KR20210141272A

KR20210141272A - 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템 및 이를 이용한 가상발전소 운영 방법

Info

Publication number: KR20210141272A
Application number: KR1020200058705A
Authority: KR
Inventors: 구자균; 엄태선; 이용하; 고민성; 장동환
Original assignee: 한국지역난방공사
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-11-23
Also published as: US20220285939A1; KR102384981B1; CN114641912A; JP7309926B2; JP2022543966A; WO2021230591A1; EP4092860A4; EP4092860A1

Abstract

본 발명에 따른 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템은 가상발전소에 연계된 복수의 분산전원들, 상기 가상발전소와 연계되며, 상기 복수의 분산전원들에서 생산된 전력을 공급받아 열에너지로 변환하는 열변환장치를 포함하는 가상발전소 출력조정 장치, 그리고 상기 복수의 분산전원들의 예상발전량을 예측하여 입찰을 집행하며, 상기 복수의 분산전원들의 출력변동에 의한 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하고, 상기 분석결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치의 전력소모량을 제어하여 상기 가상발전소의 출력변동을 안정화시키는 가상발전소 관리 장치를 포함한다. 이를 통해서, 본 발명은 분산전원들의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동을 최소화시키고, 가상발전소의 출력을 안정적으로 유지시키는 효과를 제공한다.

Description

열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템 및 이를 이용한 가상발전소 운영 방법{VIRTUAL POWER PLAHNT SYSTEM USING HEAT CONVERSION DEVICE AND VIRTUAL POWER PLANT OPERATING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템 및 이를 이용한 가상발전소 운영 방법에 관한 것이다.

최근에는 화석 연료 고갈과 에너지난으로 인해서 신재생 에너지원의 비중이 꾸준히 증가되고 있다. 또한, 글로벌 기후위기 대응 및 산업경쟁력 확보를 위해 신재생 에너지원의 비중이 전세계적으로 확대되고 있다. 그리고, 기존의 중앙급전중심의 전력공급방식을 보완하기 위해, 분산전원(Distributed Energy Resource; DER)이 적극적으로 전력계통에 도입되고 있다.

분산전원은 부하 근처에 중소규모로 설치될 수 있고, 단기간에 설치가 가능하며, 짧은시간 내에 기동이 가능한 장점을 가지고 있다. 그리고, 전력망 내에 산재해 있는 다양한 유형의 분산전원을 진보된 정보통신기술 및 자동제어기술을 이용하여 단일 발전시스템으로 운영하기 위한 통합관리시스템, 즉 가상발전소(Virtual Power Plant, VPP)가 개발되고 있다.

하지만, 신재생에너지원을 이용하여 발전하는 분산전원의 경우에는 기후 및 날씨 등에 따라 출력이 급변하여 출력 제어가 어려우며, 순간적으로 발생하는 출력변동성으로 인해 전력수급의 불균형을 초래할 수 있다.

예를 들어, 분산전원의 출력이 급증하여 분산전원의 발전량이 입찰발전량을 초과하는 경우, 전력계통이나 가상발전소의 주파수가 높아지고, 전력공급의 과잉으로 수급불균형이 발생할 수 있다. 또한, 분산전원의 출력이 급감하여 분산전원의 발전량이 입찰발전량 보다 낮아지는 경우, 전력계통의 계통주파수가 낮아지고, 전력공급의 부족으로 수급불균형이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 전력계통 및 가상발전소를 안정적으로 운영할 수 있는 방안이 요구된다.

한편, 최근에는 ESS(Energy storage system)나 양수발전소를 통해 신재생 에너지를 저장하고 부족한 전력량을 보충해주는 방법이 연구되고 있다.

하지만, ESS는 가격이 비싸서 경제성이 낮다. 그리고, ESS는 용량의 한계로 인해 대용량의 전력저장이 불가능하며, 이로 인해 전력계통의 부족한 전력량을 보충하기에는 어려움이 있었다. 또한, ESS는 화재나 폭발로 인해 안정성 낮은 문제점도 가지고 있다.

그리고, 양수발전소는 대용량의 전력저장이 가능하나, 설치비용 및 운영비용이 많아 경제성이 낮으며, 가동시간도 2시간이내로 짧은 어려움이 있었다. 또한, 양수발전소는 설치 장소에 제약이 많으며 건설기간이 긴 문제점을 가지고 있으며, 주변환경을 파괴하는 문제점을 가지고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 가상발전소에 가상발전소 출력조정 장치를 연계시키고, 분산전원들의 출력변동에 의해 발생되는 가상발전소의 출력변동 및 오차를 가상발전소 출력조정 장치로 조정하여 가상발전소의 출력을 안정화시킬 수 있는 가상발전소 시스템 및 가상발전소 운영 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템은 가상발전소에 연계된 복수의 분산전원들, 상기 가상발전소와 연계되며, 상기 복수의 분산전원들에서 생산된 전력을 공급받아 열에너지로 변환하는 열변환장치를 포함하는 가상발전소 출력조정 장치, 그리고 상기 복수의 분산전원들의 예상발전량을 예측하여 입찰을 집행하며, 상기 복수의 분산전원들의 출력변동에 의한 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하고, 상기 분석결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치의 전력소모량을 제어하여 상기 가상발전소의 출력변동을 안정화시키는 가상발전소 관리 장치를 포함한다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 각각의 분산전원의 특성 및 발전용량을 기초로 각각의 분산전원의 예상발전량을 분석하고, 상기 복수의 분산전원들의 예상발전량을 합산하여 가상발전소에서 발전하는 VPP예상발전량을 도출하며, 도출된 상기 VPP예상발전량을 기초로 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 실시간으로 모니터링하여 가상발전소에서 발전되는 VPP발전량을 도출하고, 상기 VPP발전량에서 상기 가상발전소의 부하에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 VPP예상출력량을 계산하며, 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 제어할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 큰 경우, 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이만큼 상기 열변환장치의 전력소모량을 증가시킬 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 작은 경우, 상기 열변환장치의 열생산을 중단시킬 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 계통주파수를 이용하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 결정할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 가상발전소의 구역주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 구역주파수를 이용하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 결정할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 개별 분산전원의 발전량을 기초로 상기 열변환장치의 전력소모량을 실시간으로 조절할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 개별 분산전원이 입찰기간 동안 발전할 수 있는 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 결정하되, 상기 개별입찰발전량과 상기 개별 분산전원의 실제발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 조정할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원의 실제발전량이 상기 개별입찰발전량을 초과하는 경우, 상기 실제발전량과 상기 개별입찰발전량의 차이에 비례하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 증가시킬 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 개별 분산전원의 실제발전량의 구간평균값을 도출하며, 상기 복수의 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 제어할 수 있다.

상기 분산전원은, 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 예측하고, 상기 전력수요량을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다.

상기 열변환장치는, 생산된 열에너지를 대용량의 축열조에 저장하고, 가상발전소 내에 배치된 열부하에 제공할 수 있다.

상기 가상발전소 관리 장치는, 가상발전소에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 상기 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 상기 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고, 상기 변동성 전원의 출력이 감소하여 가상발전소 내의 전력공급이 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량보다 작거나, 상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 상기 가상발전소 출력조정 장치의 전력소모량을 조정할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법은 가상발전소에 연계된 분산전원의 발전량을 예측하는 단계, 상기 분산전원의 발전량을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하는 단계, 그리고 상기 분석결과를 기초로, 상기 가상발전소에 연계된 열변환장치의 열생산량을 조절하여 상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계를 포함한다.

상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는, 상기 가상발전소의 VPP입찰발전량, 개별 분산전원의 발전량, 전력계통의 계통정보, 또는 가상발전소의 외부에서 수신된 제어신호 중 적어도 하나를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 조절할 수 있다.

상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는, 전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하는 단계, 그리고 상기 계통주파수를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는, 상기 가상발전소의 구역주파수를 실시간으로 검출하는 단계, 그리고 상기 구역주파수를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 분석하는 단계, 그리고 상기 개별 분산전원의 발전량을 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

입찰기간 동안 발전할 수 있는 분산전원의 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 결정하는 단계, 상기 개별 분산전원에서 생산되는 발전량을 모니터링하는 단계, 그리고 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원에 의한 출력값이 상기 개별입찰발전량을 유지시키도록, 상기 개별 분산전원의 발전량과 상기 개별입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계를 더 포할 수 있다.

상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는, 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원의 발전량이 상기 개별입찰발전량을 초과하는 경우, 상기 발전량과 상기 개별입찰발전량의 차이에 비례하여 상기 열변환장치의 열생산량을 증가시킬 수 있다.

상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는, 상기 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하는 단계, 그리고 상기 복수의 구간 별로 개별 분산전원의 실제발전량의 구간평균값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는, 상기 복수의 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 가상발전소에 연계된 부하의 수요반응을 예측하는 단계, 그리고 상기 부하의 수요반응을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 가상발전소에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 상기 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 상기 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하는 단계, 그리고 상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법은 가상발전소에 연계된 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 모니터링하여 VPP발전량을 도출하는 단계, 상기 VPP발전량에서 상기 가상발전소의 부하에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 VPP예상출력량을 계산하는 단계, 그리고 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 가상발전소에 가상발전소 출력조정 장치를 연계시키고, 가상발전소 출력조정 장치를 통해서 분산전원들의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동 및 오차를 조정함으로써, 가상발전소의 출력을 안정화시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 가상발전소 출력조정 장치가 분산전원의 출력변동에 의해 과잉생산되는 잉여전력을 이용해 열에너지를 생산함으로써, 신재생 에너지원과 같이 출력 제어가 어려운 분산전원들의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동을 최소화시키고, 가상발전소의 출력을 안정적으로 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 가상발전소 출력조정 장치에서 생산된 열에너지를 대용량으로 저장하여 열부하에 제공함으로써, 가상발전소의 출력을 안정화시킬 뿐만 아니라 에너지원의 낭비를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 가상발전소에 신재생 열병합발전소를 분산전원으로 연계시키고, 분산전원들의 출력변동에 대응하여 상기 신재생 열병합발전소의 발전량을 조정하고, 상기 신재생 열병합발전소에서 발전된 전력으로 가상발전소의 부족한 출력을 보충함으로써, 신재생 에너지원과 같이 출력 제어가 어려운 분산전원들에 의해 발생되는 가상발전소의 출력부족 및 이로 인한 가상발전소의 출력변동을 최소화시켜 가상발전소의 출력을 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 각 개별 분산전원의 예상발전량을 분석하고, 분산전원들의 예상발전량을 합산하여 VPP예상발전량을 도출하며, 상기 VPP예상발전량을 기초로 VPP입찰발전량을 도출함으로써, 최적의 입찰발전량을 효과적으로 결정할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 모니터링하여 가상발전소 내에서 실시간으로 발전되는 VPP발전량을 도출하고, 상기 VPP발전량과 VPP입찰발전량을 비교하여 열변환장치의 전력소모량 또는 신재생 열병합발전소의 발전량을 조정함으로써, 가상발전소의 출력을 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력계통의 계통주파수 또는 가상발전소의 구역주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 주파수를 기초로 열변환장치의 전력소모량 또는 신재생 열병합발전소의 발전량을 제어함으로써, 변동성전원인 분산전원들의 출력변동으로 인한 전력계통의 계통주파수 급변 및 가상발전소의 구역주파수 급변을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 개별 분산전원의 발전량과 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 비교하여 열변환장치의 전력소모량 또는 신재생 열병합발전소의 발전량을 제어함으로써, 개별 분산전원의 출력을 일정하게 유지시키고, 이를 통해서 개별 분산전원의 출력이 평탄화되어 가상발전소에 제공되는 것과 같은 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 입찰기간 동안 개별 분산전원의 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 결정하고, 상기 개별입찰발전량과 상기 개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 비교하며, 이를 기초로 열변환장치의 전력소모량을 제어하거나 신재생 열병합발전소의 발전량을 실시간으로 제어함으로써, 입찰기간 동안 개별 분산전원의 출력량을 상기 개별입찰발전량에 맞춰줄 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 전력거래소와의 VPP입찰발전량, 개별 분산전원의 발전량, 전력계통의 계통정보, 또는 전력거래소에서 수신된 제어신호 중 적어도 하나를 기초로 가상발전소 출력조정 장치의 동작을 제어함으로써, 가상발전소의 출력을 안정적으로 유지시키고, 이를 통해서 전력계통을 안정적으로 유지시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 장치를 활용한 가상발전소 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실예에 따라 가상발전소에 연계된 분산전원의 발전량을 예측하여 입찰을 진행하고, 가상발전소 출력조정 장치를 제어하여 가상발전소의 출력을 안전화시키는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 5는 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이다.
도 6은 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 실예에 따라 개별 분산전원의 예상 발전량을 기초로 VPP예상발전량을 도출하고, 도출된 VPP예상발전량을 이용해 VPP입찰발전량을 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 한 실예에 따른 개별 분산전원들의 예상발전량 및 평균발전량을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 실예에 따라 가상발전소의 VPP예상발전량과 VPP입찰발전량을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 실예에 따라 VPP예상출력량과 VPP입찰발전량을 비교하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 한 실예에 따라 VPP예상출력량과 VPP입찰발전량을 비교하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 예를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 한 실예에 따라 전력계통의 계통주파수 또는 가상발전소의 구역주파수를 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 한 실예에 따라 개별 분산전원의 발전량을 예측하여 입찰을 진행하고, 개별 분산전원의 실제발전량을 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 한 실예에 따라 입찰기간을 복수의 구간으로 나누어 개별 분산전원의 발전량을 모니터링하며, 각각의 구간별로 개별 분산전원의 실제발전량을 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 예를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

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.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이제 도 1 내지 도 14를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 장치를 활용한 가상발전소 시스템 및 가상발전소 운영 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 장치를 활용한 가상발전소 시스템을 간략히 도시한 도면이다. 이때, 전력계통(10) 및 가상발전소 시스템은 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소(Virtual Power Plant, 이하 VPP) 시스템은 전력계통(10)의 전력거래소(Korea Power Exchange, KPX)(20)와 연계된다.

그리고, 상기 가상발전소 시스템은 가상발전소(VPP, 100)에 연계된 다양한 종류의 분산전원(Distributed Energy Resource, DER)(110)를 포함하며, 분산전원(110)에서 생산된 전력을 전력계통(10)에 공급할 수 있다.

그리고, 상기 전력거래소(20)는 전력계통(10)의 복수의 발전소들(12-1 내지 12-n)에서 생산한 전력을 송전용변전소(14) 및 배전용변전소(16)를 거쳐 전력사용자에게 공급하도록 전력시장을 운영한다.

그리고, 상기 분산전원(110)은 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 시스템은 전력거래소(20)와 입찰을 진행하고, 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 생산된 전력 중 일부를 전력계통(10)에 공급할 수 있다.

그리고, 가상발전소 시스템은 가상발전소 관리 장치(200)를 통해 전력거래소(20)와 입찰을 진행할 수 있다. 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 공급하는 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 VPP입찰발전량은 입찰기간 동안 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 공급하는 전력공급량 또는 전력출력량을 포함한다.

그리고, 가상발전소 시스템은 상기 VPP입찰발전량에 따라 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 생산된 전력 중 일부를 전력계통(10)에 공급할 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 발전량을 예측하여 입찰을 집행할 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 상기 예측발전량에서 상기 가상발전소(100) 내의 부하(120)에서 소모되는 전력소모량을 차감하여 상기 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100) 내에 배치된 부하의 전력수요량을 예측하고, 상기 전력수요량을 기초로 상기 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수도 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차의 분석결과를 기초로 가상발전소 출력조정 시스템(300)의 동작을 제어하여 상기 가상발전소(100)의 출력변동을 안정화시킬 수 있다.

상기 가상발전소 출력조정 시스템(300)은 상기 가상발전소(100) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 출력조정 시스템(300)은 가상발전소 출력조정 장치(310)를 통해 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 생산된 전력을 소모하여 열로 변환할 수 있다. 또한, 상기 가상발전소 출력조정 시스템(300)은 가상발전소 출력조정 장치(310)를 통해 전력을 생산해서 가상발전소(100)에 공급할 수도 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 생산된 전력 중 일부를 공급받아 열에너지로 변환하는 열변환장치 및, 신재생에너지원을 이용해서 전력을 생산하는 신재생 열병합발전소 등을 포함할 수 있다.

이러한 가상발전소 출력조정 장치(310)의 열변환장치 및 신재생 열병합발전소는 기존의 ESS(Energy storage system)나 양수발전소와 달리, 비용이 저렴하며 속응성이 높은 장점을 가지고 있다. 또한, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)는 분산전원(110)이나 가상발전소(100) 주변에 설치가 간편하며, 설치 지역에 제한이 낮은 장점도 가지고 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 정보를 분석할 수 있다.

여기서, 응동량 정보는 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 가상발전소(100)에 연계된 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 값 또는 상기 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함한다.

그리고, 상기 응동량은 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력 변동에 대응하기 위해서 가상발전소(100)에 연계된 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전량을 포함한다. 그리고, 응동 속도는 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원의 출력 변동에 대응하여 가상발전소(100)에 연계된 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 발전 속도를 포함한다. 이때, 이러한 응동량 및 응동 속도는 분산전원들의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 변동성 전원의 출력이 감소하여 가상발전소(100) 내의 전력공급이 가상발전소(100) 내에 배치된 부하의 전력수요량보다 작거나, 상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 또는 발전량을 조정할 수 있다.

예를 들어, 상기 변동성 전원의 출력이 감소하여 가상발전소(100) 내의 전력공급이 가상발전소(100) 내에 배치된 부하의 전력수요량보다 작거나, 상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 본 발명은 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 열변환장치가 전력소모량을 감소시키거나, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 신재생 열병합발전소가 발전량을 증가시키도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 신재생 열병합발전소가 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 정보를 분석할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)에 연계된 변동성 전원의 출력이 감소하여 상기 가상발전소(100) 내의 전력공급이 가상발전소(100) 내에 배치된 부하의 전력수요량보다 작은 경우, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 신재생 열병합발전소의 응동량 정보를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 제어하거나, 신재생 열병합발전소의 발전량을 제어할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 가상발전소 관리 장치(200)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 예측하고, 전력거래소(20)와 입찰을 진행한다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 분석결과를 기초로 상기 VPP 출력조정 시스템(300)을 제어하여 가상발전소(100)의 출력변동을 안정화시킬 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 VPP제어모듈(210), 송수신모듈(220), 입찰모듈(230), 모니터링모듈(240), 분석모듈(250), 그리고 VPP 출력조정 모듈(260)을 포함한다.

상기 VPP제어모듈(210)은 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동 및 부하(120)의 수요변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석하고, 상기 분석결과를 기초로 상기 VPP 출력조정 시스템(300)을 제어하여 가상발전소의 출력변동을 안정화시키도록 상기 각부의 동작을 제어할 수 있다.

상기 송수신모듈(220)은 가상발전소 정보를 전력거래소(20)에 송신하고, 상기 전력거래소(20)로부터 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 수신할 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 정보는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 발전량 정보, 부하(120)의 전력소모량 정보 등을 포함한다. 그리고, 상기 송수신모듈(220)은 가상발전소(100)에서 검침된 계량데이터를 전력거래소(20)에 송신할 수 있다.

그리고, 상기 송수신모듈(220)은 상기 전력거래소(20)로부터 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 전력계통 정보 및 전력계통 분석 정보는 전력계통(10)에 연계된 발전기들(12)의 램프레이트(Ramp Rate) 특성 정보, 전력계통(10)의 계통주파수 정보, 전력계통(10)의 전력수급 정보, 전력계통(10)의 변동성 전원에 의한 순부하량 정보, 상기 변동성 전원에 의한 응동량 정보, 전력계통(10)에 연계된 신재생 출력변동 정보, 및 전력계통(10)의 예비력량 정보 등을 포함한다.

여기서, 램프레이트 특성 정보는 1분당 발전기출력의 변동이며, 발전기의 증발속도, 발전기의 감발속도, 또는 발전기의 속도 조정율을 포함한다.

그리고, 전력계통(10)의 계통주파수 정보는 실시간 계통주파수, 계통주파수 예측값, 주파수 변화율, 또는 주파수 민감도 등을 포함한다. 주파수 변화율이나 주파수 민감도는 시간의 변화에 따른 계통주파수의 변화율 또는 변화 정도를 포함한다.

그리고, 주파수 변화율은 양의 값(+)을 갖거나, 음의 값(-)을 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변화율이 양수인 경우는 계통주파수가 급증하는 경우를 포함할 수 있다. 그리고, 주파수 변화율이 음수인 경우에는 계통주파수가 급감하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 전력계통(10)의 전력수급 정보는 전력계통(10)의 전력수급 불균형을 포함한다. 여기서, 전력계통(10)의 전력수급 불균형은 전력계통(10)에 연계된 발전기의 탈락, 전력계통(10)의 전력수요 급변, 또는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(16)의 출력변동 급변 등에 의해서 전력계통(10)의 전력공급과 전력수요 사이의 편차가 전력수급 설정값을 초과하는 경우를 포함한다.

그리고, 상기 순부하량 정보는 전력계통(10)의 총부하량에서 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력량을 차감한 값을 포함한다.

또한, 응동량 정보는 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 출력변동에 대응하기 위해서 전력계통에 연계된 발전기들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 값 또는 상기 변동성 전원의 출력변동에 대응하여 발전기가 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 포함할 수 있다.

상기 입찰모듈(230)은 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 예측하여 전력거래소(20)와 입찰을 집행한다. 또한, 상기 입찰모듈(230)은 각각의 분산전원의 특성 및 발전용량을 기초로 각각의 분산전원의 예상발전량을 분석할 수 있다. 그리고, 상기 입찰모듈(230)은 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 합산하여 VPP예상발전량을 도출할 수 있다.

그리고, 상기 입찰모듈(230)은 상기 VPP예상발전량을 기초로 전력거래소(20)와 입찰을 진행하고, VPP입찰발전량을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 VPP예상발전량은 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 입찰기간 동안에 발전할 것으로 예상되는 발전량을 포함한다. 그리고, 상기 VPP입찰발전량은 입찰기간 동안 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 공급하는 전력공급량 또는 전력출력량을 포함한다.

그리고, 상기 입찰모듈(230)은 본 발명의 한 실시예에 따른 분산전원 발전량 예측부(232), VPP 발전량 계산부(234), 및 VPP 입찰발전량 결정부(236)를 포함할 수 있다.

상기 분산전원 발전량 예측부(232)는 각각의 분산전원의 특성 및 발전용량을 기초로 각각의 분산전원의 예상발전량을 분석한다. 그리고, 상기 분산전원 발전량 예측부(232)는 각각의 분산전원의 예상발전량을 기초로 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 특정시점 또는 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 발전량을 예측할 수 있다.

상기 VPP 발전량 계산부(234)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 합산하여 상기 가상발전소(100)에서 발전할 수 있는 VPP예상발전량을 도출할 수 있다.

그리고, 상기 VPP 입찰발전량 결정부(236)는 상기 VPP예상발전량을 기초로 VPP입찰발전량을 결정한다. 또한, 상기 VPP 입찰발전량 결정부(236)는 상기 VPP예상발전량에서 소정기간동안 가상발전소(100)의 부하(120)에서 소모할 것으로 예상되는 전력사용량을 차감하여 상기 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다.

상기 모니터링모듈(240)은 가상발전소(100)에 연계된 분산전원(110)의 발전량 및 가상발전소(100) 내에 배치된 부하(120)의 전력사용량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

예를 들어, 상기 모니터링모듈(240)은 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 실제 발전량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 그리고, 상기 모니터링모듈(240)은 개별 분산전원(110)의 발전량, 발전량의 변화량 및 변화율 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

또한, 상기 모니터링모듈(240)은 상기 가상발전소(100)에 연계된 부하(120)의 전력사용량, 전력사용량의 변화량 및 변화율 등을 실시간으로 모니터링할 수도 있다.

그리고, 상기 모니터링모듈(240)은 본 발명의 한 실시예에 따른 분산전원 모니터링부(242), 그리고 VPP 모니터링부(244)를 포함할 수 있다.

상기 분산전원 모니터링부(242)는 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 실제발전량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 그리고, 상기 분산전원 모니터링부(242)는 개별 분산전원(110)에 대한 발전량, 발전량의 변화량 및 변화율 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

상기 VPP 모니터링부(244)는 상기 가상발전소(100)의 발전량 및 전력사용량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한, 상기 VPP 모니터링부(244)는 상기 가상발전소(100)의 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에 의한 총발전량과 가상발전소(100)의 부하(120)에 의한 총사용량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

예를 들어, 상기 VPP 모니터링부(244)는 상기 가상발전소(100)의 잉여전력량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 여기서, 상기 잉여전력량은 가상발전소(100)의 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에 의한 총발전량에서 가상발전소(100)의 부하(120)에 의한 총사용량을 차감한 값을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 분석모듈(250)은 개별 분산전원(110)의 출력변동을 분석할 수 있다. 또한, 상기 분석모듈(250)은 가상발전소(100)의 가상발전소 정보를 기초로 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다.

또한, 상기 분석모듈(250)은 상기 송수신모듈(220)에서 수신된 전력계통 정보를 기초로 전력계통(10)의 계통주파수, 전력수급 불균형, 순부하량 정보, 응동량 정보, 및 신재생 에너지원의 출력 정보의 변화 등을 분석할 수 있다.

그리고, 상기 분석모듈(250)은 본 발명의 한 실시예에 따른 분산전원 분석부(252), 그리고 VPP 분석부(254)를 포함할 수 있다.

상기 분산전원 분석부(252)는 상기 모니터링모듈(240)에서 모니터링된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 실제발전량을 기초로 개별 분산전원(110)의 출력변동 및 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동을 분석한다.

그리고, 상기 VPP 분석부(254)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동 및 부하(120)의 수요변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다.

또한, 상기 VPP 분석부(254)는 상기 모니터링모듈(240)에서 모니터링된 가상발전소(100)의 잉여전력량을 기초로 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동에 의한 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수 있다.

그리고, 상기 VPP 분석부(254)는 가상발전소(100) 내에 배치된 부하(120)의 수요반응 및 전력수요량을 예측하고, 상기 전력수요량을 기초로 상기 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석할 수도 있다.

상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 상기 분석모듈(250)의 분석결과를 기초로 가상발전소 출력조정 시스템(300)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 발전량을 제어할 수 있다. 이를 통해서, 상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 상기 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 제공하는 출력량을 조정하고, 상기 가상발전소(100)의 출력변동을 안정화시킬 수 있다.

여기서, 상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 상기 VPP입찰발전량, 가상발전소(100)의 구역주파수, 개별 분산전원(110)의 발전량, 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량, 및 전력계통 정보(예를 들어, 계통주파수,전력수급정보, 예비력량, 순부하량, 응동량, 신재생출력변동 등), 및 가상발전소의 외부(예를 들어, 전력거래소)에서 수신된 제어신호 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 발전량을 제어할 수 있다.

물론, 상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 상기 VPP입찰발전량, 가상발전소(100)의 구역주파수, 개별 분산전원(110)의 발전량, 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량, 및 전력계통 정보(예를 들어, 계통주파수,전력수급정보, 예비력량, 순부하량, 응동량, 신재생출력변동 등), 및 가상발전소의 외부(예를 들어, 전력거래소)에서 수신된 제어신호 등을 복합적으로 고려해서 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 발전량을 제어할 수도 있다.

그리고, 상기 VPP 출력조정 모듈(260)은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력소모량 제어부(262) 및 발전량 제어부(264)를 포함할 수 있다.

상기 전력소모량 제어부(262)는 상기 VPP입찰발전량, 가상발전소(100)의 구역주파수, 개별 분산전원(110)의 발전량, 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량, 전력계통 정보, 및 가상발전소의 외부에서 수신된 제어신호 등을 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 또는 열생산량을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 발전량 제어부(254)는 상기 VPP입찰발전량, 가상발전소(100)의 구역주파수, 개별 분산전원(110)의 발전량, 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량, 전력계통 정보, 및 가상발전소의 외부에서 수신된 제어신호를 기초로 가상발전소 출력조정 장치(310)의 발전량을 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 이때, 가상발전소 출력조정 시스템(300)는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 출력조정 시스템(300)은 가상발전소 출력조정 장치(310), 열 저장 장치(340), 및 열 공급 장치(350)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)는 본 발명의 한 실시예에 따라 열변환장치(320) 및 신재생 열병합발전소(220)를 포함할 수 있다.

상기 열변환장치(320)는 상기 복수의 분산전원들에서 생산된 전력을 공급받고, 이를 열에너지로 변환한다. 그리고, 상기 열변환장치(320)는 변환된 상기 열에너지를 열 저장 장치(340) 또는 열 공급 장치(350)에 공급할 수 있다.

여기서, 상기 열변환장치(320)는 보일러 또는 전열기 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 열 저장 장치(340)는 상기 열에너지를 저장하는 축열조 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 열 공급 장치(350)는 열부하에 상기 열에너지를 공급하는 히트펌프 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 열변환장치(320)는 생산된 열에너지를 대용량의 축열조에 저장하고, 전력계통(10) 또는 가상발전소(100) 내에 배치된 열부하에 제공할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 가상발전소 출력조정 장치(310)에서 생산된 열에너지를 대용량으로 저장하여 열부하에 제공함으로써, 가상발전소의 출력을 안정화시킬 뿐만 아니라 에너지원의 낭비를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

상기 신재생 열병합발전소(330)는 상기 가상발전소(100)에 연계되며 신재생에너지원을 이용해서 전력을 생산할 수 있다. 그리고, 상기 신재생 열병합발전소(330)는 생산된 전력을 상기 가상발전소(100) 또는 상기 전력계통(10)에 공급할 수 있다. 그리고, 상기 신재생 열병합발전소(330)는 우드칩, 연료전지, 또는 부생가스 중 적어도 하나를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 열변환장치(320)의 전력소모량 및 열생산량을 제어하거나, 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 조절함으로써, 분산전원(110)의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동을 안정화시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 VPP예상출력량을 VPP입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 VPP예상출력량은 입찰기간 동안에 상기 가상발전소(100)에서 상기 전력계통(10)으로 공급될 것으로 예상되는 전력량을 포함하다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 가상발전소(100)에서 실시간으로 발전되는 VPP발전량을 도출할 수 있다. 그리고, 상기 VPP예상출력량은 상기 VPP발전량에서 상기 가상발전소(100)의 부하(120)에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 계산될 수 있다.

이때, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 큰 경우, 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이만큼 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 증가시킬 수 있다.

이와 달리, 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 작은 경우, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 열변환장치(320)의 열생산을 중단시킬 수도 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 제어할 수 있다.

이때, 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 작은 경우, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이만큼 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 계통주파수를 이용하여 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 결정할 수 있다.

물론, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 계통주파수를 이용하여 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 제어할 수도 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)의 구역주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 구역주파수를 이용하여 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 결정할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)의 구역주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 구역주파수를 이용하여 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 제어할 수도 있다.

상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 개별 분산전원(110)의 발전량을 기초로 상기 열변환장치(320)의 열생산량을 실시간으로 조절할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 발전량을 실시간으로 분석하고, 상기 개별 분산전원(110)의 실제 발전량을 기초로 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 실시간으로 조절할 수도 있다.

상기 가상발전소 관리 장치(200)는 입찰기간 동안 발전할 수 있는 개별 분산전원(110)의 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량을 결정한다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 개별입찰발전량과 상기 개별 분산전원의 실제발전량을 비교하고, 상기 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량과 상기 실제발전량의 차이를 기초로 상기 열변환장치(320)의 전력소모량 또는 열생산량을 조정할 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원(110)의 실제발전량이 상기 개별입찰발전량을 초과하는 경우, 상기 실제발전량과 상기 개별입찰발전량의 차이만큼 상기 열변환장치의 전력소모량 또는 열생산량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 개별 분산전원(110)의 실제발전량의 구간평균값을 도출하며, 상기 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치(320)의 열생산량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 입찰간격 동안 발전할 수 있는 개별 분산전원(110)의 평균발전량을 예측하고, 예측된 상기 평균발전량을 기초로 상기 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량을 결정할 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원(110)에 의한 출력값을 상기 개별입찰발전량으로 유지시킬 수 있도록, 상기 개별 분산전원(110)의 실제발전량을 기초로 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 실시간으로 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원에 의한 실제발전량의 평균값이 상기 개별입찰발전량 보다 작은 경우, 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 개별 분산전원(110)의 실제발전량의 구간평균값을 도출하며, 상기 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 한 실예에 따라 가상발전소에 연계된 분산전원의 발전량을 예측하여 입찰을 진행하고, 가상발전소 출력조정 장치를 제어하여 가상발전소의 출력을 안전화시키는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 3의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 4을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 예측한다(S102). 여기서, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 각각의 분산전원의 특성 및 발전용량을 기초로 각각의 분산전원의 예상발전량을 예측할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 전력거래소(20)와 입찰을 진행하고, 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 공급하는 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다(S104).

여기서, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 합산하여 VPP예상발전량을 도출하며, 상기 VPP예상발전량을 기초로 전력거래소(20)와 입찰을 진행하여 상기 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다.

예를 들어, 상기 VPP예상발전량은 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 특정시점 또는 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 VPP최소발전량과 VVP최대발전량을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 VPP입찰발전량은 상기 VPP최소발전량과 VVP최대발전량의 사이의 값으로 결정될 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 출력변동에 의한 상기 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차를 분석한다(S106).

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 분석결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 전력생산량을 제어할 수 있다(S108).

여기서, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 전력거래소(20)와의 상기 VPP입찰발전량, 개별 분산전원(110)의 발전량, 전력계통(10)의 계통정보(예를 들어, 주파수,전력수급, 예비력량, 순부하량, 응동량, 신재생출력변동 등), 또는 가상발전소(100)의 외부(예를 들어, 전력거래소)에서 수신된 제어신호 중 적어도 하나를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 통해서 상기 가상발전소(100)의 출력변동 및 오차 조정하여 상기 가상발전소(100)의 출력변동을 안정화시킬 수 있다(S110).

예를 들어, 본 발명은 가상발전소(100)의 잉여전력을 활용하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)로 열에너지를 생산하고, 생산된 열에너지를 열부하에 제공하며, 이와 동시에 가상발전소(100)의 출력을 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 가상발전소(100)의 부족한 출력을 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)에서 생산된 전력으로 보충시켜 가상발전소(100)의 출력을 안정화시킬 수도 있다.

도 5는 전력계통에서 일반적인 일일 전력수요곡선을 도시한 그래프이고, 도 6은 변동성 전원의 출력 증가로 인한 순부하량의 변화를 도시한 그래프이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원이나 가상발전소(100)에 연계된 분산전원의 출력변동성 증가시에 순부하량은 덕커브 형태로 형성된다. 특히, 전력계통(10) 또는 가상발전소(100)에 연계되는 변동성 전원(예를 들어, 신재생 에너지원)의 비중이 증가될 경우, 일출 후 전력부하가 급감하고, 일몰 후 전력부하가 급증하는 현상으로 인해서, 전력수요곡선이 기존의 전력수요곡선과는 다른 패턴으로 변화될 것으로 예상된다. 또한, 덕커브 현상이 심화되는 경우에는 전력수요예측 오차가 증가되고, 제약비용이 증가되는 어려움이 예상된다.

예를 들어, 신재생 에너지원인 풍력 발전기는 풍속에 의해서 출력이 크게 좌우되며, 태양광 발전기는 태양광 모듈의 일사량에 의해서 출력이 좌우된다. 그리고, 풍력 및 태양광 같은 신재생 에너지원은 낮 시간대에 출력이 증가되며, 이로 인해서 전력계통(10)이나 가상발전소(100)의 총부하량에서 신재생 에너지원의 출력량을 차감한 전력계통(10)이나 가상발전소(100)의 순부하량이 크게 감소된다.

특히, 신재생 에너지원의 출력변동성이 큰 계절의 낮 시간대에 신재생 에너지원이 전력계통(10)이나 가상발전소(100)에 연계되어 있는 경우, 전력계통(10) 또는 가상발전소(100)의 전력수급 불균형을 야기하고, 전력계통(10)의 계통주파수 또는 가상발전소(100)의 구역주파수가 불안정해지는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 가상발전소 출력조정 장치(310)를 가상발전소(100)에 연계시키고, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 발전량을 조절하여 가상발전소(100)의 잉여전력을 소모하거나 가상발전소(100)의 부족한 출력을 보충함으로써, 분산전원들의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동 및 오차를 해소하고, 가상발전소의 출력을 안정화시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 7은 본 발명의 한 실예에 따라 개별 분산전원의 예상 발전량을 기초로 VPP예상발전량을 도출하고, 도출된 VPP예상발전량을 이용해 VPP입찰발전량을 결정하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 3의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 특성을 분석한다(S202). 여기서, 개별 분산전원은 풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 특성을 기초로 소정기간(예를 들어, 입찰기간) 동안에 개별 분산전원(110)이 발전할 수 있는 예상발전량을 도출할 수 있다(S204).

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량을 합산하여 VPP예상발전량을 도출할 수 있다(S206 및 S208). 여기서, 상기 VPP예상발전량은 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 특정시점 또는 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 발전량을 포함한다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 입찰기간 동안 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 출력하는 VPP입찰발전량을 결정할 수 있다(S210). 여기서, 상기 VPP입찰발전량은 상기 입찰기간 동안 상기 가상발전소(100)에서 상기 전력계통(10)으로 공급하는 전력공급량 또는 전력출력량을 포함한다.

도 8은 본 발명의 한 실예에 따른 개별 분산전원들의 예상발전량 및 평균발전량을 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 한 실예에 따라 가상발전소의 VPP예상발전량과 VPP입찰발전량을 도시한 그래프이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m) 각각의 특성을 분석하여 각각의 분산전원의 예상발전량(P_{DER1_예상}내지 P_{DERm_예상}) 및 평균발전량(P_{DER1_평균}내지 P_{DERm_평균})을 예측할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 예상발전량(P_{DER1_예상}내지 P_{DERm_예상}) 또는 평균발전량(P_{DER1_평균}내지 P_{DERm_평균})을 합산하여 가상발전소(100)의 발전량을 도출할 수 있다.

예를 들어, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 특정시점 또는 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 예상발전량(P_{DER1_예상}내지 P_{DERm_예상})을 합산하여 VPP예상발전량(P_{vpp_예상발전량})을 도출할 수 있다.

여기서, VPP예상발전량(P_{vpp_예상발전량})은 가상발전소(100)의 최소발전량인 VPP최소발전량(P_{vpp_min})과 가상발전소(100)의 최대발전량인 VVP최대발전량(P_{vpp_max})을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP예상발전량(P_{vpp_예상발전량})을 기초로 입찰기간 동안 상기 가상발전소(100)에서 상기 전력계통(10)으로 출력하는 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량})을 결정할 수 있다.

이때, 상기 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량})은 상기 VPP최소발전량(P_{vpp_min})과 VVP최대발전량(P_{vpp_max})의 사이의 값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량})은 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)의 평균발전량(P_{DER1_평균}내지 P_{DERm_평균})을 합산한 값일 수도 있다.

도 10은 본 발명의 한 실예에 따라 VPP예상출력량과 VPP입찰발전량을 비교하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 3의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 전력거래소(20)와 입찰을 진행하고, 가상발전소(100)에서 전력계통(10)으로 공급하는 VPP입찰발전량을 결정한다(S302). 여기서, 상기 VPP입찰발전량은 입찰기간 동안 상기 가상발전소(100)에서 상기 전력계통(10)으로 공급하는 전력공급량 또는 전력출력량을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 생산되는 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 가상발전소(100)에서 발전되는 VPP발전량을 도출한다.(S304). 여기서, 상기 VPP발전량은 특정시점 또는 입찰기간 동안에 상기 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)에서 각각 생산되는 발전량의 총합을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP발전량에서 가상발전소(100)의 부하(120)에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 VPP예상출력량을 계산한다(S306). 여기서, 상기 VPP예상발전량은 상기 가상발전소(100)에 연계된 복수의 분산전원들(110-1 내지 110-m)이 특정시점 또는 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 발전량을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP발전량 또는 상기 VPP예상출력량을 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 분산전원(110)의 발전량이 감소하여 상기 VPP발전량이 상기 VPP입찰발전량 보다 큰 경우에, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 신재생 열병합발전소(330)의 발전량 또는 전력생산량을 증기시키도록 제어할 수 있다(S308 및 S310).

이때, 가상발전소(100)에 연계된 부하(120)의 전력사용량이 급격하게 증가하여 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량 보다 작아지는 경우에도 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증기시키도록 제어할 수도 있다.

그리고, 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP발전량과 상기 VPP입찰발전량의 차이값 또는 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이값에 비례하여 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량의 크기를 제어할 수도 있다.

또한, 분산전원(110)의 발전량이 증가하거나 부하(120)의 전력사용량이 급감하여 상기 VPP발전량이나 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량 보다 큰 경우에는 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수 있다(S312 및 S314). 이때, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 VPP발전량과 상기 VPP입찰발전량의 차이값 또는 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이값에 비례하여 상기 열변환장치(320)의 전력소모량의 크기를 제어할 수도 있다.

도 11은 본 발명의 한 실예에 따라 VPP예상출력량과 VPP입찰발전량을 비교하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 예를 도시한 그래프이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량})과 VPP예상출력량(P_{vpp예상출력량})을 실시간으로 비교하여 열변환장치(320)의 전력소모량 및 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 실시간으로 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 VPP예상출력량(P_{vpp예상출력량})이 상기 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량}) 보다 작은 구간(t0~t1, t2~t3, t4~t5)에서는 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 신재생 열병합발전소(330)에서 생산된 전력을 상기 가상발전소(100) 또는 상기 전력계통(10)에 공급하여 상기 가상발전소(100)의 부족한 발전량 및 출력량을 보충할 수 있다.

또한, 상기 VPP예상출력량(P_{vpp예상출력량})이 상기 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량}) 보다 큰 구간(t1~t2, t3~t4)에서는 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 조절하여 가상발전소(100)의 잉여전력을 소모할 수 있다.

물론, 상기 VPP예상출력량(P_{vpp예상출력량})이 상기 VPP입찰발전량(P_{vpp입찰발전량}) 보다 큰 구간(t1~t2, t3~t4)이지만, 부하(120)의 전력사용량이 급격하게 증가하여 상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량 보다 작아지는 경우에는 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증기시키도록 제어할 수 있다.

도 12는 본 발명의 한 실예에 따라 전력계통의 계통주파수 또는 가상발전소의 구역주파수를 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 3의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 전력계통(10)의 계통주파수 또는 가상발전소(100)의 구역주파수를 실시간으로 검출하고 주파수 변화를 모니터링한다(S402).

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 계통주파수 또는 상기 구역주파수를 설정값과 비교하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 전력계통(10)에 연계된 변동성 전원의 출력이 급변하거나, 발전기 탈락 또는 대규모 부하 급증으로 인하여 전력계통(10)의 계통주파수가 급변할 수 있다. 이때, 본 발명은 상기 계통주파수 또는 상기 구역주파수를 설정값과 비교하고, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 통해서 가상발전소(100)의 출력량을 조절할 수 있고, 결과적으로 전력계통(10)의 계통주파수를 소정범위 이내로 유지시킬 수 있다.

또한, 가상발전소(100)에 연계된 분산전원(110)의 출력이 급변하여 가상발전소(100)의 구역주파수가 급변할 수 있다. 이때에도, 본 발명은 상기 계통주파수 또는 상기 구역주파수를 설정값과 비교하여 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 본 발명은 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 통해서 가상발전소(100)의 출력을 안정적으로 유지시킬 수 있다.

예를 들어, 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 계통주파수 또는 상기 구역주파수가 기설정된 제1주파수설정값 보다 큰 경우에는 열변환장치(320)의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수 있다(S404 및 S406).

또한, 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 계통주파수 또는 상기 구역주파수가 기설정된 제2주파수설정값 보다 작은 경우에는 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시키도록 제어할 수 있다(S408 및 S410).

물론, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 계통주파수와 상기 구역주파수를 직접적으로 비교하고, 상기 비교결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수도 있다.

도 13은 본 발명의 한 실예에 따라 개별 분산전원의 발전량을 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이때, 이하의 흐름도는 도 1 내지 도 3의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 예상발전량을 예측한다(S502).

그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 상기 예상발전량을 분석하고, 개별 분산전원(110)이 입찰기간 동안에 발전할 수 있는 총발전량 중에서, 상기 입찰기간 동안에 전력계통(10)으로 공급하는 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량을 결정할 수 있다(S504).

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 상기 예상발전량과 개별 분산전원(110)의 상기 개별입찰발전량을 비교하고, 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 사전에 예측할 수 있다. 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 상기 예상발전량과 상기 개별입찰발전량을 비교결과를 이용하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 및 발전량을 미리 분석할 수 있다(S506).

예를 들어, 상기 예상발전량이 상기 개별입찰발전량 보다 큰 경우에는, 가상발전소(100)를 안정화시키거나 개별 분산전원(110)의 출력을 일정하게 유지시킬 수 있도록, 상기 열변환장치(320)가 상기 개별 분산전원(110)의 잉여전력을 사용해야 하는 전력소모량의 크기나 양을 분석하고 예측할 수 있다(S508).

그리고, 상기 예상발전량이 상기 개별입찰발전량 보다 작은 경우에는 가상발전소(100)를 안정화시키거나 개별 분산전원(110)의 출력을 일정하게 유지시킬 수 있도록, 상기 신재생 열병합발전소(330)가 발전해야 하는 발전량의 크기나 양을 분석하고 예측할 수 있다(S510).

또한, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)이 실제로 발전하고 있는 실제발전량을 모니터링할 수 있다(S512). 그리고, 상기 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 실제발전량을 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량과 비교하고, 상기 비교결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 개별 분산전원(110)의 실제발전량이 상기 개별입찰발전량 보다 큰 경우에는 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 증가시키도록 제어할 수 있다(S514 및 S516).

또한, 개별 분산전원(110)의 실제발전량이 상기 개별입찰발전량 보다 작은 경우에는 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시키도록 제어할 수 있다(S518).

즉, 본 발명은 개별 분산전원(110)의 실제발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 개별 분산전원(110)의 실제발전량을 상기 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치(320)의 전력소모량을 제어하거나 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 제어함으로써, 개별 분산전원의 출력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그리고, 이를 통해서 본발명은 개별 분산전원(110)의 출력이 평탄화되어 가상발전소(100)에 제공되는 것과 같은 효과를 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명은 개별 분산전원(110)의 상기 예상발전량과 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 사전에 미리 예측 분석한 후에, 개별 분산전원(110)의 실제 발전량과 상기 개별입찰발전량을 실시간으로 비교하여 열변환장치(320) 및 신재생 열병합발전소(220)의 동작을 실시간으로 제어함으로써, 분산전원의 출력변동에 보다 효과적으로 대응할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 개별 분산전원(110)의 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 상기 개별 분산전원(110)의 실제발전량의 구간평균값을 도출할 수 있다. 그리고, 본 발명은 상기 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치(320) 및 상기 신재생 열병합발전소(220)의 동작을 제어할 수 있다.

물론, 본 발명은 상기 가상발전소(100)의 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 상기 가상발전소(100)의 실제발전량의 구간평균값을 도출할 수도 있다. 그리고, 본 발명은 상기 구간별로 각 구간의 구간평균값을 VPP입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치(320) 및 상기 신재생 열병합발전소(220)의 동작을 제어할 수도 있다.

도 14는 본 발명의 한 실예에 따라 입찰기간을 복수의 구간으로 나누어 개별 분산전원의 발전량을 모니터링하며, 각각의 구간별로 개별 분산전원의 실제발전량을 모니터링하여 가상발전소 출력조정 장치를 제어하는 예를 도시한 그래프이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 입찰기간(ta 내지 te)을 복수의 구간으로 분할할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 구간은 제1 구간(ta 내지 tb), 제2 구간(tb 내지 tc), 제3 구간(tc 내지 td), 및 제4 구간(td 내지 te)를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 개별 분산전원(110)의 실제발전량(P_{DER_발전량})을 개별 분산전원(110)의 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})과 비교하고, 상기 비교결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 전력소모량 또는 발전량을 실시간으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 관리 장치(200)는 각 구간별로 개별 분산전원(110)의 실제발전량의 구간평균값(P_{DER_구간평균값})을 도출하고, 각 구간의 구간평균값(P_{DER_구간평균값})과 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})을 비교하여 상기 가상발전소 출력조정 장치(310)의 동작을 제어할 수도 있다.

예를 들어, 상기 제1 구간(ta 내지 tb)과 상기 제4 구간(td 내지 te)은 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량}) 보다 제1구간평균값(P_{DER_제1구간평균값}) 및 제4구간평균값(P_{DER_제4구간평균값})이 크므로, 상기 열변환장치(320)의 열생산량을 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 열변환장치(320)의 열생산량은 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})과 제1구간평균값(P_{DER_제1구간평균값})의 차이에 비례하거나, 또는 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})과 제4구간평균값(P_{DER_제4구간평균값})의 차이에 비례할 수 있다.

또한, 상기 제2 구간(tb 내지 tc) 및 제3 구간(tc 내지 td)은 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량}) 보다 제2구간평균값(P_{DER_제2구간평균값}) 및 제3구간평균값(P_{DER_제3구간평균값})이 작으므로, 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량을 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 신재생 열병합발전소(330)의 발전량은 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})과 제2구간평균값(P_{DER_제2구간평균값})의 차이에 비례할 수 있다. 그리고, 신재생 열병합발전소(330)의 발전량은 상기 개별입찰발전량(P_{DER_개별입찰발전량})과 제3구간평균값(P_{DER_제3구간평균값})의 차이에 비례할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상발전소 시스템 및 가상발전소 운영 방법은 가상발전소에 가상발전소 출력조정 장치를 연계시키고, 가상발전소 출력조정 장치를 통해서 분산전원들의 출력변동에 의한 가상발전소의 출력변동 및 오차를 조정함으로써, 가상발전소의 출력을 안정화시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 가상발전소 출력조정 장치에서 생산된 열에너지를 대용량으로 저장하여 열부하에 제공함으로써, 에너지원의 낭비를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. 이러한 기록 매체는 서버뿐만 아니라 사용자 단말에서도 실행될 수 있다.

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.

Claims

가상발전소에 연계된 복수의 분산전원들,
상기 가상발전소와 연계되며, 상기 복수의 분산전원들에서 생산된 전력을 공급받아 열에너지로 변환하는 열변환장치를 포함하는 가상발전소 출력조정 장치, 그리고
상기 복수의 분산전원들의 예상발전량을 예측하여 입찰을 집행하며, 상기 복수의 분산전원들의 출력변동에 의한 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하고, 상기 분석결과를 기초로 상기 가상발전소 출력조정 장치의 전력소모량을 제어하여 상기 가상발전소의 출력변동을 안정화시키는 가상발전소 관리 장치
를 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
각각의 분산전원의 특성 및 발전용량을 기초로 각각의 분산전원의 예상발전량을 분석하고, 상기 복수의 분산전원들의 예상발전량을 합산하여 가상발전소에서 발전하는 VPP예상발전량을 도출하며, 도출된 상기 VPP예상발전량을 기초로 VPP입찰발전량을 결정하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제2항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 실시간으로 모니터링하여 가상발전소에서 발전되는 VPP발전량을 도출하고, 상기 VPP발전량에서 상기 가상발전소의 부하에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 VPP예상출력량을 계산하며, 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 제어하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제3항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 큰 경우, 상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량의 차이만큼 상기 열변환장치의 전력소모량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제4항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 VPP예상출력량이 상기 VPP입찰발전량보다 작은 경우, 상기 열변환장치의 열생산을 중단시키는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 계통주파수를 이용하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 결정하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 가상발전소의 구역주파수를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 구역주파수를 이용하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 결정하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 상기 개별 분산전원의 발전량을 기초로 상기 열변환장치의 전력소모량을 실시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
개별 분산전원이 입찰기간 동안 발전할 수 있는 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 결정하되, 상기 개별입찰발전량과 상기 개별 분산전원의 실제발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 조정하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제9항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원의 실제발전량이 상기 개별입찰발전량을 초과하는 경우, 상기 실제발전량과 상기 개별입찰발전량의 차이에 비례하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제9항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
입찰기간을 복수의 구간으로 분할하고, 각 구간별로 개별 분산전원의 실제발전량의 구간평균값을 도출하며, 상기 복수의 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치의 전력소모량을 제어하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 분산전원은,
풍력 발전기, 태양광 발전기, 지열발전기, 연료전지, 바이오 에너지, 해양에너지, 또는 출력조정이 안되는 변동성 전원 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 예측하고, 상기 전력수요량을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 열변환장치는,
생산된 열에너지를 대용량의 축열조에 저장하고, 가상발전소 내에 배치된 열부하에 제공하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
제1항에서,
상기 가상발전소 관리 장치는,
가상발전소에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 상기 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 상기 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하고,
상기 변동성 전원의 출력이 감소하여 가상발전소 내의 전력공급이 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량보다 작거나, 상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 상기 가상발전소 출력조정 장치의 전력소모량을 조정하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 시스템.
가상발전소에 연계된 분산전원의 발전량을 예측하는 단계,
상기 분산전원의 발전량을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하는 단계, 그리고
상기 분석결과를 기초로, 상기 가상발전소에 연계된 열변환장치의 열생산량을 조절하여 상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계
를 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는,
상기 가상발전소의 VPP입찰발전량, 개별 분산전원의 발전량, 전력계통의 계통정보, 또는 가상발전소의 외부에서 수신된 제어신호 중 적어도 하나를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는,
전력계통의 계통주파수를 실시간으로 검출하는 단계, 그리고
상기 계통주파수를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계
를 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
상기 가상발전소의 출력을 안정화시키는 단계는,
상기 가상발전소의 구역주파수를 실시간으로 검출하는 단계, 그리고
상기 구역주파수를 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계
를 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
개별 분산전원의 발전량을 실시간으로 분석하는 단계, 그리고
상기 개별 분산전원의 발전량을 기초로 상기 열변환장치의 열생산량을 실시간으로 조절하는 단계
를 더 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
입찰기간 동안 발전할 수 있는 분산전원의 발전량을 예측하여 상기 개별 분산전원의 개별입찰발전량을 결정하는 단계,
상기 개별 분산전원에서 생산되는 발전량을 모니터링하는 단계, 그리고
상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원에 의한 출력값이 상기 개별입찰발전량을 유지시키도록, 상기 개별 분산전원의 발전량과 상기 개별입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계
를 더 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제21항에서,
상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는,
상기 입찰기간 동안 상기 개별 분산전원의 발전량이 상기 개별입찰발전량을 초과하는 경우, 상기 발전량과 상기 개별입찰발전량의 차이에 비례하여 상기 열변환장치의 열생산량을 증가시키는 것을 특징으로하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제21항에서,
상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는,
상기 입찰기간을 복수의 구간으로 분할하는 단계, 그리고
상기 복수의 구간 별로 개별 분산전원의 실제발전량의 구간평균값을 도출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제23항에서,
상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계는,
상기 복수의 구간별로 각 구간의 구간평균값을 상기 개별입찰발전량과 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 제어하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
상기 가상발전소에 연계된 부하의 수요반응을 예측하는 단계, 그리고
상기 부하의 수요반응을 기초로 상기 가상발전소의 출력변동 및 오차를 분석하는 단계
를 더 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
제16항에서,
상기 가상발전소에 연계된 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동량 또는 상기 변동성 전원의 출력변동에 대응하기 위해서 상기 분산전원들이 추가적으로 발전할 수 있는 응동 속도를 분석하는 단계, 그리고
상기 분산전원들의 응동량 또는 응동속도가 상기 가상발전소 내에 배치된 부하의 전력수요량을 충족시키지 못하는 경우, 상기 열변환장치의 열생산량을 조정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.
가상발전소에 연계된 복수의 분산전원들에서 생산되는 발전량을 모니터링하여 VPP발전량을 도출하는 단계,
상기 VPP발전량에서 상기 가상발전소의 부하에서 소모되는 전력사용량을 차감하여 VPP예상출력량을 계산하는 단계, 그리고
상기 VPP예상출력량과 상기 VPP입찰발전량을 비교하여 상기 열변환장치의 열생산량을 제어하는 단계
를 포함하는 열변환장치를 활용한 가상발전소 운영 방법.