KR20210051889A - 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법 및 군집화 에너지 관리 시스템 - Google Patents

에너지저장장치들의 군집화 운영 방법 및 군집화 에너지 관리 시스템 Download PDF

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KR20210051889A
KR20210051889A KR1020190137729A KR20190137729A KR20210051889A KR 20210051889 A KR20210051889 A KR 20210051889A KR 1020190137729 A KR1020190137729 A KR 1020190137729A KR 20190137729 A KR20190137729 A KR 20190137729A KR 20210051889 A KR20210051889 A KR 20210051889A
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김욱원
이용승
이재영
이학주
채우규
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 군집화 에너지 관리 시스템은, 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방법에 있어서,
상기 각 에너지저장장치의 사용 정보를 수집하는 단계; 누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계; 상기 각 에너지저장장치의 사용 패턴에서 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 단계; 상기 에너지저장장치들에 대한 상기 가용량 패턴들에 따라 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계; 및 전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집을 충방전하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

에너지저장장치들의 군집화 운영 방법 및 군집화 에너지 관리 시스템{CLUSTERING OPERATION METHOD OF ENERGY STORAGE SYSTEMS and CLUSTERING ENERGY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방법으로서, 특히, 계통 전력의 주파수를 조정(안정화)하는데 이용할 수 있는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법에 관한 것이다.
우리나라 전력계통의 주파수는 60Hz로 규정되어 있다. 하지만 계통 주파수가 알아서 고정돼 있지는 않다. 주파수는 전원 쪽에 있는 발전전력과 부하 쪽에 있는 수요전력이 불균형하거나 발전기가 회전할 때 관성에 따라 변한다. 시시각각 변하는 부하변동에 즉시 반응하도록 발전력을 조정하는 것이 바로 주파수 조정이다.
일반적으로 전력계통은 수요량에 따라 공급량을 변화시키면서 수급 불균형을 조절하는 것이다. 수급 불균형으로 인해 전력계통 주파수의 변동을 방지하지 못할 경우 정전으로 인해 많은 사고가 야기될 수 있기 때문이다.
전력계통의 안정성은 부하변화의 예측이 가능하고 기본주파수 대비 주파수의 변화폭이 매우 작을수록 높아지는 반면, 부하변화가 예측을 벗어나고 기본주파수 대비 주파수의 변화폭이 클수록 낮아진다.
전력계통의 주파수는 계통 어느 곳에서나 일치하므로, 계측된 전력계통의 주파수는 수요와 공급이 일치하는지 아닌지를 판단하는 근거로 사용될 수 있다.
수요와 공급이 불일치할 경우 주파수 편차가 생기면 운전중인 각 발전기의 조속기(speed governor)는 이를 감지하여 출력을 조정하여 주파수를 60hz로 유지한다.
그러나 이러한 주파수를 유지하는데 발전기를 이용할 경우, 주파수 추종운전 비용이 많이 소요되고, 발전기 주파수 추종운전으로 인해 실질공급능력의 감소가 초래될 수 있다.
또한, 전력계통의 안정성을 위협하는 요소는 상황 변환에 따른 불규칙성 심화와, 예상 밖의 사태 대응에 요구되는 시간의 단축이며, 이로 인해 계통 안정화가 어려워진다는 문제점이 있다.
한편, 에너지저장장치(ESS)는 심야 등 경부하시 생산된 전기를 저장했다가 주간 피크시간 등 필요한 시기에 전기를 공급하여 에너지 효율을 높일 수 있는 시스템이다.
이러한 에너지 저장장치는 피크감소, 신재생출력안정 등 다양하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 상술한 계통 전력 주파수를 60hz로 유지하는데(즉, 주파수조정) 이용되면, 즉응성을 향상시키고 발전기의 부담을 덜어줄 수 있다.
전력계통의 주파수는 끊임없이 변하고 만약 기준치 이상의 주파수 변화가 발생하면 빠르게 응답하여야 한다. 이러한 관점에서 볼 때 에너지저장장치는 반응속도가 기존 발전기에 비해 매우 빠르기 때문에 주파수조정 서비스를 제공하기에 적절하다고 할 수 있다.
종래기술에서는 대용량 에너지저장장치를 설치하여 주파수 조정을 담당하였으며 이에 따른 주파수 안정 효과가 검증되었다. 그러나, 대용량 에너지 저장장치는 설치에 큰 비용이 소요될 뿐만 아니라, 집중된 설비로 인하여 화재와 같은 재해에 취약한 문제가 있다.
대한민국 공개공보 10-2010-0105435호
본 발명은 낮은 비용으로 계통 전력의 주파수를 안정화할 수 있는 에너지 저장장치를 이용한 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법 및 군집화 에너지 관리 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명은 이미 계통에 널리 설치된 소용량 에너지 저장장치들을 이용하여 계통 전력의 주파수를 안정화할 수 있는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법 및 군집화 에너지 관리 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 군집화 에너지 관리 시스템은, 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방법에 있어서,
상기 각 에너지저장장치의 사용 정보를 수집하는 단계; 누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계; 상기 각 에너지저장장치의 사용 패턴에서 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 단계; 상기 에너지저장장치들에 대한 상기 가용량 패턴들에 따라 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계; 및 전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집을 충방전하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사용 패턴 정보를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가용량 패턴을 산출하는 단계에서, 상기 가용량(A)은 하기 수학식 1에 따라 산정할 수 있다.
Figure pat00001
(여기서, A n,t 는 t시간대의 n번 에너지저장장치를 의미, C는 에너지저장장치의 용량(Wh), Δt는 시간간격, P n, max는 n번째 에너지저장장치의 최대출력(W)을 의미)
여기서, 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계는, 무게중심 패턴을 도출하는 단계; 및 상기 무게중심 패턴에 대한 소정의 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무게중심 패턴을 도출하는 단계는, 임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택하는 단계; 상기 선택된 가용량 패턴과 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계; 상기 선택된 가용량 패턴 및 가장 가까운 다른 가용량 패턴으로 무게중심 패턴을 산정하는 단계; 상기 산정된 무게중심 패턴의 수렴 여부를 확인하고, 수렴하지 않으면 상기 무게중심 패턴으로 상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템은, 다수 개의 에너지저장장치들의 사용 정보를 수집하는 정보 수집부; 누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 사용 패턴 분석부; 분석된 상기 해당 에너지저장장치의 사용 패턴으로부터, 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 가용량 산출부; 상기 다수 개의 에너지저장장치들로부터 산출된 가용량 패턴들을 적용하여 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 군집화부; 전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집의 동작을 제어하는 전력 조정부; 및 상기 수집된 에너지저장장치들의 사용 정보와, 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집 정보를 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가용량 산출부는, 하기 수학식 1에 따라 상기 가용량(A)을 산정할 수 있다.
Figure pat00002
(여기서, A n,t 는 t시간대의 n번 에너지저장장치를 의미, C는 에너지저장장치의 용량(Wh), Δt는 시간간격, P n, max는 n번째 에너지저장장치의 최대출력(W)을 의미)
여기서, 상기 군집화부는, 무게중심 패턴을 도출하는 단계; 및 상기 무게중심 패턴에 대한 소정의 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계를 포함하는 군집화를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 무게중심 패턴을 도출하는 단계는, 임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택하는 단계; 상기 선택된 가용량 패턴과 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계; 상기 선택된 가용량 패턴 및 가장 가까운 다른 가용량 패턴으로 무게중심 패턴을 산정하는 단계; 및 상기 산정된 무게중심 패턴의 수렴 여부를 확인하고, 수렴하지 않으면 상기 무게중심 패턴으로 상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 구성에 따른 본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 실시하면, 낮은 비용으로 계통 전력의 주파수를 안정화할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템은, 이미 계통에 널리 설치된 소용량 에너지 저장장치들을 이용하여 계통 전력의 주파수를 안정화할 수 있는 이점이 있다. 즉, 향후 마이크로그리드나 신재생에너지 보급 증가에 따른 배전급 에너지저장장치의 증가와 EV의 보급증가로 인한 V2G 서비스가 확장될 것으로 예상된다. 따라서 주파수 조정을 위한 특수 목적의 대용량 에너지저장장치를 설치하는 것보다, EV의 V2G를 포함한 배전급 ESS를 적극 활용하여 하여 경제적 이득 및 화재와 같은 사고예방 강화를 달성할 수 있다.
본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 따르면, 군집화된 에너지저장장치는 사용패턴이 서로 유사한 저장장치들 간의 집합이기 때문에 보조서비스에 참여할 수 있는 가용량을 사전에 산정할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템은 클러스터링으로 그룹화된 에너지저장장치들을 각각 하나의 가상발전기와 같이 활용함으로써 효율적인 운영의 이점이 있다.
본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 따르면, ESS 배터리의 SOC와 충/방전의 깊이에 따라 같은 에너지를 방전하더라도 수명 감소 정도가 달라지는 특성을 활용하여 에너지저장장치의 수명을 증가할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템은 EV 또는 소규모 ESS를 적극 활용가능하게 함으로써 예비력발전 비용이 감소하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법이 수행되는 전력 공급 관리 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 군집화 에너지 관리 시스템의 세부 구성을 도시한 블록도.
도 3은 도 2의 군집화 에너지 관리 시스템에서 수행할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 도 3의 군집화 운영 방법 중 무게중심 패턴을 도출하는 구체적인 알고리즘을 도시한 흐름도.
도 5는 도 4의 군집화 알고리즘서 무게중심 패턴을 선정하는 과정을 도식화한 그래프.
도 6은 도 4의 군집화 알고리즘이 수렴하였을 때의 결과물을 도식화한 그래프들.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법이 수행되는 전력 공급 관리 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 전력 공급 관리 시스템은 건물별 에너지 소비형태 관리 및 건물별로 설치된 다수의 에너지 저장장치에 대한 충방전을 제어하는 군집화 에너지 관리 시스템(200) 및 본 발명의 사상에 따른 조건에 따라 군집화된 다수의 에너지 저장장치(100)를 포함한다.
도시한 전력 공급 관리 시스템은 각 그룹(110 ~ 130)에 속하는 하나 이상의 건물에 설치된 에너지 저장장치에 대하여 각 그룹 특성을 고려한 에너지 관리 정책을 수행할 수 있다. 예컨대, 제1 그룹에 속하는 에너지 저장장치(110)와 제2 그룹에 속하는 에너지 저장장치(120)에 대해서는 각 그룹에 속한 건물의 환경정보, 기상정보, 전력 사용 패턴 및 전력 사용량 등을 고려하여 에너지 저장장치의 충방전 레벨을 달리하는 방식의 독립된 에너지저장장치 제어 정책을 생성하여 각각의 에너지 저장장치를 제어할 수 있다.
본 발명은 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방안을 제시하여, 다수 소규모 에너지저장장치를 클러스터링 알고리즘을 통하여 몇 개의 그룹으로 군집화 함으로써 소규모 자원으로도 전력계통 보조서비스인 주파수조정 서비스를 가능하게 한다.
에너지저장장치에 대한 군집화 방안으로서, 다수의 소규모 에너지저장장치들을 필요한 그룹으로 분류하기 위하여 과거 사용패턴에 따라 사용가능량 패턴을 산출하는 방법 및 패턴에 따른 클러스터링을 이용하여 그룹별로 분류하는 방법 등을 적용할 수 있다.
군집화를 통하여 실제 서비스가 제공 가능한 그룹을 판별할 수 있으며, 군집화된 그룹은 과거사용 패턴이 갱신됨에 따라 실시간으로 보정하여, 최적의 서비스 가능용량을 유지할 수 있다.
도 2는 도 1의 군집화 에너지 관리 시스템(200)의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도시한 군집화 에너지 관리 시스템(200)은, 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 사용 정보를 수집하는 정보 수집부(210); 누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는(불필요한 패턴 및/또는 정보를 필터링) 사용 패턴 분석부(220); 분석된 상기 해당 에너지저장장치의 사용 패턴으로부터, 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 가용량 산출부(230); 상기 다수 개의 에너지저장장치들로부터 산출된 가용량 패턴들을 적용하여 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 군집화부(240); 전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집의 동작을 제어하는 전력 조정부(250); 및 상기 수집된 에너지저장장치들의 사용 정보와, 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집 정보를 저장하는 저장부(260)를 포함할 수 있다.
상기 정보 수집부(210)는 각 에너지저장장치들을 관리하는 서버나 해당 전력 그리드의 EMS와 유/무선 데이터 통신 채널을 형성하는 통신 모듈일 수 있다. 상기 사용 정보로서, 각 에너지저장장치의 SOC, SOH, 충/방전 전류/전압 등에 대한 센싱값이 주기적으로 전달될 수 있다.
상기 사용 패턴 분석부(220), 가용량 산출부(230), 전력 조정부(250)는 서버 장치에서 구동되는 소프트웨어 모듈 또는 전용 하드웨어로 구현될 수 있다.
상기 저장부(260)는 상기 군집화부(240)에 의해 생성된 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집 정보를 저장하기 위한 것이며, 이외에도 군집 정보를 생성하는 과정 중에 생성되는 다른 정보들로서, 상기 수집된 에너지저장장치들의 사용 정보, 각 에너지저장장치의 사용 패턴 정보, 가용량 패턴 정보 등이 함께 저장될 수 있다.
도시한, 군집화 에너지 관리 시스템(200)은, 에너지 저장장치의 군집화를 위한 과거 사용 패턴 분석 및 가용량을 산정하는 방법, 사용가능량을 기반으로 군집화하는 방법, 군집화된 에너지저장장치 군의 발전순서를 선정하여 충/방전 하는 방법 및 사용 패턴을 갱신하는 방법으로 구분하여 본 발명의 사상에 따른 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 수행할 수 있다.
도 3은 도 2의 군집화 에너지 관리 시스템(200)에서 수행할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법을 도시한다.
도시한, 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방법은, 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보를 수집하는 단계(S100); 누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계(S200); 상기 각 에너지저장장치의 사용 패턴에서 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 단계(S300); 상기 에너지저장장치들에 대한 상기 가용량 패턴들에 따라 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계(S400); 및 전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집을 충방전하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 사용 패턴 정보를 갱신하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
상기 사용 정보를 수집하는 단계(S100)는 도 2의 정보 수집부(210)에 의해 수행될 수 있다.
상기 사용 정보를 수집하는 단계(S100)는 에너지저장장치의 과거 사용이력을 분석하여 데이터를 수집하는 과정이다. 수집되는 데이터 중 본 발명의 사상 구현에 관련된 것으로는 에너지저장장치의 용량(Wh), 가능출력(W), 시간대별 SOC(State of Charge)이며, 이외에도, SOH(State of Health), 충/방전 전류/전압 등을 수집할 수 있다.
상기 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계(S200)는 도 2의 사용 패턴 분석부(220)에 의해 수행될 수 있다.
상기 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계(S200)는, 각 에너지저장장치의 사용패턴을 분석하여, 본 발명의 군집화에 불필요한 데이터를 필터링하는 과정이다. 이 과정에서 비정상 운영 중인 에너지저장장치에 대한 정보나 고장 중 수집된 데이터 등 의미가 없는 데이터를 선별하여 파기함으로써 클러스터링 알고리즘 적용을 정교하게 할 수 있다.
상기 가용량 패턴을 산출하는 단계(S300)는 도 2의 가용량 산출부(230)에 의해 수행될 수 있다.
상기 가용량 패턴을 산출하는 단계(S300)에서, 가용량은 특정시점에서 주파수조정을 위하여 출력할 수 있는 최대의 출력대비 보유량을 의미한다. 이는 에너지저장장치의 SOC(State of Charge : 최대 충전량대비 현재 보유 에너지량)에 따라 결정된다. 가용량(A)은 하기 수학식 1에 따라 산정할 수 있다.
Figure pat00003
상기 수학식 1에서, A n,t 는 t시간대의 n번 에너지저장장치를 의미하며, C는 에너지저장장치의 용량(Wh), Δt는 시간간격, P n, max는 n번째 에너지저장장치의 최대출력(W)을 의미한다. 가용량은 정규화된 값으로 0~1값을 가지며, 이는 에너지저장장치의 용량(C) 및 출력(P)의 크기와 상관없이 비율을 통하여 유사 패턴을 분류할 수 있게 한다.
상기 군집화 단계(S400)는 도 2의 군집화부(240)에 의해 수행될 수 있다.
상기 군집화 단계(S400)는 에너지저장장치를 상기 S300 단계에서 확정한 가용량 패턴을 바탕으로 유사도가 높은 것끼리 묶는 과정이다.
상기 군집화 단계(S400)는, 무게중심 패턴을 도출하는 단계; 및 상기 무게중심 패턴에 대한 소정의 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계는, 예컨대, 상기 무게중심 패턴에 대하여 소정의 유클리드 거리를 내의 패턴들의 에너지저장장치들을 하나의 군집으로 군집화하거나, 상기 무게중심 패턴에서 가까운 순서로 소정 개수의 패턴들의 에너지저장장치들을 하나의 군집으로 군집화할 수 있다.
상기 무게중심 패턴을 도출하는 단계는, 하기 도 4와 같이 구체화된 알고리즘을 따를 수 있다. 도 4는 도 3의 군집화 운영 방법 중 무게중심 패턴을 도출하는 구체적인 알고리즘을 도시한 흐름도이다.
도시한 군집화 알고리즘은, 임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택하는 단계(S410); 상기 선택된 가용량 패턴과 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계(S420); 상기 선택된 가용량 패턴 및 이와 가장 가까운 다른 가용량 패턴으로 무게중심 패턴을 산정하는 단계(S430); 및 상기 산정된 무게중심 패턴의 수렴 여부를 확인하고(S440), 수렴하지 않으면 상기 무게중심 패턴으로 상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계(S420)로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 임의의 가용량 패턴을 선택하는 단계(S410)에서는, 군집화를 위하여 임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택한다. 군집의 개수에 따라 선택 패턴을 가감할 수 있다.
상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계(S420)는, 선택된 임의의 패턴에서 시간대별 유클리드거리의 평균값이 최소화되는 임의의 패턴을 배정한다. 이때, 시간대별 유클리드거리의 평균값은 하기 수학식 2와 같이 산정할 수 있다.
Figure pat00004
상기 수학식 2에서, S k i 는 k 번째 군집을 의미한다.
Figure pat00005
는 무게중심을 의미하며 최초의 무게중심은 상기 S410 단계에서 선택된 임의의 사용패턴이다. 즉, 무게중심 패턴(최초에는 임의로 선택된 가용량 패턴이 된다)에서 가장 가까운 사용패턴이 S k i 의 군집에 속하게 된다.
다시말해, 상기 S420 단계에서는, 상기 S420 단계에서 선택된 패턴에서 소정의 유클리드 거리를 내의 패턴들에 대하여, 상기 선택된 패턴에서 시간대별 유클리드거리의 평균값이 최소화되는 임의의 패턴을 배정(선택)한다. 이는, 상기 시간대별 가용량 공간에서 상기 임의의 가용량 패턴과 가장 가까운 가용량 패턴을 찾는 것으로 볼 수 있다.
상기 무게중심 패턴을 산정하는 단계(S430)는, 무게중심 μ를 재산정하는 과정이다. i+1의 무게중심은 하기 수학식 3에 의하여 결정될 수 있다.
Figure pat00006
상기 S430 단계에서 무게중심 패턴을 선정하는 과정을 도식화하면 도 5와 같다. 도시한 바와 같이, 첫 번째 무게중심은 에너지저장장치 중 임의로 결정되며 그 다음 무게중심은 상기 수학식 3에 의하여 도 5의 그래프와 같이 점선으로 결정된다.
상기 S440 단계에서 i와 i+1의 무게중심이 변화가 없으면 수렴한 것이며 프로세스는 종료된다. 만약 무게중심이 변경되었을 때 상기 S420 단계 내지 S440 단계를 수렴할 때까지 계속 반복한다.
상기 군집화 단계(S400)의 과정들이 수렴하였을 때의 결과물을 나타내면 도 6과 같다. 도시한 그래프들은 12개(n=12)의 에너지 저장장치의 모그룹을 3개의 그룹(k=3)으로 군집화하였을 때의 예시이다.
상기 특정 군집을 충방전하는 단계(S500)는 도 2의 전력 조정부(250)에 의해 수행될 수 있다.
상기 특정 군집을 충방전하는 단계(S500)는 주파수 조정신호가 발생했을 때 우선순위를 결정하여 충/방전하는 과정이다. 일반적으로 많이 쓰이는 배터리기반 에너지저장장치는 충/방전 횟수가 정해져 있다. 뿐만 아니라 SOC가 높을수록, DOD(Depth of Discharge : 방전심도)가 높을수록 수명에 악영향을 미친다. 따라서 배터리의 SOC가 높은 배터리를 우선적으로 선별하여 선별된 에너지저장장치가 출력을 분담하는 것이 배터리의 수명감소를 줄이는 방법이다. 주파수조정을 위하여 출력이 필요한 출력을 D(MW)라고 할 때 분배되는 출력은 하기 수학식 4와 같다.
Figure pat00007
상기 사용 패턴 정보를 갱신하는 단계(S600)는 에너지저장장치의 동작으로 새로운 운영 이력이 발생하였을 때 이를 갱신하는 과정이다. 시간이 지남에 따라 누적되는 데이터는 증가하게 되며 이러한 과정을 반복하였을 때 클러스터링이 더 정교해 질 것이다.
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.
예컨대, 상기 설명에서는 전력계통의 안정화를 전력 주파수의 안정화(고정)로 구체화하여 설명하였지만, 전력계통에 포함된 전력그리드들 간의 전력 배분도 이에 포함될 수 있다. 그 경우, 군집화된 그룹의 시간대별 가용량을 산정 가능함을 이용하여, 전력그리드(에너지저장장치)가 특정시간에 얼마만큼의 발전을 할 수 있는지 산정가능하고, 이를 활용하면 소규모 에너지저장장치의 군집화를 통하여 전력거래에 직접 참여할 수 있다. 이러한 적용도 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
100 : 다수의 에너지저장장치들
110, 120, 130 : 에너지저장장치들 군집
200 : 군집화 에너지 관리 시스템
210 : 정보 수집부 220 : 사용 패턴 분석부
230 : 가용량 산출부 240 : 군집화부
250 : 전력 조정부 260 : 저장부

Claims (9)

  1. 전력계통의 안정화 서비스를 위해 계통에 전력을 충방전할 수 있는 다수 개의 에너지저장장치들에 대한 군집화 운영 방법에 있어서,
    상기 각 에너지저장장치의 사용 정보를 수집하는 단계;
    누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 단계;
    상기 각 에너지저장장치의 사용 패턴에서 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 단계;
    상기 에너지저장장치들에 대한 상기 가용량 패턴들에 따라 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계; 및
    전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집을 충방전하는 단계
    를 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사용 패턴 정보를 갱신하는 단계
    를 더 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가용량 패턴을 산출하는 단계에서,
    상기 가용량(A)은 하기 수학식 1에 따라 산정하는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법.
    Figure pat00008

    (여기서, A n,t 는 t시간대의 n번 에너지저장장치를 의미, C는 에너지저장장치의 용량(Wh), Δt는 시간간격, P n, max는 n번째 에너지저장장치의 최대출력(W)을 의미)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 단계는,
    무게중심 패턴을 도출하는 단계; 및
    상기 무게중심 패턴에 대한 소정의 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계
    를 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무게중심 패턴을 도출하는 단계는,
    임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택하는 단계;
    상기 선택된 가용량 패턴과 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계
    상기 선택된 가용량 패턴 및 가장 가까운 다른 가용량 패턴으로 무게중심 패턴을 산정하는 단계; 및
    상기 산정된 무게중심 패턴의 수렴 여부를 확인하고, 수렴하지 않으면 상기 무게중심 패턴으로 상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계로 복귀하는 단계
    를 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 운영 방법.
  6. 다수 개의 에너지저장장치들의 사용 정보를 수집하는 정보 수집부;
    누적되어 수집된 상기 각 에너지저장장치의 사용 정보로부터 도출되는 해당 에너지저장장치의 사용 패턴을 분석하는 사용 패턴 분석부;
    분석된 상기 해당 에너지저장장치의 사용 패턴으로부터, 해당 에너지저장장치의 가용량 패턴을 산출하는 가용량 산출부;
    상기 다수 개의 에너지저장장치들로부터 산출된 가용량 패턴들을 적용하여 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집화하는 군집화부;
    전력계통의 안정화를 위해 상기 다수 개의 에너지저장장치들의 특정 군집의 동작을 제어하는 전력 조정부; 및
    상기 수집된 에너지저장장치들의 사용 정보와, 상기 다수 개의 에너지저장장치들을 군집 정보를 저장하는 저장부
    를 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가용량 산출부는,
    하기 수학식 1에 따라 상기 가용량(A)을 산정하는 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템.
    Figure pat00009

    (여기서, A n,t 는 t시간대의 n번 에너지저장장치를 의미, C는 에너지저장장치의 용량(Wh), Δt는 시간간격, P n, max는 n번째 에너지저장장치의 최대출력(W)을 의미)
  8. 제6항에 있어서,
    상기 군집화부는,
    무게중심 패턴을 도출하는 단계; 및
    상기 무게중심 패턴에 대한 소정의 유클리드 거리에 따라 에너지저장장치들을 군집화하는 단계
    를 포함하는 군집화를 수행하는 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무게중심 패턴을 도출하는 단계는,
    임의의 에너지저장장치의 시간대별 가용량 패턴을 선택하는 단계;
    상기 선택된 가용량 패턴과 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계
    상기 선택된 가용량 패턴 및 가장 가까운 다른 가용량 패턴으로 무게중심 패턴을 산정하는 단계; 및
    상기 산정된 무게중심 패턴의 수렴 여부를 확인하고, 수렴하지 않으면 상기 무게중심 패턴으로 상기 가장 가까운 다른 가용량 패턴을 찾는 단계로 복귀하는 단계
    를 포함하는 에너지저장장치들의 군집화 에너지 관리 시스템.

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100105435A (ko) 2009-03-17 2010-09-29 주식회사 세니온 지능형 전력 관리 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100105435A (ko) 2009-03-17 2010-09-29 주식회사 세니온 지능형 전력 관리 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230077159A (ko) * 2021-11-25 2023-06-01 한국에너지기술연구원 복수의 전기충전설비 운용제어시스템 및 운용제어방법

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