비량을 전력 단가가 저렴한 시간대에 전력을 사용하도록 시프팅 제어하는 단계;를 더 포함하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시프팅 제어하는 단계;는,
    시프팅 제어에 대하여 긍정 응답한 부하 시스템에 대하여만 전력 사용 시간 시프트 제어를 수행하는 가상 발전소 시스템의 제어 방법.
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