KR20210061823A - Energy management system and method for minimizing the power purchase cost of microgrid using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로그리드의 전력구매 비용 최소화를 위한 에너지 관리 시스템 및 이를 이용한 전력 구매 비용 결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy management system for minimizing power purchase cost of a microgrid and a method of determining power purchase cost using the same.
최근 산업단지와 주거단지에 신재생 에너지의 보급과 확산으로, 마이크로그리드(micro grid)와 같은 전력의 자급자족이 가능한 소규모 전력 공동체가 구축되고 있다. 이때, 마이크로그리드를 구성하는 신재생 에너지 생성 장치가 생성하는 전력은 상황에 따라 일정량으로 생산되지 않는다. Recently, with the spread and spread of new and renewable energy in industrial and residential complexes, small-scale electric power communities are being built that can self-sufficiency of electric power such as micro grids. At this time, the power generated by the renewable energy generating device constituting the microgrid is not produced in a certain amount depending on the situation.
그러므로 신재생 에너지 생성 장치 및 에너지 저장장치를 모니터링하고 제어할 수 있어야만 마이크로그리드 내에 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 해야 한다. 그럼에도 불구하고, 마이크로그리드 내의 발전량과 수요량을 예측하여 마이크로그리드 자체로 전력수요를 충당하기 어려운 경우에는, 유틸리티(예를 들어, 한국전력)나 인접한 마이크로그리드를 통해서 전력을 구매하여야 한다.Therefore, it is necessary to be able to monitor and control the renewable energy generating device and energy storage device so that power can be stably supplied within the microgrid. Nevertheless, if it is difficult to meet the power demand by the microgrid itself by predicting the amount of power generation and demand within the microgrid, power must be purchased through a utility (eg, KEPCO) or an adjacent microgrid.
전통적인 화석 에너지를 이용한 발전비용 최소화를 통한 경제급전이나 발전기운영계획은 학문적으로 정립되어 있다. 그리고, 이를 바탕으로 실제 시스템이 구현되어 운영되고 있다. Economic dispatch or generator operation plans by minimizing power generation costs using traditional fossil energy have been established academically. And, based on this, the actual system is implemented and operated.
이상적인 마이크로그리드는 신재생 에너지 설비와 에너지 저장장치가 있어, 마이크로그리드 내에서 전력의 생산과 소비가 이루어질 수 있게 한 것이다. 그러나 신재생 에너지의 생산이 날씨와 같은 환경에 영향을 받고, 에너지 저장장치도 용량이 충분하지 않아 에너지를 충분히 저장할 수 없는 상황에 처할 경우가 많다. The ideal microgrid is equipped with renewable energy facilities and energy storage devices, so that electricity can be produced and consumed within the microgrid. However, the production of new and renewable energy is affected by the environment such as the weather, and the energy storage device is also in a situation where it is not possible to sufficiently store energy due to insufficient capacity.
따라서, 메인 그리드(예를 들어, 유틸리티의 전력망)나 인접 마이크로그리드를 통해 부족한 전력을 공급받아야 한다. 그러나, 부족한 전력을 메인 그리드나 인접 마이크로그리드에서 얼마나 공급받아야 할지, 공급받은 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 최소 전력 구매 비용이 어느 정도인지 예측하기 어려운 단점이 있다. Therefore, insufficient power must be supplied through the main grid (eg, the utility grid) or adjacent microgrids. However, there are disadvantages in which it is difficult to predict how much insufficient power should be supplied from the main grid or adjacent microgrids, and what is the minimum power purchase cost to stably supply the supplied power.
따라서, 본 발명은 마이크로그리드가 메인 그리드나 인접 마이크로그리드와 같이 외부로부터 전력을 구매해야 할 경우를 대비하기 위해, 전력구매 비용을 최소화할 수 있는 에너지 관리 시스템 및 이를 이용한 전력 구매 비용 결정 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an energy management system capable of minimizing power purchase cost and a method of determining power purchase cost using the same in order to prepare for a case where a microgrid needs to purchase power from the outside, such as a main grid or an adjacent microgrid. do.
본 발명은 마이크로그리드의 전력구매 비용 최소화를 위한 에너지 관리 시스템 및 이를 이용한 전력 구매 비용 결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy management system for minimizing power purchase cost of a microgrid and a method of determining power purchase cost using the same.
마이크로그리드의 에너지를 관리하는 에너지 관리 시스템은 상기 마이크로그리드의 전력 구매 비용을 계산하기 위한 기준 정보를 생성하는 기준 정보 생성 모듈, 상기 기준 정보를 토대로 일정 기간동안 구매한 전력 구매량과 상기 전력 구매량에 따라 영향을 받는 수요 반응 비용을 최적화하는 최적화 모듈, 그리고 상기 최적화한 전력 구매량과 수요 반응 비용, 그리고 상기 기준 정보를 기초로 상기 마이크로그리드가 외부로부터 최소로 구매할 전력 구매 비용을 계산하는 계산 모듈을 포함하고, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 마이크로그리드로 외부에서 전력을 공급하는 메인 그리드와 인접 마이크로그리드들과 연동한다.The energy management system for managing the energy of the microgrid is a reference information generation module that generates reference information for calculating the power purchase cost of the microgrid, based on the reference information, according to the amount of power purchased for a certain period and the amount of power purchased. An optimization module for optimizing an affected demand response cost, and a calculation module for calculating a minimum power purchase cost to be purchased by the microgrid from the outside based on the optimized power purchase amount and demand response cost, and the reference information, , The energy management system interlocks with the main grid supplying power from the outside to the microgrid and adjacent microgrids.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로그리드는, 상기 마이크로그리드 내부에서 전력을 생성하는 에너지 생성 장치, 상기 내부에서 생성한 전력과 상기 외부에서 공급되는 전력을 소비하는 부하, 그리고 상기 내부에서 생성한 전력 중 상기 부하에서 소비되고 남은 전력을 저장하는 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the microgrid includes an energy generating device that generates power inside the microgrid, a load that consumes power generated inside the microgrid, a load that consumes power supplied from the outside, and the power generated inside the microgrid. It may include an energy storage device for storing the remaining power consumed by the load.
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 정보 생성 모듈은, 상기 에너지 생성 장치에서 미리 설정된 기간 동안 생성될 전력 출력량을 예측하는 에너지 출력 예측 모듈을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the reference information generation module may include an energy output prediction module that predicts an amount of power output to be generated during a preset period in the energy generation device.
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 정보 생성 모듈은, 상기 부하에서 현재 사용하고 있는 전력량을 토대로 앞으로 사용될 전력 사용량 예정량을 예측하는 부하 사용량 예측 모듈을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the reference information generation module may further include a load usage prediction module that predicts a predetermined amount of power usage to be used in the future based on the amount of power currently being used by the load.
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 정보 생성 모듈은, 상기 마이크로그리드 내의 전력 사용 패턴을 계측하는 마이크로그리드 계측 모듈을 더 포함하고, 상기 전력 사용 패턴은 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the reference information generation module further includes a microgrid measurement module that measures a power usage pattern in the microgrid, and the power usage pattern includes an amount of power used in the microgrid and a current time. And, the power operation information corresponding to the current time may be included among the power operation information previously set and stored in the microgrid.
일 실시 예에 따르면, 상기 기준 정보 생성 모듈은, 상기 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인하는 수요 반응 계획 모듈을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the reference information generation module may further include a demand response planning module that checks load reduction plan information scheduled in the microgrid.
일 실시 예에 따르면, 상기 계산 모듈은, 상기 메인 그리드로부터 전력을 구매할 구매 비용, 상기 인접 마이크로그리드들로부터 전력을 구매할 구매 비용, 또는 수요 반응 비용이 최소화되도록 전력 구매 기간, 구매량 및 구매 시점을 결정할 수 있다.According to an embodiment, the calculation module determines a purchase cost to purchase power from the main grid, a purchase cost to purchase power from the adjacent microgrids, or a demand response cost to minimize a power purchase period, a purchase amount, and a purchase time. I can.
에너지 관리 시스템이 마이크로그리드의 전력 구매 비용을 계산하는 방법은 상기 마이크로그리드를 구성하는 에너지 생성 장치에서 생성될 제1 전력량을 예측하는 단계, 상기 마이크로그리드를 구성하는 부하에서 사용될 제2 전력량을 예측하는 단계, 그리고 상기 예측한 제1 전력량과 제2 전력량을 토대로 상기 마이크로그리드 내 전력 부족이 예측되면, 상기 마이크로그리드로 전력을 제공하는 메인 그리드 또는 상기 마이크로그리드에 인접한 인접 마이크로그리드에서 구매할 최소 전력 구매 비용을 계산하는 단계를 포함한다.The method of calculating the power purchase cost of the microgrid by the energy management system includes: predicting a first amount of power to be generated by an energy generating device constituting the microgrid, and predicting a second amount of power to be used by a load constituting the microgrid. Step, and when the power shortage in the microgrid is predicted based on the predicted first power amount and the second power amount, the minimum power purchase cost to be purchased from a main grid providing power to the microgrid or an adjacent microgrid adjacent to the microgrid. And calculating.
일 실시 예에 따르면, 상기 최소 전력 구매 비용을 계산하는 단계는, 상기 메인 그리드로부터 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용, 상기 인접 마이크로그리드로부터 상기 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용, 그리고 상기 임의의 시각에 상기 마이크로그리드 내 수요 반응에 대한 비용을 더한 값이 최소가 되는 값을 상기 최소 전력 구매 비용으로 결정할 수 있다.According to an embodiment, the calculating of the minimum power purchase cost includes a power purchase cost to be purchased from the main grid at an arbitrary time, a power purchase cost to be purchased from the adjacent microgrid at the arbitrary time, and the random time. A value obtained by adding the cost for the demand response in the microgrid to the minimum may be determined as the minimum power purchase cost.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전력량을 예측하는 단계는, 상기 마이크로그리드의 전력 사용 패턴을 계측하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력 사용 패턴은 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of predicting the second amount of power further comprises measuring a power use pattern of the microgrid, wherein the power use pattern includes an amount of power used in the microgrid and a current time. And, the power operation information corresponding to the current time may be included among the power operation information previously set and stored in the microgrid.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전력량을 예측하는 단계는, 상기 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of predicting the second amount of power may further include checking information on a load reduction plan scheduled in the microgrid.
본 발명에 따르면 마이크로그리드 내 에너지를 안정적으로 운용할 수 있으며, 부족한 에너지에 대해 유틸리티나 인접 마이크로그리드를 통해 경제적으로 구매할 수 있다.According to the present invention, energy in the microgrid can be stably operated, and insufficient energy can be purchased economically through utilities or adjacent microgrids.
또한, 수요 반응에 따른 부하량 감축도 함께 달성할 수 있다.In addition, it is possible to reduce the load according to the demand response.
또한, 최적화 방법에 기초하여 전력구매 비용 및 수요반응 비용을 최소화함으로써 마이크로그리드 운영비용을 최소화할 수 있다.In addition, it is possible to minimize the microgrid operation cost by minimizing the power purchase cost and the demand response cost based on the optimization method.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 구매 비용을 결정하는 방법의 흐름도이다.1 is an exemplary diagram of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram of an energy management system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a method of determining a power purchase cost according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드의 전력구매 비용 최소화를 위한 에너지 관리 시스템 및 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, an energy management system and method for minimizing power purchase cost of a microgrid according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a microgrid system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로그리드(100)는 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지를 통해 전력을 생성하는 신재생 에너지 생성 장치(10), 신재생 에너지 생성 장치(10)에서 생성된 전력을 저장하는 에너지 저장장치(20), 그리고 전력을 소비하는 부하(30)로 구성된다. As shown in FIG. 1, the
신재생 에너지 생성 장치(10)에서 생성된 전력은 부하(30)에 제공되어 부하(30)에서 소비되고, 남는 전력은 에너지 저장 장치(20)에 저장된다. 에너지 저장 장치(20)에 저장된 전력은 신재생 에너지 생성 장치(10)가 전력을 생산하지 못할 경우 부하(30)에 전력을 공급할 수 있다.Power generated by the renewable
이때, 마이크로그리드(100)는 신재생 에너지 출력의 불확실성으로 인해, 부하(30)로 전력을 공급하는 메인 그리드(또는, '유틸리티'라고도 함)(200), 또는 인접한 마이크로그리드(이하, '인접 마이크로그리드'라 지칭함)(300)로부터 부족한 전력을 공급받을 수 있다. At this time, the
마이크로그리드의 안정적인 전력 제공/소비 운영과 외부로부터의 전력 구매를 위해, 사전에 신재생 에너지의 발전량 및 수요량이 예측되어야 한다. 이를 마이크로그리드(100)와 연동한 에너지 관리 시스템(400)에서 예측한다.In order to provide stable power supply/consumption operation of the microgrid and purchase power from outside, the amount of generation and demand of renewable energy must be predicted in advance. This is predicted by the
에너지 관리 시스템(400)은 예측한 발전량과 수요량 정보를 기초로, 일정 기간 동안 전력구매 비용을 최소로 하면서 에너지 저장장치(20)를 이용하여 부하(30)에 전력을 안정적으로 공급되도록 관리할 수 있다.The
에너지 관리 시스템(400)은 직접적인 전력 구매처인 메인 그리드(200)와 인접 마이크로그리드(300)의 실시간 전력요금, 그리고 부하(30)에서의 전력 수요 반응(DR: Demand Response)을 위한 비용의 합산을 최소화하는 최적화 기법으로 전력구매 비용을 최소화할 수 있다.The
전력 수요 반응이란 부하(30)에서 전력 수요가 늘어날 때, 수요자가 반응하여 전력 사용을 줄이는 것이다. 수요자의 수 즉, 부하(30)의 수는 많고, 많은 수의 부하(30)를 일일이 조정하기란 매우 어렵다. 따라서, 현재 전력 시스템상으로 전력망 운용자가 조정할 수 있는 방법은, 계획 정전 이외에는 없다고 해도 과언이 아니다.The power demand response means that when the demand for power increases in the load 30, the consumer reacts to reduce power use. The number of consumers, that is, the number of loads 30 is large, and it is very difficult to manually adjust a large number of loads 30. Therefore, it is not an exaggeration to say that there is no method other than planned outages that can be adjusted by the power grid operator on the current power system.
특히, 단순한 전력요금 체제를 가지고는 수요자가 자발적으로 반응할 만한 동기가 부여되지 못한다. 따라서, 미국이나 유럽 등지에서는 다양한 요금제를 기반으로 기본적 수요 반응을 발생시키면서, 전력망 운용자가 수요 반응에 대한 강력한 보상을 제공하는 방식, 더 나아가 시장에서의 판매를 통하여 더욱 활발한 수요 반응 서비스들이 적용되고 있다In particular, with a simple electricity tariff system, consumers are not motivated to respond voluntarily. Therefore, in the United States and Europe, a method in which a power grid operator provides a strong compensation for the demand response while generating a basic demand response based on various tariff plans, and further, more active demand response services are applied through sales in the market.
본 발명의 실시예에서는, 에너지 관리 시스템(400)은 마이크로그리드(100) 내에서의 수요 반응을 가상 발전기(Virtual Power Plant)처럼 모델링할 수 있다. 따라서, 가상 발전기의 비용을 최소화하는 최적화 기법을 적용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
이와 같은 환경에서의 에너지 관리 시스템(400)의 구조에 대해 도 2를 참조로 설명한다.The structure of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 구조도이다.2 is a structural diagram of an energy management system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 관리 시스템(400)은 전력 구매 비용을 계산할 때 제공되는 기준 정보를 생성하는 기준 정보 생성 모듈(410), 기준 정보를 기초로 구매 비용을 계산하기 위하여, 일정 기간의 전력 구매량과 이에 영향을 받는 수요 반응 비용을 최적화하는 최적화 모듈(420), 그리고 최적화된 정보를 기초로 마이크로그리드의 전력 구매 비용을 계산하는 계산 모듈(430)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the
기준 정보 생성 모듈(410)은 신재생 에너지 출력 예측 모듈(411), 부하 사용량 예측 모듈(412), 마이크로그리드 계측 모듈(413), 그리고 수요 반응 계획 모듈(414)을 포함한다.The reference
신재생 에너지 출력 예측 모듈(411)은 신재생 에너지 생성 장치(10)에서 출력하는 신재생 에너지 출력 정도를 예측한다. 본 발명의 실시예에서는 다양한 신재생 에너지들 중 태양광을 이용한 전력의 출력을 예측하는 것을 예로 하여 설명한다. The new and renewable energy
신재생 에너지 출력 예측 모듈(411)은 태양광 발전 설비인 신재생 에너지 생성 장치(10)와 연동하여, 신재생 에너지 생성 장치(10)의 설치 위치, 용량, 방위각, 고도각 등의 설비 정보를 수집한다. 또한, 신재생 에너지 출력 예측 모듈(411)은 시간대별 태양의 위치, 일조량, 일출 시간, 일몰 시간 등의 환경 정보를, 특정 서버(예를 들어, 기상 정보 제공 서버 등)(도면, 미도시)로부터 수신한다.The new and renewable energy
신재생 에너지 출력 예측 모듈(411)은 설비 정보와 환경 정보를 토대로, 신재행 에너지 생성 장치(10)에서 출력할 신재생 에너지의 전력 출력량을 예측한다. 신재생 에너지 출력 예측 모듈(411)이 설비 정보와 환경 정보로 전력 출력량을 예측하는 방법은 다양하며, 예측 시 사용하는 정보도 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법과 정보로 한정하지 않는다.The new and renewable energy
부하 사용량 예측 모듈(412)은 부하(30)와 연동하여, 부하(30)에서 사용하고 있는 전력량을 토대로 앞으로 부하(30)에서 사용될 부하의 전력 사용 예정량을 예측한다. 또는, 과거 부하(30)에서 사용한 전력 사용량 정보를 토대로, 전력 사용 예정량을 예측할 수도 있다.The load
전력사용량은 인공신경망을 사용한 전력부하예측방법으로 예측될 수 있다. 구체적으로, 전력사용량의 이력정보를 활용하여 요일별 패턴을 도출한다. 전력사용량의 요일별 패턴과 주변환경정보(온도, 풍속, 습도, 이슬점, 계절정보)와의 상관관계분석을 수행한다. 이때, 피어슨 상관계수를 사용할 수 있다. 각 환경정보의 영향도와 이력정보를 입력데이터로 인경신공망을 이용한 학습모델(요일별 학습모델)을 도출하고, 학습모델을 기반으로 예측을 수행할 수 있다.The power consumption can be predicted by the power load prediction method using an artificial neural network. Specifically, a pattern for each day of the week is derived by using the history information of power consumption. Correlation analysis is performed between patterns of power consumption by day of the week and surrounding environment information (temperature, wind speed, humidity, dew point, and seasonal information). In this case, the Pearson correlation coefficient can be used. A learning model (learning model for each day of the week) can be derived using the Inkyung Neural Network as input data of the impact and history information of each environmental information, and prediction can be performed based on the learning model.
부하 사용량 예측 모듈(412)이 부하의 전략 사용 예정량을 예측하는 방법도 다양한 방법으로 실행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.Since the load
마이크로그리드 계측 모듈(413)은 현재 마이크로그리드 내의 전력 사용 패턴을 계측한다. 여기서, 전력 사용 패턴에는, 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함한다. The
또한, 마이크로그리드 계측 모듈(413)은 마이크로그리드의 주변에 위치한 다른 인접 마이크로그리드들의 전력 사용 패턴을 확인한다. 본 발명의 실시예에서는 마이크로그리드에서 설정한 전력 운영 정보가 마이크로그리드 계측 모듈(413)에 저장되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 외부의 정보 저장 수단으로부터 수신할 수도 있다.In addition, the
수요 반응 계획 모듈(414)은 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인한다. 여기서, 부하 감축 계획 정보는 부하의 감축 시점과 해당 시점에서의 감축량 정보를 포함한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 모든 마이크로그리드들의 부하 감축 계획 정보를 수요 반응 계획 모듈(414)에 저장, 관리하는 것을 예로 하여 설명하나, 마이크로그리드에 설치되어 있는 부하 감축 계획 모듈(도면 미도시)로부터 수신할 수도 있다.The demand
에너지관리시스템(400)은 마이크로그리드(100)의 전체 전력 사용량을 관리하며, 상위 EMS(Ex. 한국은 KPX, 전력거래소, 본 특허내에는 미표기)에서는 전체 그리드(국내 예시, 전국 계통)의 발전량대비 전력 수요량이 많을 경우 수요감축을 계획한다. Peak 전력 사용이 발생하는 여름일 경우 명일 Peak시간대의 전력사용량을 줄이기 위하여 계약된 수요 반응 고객(수요 반응고객, 즉 전력감축을 수행하는 고객, 본 특허에서는 에너지관리시스템으로 운영되는 마이크로그리드)에게 전력감축 목표량을 지시하게 된다. 이양은 해당 고객이 감축해야하는 전체 전력량이고, 해당시간(Peak시간)에 세부적으로 어떤 부하를 절감할지, 절감이 가능한지의 판단과 각 세부 부하별 감축 스케쥴은 고객이 결정한다. 수요반응 계획모듈은 마이크로그리드내 수요감축을 위한 부하의 선정 및 부하별 감축량, 스케쥴(부하별 감축시간 및 감축량)을 결정하여, 상위 에너지관리시스템에서 요구한 전력감축량의 목표의 달성을 수행한다. The
수요반응은 단지 MG의 경제성만으로 한정짓기가 어려운 문제가 있다. 수요반응을 수행하면, 전체 Grid 입장에서는 그에 해당하는 발전기의 가동을 줄일 수 있어서 이득이다. 즉 수요반응 비용의 최소화는 Grid의 발전비용 최소화와 같다. MG의 외부 구매 전력의 최소화 및 Grid 입장에서의 발전비용 최소화로 볼 수 있다.There is a problem that it is difficult to limit the demand response only to the economics of MG. If the demand response is carried out, it is an advantage for the entire grid to reduce the operation of the corresponding generator. In other words, minimizing the cost of demand response is the same as minimizing the power generation cost of the grid. It can be seen as minimizing MG's external purchase power and minimizing power generation costs from a grid standpoint.
최적화 모듈(420)은 기준 정보 생성 모듈(410)에서 생성한 기준 정보를 입력으로 받는다. 그리고, 특정 시점이 아닌 미리 설정한 일정 운영 기간 동안 마이크로그리드의 운영 비용을 최소화하고, 외부로부터의 전력 구매 비용과 부하의 수요 반응에 따른 비용을 최소화하기 위하여, 기준 정보 생성 모듈(410)로부터 수신한 기준 정보들 중 외부(예를 들어, 메인 그리드 또는 인접 마이크로그리드)로부터 일정 기간 동안 구매한 전력 구매량과, 구매한 전력에 따라 영향을 받는 수요 반응 비용을 최적화한다. The
최적화 모듈(420)은 수요반응의 최적화 시간과 전력 감축량을 결정하고 해당 시간대의 외부에서의 전력 구매량(전체 구매량, 유틸리티에서 구매할지, 인접마이크로그리드에서 구매할지는 미정)을 결정한다. 수요반응 비용은 마이크로그리드 내에서 부하의 사용중 수요감측 요청에 의해서 강제로 전력사용량을 감축하는 행위에 대한 손실비용이다. 선형계획법(LP, Linear Program)을 사용한 비용 최적화 기법 및/또는 선형함수(목적함수)의 선형조건에 의한 최적화 기법이 적용될 수 있다.The
계획된(현재) 미래의 t시간의 수요 반응(전력감축량)을 마이크로그리드(#1)에서 수행시, 수요반응 수행에 대한 경제적 비용과 외부 유틸리티에서의 전력구매 비용, 외부 마이크로그리드로(#2)부터의 전력 구매 비용의 계산을 위해서 t시간대(미래)의 신재생 발전량과 부하량의 예측이 필요하다. 이 2가지는 계획된 것이 아닌 미지의 수기 때문에 예측이 필요하다. 부하 및 신재생 예측기법은 다양하며, 인공신경망, 회귀분석, ARIMA 통계모델을 이용한 학습예측등이 사용될 수 있다.When the planned (current) future demand response (power reduction amount) of time t is performed on the microgrid (#1), the economic cost of performing the demand response, the cost of purchasing power from an external utility, and the external microgrid (#2) In order to calculate the power purchase cost from ), it is necessary to estimate the amount of renewable generation and load in the time t (in the future). These two are unknown numbers that are not planned, so predictions are required. There are various techniques for predicting loads and renewables, and artificial neural networks, regression analysis, and learning prediction using ARIMA statistical models can be used.
최적화 모듈(420)은 구매한 전력 구매량과 수요 반응 비용을 최적화하기 위하여, 최적화 기법을 사용한다. 여기서, 최적화 기법은 전력 계통에서 사용되는 다양한 기법들 중 어느 하나의 기법이 사용되도 무방하며, 본 발명의 실시예에서는 특정 기법으로 한정하지 않는다.The
계산 모듈(430)은 최적화 모듈(420)에서 최적화된 결과 기초로, 일정 기간의 각 시점별 외부/마이크로그리드로부터의 전력 구매량과 전력 수급 기간을 도출한다. 여기서, 계산 모듈(430)은 구매비용 최소화 알고리즘을 이용하여 구매 비용을 최소화한다.The
계산 모듈(430)은 최적화 모듈에서 결정된 각 시간대의 외부 전력구매량의 최적화를 수행한다. 시간대별로 유틸리티 및 인접마이크로그리드에서 구입할 전력을 결정(유틸리티와 인접마이크로그리드의 전력구매비용은 시간대별로 상이함)에서 구입할지 최적화한다. 미래의 시간대별 신재생 발전과 부하량의 예측은 100% 일치하지 않을 수 있다. 예측부에서 도출된 신재생 및 부하의 예측값과, 마이크로그리드 계측모듈부를 사용하여 실시간 계측되는 값을 사용해 오차를 확인하며, 계획된 최적의 수요반응을 유지하고, 오차가 발생할 경우 그에 대한 최적화모듈의 외부 구입량의 재계산 및 계산부의 외부 구입에 대한 결정을 실시간으로 수행하여, 시간대별 외부 전력 구매처 및 구매량을 계산 보정을 수행한다. The
구매비용 최소화라 함은 마이크로그리드(100) 내 전력이 부족하여 메인 그리드(200)와 인접 마이크로그리드(300)에서 전력을 구매해야 할 경우를 대비하기 위해, 일정 기간 동안의 외부 전력구매 비용을 최소화한다는 것을 의미한다. 계산 모듈(430)이 구매비용 최소화를 위해, 등식 및 부등식 제약조건을 갖게 되는데, 제약 조건을 정의한 함수에 대해 하기 수학식을 참조로 설명한다.Purchasing cost minimization means minimizing the cost of purchasing external power for a certain period in order to prepare for the case of purchasing power from the
수학식 1은 마이크로그리드의 비용을 최소화하기 위하여 전력 구매 결정 모듈(430)이 정의한 함수이고, 수학식 2 내지 수학식 11은 마이크로그리드 내 자원 요소들의 에너지 사용량과 SOC(Social Overhead Capital), 비용 등의 제약 조건을 정의한 함수이다.Equation 1 is a function defined by the power
상기에서 정의한 각 수학식에 대응하는 함수들의 변수는 다음 표 1과 같이 정의할 수 있다.Variables of functions corresponding to each equation defined above may be defined as shown in Table 1 below.
이상에서 설명한 에너지 관리 시스템(400)을 이용하여 마이크로그리드 내 에너지를 관리하여, 전력 구매 비용을 최소화하는 방법에 대해 도 3을 참조로 설명한다.A method of minimizing power purchase cost by managing energy in the microgrid using the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 구매 비용을 결정하는 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a method of determining a power purchase cost according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 관리 시스템(400)은 마이크로그리드 내 신재생 에너지 생성 장치(10)에서 출력될 신재생 에너지 출력 정도를 예측한다(S100). 신재생 에너지 생성 장치(10)가 태양광 발전 설비인 경우라면, 에너지 관리 시스템(400)은 신재생 에너지 생성 장치(10)가 설치된 위치, 출력할 수 있는 용량 등의 설비 정보뿐만 아니라, 당일의 환경 정보(예를 들어, 시간대별 태양의 위치, 일조량, 일출 시간, 일몰 시간 등)등을 토대로 당일의 신재생 에너지 출력 정도를 예측한다. As shown in FIG. 3, the
여기서, 에너지 관리 시스템(400)이 설비 정보와 환경 정보를 이용하여 당일의 신재생 에너지 출력 정도를 예측하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 당일의 신재생 에너지 출력 정도를 예측하는 것을 예로 하여 설명하나, 일정 기간의 신재생 에너지 출력 정도를 예측할 수도 있다.Here, since the
신재생 에너지 출력 정도를 예측한 후, 에너지 관리 시스템(400)은 마이크로그리드 내 부하(30)에서 사용하고 있는 전력량을 토대로 앞으로 부하(30)에서 사용될 부하의 전력 사용 예정량을 예측한다(S110). 또는, 과거 부하(30)에서 사용한 전력 사용량 정보를 토대로, 전력 사용 예정량을 예측할 수도 있다.After estimating the degree of renewable energy output, the
에너지 관리 시스템(400)은 현재 마이크로그리드 내의 전력 사용 패턴과 함께, 주변에 위치한 다른 인접 마이크로그리드들의 전력 사용 패턴을 수집한다(S120). 여기서, 전력 사용 패턴에는, 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함한다.The
에너지 관리 시스템(400)은 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인한다(S130). 여기서, 부하 감축 계획 정보는 부하의 감축 시점과 해당 시점에서의 감축량 정보를 포함한다.The
에너지 관리 시스템(400)은 S100 단계 내지 S130 단계를 통해 수집한 신재생 에너지 출력 예측 정보, 부하에서의 전력 사용량 예측 정보, 마이크로그리드 계측 정보 및 수요 반응 정보 중 전력 구매량과 수요 반응 비용을 최적화 기법을 사용하여 최적화한다(S140). 즉, S100 단계에서 예측한 신재생 에너지 출력 예측 정보와 S110 단계에서 예측한 부하에서의 전력 사용량 예측 정보를 기초로, 마이크로그리드에 전력 부족 여부를 예측한다. The
전력이 부족할 것으로 예측하면, 에너지 관리 시스템(400)은 최적화한 전력 구매량과 수요 반응 비용을 이용하여, 마이크로그리드의 전력 구매 비용을 계산한다(S150). S150 단계에서 전력 구매 비용을 계산할 때, 에너지 관리 시스템(400)은 구매비용 최소화 알고리즘을 이용하여 계산한다.If it is predicted that power will be insufficient, the
즉, 에너지 관리 시스템(400)은 메인 그리드(200)로부터 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용(),인접 마이크로그리드로부터 상기 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용(), 그리고 시간 t에 마이크로그리드 내 수요 반응에 대한 비용 함수()의 합이 최소가 되도록() 전력 구매 비용을 계산한다.In other words, the
그리고 에너지 관리 시스템(400)은 계산한 전력 구매 비용을 토대로, 마이크로그리드에 대한 전력 구매 전략도 결정할 수 있다. 여기서, 전력 구매 전략이라 함은, 어느 시점 이후에 얼마만큼의 전력 구매량으로 얼마만큼의 기간동안에 전력을 구매할 것인지를 의미한다.In addition, the
이와 같이 에너지 관리 시스템(400)을 이용하여 전력 구매 비용을 결정하면 마이크로그리드 내 에너지를 안정적으로 운용할 수 있으며, 부족한 에너지에 대해 메인 그리드나 인접 마이크로그리드를 통해 경제적으로 구매할 수 있다.In this way, when the power purchase cost is determined using the
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
400: 에너지 관리 시스템
410: 기준 정보 생성 모듈
420: 최적화 모듈
430: 계산 모듈400: energy management system
410: reference information generation module
420: optimization module
430: calculation module
Claims (11)
상기 마이크로그리드의 전력 구매 비용을 계산하기 위한 기준 정보를 생성하는 기준 정보 생성 모듈,
상기 기준 정보를 토대로 일정 기간동안 구매한 전력 구매량과 상기 전력 구매량에 따라 영향을 받는 수요 반응 비용을 최적화하는 최적화 모듈, 그리고
상기 최적화한 전력 구매량과 수요 반응 비용, 그리고 상기 기준 정보를 기초로 상기 마이크로그리드가 외부로부터 최소로 구매할 전력 구매 비용을 계산하는 계산 모듈
을 포함하고,
상기 에너지 관리 시스템은 상기 마이크로그리드로 외부에서 전력을 공급하는 메인 그리드와 인접 마이크로그리드들과 연동하는 에너지 관리 시스템.As an energy management system that manages the energy of the microgrid,
A reference information generation module that generates reference information for calculating the power purchase cost of the microgrid,
An optimization module that optimizes the purchase amount of electricity purchased for a certain period based on the reference information and the demand response cost affected by the purchase amount of electricity, and
A calculation module that calculates the minimum purchase cost of power to be purchased from the outside by the microgrid based on the optimized power purchase amount, demand response cost, and the reference information
Including,
The energy management system is an energy management system that interlocks with a main grid supplying power from the outside to the microgrid and adjacent microgrids.
상기 마이크로그리드는,
상기 마이크로그리드 내부에서 전력을 생성하는 에너지 생성 장치,
상기 내부에서 생성한 전력과 상기 외부에서 공급되는 전력을 소비하는 부하, 그리고
상기 내부에서 생성한 전력 중 상기 부하에서 소비되고 남은 전력을 저장하는 에너지 저장 장치
를 포함하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 1,
The microgrid,
An energy generating device that generates power inside the microgrid,
A load that consumes the power generated inside and the power supplied from the outside, and
An energy storage device that stores the remaining power consumed by the load among the internally generated power
Energy management system comprising a.
상기 기준 정보 생성 모듈은,
상기 에너지 생성 장치에서 미리 설정된 기간 동안 생성될 전력 출력량을 예측하는 에너지 출력 예측 모듈,
을 포함하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 2,
The reference information generation module,
An energy output prediction module for predicting an amount of power output to be generated during a preset period in the energy generating device,
Energy management system comprising a.
상기 기준 정보 생성 모듈은,
상기 부하에서 현재 사용하고 있는 전력량을 토대로 앞으로 사용될 전력 사용량 예정량을 예측하는 부하 사용량 예측 모듈,
을 더 포함하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 3,
The reference information generation module,
A load usage prediction module that predicts a planned amount of power usage to be used in the future based on the amount of power currently being used by the load,
Energy management system further comprising a.
상기 기준 정보 생성 모듈은,
상기 마이크로그리드 내의 전력 사용 패턴을 계측하는 마이크로그리드 계측 모듈
을 더 포함하고,
상기 전력 사용 패턴은 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 4,
The reference information generation module,
Microgrid measurement module that measures the power usage pattern in the microgrid
Including more,
The power use pattern includes an amount of power used in the microgrid, a current time, and power operation information corresponding to the current time among power operation information previously set and stored in the microgrid.
상기 기준 정보 생성 모듈은,
상기 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인하는 수요 반응 계획 모듈
을 더 포함하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 5,
The reference information generation module,
Demand response planning module that checks load reduction plan information scheduled in the microgrid
Energy management system further comprising a.
상기 계산 모듈은,
상기 메인 그리드로부터 전력을 구매할 구매 비용, 상기 인접 마이크로그리드들로부터 전력을 구매할 구매 비용, 또는 수요 반응 비용이 최소화되도록 전력 구매 기간, 구매량 및 구매 시점을 결정하는 에너지 관리 시스템.The method of claim 1,
The calculation module,
An energy management system for determining a power purchase period, a purchase amount, and a purchase time so that a purchase cost to purchase power from the main grid, a purchase cost to purchase power from the adjacent microgrids, or a demand response cost is minimized.
상기 마이크로그리드를 구성하는 에너지 생성 장치에서 생성될 제1 전력량을 예측하는 단계,
상기 마이크로그리드를 구성하는 부하에서 사용될 제2 전력량을 예측하는 단계, 그리고
상기 예측한 제1 전력량과 제2 전력량을 토대로 상기 마이크로그리드 내 전력 부족이 예측되면, 상기 마이크로그리드로 전력을 제공하는 메인 그리드 또는 상기 마이크로그리드에 인접한 인접 마이크로그리드에서 구매할 최소 전력 구매 비용을 계산하는 단계
를 포함하는 전력 구매 비용 계산 방법.As a method for the energy management system to calculate the cost of purchasing power for the microgrid,
Predicting a first amount of power to be generated by an energy generating device constituting the microgrid,
Estimating a second amount of power to be used in the load constituting the microgrid, and
When the power shortage in the microgrid is predicted based on the predicted first power amount and the second power amount, calculating a minimum power purchase cost to purchase from a main grid providing power to the microgrid or an adjacent microgrid adjacent to the microgrid. step
Power purchase cost calculation method comprising a.
상기 최소 전력 구매 비용을 계산하는 단계는,
상기 메인 그리드로부터 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용, 상기 인접 마이크로그리드로부터 상기 임의의 시각에 구매할 전력 구매 비용, 그리고 상기 임의의 시각에 상기 마이크로그리드 내 수요 반응에 대한 비용을 더한 값이 최소가 되는 값을 상기 최소 전력 구매 비용으로 결정하는 전력 구매 비용 계산 방법.The method of claim 8,
The step of calculating the minimum power purchase cost,
The power purchase cost to be purchased from the main grid at a certain time, the power purchase cost to be purchased from the adjacent microgrid at the random time, and the sum of the cost for the demand response in the microgrid at the random time becomes the minimum. Power purchase cost calculation method for determining a value as the minimum power purchase cost.
상기 제2 전력량을 예측하는 단계는,
상기 마이크로그리드의 전력 사용 패턴을 계측하는 단계
를 더 포함하고,
상기 전력 사용 패턴은 마이크로그리드내에서 사용되고 있는 전력 사용 량과, 현재 시각, 그리고 마이크로그리드에서 사전에 설정되어 기 저장되어 있는 전력 운영 정보 중 현재 시각에 대응하는 전력 운영 정보를 포함하는 전력 구매 비용 계산 방법.The method of claim 8,
Predicting the second amount of power,
Measuring the power usage pattern of the microgrid
Including more,
The power usage pattern is calculated as the power purchase cost including the amount of power used in the microgrid, the current time, and power operation information corresponding to the current time among the power operation information previously set and stored in the microgrid. Way.
상기 제2 전력량을 예측하는 단계는,
상기 마이크로그리드 내에 스케줄링되어 있는 부하 감축 계획 정보를 확인하는 단계
를 더 포함하는 전력 구매 비용 계산 방법.
The method of claim 8,
Predicting the second amount of power,
Checking the load reduction plan information scheduled in the microgrid
Power purchase cost calculation method further comprising.
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