KR20220015723A - 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 방법 및 시스템에 관한 것으로, 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소의 분산 자원의 생산 전력과 부하의 소비 전력을 제어하여 개별 프로슈머가 스스로 전력 수급 균형 전략에 따라 전력 관리를 수행할 수 있게 하는 것을 일 목적으로 한다. 이를 달성하기 위한 본 발명은, 상기 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 전력 프로파일 생성부, 상기 프로파일 생성부에서 생성된 적어도 하나의 상기 전력 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 전력 밸런스 프로파일 생성부 및 상기 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 에너지 관리자가 나노 가상발전소의 전력 수급 균형에 맞는 운영 전략에 따라 나노 가상발전소의 개별 프로슈머 단위의 시스템을 제어할 수 있게 하는 나노 가상발전소 운영 방법 및 시스템에 관한 것이다.
가상발전소(VPP, Virtual Power Plant)는 분산 자원(DER, Distributed Energy Resources)의 적절한 조합과 제어를 통해 상위단에 존재하는 대용량 발전소의 발전 용량 및 송전단의 송전 용량을 줄여 전력망의 효율을 향상시킬 수 있다. 가상발전소는 두가지 전략을 통해 운영되는데, 첫 번째는 개별 분산자원을 직접적으로 제어하여 조합하여 생산 전력을 확보하여 전력 거래에 활용하고, 두 번째는 프로슈머의 발전 및 소비 전력을 조절할 수 있도록 신호를 전송하여 생산 전력을 확보하여 전력 거래에 활용하는 것이다. 두 번째의 경우 가상발전소는 신호를 통해 프로슈머의 에너지 관리에 간접적으로 개입할 수는 있으나 프로슈머 각각의 전력수급 상황에 대한 정보를 개별적으로 획득하여 가상발전소의 운영에 적용하는 것에는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개별 프로슈머 단위의 나노 그리드 내 분산 자원의 생산 전력과 부하의 소비 전력을 제어하여 개별 프로슈머가 스스로 전력 수급 균형 전략에 따라 전력 관리를 수행할 수 있게 하는 나노 가상발전소의 운영 방법 및 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영시스템에 있어서, 상기 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 전력 프로파일 생성부, 상기 전력 프로파일 생성부에서 생성된 적어도 하나의 상기 전력 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 전력 밸런스 프로파일 생성부 및 상기 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 상기 나노 가상발전소 내의 상기 전력 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 전력시스템은 발전 시스템, 전력 부하 시스템 또는 에너지 저장 시스템 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 발전 시스템은 신재생에너지 발전시스템 및/또는 일반 에너지 발전시스템을 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 전력 프로파일 생성부는, 상기 발전 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제1 전력 프로파일 생성부, 상기 전력 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제2 전력 프로파일 생성부 및 외부 정보를 전달하거나 혹은 상기 외부 정보와 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제3 전력 프로파일 생성부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전력 프로파일 생성부는, 상기 발전 시스템을 통해 전력화되는 전력에 대한 발전 전력 프로파일 및 상기 에너지 저장 시스템에서 방전되는 전력에 대한 방전 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 제1 전력 프로파일 생성부는 상기 발전 전력 프로파일을 생성함에 있어서, 상기 발전시스템의 물리적 특성에 따른 발전 프로파일을 생성하고, 상기 발전 프로파일 및 기후 데이터를 기반으로 상기 발전 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전력 프로파일 생성부는, 상기 전력 부하 시스템에서 소비되는 전력에 대한 소비 전력 프로파일 및 상기 에너지 저장 시스템에서 충전되는 전력에 대한 충전 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 제2 전력 프로파일 생성부는 상기 소비 전력 프로파일을 생성함에 있어서, 상기 전력 부하 시스템에 저장된 전력 부하요소의 개별 전력 프로파일, 부하의 신호특성, 사용자의 부하 사용 선호도 및 스케줄링 정보를 기반으로 소비 프로파일을 생성하고, 상기 소비 프로파일 및 기후 데이터를 기반으로 상기 소비 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 제3 전력 프로파일 생성부는 외부 정보를 생성함에 있어 전력요금, 계통한계가격(SMP, System Marginal Price), 전력거래가격 중 적어도 하나를 포함하는 정보 전력 정보를 입력받아 프로파일을 생성하고, 실시간으로 가변하는 전력 정보에 대해서는 저장된 과거 데이터를 바탕으로 전력정보 예측 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다. 나아가 상기 제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부는, 종래의 인자 분석, 시계열 데이터, 통계적 분석 등의 알고리즘을 기반으로 모델링을 수행하거나, 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하여 상기 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 운영 전략은 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성, 또는 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 포함하여, 상기 전력 밸런스 프로파일 생성부는 상기 운영 전략에 따라 상이한 방법으로 상기 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 제1 내지 제2 전력 프로파일 생성부는, 상기 알고리즘 기반 및 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하는 것에 더하여, 발전시스템과 부하시스템의 물리적 특성을 반영한 각 시스템의 개별적인 물리적 모델링으로부터 상기 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 서버의 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 방법에 있어서, 상기 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 a 단계, 상기 전력 프로파일 생성부에서 생성된 적어도 하나의 상기 전력 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 b 단계 및 상기 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 상기 나노 가상발전소 내 상기 전력 시스템의 동작을 제어하는 c 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 전력 시스템은 발전 시스템, 전력 부하 시스템 또는 에너지 저장 시스템 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 발전 시스템은 신재생에너지 발전시스템 및/또는 일반 에너지 발전시스템을 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 전력 프로파일은, 상기 발전 시스템과 관련된 전력 프로파일, 상기 전력 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일, 및 외부 정보와 관련된 전력 프로파일을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
나아가 상기 a 단계는, 종래의 인자 분석, 시계열 데이터, 통계적 분석 등의 알고리즘을 기반으로 모델링을 수행하거나, 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하거나, 혹은 발전시스템 및 부하시스템의 물리적 특성에 따른 물리적 모델링 기법을 이용하여 상기 전력 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 상기 운영 전략은 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성, 또는 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 포함하여, 상기 운영 전략에 따라 상이한 방법으로 상기 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 것을 일 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 개별 프로슈머 단위의 나노 그리드 내 분산 자원의 생산 전력과 부하의 소비 전력을 제어하여 개별 프로슈머가 스스로 전력 수급 균형 전략에 따라 전력 관리를 수행하는 하는 나노 가상발전소의 운영 방법 및 시스템을 제공할 수 있다. 나아가 이를 통해 본 발명은 개별 프로슈머의 에너지 효율과 전력 관리 용이성을 높이고 배전 계통의 전력망 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 나노 가상발전소 운영시스템의 대략적인 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 가격 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 수익 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 사용도 만족도 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수요자원 생성 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 단독 운전 모드 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 나노 가상발전소 운영시스템의 대략적인 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 가격 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 수익 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 사용도 만족도 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수요자원 생성 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 단독 운전 모드 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용되며, 명세서 및 특허청구의 범위에 기재된 모든 조합은 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 그리고 다른 식으로 규정하지 않는 한, 단수에 대한 언급은 하나 이상을 포함할 수 있고, 단수 표현에 대한 언급은 또한 복수 표현을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 예시적 실시 예들을 설명할 목적을 가지고 있으며 한정할 의도로 사용되는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수적 표현들은 또한, 해당 문장에서 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 복수의 의미를 포함하도록 의도될 수 있다. 용어 "및/또는," "그리고/또는"은 그 관련되어 나열되는 항목들의 모든 조합들 및 어느 하나를 포함한다. 용어 "포함한다", "포함하는", "포함하고 있는", "구비하는", "갖는", "가지고 있는" 등은 내포적 의미를 갖는 바, 이에 따라 이러한 용어들은 그 기재된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 컴포넌트를 특정하며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이들의 그룹의 존재 혹은 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계들, 프로세스들, 동작들은, 구체적으로 그 수행 순서가 확정되는 경우가 아니라면, 이들의 수행을 논의된 혹은 예시된 그러한 특정 순서로 반드시 해야 하는 것으로 해석돼서는 안 된다. 추가적인 혹은 대안적인 단계들이 사용될 수 있음을 또한 이해해야 한다.
또한, 각각의 구성요소는 각각 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있고, 위 구성요소들이 통합되어 하나의 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있으며, 또는 위 구성요소들이 서로 조합되어 복수 개의 하드웨어 프로세서로 구현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
최근 건물 에너지 관리 시스템(BEMS, Building Energy Management System)은 건물의 에너지 수요와 공급을 정량적으로 모니터링하며 이를 분석하는 시스템으로써 건축물의 에너지 효율을 높이는 데 일조하고 있다. 현재로서는 개별 부하의 제어나 전력량의 생산에 대해 직접적으로 개입하여 제어하기보다는 에너지 생산량과 소비량을 계측하여 특정 기간 동안의 건축물 에너지 성능 분석에 활용되고 있다.
주거용 건물에 특화된 가정용 에너지 관리 시스템(HEMS, Home Energy Management System)의 경우 스마트 가전의 개발과 국민 발전소, 국민 DR(Demand Resource)과 같은 가정의 수요자원을 활용하는 정책의 도입으로 말미암아 개별 가전의 스케줄링을 제어하여 전력가격 및 소비자의 효용에 맞는 부하전력 프로파일을 생성하는 데 특화되어 있다. 하지만 건물에 도입된 소규모 재생에너지 발전 시스템, 에너지 저장 시스템 등의 분산 자원을 제어하거나 이를 건물의 전력 수급 균형(Electricity balancing)에 활용하는 사례는 드물다.
재생 에너지의 전력화(Electrification)가 국내외의 주요 에너지 정책에 포함됨에 따라 분산 자원이 배전망에 결합되는 비중이 높아지고 있으며, 전기차의 보급으로 말미암아 프로슈머의 수와 규모가 증가할 전망이다. 이에 따라 점차적으로 더 작은 규모의 전력망이 구성되며, 소규모 전력망의 에너지 관리가 더욱 중요해질 것이다. 이러한 소규모 전력망은 개별 프로슈머에 의해 구성될 수 있으며, 개별 프로슈머의 특성을 고려한 분산 자원 제어, 부하 전력 제어, 수요 자원의 관리가 가능한 시스템의 구성과 운영 방법에 대한 필요성이 증가하고 있으나, 이를 가능하게 하는 시스템의 부재는 효율적인 전력망 설계와 운용 및 보급 확대에 걸림돌이 될 수 있는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 가정, 건물, 혹은 단지 각각에 대한 에너지 관리를 개별적으로 수행하기 위해 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 시스템을 제안하고 있다. 이하에서 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 시스템에 관하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 나노 가상발전소에는 적어도 하나의 신재생에너지 발전시스템, 일반 에너지 발전시스템, 전력 부하 시스템, 그리고 에너지 저장 시스템을 포함할 것이다. 각 전력 시스템은 적어도 하나 존재할 수 있으며, 그 구체적인 예시는 아래와 같다.
신재생에너지 발전시스템은 연료전지, 태양광 발전설비, 풍력 발전설비 등을 포함할 수 있으며, 일반 에너지 발전시스템은 디젤 비상 발전시스템, 가스 비상 발전시스템, 열 병합 발전 시스템 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 나노 가상발전소 A의 발전시스템은 연료전지, 태양광 발전설비와 같은 신재생에너지 발전시스템 및 열 병합발전설비와 같은 일반 에너지 발전 시스템을 포함할 수 있고, 나노 가상발전소 B의 발전시스템은 연료전지, 태양광, 풍력 발전설비 등의 신재생에너지 발전시스템 및 디젤 비상 발전기 등의 일반 에너지 발전 시스템을 포함할 수 있다.
전력 부하 시스템은 전등부하, 냉난방부하, 전동기부하, 사무부하, 조리부하, 여가부하, 미분류부하 등이 포함될 수 있다. 구체적으로 전등부하는 형광등, 백열전등, LED 전등, 할로겐램프, 수은방전등 등을 포함하며, 냉난방부하는 난방기, 냉방기 등을 포함하고, 전동기부하는 엘리베이터, 환풍기 등을 포함하며, 사무부하는 컴퓨터, 모니터, 프린터기, 스캐너, 빔프로젝터 등을 포함하고, 조리부하는 냉장고, 전기밥솥, 전자레인지, 전기 인덕션 레인지, 전기주전자 등을 포함하며, 여가부하는 TV, 비디오, 인터넷 허브, 오락기 등을 포함하고, 미분류부하는 헤어드라이어, 세탁기, 건조기 등이 포함된다.
에너지 저장 시스템은 ESS, 전기차 배터리 등을 포함하며, 나노 가상발전소에 포함되지 않을 수 있다.
나노 가상발전소에서의 전력 흐름은 신재생에너지 발전시스템, 일반 에너지 발전시스템, 에너지 저장 시스템에서 전력 부하 시스템, 에너지 저장 시스템으로 향할 수 있으며 나노 가상발전소의 전력은 외부와 연결될 수 있다.
이와 같은 나노 가상발전소를 운영하는 방법 및 시스템에 대한 구체적인 내용은 도 2를 통해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 나노 가상발전소 운영시스템의 대략적인 사시도로, 도 2를 참조하여 나노 가상발전소 운영시스템을 자세하게 설명한다.
나노 가상발전소 운영시스템(100)은 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하여 이를 기반으로 나노 가상발전소의 운영 전략에 대응하는 전력 밸런스 프로파일을 생성함으로써 나노 가상발전소의 발전시스템과 전력 부하 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 나노 가상발전소 운영시스템(100)은 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 전력 프로파일 생성부(110), 생성된 전력 프로파일을 기반으로 나노 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 전력 밸런스 프로파일 생성부(130), 그리고 제어부(150)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 전력 시스템은 크게 발전시스템(신재생에너지 발전시스템, 일반 에너지 발전시스템), 전력 부하 시스템, 에너지 저장 시스템을 포함하여, 전력 프로파일 생성부(110)는 발전 전력 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제1 전력 프로파일 생성부(111), 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제2 전력 프로파일 생성부(113), 외부 정보를 출력하거나 혹은 외부 정보와 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제3 전력 프로파일 생성부(115)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부(111 내지 115)는 발전시스템(신재생에너지 발전시스템, 일반 에너지 발전시스템), 전력 부하 시스템, 에너지 저장 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부(111 내지 115)는 전력 프로파일을 생성함에 있어서 종래의 인자 분석, 시계열 데이터, 통계적 분석 등의 알고리즘을 기반으로 모델링을 수행하거나, 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용할 수 있다.
또한 상기 제1 내지 제2 전력 프로파일 생성부는, 상기 알고리즘 기반 및 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하는 것에 더하여, 발전시스템과 부하시스템의 물리적 특성을 반영한 각 시스템의 개별적인 물리적 모델링 기법을 이용할 수 있다.
제1 전력 프로파일 생성부(111)는 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 중 발전 전력 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 제1 전력 프로파일 생성부(111)는 발전시스템을 통해 전력화되거나 에너지 저장 시스템에서 방전되는 전력에 관련한 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제1 전력 프로파일 생성부(111)는 발전시스템의 발전 프로파일을 기반으로 발전 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제1 전력 프로파일 생성부(111)는 발전시스템의 물리적 특성에 따른 발전 프로파일을 생성할 수 있다. 발전 프로파일은 과거에 발전시스템에서 전력화된 발전전력 관련 정보를 포함하는 것으로, 제1 전력 프로파일 생성부(111)는 발전 프로파일 및 기후 데이터를 학습 데이터로 이용하여 발전 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제1 전력 프로파일 생성부(111)는 ESS와 전기차 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템의 방전 프로파일을 기반으로 방전 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제1 전력 프로파일 생성부(111)는 에너지 저장 시스템의 물리적 특성에 따른 방전 프로파일을 생성할 수 있다. 방전 프로파일은 과거에 에너지 저장 시스템에서 방전된 방전전력 관련 정보를 포함하는 것으로, 제1 전력 프로파일 생성부(111)는 방전 프로파일을 학습 데이터로 이용하여 방전 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제2 전력 프로파일 생성부(113)는 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 중 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 제2 전력 프로파일 생성부(113)는 전력 부하 시스템에서 소비되거나 에너지 저장 시스템에서 충전되는 전력에 관련한 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제2 전력 프로파일 생성부(113)는 전력 부하 시스템에서 소비되는 소비전력의 소비 프로파일을 기반으로 소비 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 제2 전력 프로파일 생성부(113)는 전력 부하 시스템에 저장된 전력 부하요소의 개별 전력 프로파일, 부하의 신호특성, 사용자의 부하 사용 선호도 및 스케줄링 정보를 이용하여 소비 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 제2 전력 프로파일 생성부(113)는 소비 프로파일 및 기후 데이터를 학습 데이터로 이용하여 소비 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 부하의 신호특성은 전압, 전류, 역률, 전력, 기본 주파수에서의 어드미턴스, 정상 상태에서의 고주파 전류, 과도 상태에서의 신호의 크기, 모양, 기간, 시정수 등의 특성을 포함한다.
또한 사용자의 부하 사용 선호도는 부하 사용의 우선 순위, 사용 시간대, 사용 기간 등에 기반한 것이며, 건축 환경에 있어서 온열 쾌적감, 시각적 만족도 등에 대한 사용자의 응답을 더 반영할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 사용자의 부하 사용 선호도는, 사용자가 사용하는 개별 부하에 IoT 센서를 부착하여 사용자가 개별 부하를 사용하는 빈도, 시간, 시각 등을 수집하여 사용자의 부하 사용 패턴을 생성한 후 이를 더 반영할 수 있다.
또한 스케줄링 정보는 전력 부하 또는 사용자의 스케줄링 정보를 포함할 수 있다.
제2 전력 프로파일 생성부(113)는 ESS와 전기차 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템의 충전 프로파일을 기반으로 충전 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제2 전력 프로파일 생성부(113)는 에너지 저장 시스템의 물리적 특성에 따른 충전 프로파일을 생성할 수 있다. 충전 프로파일은 과거에 에너지 저장 시스템에서 충전된 충전전력 관련 정보를 포함하는 것으로, 제2 전력 프로파일 생성부(113)는 충전 프로파일을 학습 데이터로 이용하여 충전 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제3 전력 프로파일 생성부(115)는 외부 서버로부터 외부 전력 정보를 수신하여 이를 저장 또는 출력하거나, 외부 전력 정보를 이용하여 외부 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
제3 전력 프로파일 생성부(115)는 외부 서버로부터 수신한 외부 전력 정보를 저장할 수 있다. 외부 전력 정보는 시간에 따른 전력 요금(ToU, Time of Use), 전력 피크 시간대의 전력 요금, 계통한계가격(SMP, System Marginal Price), 전력거래가격 정보 등을 포함하여, 가변적인 값을 가질 수 있다. 제3 전력 프로파일 생성부(115)는 저장된 과거의 외부 전력 정보를 학습 데이터로 이용하여 외부 전력 프로파일을 생성할 수 있다.
나아가 제3 전력 프로파일 생성부(115)는 나노 가상발전소의 상위 시스템인 가상발전소 혹은 부하 관리 사업자를 통한 외부 정보를 수신하여 저장 및 출력할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 외부 정보는 부하 관리 신호, 부하 감축량 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부(111 내지 115)에서 과거의 데이터를 기반으로 전력 프로파일을 생성함에 따라, 물리적 데이터 뿐 아니라 과거 데이터를 이용하게 되어 다양한 요소를 고려할 수 있다.
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부(111 내지 115)에서 생성된 적어도 하나의 전력 프로파일을 기반으로 나노 가상발전소의 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
구체적으로, 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 제1 전력 프로파일 생성부(111)에서 생성한 발전 전력 프로파일과 제2 전력 프로파일 생성부(113)에서 생성한 소비 전력 프로파일을 기반으로 전력 프로파일을 생성할 수 있다. 본 발명은 전력 프로파일을 통해 프로슈머에 적절한 전력을 공급할 수 있게 하여 개별 프로슈머 각각에 대한 전력 수급 균형을 유지할 수 있다.
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 생성된 전력 프로파일을 기반으로 나노 가상발전소의 운영전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다. 전력 밸런스 프로파일은 나노 가상발전소의 운영전략에 따라 생성되므로 나노 가상발전소마다 상이하게 설정될 수 있다.
이하에서는 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)가 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법에 대하여 자세하게 설명한다. 운영 전략은 전력 가격을 기반으로 하는 전략, 전력 수익을 기반으로 하는 전략, 사용자 만족도를 기반으로 하는 전략, 수요자원 생성을 기반으로 하는 전략, 그리고 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 포함할 수 있다. 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 나노 가상발전소가 외부 전력과 연계되어 있을 때 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성을 기반으로 하는 전략을 통해 전력 밸런스 프로파일을 생성하고, 나노 가상발전소가 외부 전력과 연계되어 있지 않을 때 단독 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 통해 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다. 이 때, 운전 모드를 기반으로 하는 전략은 나노 가상발전소가 외부 전력과 연계되어 있는 계통 연계 모드를 더 포함하는데, 계통 연계 모드에서 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성을 기반으로 전략을 생성할 수 있다.
1) 전력 가격 기반의 운영 전략
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따라, 제3 전력 프로파일 생성부(115)의 시간에 따른 전력 요금, 전력 피크 시간대의 전력 요금 등과 계통 한계 가격, 전력 거래 가격 등의 정보를 기반으로 전력량 사용요금을 최대로 절약할 수 있도록 하는 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 가격 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 3을 참고하여 구체적으로 설명하면 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일을 시간에 따른 전력 요금, 계통 한계 가격, 전력 거래 가격을 기반으로 업데이트할 수 있다(S301). 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 업데이트된 전력 프로파일에서, 설정 기간 중 시간 별 부족 전력량을 연산할 수 있다(S302). 시간 별 부족 전력량은 시간 별 부족 전력량은 특정 시간대에서의 발전 전력 예측 값보다 소비전력 예측 값이 클 경우 그 차이를 의미한다. 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 시간 별 부족 전력량에 시간 별 전력 구매 가격을 곱연산하여 시간 별 전력 구입 비용의 합계를 더 연산할 수 있다(S303).
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 연산된 시간 별 전력 구입 비용의 합계를 최소화하는 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다(S304). 이러한 과정을 통해 본 발명은 사용자가 사용해왔던 전력량에 대응하는 전력을 알맞게 제공하여 전력량 사용 요금을 최소화할 수 있게 한다.
2) 전력 수익 기반의 운영 전략
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따라, 제3 전력 프로파일 생성부(115)의 시간에 따른 전력 요금, 전력 피크 시간대의 전력 요금 등과 계통 한계 가격, 전력 거래 가격 등의 정보를 전력 거래를 통한 수익금을 최대로 할 수 있는 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전력 수익 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 4를 참고하여 구체적으로 설명하면 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일을 시간에 따른 전력 요금, 계통 한계 가격, 전력 거래 가격을 기반으로 업데이트할 수 있다(S401). 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 업데이트된 전력 프로파일에서, 설정 기간 중 시간 별 잉여 전력량을 연산할 수 있다(S402). 시간 별 잉여 전력량은 특정 시간대에서의 발전 전력 예측 값이 소비전력 예측 값보다 클 경우, 그 차이를 의미한다. 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 시간 별 잉여 전력량에 시간 별 전력 판매 가격을 곱연산하여 시간 별 전력 판매 비용의 합계를 더 연산할 수 있다(S403).
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 시간 별 전력 판매 비용의 합계를 최대로 하는 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다(S404). 이러한 과정을 통해 본 발명은 사용자가 사용하고 남은 잉여 전력량을 판매할 경우 그 이익을 최대화할 수 있게 한다.
3) 사용자 만족도 기반의 운영 전략
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따라, 제2 전력 프로파일 생성부(113)의 사용자의 부하 사용 선호도와 스케줄링 정보에 최우선으로 부합하도록 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 사용도 만족도 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 5를 참고하여 구체적으로 설명하면 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일을 사용자 부하 사용 선호도 및 스케줄링 정보를 기반으로 업데이트할 수 있다(S501). 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 업데이트된 전력 프로파일에서, 사용자 부하 사용 선호도 및 스케줄링 정보가 서로 부합하는 지의 여부를 판단할 수 있다(S502). 만약 부합하면, 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 업데이트된 전력 프로파일을 기반으로 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다(S503). 이를 통해 본 발명은 사용자의 만족을 최우선으로 하여 나노 가상발전소를 운영할 수 있으며, 사용자 선호도와 스케줄링 정보 간의 충돌이 발생할 경우를 대비하여 우선순위를 설정할 수 있다. 우선순위는 사용자로부터 미리 설정된 것으로, 변경 가능한 값이다.
4) 수요자원 생성 기반의 운영 전략
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따라, 제3 전력 프로파일 생성부(115)에서 출력된 나노 가상발전소 상위 시스템인 가상발전소 혹은 부하 관리 사업자를 통한 부하 관리 신호, 부하 감축량 등의 신호에 최우선으로 부합하도록 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수요자원 생성 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 6을 참고하면, 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따른 설정 기간 중의 발전 전력량과 소비 전력량을 연산하고, 부하 차단 가능량과 발전 전력량의 차인 부하 차단량을 더 연산할 수 있다(S601).
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 부하 감축량이 부하 차단량보다 클 경우, 수요자원 생성 전략에 부합하지 않으므로, 전력 프로파일을 업데이트하여 부하 차단량을 다시 계산하여 위 과정을 반복할 것이다.
부하 감축량이 부하 차단량보다 작거나 같은 경우, 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일을 기반으로 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다. 이러한 과정을 통해 본 발명은 수요자원 생성과 부하 관리를 최우선으로 두어 나노 가상발전소를 운영할 수 있다.
5) 단독 운전 모드 기반의 운영 전략
앞서 설명한 바와 같이, 단독 운전 모드는 나노 가상발전소가 외부 전력과 연계되지 않은 경우 동작할 수 있다. 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일에 따른 발전 전력량과 소비 전력량의 차가 0 이상이 되도록 하여 부하로의 전력공급에 차질이 없게 한다. 잉여 전력은 에너지 저장 시스템에 공급되어 충전되도록 에너지 저장 시스템의 전력 프로파일을 업데이트 하여 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다. 만일 부족 전력이 발생한다면 에너지 저장 시스템의 방전 프로파일 또는 전력 부하 시스템의 부하 프로파일, 즉 제2 전력 프로파일을 업데이트 하여 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 단독 운전 모드 기반의 운영 전략에 따라 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 7을 참고하면, 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 전력 프로파일을 기반으로 설정 기간 중의 발전 전력량과 소비 전력량을 연산(S701)하고, 발전 전력량보다 소비 전력량이 크면 단독 운전이 불가능하므로 설정 기간의 전력 프로파일을 업데이트할 수 있다.
전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 발전 전력량이 소비 전력량보다 크면 단독 운전이 가능하므로 전력 프로파일을 기반으로 전력 밸런스 프로파일을 생성할 수 있다(S702).
나아가 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)는 상기 1) 내지 5)의 운영 모드 간 우선순위를 결정하여 다중 최적화를 수행하고, 이 결과에 따라 전력 프로파일을 생성할 수도 있다.
제어부(150)는 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)에서 생성된 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 전력 부하 시스템의 전력 부하요소의 동작을 제어할 수 있다. 또한 제어부(150)는 전력 밸런스 프로파일 생성부(130)에서 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 과정에서 업데이트된 전력 프로파일을 기반으로 에너지 저장 장치 시스템의 충전과 방전의 제어를 수행할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
Claims (16)
- 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영시스템에 있어서,
상기 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 전력 프로파일 생성부;
상기 전력 프로파일 생성부에서 생성된 적어도 하나의 상기 전력 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 전력 밸런스 프로파일 생성부; 및
상기 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 상기 나노 가상발전소 내 상기 전력 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 전력시스템은 발전 시스템, 전력 부하 시스템 또는 에너지 저장 시스템 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 발전 시스템은 신재생에너지 발전시스템 및/또는 일반 에너지 발전시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 전력 프로파일 생성부는,
상기 발전 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제1 전력 프로파일 생성부;
상기 전력 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제2 전력 프로파일 생성부; 및
외부 정보를 전달하거나 혹은 상기 외부 정보와 관련된 전력 프로파일을 생성하는 제3 전력 프로파일 생성부를 포함하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 전력 프로파일 생성부는,
상기 발전 시스템을 통해 전력화되는 전력에 대한 발전 전력 프로파일 및 상기 에너지 저장 시스템에서 방전되는 전력에 대한 방전 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 전력 프로파일 생성부는 상기 발전 전력 프로파일을 생성함에 있어서,
상기 발전시스템의 물리적 특성에 따른 발전 프로파일을 생성하고, 상기 발전 프로파일 및 기후 데이터를 기반으로 상기 발전 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제2 전력 프로파일 생성부는,
상기 전력 부하 시스템에서 소비되는 전력에 대한 소비 전력 프로파일 및 상기 에너지 저장 시스템에서 충전되는 전력에 대한 충전 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 제2 전력 프로파일 생성부는 상기 소비 전력 프로파일을 생성함에 있어서,
상기 전력 부하 시스템에 저장된 전력 부하요소의 개별 전력 프로파일, 부하의 신호특성, 사용자의 부하 사용 선호도 및 스케줄링 정보를 기반으로 소비 프로파일을 생성하고, 상기 소비 프로파일 및 기후 데이터를 기반으로 상기 소비 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제3 전력 프로파일 생성부는 외부 정보를 생성함에 있어 전력요금, 계통한계가격(SMP, System Marginal Price), 전력거래가격 정보 중 적어도 하나를 포함하는 전력 정보를 입력받아 프로파일을 생성하고, 실시간으로 가변하는 전력 정보에 대해서는 저장된 과거 데이터를 바탕으로 전력정보 예측 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 전력 프로파일 생성부는,
종래의 인자 분석, 시계열 데이터, 통계적 분석 등의 알고리즘을 기반으로 모델링을 수행하거나, 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하여 상기 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 내지 제2 전력 프로파일 생성부는,
알고리즘 기반 및 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용할 뿐 아니라, 발전시스템과 부하시스템의 물리적 특성을 반영한 각 시스템의 개별적인 물리적 모델링으로부터 상기 전력 프로파일을 더 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 운영 전략은 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성, 또는 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 포함하여,
상기 전력 밸런스 프로파일 생성부는 상기 운영 전략에 따라 상이한 방법으로 상기 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영시스템.
- 서버의 개별 프로슈머 단위의 나노 가상발전소 운영 방법에 있어서,
상기 나노 가상발전소에 포함된 적어도 하나의 전력 시스템 각각에 대응하는 전력 프로파일을 생성하는 a 단계;
상기 전력 프로파일 생성부에서 생성된 적어도 하나의 상기 전력 프로파일을 기반으로 상기 가상발전소의 운영 전략에 따른 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 b 단계; 및
상기 전력 밸런스 프로파일을 기반으로 상기 나노 가상발전소 내 상기 전력 시스템의 동작을 제어하는 c 단계를 포함하는 나노 가상발전소 운영 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 전력 시스템은 발전 시스템, 전력 부하 시스템 또는 에너지 저장 시스템 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 발전 시스템은 신재생에너지 발전시스템 및/또는 일반 에너지 발전시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전력 프로파일은,
상기 발전 시스템과 관련된 전력 프로파일, 상기 전력 부하 시스템과 관련된 전력 프로파일, 및 외부 정보와 관련된 전력 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 a 단계는,
종래의 인자 분석, 시계열 데이터, 통계적 분석 등의 알고리즘을 기반으로 모델링을 수행하거나, 기계학습 또는 인공지능 기술을 이용하거나, 혹은 발전시스템 및 부하시스템의 물리적 특성에 따른 모델링 기법을 이용하여 상기 전력 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 운영 전략은 전력 가격, 전력 수익, 사용자 만족도, 수요자원 생성, 또는 운전 모드를 기반으로 하는 전략을 포함하여,
상기 운영 전략에 따라 상이한 방법으로 상기 전력 밸런스 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 나노 가상발전소 운영 방법.
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