KR20210026446A - 최적화된 전력 스케줄링 방법 - Google Patents

최적화된 전력 스케줄링 방법 Download PDF

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KR20210026446A KR1020190107233A KR20190107233A KR20210026446A KR 20210026446 A KR20210026446 A KR 20210026446A KR 1020190107233 A KR1020190107233 A KR 1020190107233A KR 20190107233 A KR20190107233 A KR 20190107233A KR 20210026446 A KR20210026446 A KR 20210026446A
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은, 최적화된 전력 수요공급을 스케줄링하고, 최적화된 요금제를 도출함으로써, 생산소비자들은 예정된 동작 시간동안 충분한 전력량을 최소한의 요금으로 공급받고, 중앙장치는 총 요금을 최대화할 수 있는 최적화된 전력 스케줄링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법은 통신부가 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하는 제1단계; 통신부가 외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하는 제2단계; 처리부가 상기 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, ESS의 판매가격 및 복수의 생산소비자의 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하는 제3단계; 통신부가 실시간 요금제를 복수의 생산소비자로 송신하는 제4단계; 저장부가 실시간 요금제를 저장부에 저장하는 제5단계를 포함할 수 있다.

Description

최적화된 전력 스케줄링 방법{METHOD FOR OPTIMIZINGING POWER SCHEDULE}
본 발명은 소셜 네트워크 스마트 그리드(smart grid) 시스템에서 전력 또는 에너지의 스케줄링 알고리즘을 최적화하는 방법에 관한 것이다.
최근 수년 간, 정보화 사회로 전환됨에 따라 급증한 전력 수요량에 대한 예측이 불확실하여 전력 수요 공급의 불균형이 발생하였다. 이러한 전력 수요 공급의 불안정은 대규모 정전사태(블랙아웃)를 초래하는 큰 문제점으로 지적된다. 이러한 불균형을 해결하기 위하여, 전력 통신에서 양방향 통신이 가능한 스마트 그리드가 대두되었다.
스마트 그리드는 전력 수요 측과 공급 측 간 양방향 정보 교환을 통하여 안정적인 전력 수요 공급을 가능하게 한다. 전력 수요 정보는 공급자에게 전달되고, 이 정보를 기반으로 하여 공급자는 매시간마다 전력 요금이 달라지는, 즉 수요가 집중되는 시간에 가격이 더욱 비싸지는, 실시간 요금을 도출하여 수요 측에 전달할 수 있다. 게다가, 재생산 에너지와 에너지 저장 체계의 발전에 따라 생산소비자라는 개념이 등장하고 있다.
기존의 주거지역의 수요공급 연구조사들은 모든 전자기기들이 스케줄링이 가능하다는 가정 하에 전력 스케줄링 수행능력을 집중적으로 연구하였다. 그러나 이 가정은 텔레비전, 그리고 컴퓨터와 같이 사용자의 필요에 따라 사용되어 소비전력이 스케줄에 따라 동작하지 않는 전자기기들을 고려한다면 현실적이지 않다. 이에 소셜 네트워크에서 스마트 그리드 시스템은 시계열에 따라 실시간으로 합리적이고 효율적인 스케줄링 알고리즘이 필요한 실정이다.
본 발명은, 최적화된 전력 수요공급을 스케줄링하고, 최적화된 요금제를 도출함으로써, 생산소비자들은 예정된 동작 시간동안 충분한 전력량을 최소한의 요금으로 공급받고, 중앙장치는 총 요금을 최대화할 수 있는 최적화된 전력 스케줄링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법은 통신부가 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하는 제1단계; 통신부가 외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하는 제2단계; 처리부가 상기 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, ESS의 판매가격 및 복수의 생산소비자의 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하는 제3단계; 통신부가 실시간 요금제를 복수의 생산소비자로 송신하는 제4단계; 저장부가 실시간 요금제를 저장부에 저장하는 제5단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 요금제를 최적화하는 장치는, 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하고, 외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하고, 처리부가 도출한 실시간 요금제를 복수의 생산소비자로 송신하도록 구성된 통신부; 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, ESS의 판매가격 및 복수의 생산소비자의 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하도록 구성된 처리부; 및 실시간 요금제를 저장하도록 구성된 저장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법은, 처리부가 저장부에 저장된 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하는 제1단계; 통신부가 외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제를 수신하는 제2단계; 통신부가 외부의 중앙 장치로부터 실시간 요금제를 수신하는 제3단계; 처리부가 소비 전력량, ESS로의 판매 전력량, 소매상 공급 전력량, 재생에너지 공급 전력량, 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 기초로 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하는 제4단계; 통신부가 ESS로의 판매 전력량을 중앙 장치로 송신하는 제5단계; 및 저장부가 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하는 제6단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공급-판매 전력량을 최적화하는 장치는, 정보를 저장하도록 구성된 저장부; 외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 수신하고, 처리부가 도출한 ESS로의 판매 전력량을 중앙 장치로 송신하도록 구성된 통신부; 및 저장부에 저장된 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하고, 소비 전력량, ESS로의 판매 전력량, 소매상 공급 전력량, 재생에너지 공급 전력량, 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 기초로 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하도록 구성된 처리부를 포함하고, 저장부는 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 전력 스케줄링 방법에 따르면 실시간 요금제 및 일전 실시간 요금제를 적용하여 전력 공급 측과 전력 수요 측 간 반복적인 실시간 정보 교환을 통해 최적의 수요공급에 도달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 전력 스케줄링 방법에 따르면, 전력 수요공급에 가장 큰 문제점인 수요공급 불균형을 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 수요 측에서는 재생 가능한 에너지를 기반으로 한 생산소비자들이 합리적인 전력 공급 및 요금 지불이 가능해진다. 또한, 공급 측에서는 ESS(Energy Storage System)를 활용하여 단순히 전력 소매상에 의존하는 것이 아니라 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템의 구성 간의 상호작용에서 공급을 총괄적으로 조절하여 대규모 정전사태를 방지함과 더불어 합리적인 수익을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간에 따른 생산소비자의 프로파일 업데이트를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 최적화된 전력 스케줄링 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전력을 최적화하는 Rolling 최적화 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 5는 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 최적화된 전력 스케줄링 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템(100)은 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)인 ESS(110), 복수의 생산소비자(120, 122, 124, 126, 128)(Prosumer), 에너지 허브(130) 및 전력 소매상(140)을 포함할 수 있다.
이하에서 사용될 시간 t는 다음과 같이 정할 수 있다.
Figure pat00001
Τ는 총 실행 시간을 의미하며, Γ는 시작시간부터 Τ까지 시간에 대한 집합이다. 단위시간은 초, 시, 분, 일 등과 같이 확장되어 적용할 수 있으며 연속적인 시계열에 대하여 적용이 가능하다.
ESS(110)는 생산소비자(120, 122, 124, 126, 128)로부터 전력량을 구매하여 저장하거나, 저장되어 있는 전력량을 생산소비자에게 판매할 수 있다. 시간 t에서의 ESS에 저장된 전력 저장량은
Figure pat00002
로 표현하며 전력 저장량은 다음과 같은 제약조건을 가질 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
은 ESS가 동작하기 위하여 최소한으로 저장하고 있어야 하는 최소 전력 저장량을 의미하고,
Figure pat00005
는 ESS가 저장할 수 있는 최대 전력 저장량을 의미한다.
생산소비자(120, 122, 124, 126, 128)는
Figure pat00006
으로 표현되며 다음과 같이 U는 생산소비자들의 집합을 의미한다.
Figure pat00007
여기서, 아래첨자 N은 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템을 구성하는 복수의 생산소비자들의 수를 나타낸다.
각각의 생산소비자
Figure pat00008
은 다음과 같이 전력소비를 시작하는 시작 시간
Figure pat00009
, 전력소비가 끝나는 종료 시간
Figure pat00010
, 그리고 소비될 잔여 전력량
Figure pat00011
을 프로파일로 갖는다.
Figure pat00012
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간에 따른 생산소비자의 프로파일 업데이트를 나타내는 도면이다.
생산소비자의 프로파일은 시간 t의 변화에 따라 도 2와 같이 업데이트 될 수 있다. 또한, 시간 t에서 생산소비자
Figure pat00013
이 소비하는 소비 전력량을
Figure pat00014
라고 할 때, 다음과 같은 제약조건을 가질 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
첫 번째 제약조건은 동작 시간동안 소비된 총 전력량이
Figure pat00017
보다 커야한다는 것을 의미하며, 두 번째 제약조건은 매 단위 시간마다 소비하는 전력량
Figure pat00018
에 대한 제한범위가 존재한다는 것을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 생산소비자(120, 122, 124, 126, 128)가 전력을 공급받을 수 있는 개체는 ESS(110), 전력 소매상(140) 및 재생가능 에너지 자원이 있을 수 있다. 재생가능 에너지 자원은 예를 들면 태양에너지 등의 에너지자원일 수 있다. 시간 t에서 생산소비자 각각이 ESS(110)로 판매하는 전력량, 전력 소매상(140)으로부터 공급받는 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 전력량을 각각
Figure pat00019
,
Figure pat00020
및
Figure pat00021
라고 하면, 다음과 같은 제약조건이 성립할 수 있다.
Figure pat00022
Figure pat00023
여기서
Figure pat00024
로 놓은 이유는 아래에서 설명할 바와 같이 ESS(110)기준으로 부호를 설정하기 위해서이다. 생산소비자가 ESS로 판매하는 전력량을 (+)로 설정했으므로, 생산소비자의 입장에서 공급받는 전력량은 (-)가 된다. 한편, 재생가능 에너지자원이 없는 경우
Figure pat00025
는 0으로 하거나 또는 생략 가능하다.
앞서 설명했듯, ESS(110)는 생산소비자(120, 122, 124, 126, 128)로부터 전력을 사거나 팔 수 있는데, 시간 t에서 ESS와 생산소비자
Figure pat00026
간에 교환되는 전력량을
Figure pat00027
로 표현한다. 부호와 관련하여는, 생산소비자가 ESS로 판매하는 전력량, 즉 ESS가 생산소비자로부터 공급받는 전력량을
Figure pat00028
로 정의한다. 따라서
Figure pat00029
로 표현되는, 시간 t에서 ESS에 대한 총 전력의 변화량은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00030
Figure pat00031
는 양수 또는 음수일 수 있다. 생산소비자
Figure pat00032
으로부터 전력을 구매하여(생산소비자가 ESS로 전력을 판매하여) 저장량이 늘어나는 경우 양수가 되고, 생산소비자
Figure pat00033
에게 전력을 판매하여 저장량이 줄어드는 경우 음수가 된다. 결과적으로, 총 교환된 전력량
Figure pat00034
가 양수이면 ESS의 전력량은 늘어나게 되고, 그렇지 않고 음수라면 ESS의 전력량은 줄어들게 된다. 따라서 시간에 따른 ESS 전력량은 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00035
ESS로부터 생산소비자에게 전력을 판매하거나 구매하게 될 경우 ESS는 가격을 결정하게 되는데, 이 때 가격은 ESS에 저장되어 있는 전력량의 상태 (SoC : State-of-Charging)에 음의 상관관계가 있다. 즉, ESS에 저장된 전력량이 많을수록 가격은 싸며, 적을수록 가격은 비싸다. 따라서 ESS에 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율
Figure pat00036
에 대한 ESS의 판매가격
Figure pat00037
는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00038
일 실시예에서, 상기 식의
Figure pat00039
는 최대가격, 즉 ESS에 저장된 전력량이 최소일 때의 가격이고,
Figure pat00040
는 최소가격, 즉 ESS에 저장된 전력량이 최대일 때의 가격으로 설정될 수 있다.
최대-최소가격의 차인
Figure pat00041
의 계수는 현재 ESS에 충전되어 있지 않은 양의 백분율을 의미한다.
여기에, ESS의 충전된 전력이 가득 찼을 때의 금액을 기본 값으로 더해준다.
일 실시예에 따른 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템(100)은 실시간 요금제가 적용된 모델이므로, 시간 t에서 ESS의 전력 요금으로서 실시간 요금제인
Figure pat00042
은 다음과 같이 정의한다.
Figure pat00043
우항의 분모에서 적분 범위는 시간 t에서의 ESS의 최대 용량 대비 ESS 전력량의 백분율부터
Figure pat00044
, 즉 ESS와 생산소비자들 간에 교환된 전력량만큼 변화된 전력량의 백분율까지이다. 부등호는
Figure pat00045
의 상한을 나타내기 위함이나 뒤에서 설명하는 바와 같이 최적화 과정을 통해 결국 등호에 수렴할 수 있다.
앞서 정의한 요금 정책인 실시간 요금제
Figure pat00046
에 따라 생산소비자
Figure pat00047
이 시간 t에서 소셜 네트워크와의 전력 교환에 드는 비용을
Figure pat00048
, 전력 소매상으로부터 전력을 구매하는데 드는 비용을
Figure pat00049
이라고 표현하고, 이들은 각각 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00050
Figure pat00051
소셜 네트워크의 상황에 따라 실시간으로 변동하는 실시간 요금제를 적용한
Figure pat00052
와 달리, 전력 소매상은 일전 실시간 요금제(DA-RTP : Day-ahead real-time pricing)인
Figure pat00053
를 적용하는데, 전날에 미리 정해져 나오는 값으로서 변하지 않는 상수 값일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른, 최적화된 전력 스케줄링 시스템을 나타낸 도면이다. 최적화된 전력 스케줄링 시스템(300)은 생산소비자(310); 중앙 장치(320) 및 ESS(330)를 포함할 수 있다.
생산소비자(310)는 정보를 저장하도록 구성된 저장부(316); 외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 수신하고, 처리부가 도출한 ESS로의 판매 전력량을 중앙 장치(320)로 송신하도록 구성된 통신부(312); 및 저장부에 저장된 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하고, 소비 전력량, ESS로의 판매 전력량, 소매상 공급 전력량, 재생에너지 공급 전력량, 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 기초로 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하도록 구성된 처리부(314)를 포함하고, 저장부(316)는 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하도록 구성될 수 있다.
중앙 장치(320)는 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하고, 외부의 복수의 생산소비자(310) 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하고, 처리부가 도출한 실시간 요금제를 복수의 생산소비자로 송신하도록 구성된 통신부(322); 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, ESS의 판매가격 및 복수의 생산소비자의 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하도록 구성된 처리부(324); 및 실시간 요금제를 저장하도록 구성된 저장부를 포함할 수 있다.
중앙 장치(320)는 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템의 일 구성에 포함되도록 구성될 수 있으며, 예를 들면 에너지 허브 또는 전력 소비상에 구성될 수 있다.
생산소비자는 동작 시간 동안 사용되는 전력을 공급받고 요금을 지불하는 과정에서 가장 합리적인 전력 수요공급을 스케줄링 하는 것을 목표로 한다. 한편, 동시에 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템의 중앙 장치는 ESS의 충전량 상태에 따라 요금을 다시 도출한다. 이 프로세스가 진행되는 동안 생산소비자와 중앙장치는 각자의 정보를 서로에게 송신하고 수신할 수 있다.
제1프로세스로서 생산소비자(310)들은 중앙 장치(320)로부터 실시간 요금제
Figure pat00054
과 일전 실시간 요금제
Figure pat00055
를 전달받아 동작 시간 내에 지불할 총 요금을 최소화하도록 단위 시간 당 소비 전력량을 스케줄링 할 수 있다.
제2프로세스로서 중앙 장치(320)는 복수의 생산소비자(310) 각각으로부터 스케줄링 정보, 구체적으로는 ESS로의 판매 전력량 등의 정보를 수신하여
Figure pat00056
를 다시 도출한 뒤, 재도출된
Figure pat00057
를 다시 복수의 생산소비자(310) 각각에게 전달한다.
두 일련의 프로세스는 스케줄링 결과, 즉 ESS로의 판매 전력량 및/또는 실시간 요금제가 더 이상 변하지 않고 수렴할 때까지 반복한다.
앞서 설명한 일 실시예에 따른 최적화 프로세스는 Stackelberg 게임 이론적 최적화 알고리즘이다. ESS는 Leader의 역할을 하며, 생산소비자들은 Follower들의 역할을 한다. Stackelberg 게임 이론에 따르면, Leader는 Follower들에게 최적 전략, 예를 들면 앞서 설명한 알고리즘에서의
Figure pat00058
를 전달한다. Follower들은 대표 정책에 따라 각자의 최적 전략을 구하고 다시 Leader에게 전달한다. Leader는 Follower들의 최적 전략을 모두 수렴한 뒤, 다시 최적 전략을 계산하고 Follower들에게 전달하는 과정을 반복한다. 이 과정은 Leader의 최적 전략과 Follower들의 최적 전략이 더 이상 변하지 않고 특정 값에 수렴할 때까지 반복한다. 이 때, 수렴하는 특정 값을 내쉬 균형 혹은 내쉬 평형 (Nash equilibrium)이라고 한다.
내쉬 균형 이론에 따르면, 다음과 같은 조건을 만족할 때 내쉬 균형이 존재한다.
Figure pat00059
명의 플레이어가 참가하는 게임을
Figure pat00060
라고 했을 때, 다음과 같이 가정한다.
Figure pat00061
: 전략의 집합
Figure pat00062
: 플레이어
Figure pat00063
가 취할 전략
Figure pat00064
: 경기자
Figure pat00065
를 제외한 모든 플레이어들의 전략
Figure pat00066
: 이익함수
이 때,
Figure pat00067
(내쉬 균형,
Figure pat00068
)은 다음과 같다.
Figure pat00069
따라서, Stackelberg 게임에서 내쉬 균형이 존재함를 증명하기 위해서는 다음과 같은 두 조건에 부합하여야 한다.
Figure pat00070
Figure pat00071
본 발명의 일 실시예에 따른 최적화 알고리즘에서는 각 이익함수가 상대측의 최적 전략을 받았을 때, 해당 전략을 고려하여 다음과 같이 최대, 최소를 산출하므로 위의 두 조건에 만족하며 내쉬 균형의 존재가 증명된다.
Figure pat00072
Figure pat00073
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전력을 최적화하는 Rolling 최적화 알고리즘을 나타낸 도면이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화 알고리즘은 도 4와 같이, 매 시간 t에서 스케줄링 된 결과 값이 시간 t+1에 반영되어 다음 스케줄링에 영향을 주게 되고, 시간 t+1은 업데이트된 프로파일을 통하여 새롭게 스케줄링 하는 Rolling 최적화 알고리즘이다.
도 5는 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법은, 처리부가 저장부에 저장된 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하는 제1단계; 통신부가 외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제를 수신하는 제2단계; 통신부가 외부의 중앙 장치로부터 실시간 요금제를 수신하는 제3단계; 처리부가 소비 전력량, ESS로의 판매 전력량, 소매상 공급 전력량, 재생에너지 공급 전력량, 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 기초로 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하는 제4단계; 통신부가 ESS로의 판매 전력량을 중앙 장치로 송신하는 제5단계; 및 저장부가 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하는 제6단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법은, 처리부는, 저장부에 저장된 정보 중 ESS로의 판매 전력량과 동일한 정보가 있는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
동일한 정보가 있는 경우, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하고,
동일한 정보가 없는 경우, 제3단계, 제4단계, 제5단계 및 제6단계를 반복하도록 - 반복되는 단계에서 실시간 요금제는 중앙 장치로 송신된 ESS로의 판매 전력량을 기초로 중앙 장치에 의하여 재도출된 것이고, ESS로의 판매 전력량은 재도출된 실시간 요금제를 기초로 재도출된 것임 - 더 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 5에서 Social Network System으로 기재된 것은, 구체적으로 중앙 장치에 의해 수행될 수 있다.
생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위해 수행하는 제1프로세스에서 생산소비자들의 목적은 동작 시간동안 충분한 전력량을 최소한의 요금으로 공급받는 것이다. 따라서 생산소비자의 목적함수는 다음과 같다.
Figure pat00074
이 때, 제약조건으로
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
Figure pat00078
가 제시된다. 즉, 최종 요금을 최소화하기 위하여 단위 시간마다 ESS로 판매하는 전력량
Figure pat00079
과 전력 소매상으로부터 공급받는 전력량
Figure pat00080
을 스케줄링 하는 것이다.
도면에서
Figure pat00081
,
Figure pat00082
을 수신하도록 도시되어 있으나, 프로세스를 거친 후 최적화를 위한 반복 과정에서는
Figure pat00083
만을 수신할 수 있다. 한편, Social Network System 내지는 중앙 장치로
Figure pat00084
,
Figure pat00085
를 송신하도록 도시되어 있으나,
Figure pat00086
만을 송신하도록 구성될 수도 있다.
전력 교환통신 동기화는 수렴한 결과 값들을 이용하여 시스템이, 즉 복수의 생산소비자 및 중앙 장치가 기초가 되는 정보들을 동기화하여 업데이트하도록 정보를 송/수신하는 것일 수 있다.
도 6은 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법은 통신부가 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하는 제1단계; 통신부가 외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하는 제2단계; 처리부가 상기 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, ESS의 판매가격 및 복수의 생산소비자의 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하는 제3단계; 통신부가 실시간 요금제를 복수의 생산소비자로 송신하는 제4단계; 저장부가 실시간 요금제를 저장부에 저장하는 제5단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법은, 처리부는, 저장부에 저장된 정보 중 실시간 요금제와 동일한 정보가 있는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
동일한 정보가 있는 경우, 실시간 요금제가 수렴한다는 정보를 복수의 생산소비자로 송신하고, 수렴한다는 정보를 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하고,
동일한 정보가 없는 경우, 제2단계, 제3단계, 제4단계 및 제5단계를 반복하도록 - 반복되는 단계에서 ESS로의 판매 전력량은 복수의 생산소비자로 송신된 실시간 요금제를 기초로 복수의 생산소비자 각각에 의하여 재도출된 것이고, 실시간 요금제는 재도출된 ESS로의 판매 전력량을 기초로 재도출된 것임- 더 구성될 수 있다.
중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위해 수행하는 2번의 프로세스에서 중앙 장치는 제1번 프로세스에 의해 스케줄링된 정보를 기반으로 전력 요금을 재 도출한다. 이 때, 요금을 최대화하도록 요금을 도출하는 것이 판매자의 목적이 되므로 목적함수는 다음과 같다.
Figure pat00087
이 때, 다음과 같은 제약조건이 있을 수 있다.
Figure pat00088
Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
요금을 최대화하기 위하여 실시간 요금제
Figure pat00092
을 스케줄링 하는 것이다. 도면에서
Figure pat00093
,
Figure pat00094
을 생산소비자에게 송신하도록 도시되어 있으나, 프로세스를 거친 후 최적화를 위한 반복 과정에서는
Figure pat00095
만을 송신할 수 있다. 한편, 생산소비자로부터
Figure pat00096
,
Figure pat00097
를 수신하도록 도시되어 있으나,
Figure pat00098
만을 수신하도록 구성될 수도 있다.
이러한 최적화된 전력 스케줄링 방법을 통해 생산소비자들은 예정된 동작 시간동안 충분한 전력량을 최소한의 요금으로 공급받고, 중앙장치는 총 요금을 최대화할 수 있는 최적화된 전력 스케줄링이 가능하다.
도 7은 일 실시예에 따른, 최적화된 전력 스케줄링 시스템을 나타낸 도면이다. 도 5를 수행하는 생산소비자와 도 6을 수행하는 중앙 장치는 상호간에 정보를 송/수신하여 최적화된 전력 스케줄을 도출할 수 있다.
나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 전력 스케줄링 방법에 의하여, 전력 수요공급에 가장 큰 문제점인 수요공급 불균형을 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 수요 측에서는 재생 가능한 에너지를 기반으로 한 생산소비자들이 합리적인 전력 공급 및 요금 지불이 가능해진다. 또한, 공급 측에서는 ESS(Energy Storage System)를 활용하여 단순히 전력 소매상에 의존하는 것이 아니라 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템의 구성 간의 상호작용에서 공급을 총괄적으로 조절하여 대규모 정전사태를 방지함과 더불어 합리적인 수익을 보장할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 소셜 네트워크 스마트 그리드 시스템
110: ESS(Energy Storage System)
120, 122, 124, 126, 128: 생산소비자
130: 에너지 허브
140: 전력 소매상
300: 최적화된 전력 스케줄링 시스템
310: 생산소비자
312: 생산소비자에 구성된 통신부
314: 생산소비자에 구성된 처리부
316: 생산소비자에 구성된 저장부
320: 중앙 장치
322: 중앙 장치에 구성된 통신부
324: 중앙 장치에 구성된 처리부
326: 중앙 장치에 구성된 저장부
330: ESS

Claims (12)

  1. 중앙 장치가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 실시간 요금제를 최적화하는 방법에 있어서,
    통신부가 외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하는 제1단계;
    상기 통신부가 외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하는 제2단계;
    처리부가 상기 전력 저장량, 상기 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, 상기 ESS의 판매가격 및 상기 복수의 생산소비자의 상기 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하는 제3단계;
    상기 통신부가 상기 실시간 요금제를 상기 복수의 생산소비자로 송신하는 제4단계;
    저장부가 상기 실시간 요금제를 저장부에 저장하는 제5단계를 포함하는, 실시간 요금제 최적화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 실시간 요금제와 동일한 정보가 있는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
    동일한 정보가 있는 경우,
    상기 실시간 요금제가 수렴한다는 정보를 상기 복수의 생산소비자로 송신하고, 상기 수렴한다는 정보를 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하고,
    동일한 정보가 없는 경우,
    상기 제2단계, 제3단계, 제4단계 및 제5단계를 반복하도록 - 상기 반복되는 단계에서 ESS로의 판매 전력량은 상기 복수의 생산소비자로 송신된 상기 실시간 요금제를 기초로 상기 복수의 생산소비자 각각에 의하여 재도출된 것이고, 실시간 요금제는 상기 재도출된 ESS로의 판매 전력량을 기초로 재도출된 것임- 더 구성되는, 실시간 요금제 최적화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리부는 식
    Figure pat00099

    (단,
    Figure pat00100
    ,
    Figure pat00101
    ,
    Figure pat00102
    및
    Figure pat00103
    이고,
    Figure pat00104
    는 실시간 요금제,
    Figure pat00105
    은 시간t에서의 실시간 요금제,
    Figure pat00106
    는 시간t에서의 전력 저장량,
    Figure pat00107
    는 총 전력의 변화량,
    Figure pat00108
    은 최소 전력 저장량,
    Figure pat00109
    은 최대 전력 저장량,
    Figure pat00110
    는 ESS 판매가격,
    Figure pat00111
    는 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율을 각각 의미한다)
    에 따라 실시간 요금제를 도출하도록 더 구성된,
    실시간 요금제 최적화 방법.
  4. 최적화된 전력 스케줄링을 위한 실시간 요금제를 최적화하는 장치에 있어서,
    외부의 ESS로부터 전력 저장량, 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율 및 ESS의 판매가격을 수신하고,
    외부의 복수의 생산소비자 각각으로부터 생산소비자 각각이 판매하는 ESS로의 판매 전력량을 수신하고,
    처리부가 도출한 실시간 요금제를 상기 복수의 생산소비자로 송신하도록 구성된 통신부;
    상기 전력 저장량, 상기 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율, 상기 ESS의 판매가격 및 상기 복수의 생산소비자의 상기 ESS로의 판매 전력량을 기초로 시간별 실시간 요금제를 합한 값이 최대가 되도록, 실시간 요금제를 도출하도록 구성된 처리부; 및
    상기 실시간 요금제를 저장하도록 구성된 저장부를 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 실시간 요금제와 동일한 정보가 있는지 판단하도록 더 구성되고,
    동일한 정보가 있는 경우,
    상기 실시간 요금제가 수렴한다는 정보를 상기 복수의 생산소비자로 송신하고, 상기 수렴한다는 정보를 저장부에 저장하고,
    동일한 정보가 없는 경우,
    상기 통신부는 ESS로의 판매 전력량을 수신하고 - 상기 ESS로의 판매 전력량은 상기 복수의 생산소비자로 송신된 상기 실시간 요금제를 기초로 상기 복수의 생산소비자 각각에 의하여 재도출된 것임 -,
    상기 처리부는 실시간 요금제를 도출하고 - 상기 실시간 요금제는 상기 재도출된 ESS로의 판매 전력량을 기초로 재도출된 것임 -;
    상기 통신부는 상기 실시간 요금제를 상기 복수의 생산소비자로 송신하고 - 상기 실시간 요금제는 재도출된 것임 -,
    상기 처리부는 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 실시간 요금제와 동일한 정보가 있는지 판단 - 상기 실시간 요금제는 재도출된 것임 - 하는 과정을 반복하도록 더 구성된,
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리부는 식
    Figure pat00112

    (단,
    Figure pat00113
    ,
    Figure pat00114
    ,
    Figure pat00115
    및
    Figure pat00116
    이고,
    Figure pat00117
    는 실시간 요금제,
    Figure pat00118
    은 시간t에서의 실시간 요금제,
    Figure pat00119
    는 시간t에서의 전력 저장량,
    Figure pat00120
    는 총 전력의 변화량,
    Figure pat00121
    은 최소 전력 저장량,
    Figure pat00122
    은 최대 전력 저장량,
    Figure pat00123
    는 ESS 판매가격,
    Figure pat00124
    는 최대 용량 대비 저장된 전력량의 백분율을 각각 의미한다)
    에 따라 실시간 요금제를 도출하도록 더 구성된,
    장치.
  7. 생산소비자가 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 공급-판매 전력량을 최적화하는 방법에 있어서,
    처리부가 저장부에 저장된 상기 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하는 제1단계;
    통신부가 외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제를 수신하는 제2단계;
    상기 통신부가 상기 외부의 중앙 장치로부터 실시간 요금제를 수신하는 제3단계;
    상기 처리부가 상기 소비 전력량, 상기 ESS로의 판매 전력량, 상기 소매상 공급 전력량, 상기 재생에너지 공급 전력량, 상기 일전 실시간 요금제 및 상기 실시간 요금제를 기초로 상기 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하는 제4단계;
    상기 통신부가 상기 ESS로의 판매 전력량을 상기 중앙 장치로 송신하는 제5단계; 및
    상기 저장부가 상기 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하는 제6단계를 포함하는, 공급-판매 전력량 스케줄 최적화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 ESS로의 판매 전력량과 동일한 정보가 있는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
    동일한 정보가 있는 경우,
    상기 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하고,
    동일한 정보가 없는 경우,
    상기 제3단계, 제4단계, 제5단계 및 제6단계를 반복하도록 - 상기 반복되는 단계에서 실시간 요금제는 상기 중앙 장치로 송신된 상기 ESS로의 판매 전력량을 기초로 상기 중앙 장치에 의하여 재도출된 것이고, ESS로의 판매 전력량은 상기 재도출된 실시간 요금제를 기초로 재도출된 것임 - 더 구성되는, 공급-판매 전력량 스케줄 최적화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처리부는 식
    Figure pat00125

    (단,
    Figure pat00126
    ,
    Figure pat00127
    및
    Figure pat00128
    이고,
    Figure pat00129
    은 시간t에서의 실시간 요금제,
    Figure pat00130
    는 시간t에서의 일전 실시간 요금제,
    Figure pat00131
    는 시간t에서의 소비 전력량,
    Figure pat00132
    는 소비될 잔여 전력량,
    Figure pat00133
    는 시간t에서의 ESS로의 판매 전력량,
    Figure pat00134
    는 시간t에서의 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량,
    Figure pat00135
    는 시간t에서의 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 각각 의미한다)
    에 따라 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하도록 더 구성된,
    공급-판매 전력량 스케줄 최적화 방법.
  10. 최적화된 전력 스케줄링을 위하여 생산소비자의 공급-판매 전력량을 최적화하는 장치에 있어서,
    정보를 저장하도록 구성된 저장부;
    외부의 중앙 장치로부터 일전 실시간 요금제 및 실시간 요금제를 수신하고,
    처리부가 도출한 ESS로의 판매 전력량을 상기 중앙 장치로 송신하도록 구성된 통신부; 및
    상기 저장부에 저장된 상기 생산소비자의 소비 전력량, 소비될 잔여 전력량, ESS로의 판매 전력량, 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량 및 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 호출하고,
    상기 소비 전력량, 상기 ESS로의 판매 전력량, 상기 소매상 공급 전력량, 상기 재생에너지 공급 전력량, 상기 일전 실시간 요금제 및 상기 실시간 요금제를 기초로 상기 생산소비자의 시간별 요금이 최소가 되도록하는, ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하도록 구성된 처리부를 포함하고,
    상기 저장부는 상기 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 저장하도록 구성된, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 ESS로의 판매 전력량과 동일한 정보가 있는지 판단하도록 더 구성되고,
    동일한 정보가 있는 경우,
    상기 ESS로의 판매 전력량이 수렴한다는 정보를 상기 중앙 장치로 송신하고, 상기 수렴한다는 정보를 저장부에 저장하고,
    동일한 정보가 없는 경우,
    상기 통신부는 실시간 요금제를 수신하고- 상기 실시간 요금제는 상기 중앙 장치로 송신된 상기 ESS로의 판매 전력량을 기초로 상기 중앙 장치에 의하여 재도출된 것임 -,
    상기 처리부는 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하고 - 상기 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량은 상기 재도출된 실시간 요금제를 기초로 재도출된 것임 -,
    상기 통신부는 상기 ESS로의 판매 전력량을 상기 중앙 장치로 송신하고 - 상기 ESS로의 판매 전력량은 재도출된 것임 -,
    상기 처리부는 상기 저장부에 저장된 정보 중 상기 ESS로의 판매 전력량과 동일한 정보가 있는지 판단 - 상기 ESS로의 판매 전력량은 재도출된 것임 - 하는 과정을 반복하도록 더 구성된,
    장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는 식
    Figure pat00136

    (단,
    Figure pat00137
    ,
    Figure pat00138
    및
    Figure pat00139
    이고,
    Figure pat00140
    은 시간t에서의 실시간 요금제,
    Figure pat00141
    는 시간t에서의 일전 실시간 요금제,
    Figure pat00142
    는 시간t에서의 소비 전력량,
    Figure pat00143
    는 소비될 잔여 전력량,
    Figure pat00144
    는 시간t에서의 ESS로의 판매 전력량,
    Figure pat00145
    는 시간t에서의 전력 소매상으로부터 공급받는 소매상 공급 전력량,
    Figure pat00146
    는 시간t에서의 재생가능 에너지자원으로부터 공급받는 재생에너지 공급 전력량을 각각 의미한다)
    에 따라 ESS로의 판매 전력량 및 소매상 공급 전력량을 도출하도록 더 구성된,
    장치.
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