WO2017159982A1 - Microgrid operation system and method - Google Patents

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WO2017159982A1
WO2017159982A1 PCT/KR2017/001063 KR2017001063W WO2017159982A1 WO 2017159982 A1 WO2017159982 A1 WO 2017159982A1 KR 2017001063 W KR2017001063 W KR 2017001063W WO 2017159982 A1 WO2017159982 A1 WO 2017159982A1
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WO
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data
time
prediction
operation plan
diesel
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Application number
PCT/KR2017/001063
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French (fr)
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Inventor
류광렬
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/14District level solutions, i.e. local energy networks

Definitions

  • the present invention relates to microgrid operating systems and methods.
  • Microgrid refers to the application of smart grid, a next-generation intelligent power grid that optimizes energy efficiency by integrating information technology (IT) into the existing grid.
  • microgrid refers to a local power supply system centered on a distributed power source independent from the existing wide area power system.
  • Independent microgrids provide power through diesel and renewable generation.
  • the generation amount of the diesel generator according to the time zone is determined based on the generation amount prediction information for the renewable power, the prediction amount information on the load characteristics information of the energy storage device and the characteristics and operating state information of the diesel generator, Maintenance cost can be reduced.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a microgrid operating system that can minimize the operating cost, and prevent blackout.
  • Another object of the present invention is to provide a microgrid operating method that can minimize the operating cost and prevent blackout.
  • the microgrid operating system for solving the above problems is an information providing unit for receiving raw data including operating status data of diesel power generation, prediction of diesel power generation using the furnace data
  • a prediction unit for generating data
  • an operation plan optimization unit for establishing an optimal operation plan for diesel power generation using the prediction data, and collecting and transmitting the operation status data to the information providing unit, and the operation status data and the optimal operation.
  • a monitoring unit for transmitting a plan to a user, wherein the prediction unit includes a training data collection module for generating training data using the raw data, an algorithm providing module for providing and updating a prediction model using the training data, and Example of generating prediction data through raw data and the prediction model A module.
  • the training data collection module may generate training data using raw data of a first time point
  • the prediction module may generate training data using raw data of a second time point later than the first time point
  • the second time point may be a current time point.
  • the raw data may include at least one of weather forecast data, real-time weather data, and real-time power consumption data.
  • the weather forecast data may include at least one of wind speed forecast data and insolation forecast data
  • the real time weather data may include at least one of real time wind speed data and real time insolation data
  • the operation plan optimization unit includes a population including a plurality of candidate operation plans, a genetic operator that performs generation replacement by genetically calculating the plurality of candidate operation plans, and selects an optimal operation plan.
  • the generation change may genetically compute the plurality of candidate operating plans to add a new candidate operating plan to the population, simulate each candidate operating plan to derive an evaluation value, and according to the evaluation value, some candidate operating plans.
  • removing from the population, and selecting the optimal operation plan may include selecting a candidate operation plan having the highest evaluation value as the optimal operation plan.
  • the genetic operation may include at least one of a crossover operation and a mutation operation.
  • the evaluation value may be the sum of the total diesel generation cost and the power shortage loss cost in consideration of blackout.
  • control unit may further include a power generation unit that is controlled by the optimal operation plan and transmits operation status data to the monitoring unit.
  • the power generation unit may include a diesel generator, an energy storage system (ESS), and a power transmission system.
  • ESS energy storage system
  • the information providing unit receives the furnace data including the operation status data of the diesel power generation, the prediction unit using the furnace data to predict the diesel power generation Generate data, the operation plan optimizer generates a plurality of candidate operation plans of diesel power generation, the operation plan optimizer evaluates each of the plurality of candidate operation plans, derives an evaluation value, and exceeds a preset number or time limit If not, the operation plan optimizer updates the candidate operation plan according to the evaluation value, derives an updated evaluation value of the candidate operation plan, and if the preset number or time limit is exceeded, the operation plan.
  • the optimizer uses the evaluation value to optimize the operating system among the candidate operation plans. The selection and involves the parts of the control according to the power operating plan optimization in addition to the optimal operation program.
  • the deriving of the evaluation value may include generating power generation amount by unit time in the candidate operation plan, determining whether blackout occurs according to the generation amount by unit time, and calculating total cost according to generation amount and blackout occurrence by unit time. It may include.
  • Determining whether the blackout occurs may include determining a charge / discharge state of the energy storage system.
  • the generating of the prediction data may include learning data collection module collecting the raw data to generate training data, an algorithm providing module providing and updating a prediction model using the training data, and the prediction module is configured to generate the raw data. It may include generating prediction data through the prediction model.
  • Selecting the optimal operating plan may include selecting the optimal operating plan again at predetermined intervals.
  • the microgrid operating system and method according to some embodiments of the present invention can accurately predict the auxiliary diesel generation amount corresponding to the fluctuation range of renewable power generation, which is the main energy source of the independent microgrid.
  • the fluctuation range of power generation is very large according to weather conditions such as weather, so if conservatively reducing the expected generation amount of renewable energy, diesel generation will be excessive and operation cost will increase, and the expectation of renewable energy If the power generation is excessively caught, it may cause a blackout phenomenon in which the power supply is cut off because the load power cannot be handled.
  • the microgrid operating system and method according to some embodiments of the present invention accurately predict the expected generation of renewable energy and precisely specify diesel generation, thereby minimizing the operating cost of the standalone microgrid while preventing blackout. can do.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the predictor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating in detail the operation plan optimizer of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a solution representation of a candidate operating plan of the microgrid operating system according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for describing repetition of selecting an optimal operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a microgrid operating method according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining in detail the step of evaluating the candidate operation plan of FIG.
  • first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, these elements, components and / or sections are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component or section from another element, component or section. Therefore, the first device, the first component, or the first section mentioned below may be a second device, a second component, or a second section within the technical spirit of the present invention.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It may be used to easily describe the correlation of a device or components with other devices or components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a device shown in the figure, a device described as “below or beneath” of another device may be placed “above” of another device. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The device may be oriented in other directions as well, in which case spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the predictor of FIG. 1.
  • 3 is a block diagram illustrating in detail the operation plan optimization unit of FIG. 1
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a solution representation of a candidate operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram for describing repetition of selecting an optimal operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure.
  • a microgrid operating system may include an information providing unit 100, a prediction unit 200, an operation plan optimization unit 300, a power generation unit 400, and a monitoring unit 500. ).
  • the information provider 100 may receive raw data.
  • the information provider 100 may receive the raw data and transmit it to the predictor 200.
  • the raw data may include at least one of weather forecast data, real-time weather data, and real-time power consumption data.
  • the weather forecast data may include wind speed forecast data and solar radiation forecast data.
  • the real-time weather data may include real-time wind speed data and real-time solar radiation data.
  • the raw data may also include operational status data.
  • the operation status data may be transmitted from the monitoring unit 500 to the information providing unit 100. However, it is not limited thereto. That is, the operation status data may be transmitted directly from the power generation unit 400 without passing through the monitoring unit 500.
  • the operation status data may include a diesel generator status data, an energy storage system (ESS) status data and a transmission status data.
  • ESS energy storage system
  • the raw data may include past history data and data of the present time. That is, the raw data may include past weather change history data and past time slot power consumption history data.
  • the information provider 100 may process the raw data into a format required by the predictor 200 and transmit the raw data to the predictor 200.
  • the present invention is not limited thereto, and the raw data may be transmitted to the predicting unit 200 as it is, and the raw data may be processed by the predicting unit 200 in a required format.
  • the information provider 100 may update the raw data at predetermined intervals or in real time. That is, the raw data may be updated using new data at the present time.
  • the prediction unit 200 may receive the raw data from the information providing unit 100.
  • the prediction unit 200 may generate prediction data using the raw data.
  • the prediction unit 200 may transmit the prediction data to the operation plan optimization unit 300.
  • the prediction data may include prediction weather data and prediction power consumption data.
  • the prediction data may be continuously updated at predetermined intervals or in real time.
  • the operation plan optimizer 300 may receive the prediction data from the predictor 200.
  • the operation plan optimizer 300 may establish an optimal operation plan of diesel power using the prediction data.
  • the optimal operation plan may be an operation plan of the diesel generator 410, the energy storage system (ESS) 420, and the power transmission system 430. That is, the power generation unit 400 may be controlled according to the optimum operation plan.
  • the generator 400 may actually produce power.
  • the generator 400 may include a diesel generator 410, an energy storage system 420, and a power transmission system 430.
  • the generation unit 400 may generate operation status data.
  • the operation status data of the power generation unit 400 may be operation status data of the diesel generator 410, the energy storage system 420, and the power transmission system 430, respectively. That is, the operation status data may include a diesel generator status data, energy storage system status data and transmission system status data.
  • the operation status data may be transmitted to the monitoring unit 500. Alternatively, the operation status data may be directly transmitted to the information providing unit 100 without passing through the monitoring unit 500.
  • the diesel generator 410 may generate electric power using diesel.
  • the diesel generator 410 may be used as an energy source to supplement renewable energy with a large fluctuation in a microgrid system that mainly uses renewable energy.
  • the diesel generator 410 may transmit the diesel generator status data to the monitoring unit 500.
  • the diesel generator 410 may be controlled by the optimum operation plan of the operation plan optimizer 300.
  • the energy storage system 420 may be a device for storing generated power. If the energy stored in the energy storage system 420 is less than the power consumption, the microgrid system may black out. The energy storage system 420 may transmit the energy storage system status data to the monitoring unit 500. The energy storage system 420 may be controlled by the optimal operation plan of the operation plan optimizer 300.
  • the power transmission system 430 may be a system for transmitting generated energy or power to a place where electric power is required.
  • the power transmission system 430 may transmit the power transmission system status data to the monitoring unit 500.
  • the power transmission system 430 may be controlled by the optimum operation plan of the operation plan optimizer 300.
  • the monitoring unit 500 may receive operation status data from the power generation unit 400.
  • the monitoring unit 500 may provide the user 10 with the operation status data and the optimal operation plan.
  • the monitoring unit 500 may transmit the operation status data to the information providing unit 100.
  • the monitoring unit 500 may provide the operation status data and the optimum operation plan to the user in the form of an electronic signal. However, it is not limited thereto.
  • the prediction unit 200 may include a data processing module 210, a learning data collection module 220, an algorithm providing module 230, a prediction module 240, and a generator emulator 250. .
  • the data processing module 210 may process raw data.
  • the data processing module 210 may later process the raw data into a format required by the prediction module 240 and the algorithm providing module 230.
  • the data processing module 210 may process data of a current time point among raw data and send the processed data to the prediction module 240.
  • the data processing module 210 may process historical data of past time points among raw data and transmit the processed historical data to the learning data collection module 220.
  • the training data collection module 220 may generate training data using the raw data.
  • the training data may be provided to the algorithm providing module 230 and used to update the prediction model of the algorithm.
  • the learning data may be generated using past history data among raw data.
  • the training data may be generated by selecting only data suitable for model training among raw data.
  • the algorithm providing module 230 may receive the training data from the training data collection module 220.
  • the algorithm providing module 230 may apply a machine learning algorithm based on the training data to form a prediction model and update it.
  • the machine learning algorithm may be a k-Nearest Neighbor algorithm. However, it is not limited thereto.
  • the algorithm providing module 230 may update the prediction model and provide it to the prediction module 240.
  • the prediction module 240 may generate the prediction data using the processed raw data provided by the data processing module 210 and the prediction model updated and provided by the algorithm providing module 230.
  • the prediction data may include wind speed / insolation amount prediction data and power consumption amount prediction data.
  • the power consumption prediction data may be transmitted to the operation plan optimizer 300.
  • the generator emulator 250 may be an emulator of a wind generator and a solar generator.
  • the generator emulator 250 may generate wind / solar power generation forecast data using the wind speed / insolation amount prediction data. That is, the generator emulator 250 may predict the actual generation amount of renewable energy of the wind power generator and the solar generator using the data of the wind speed and the solar radiation amount.
  • the generator emulator 250 may transmit the wind / solar power generation forecast data to the operation plan optimizer 300.
  • the operation plan optimizer 300 may receive wind / solar power generation forecast data, power consumption forecast data, energy storage system status data, and diesel generator status data.
  • the operation plan optimizer 300 may include a population 310 and a genetic operator 320.
  • the population 310 may include a plurality of candidate operation plans 311a and 311b therein.
  • the candidate operation plans 311a and 311b inside the population 310 may include the amount of power generated by the diesel generator 410 per unit time.
  • Candidate operating plans 311a and 311b may be arbitrarily generated initially.
  • Genetic operator 320 may evaluate candidate operational plans 311a and 311b in population 310. That is, the genetic operator 320 may derive evaluation values of the candidate operation plans 311a and 311b in the population 310. The evaluation value is determined in consideration of the operating cost and black out of the diesel generator 410. The said evaluation value is explained in full detail later.
  • the genetic operator 320 may use the evaluation value to alternate generations of candidate operation plans within the population 310 through genetic operations.
  • the genetic operation may include at least one of crossover and mutation.
  • the breeding means generating new candidate operation plans 311a and 311b by intersecting the symbol strings of the two candidate operation plans 311a and 311b.
  • new candidate operation plans 311a and 311b may be generated by crossing not only two but also three or more candidate operation plans 311a and 311b. That is, it may be a method of forming a new child whose parents are the candidate candidate plans 311a and 311b.
  • a simulated binary crossover (SBX) operation may be performed.
  • SBX simulated binary crossover
  • the mutation refers to a method in which at least a part of symbol strings of one candidate operation plan 311a or 311b is changed in order or arbitrarily to generate another candidate operation plan 311a or 311b.
  • This mutation operation can prevent the entire candidate operating plan 311a, 311b from falling into one regional optimal solution by crossover.
  • a PM (Polynomial Mutation) operation may be performed. However, it is not limited thereto.
  • the genetic operator 320 may derive an evaluation value by evaluating the newly formed candidate operation plans 311a and 311b. At this time, based on the evaluation value, the candidate operation plan 311b whose evaluation value is greater than or equal to a certain criterion is maintained in the population 310, and the candidate operation plan 311a whose evaluation value is lower than or equal to the specific criterion is removed from the population 310. can do. In this way, updating the group of candidate operation plans 311a and 311b having a high evaluation value through the genetic operation of the genetic calculator 320 is called generation replacement.
  • the genetic operator 320 may repeat the generation replacement several times. That is, the generation replacement can be completed when the preset number of times is met or the preset time limit is exceeded.
  • candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values may be selected as optimal operation plans. That is, the operation plan optimization unit 300 may select the candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values as the optimal operation plan.
  • the candidate operation plans 311a and 311b may be represented by the solution representation of FIG. 4.
  • the solution representation of FIG. 4 shows the power generation plan until h minutes after the diesel generator 410.
  • the candidate operation plans 311a and 311b may be normalized values of ⁇ 1 to 1 based on the maximum allowable value per minute of the change in output per minute for each diesel generator 410.
  • D t, 1 For example, if the value of D t, 1 is 0.5, it means to increase 50KW when the allowable power change per minute of each diesel generator is 100KW.
  • the genetic operator 320 may evaluate the candidate operation plans 311a and 311b. At this time, the evaluation value may be the same as Equation 1.
  • C is an evaluation value
  • may be an additional loss factor for preventing blackout.
  • C DG is the total diesel generation cost
  • P DG, i, j is the generation amount of the j-th unit of the i-th diesel generator over time
  • N is the total number of generators
  • H is the planning time.
  • a, b and c are real coefficients.
  • LC DG is the power shortage loss cost
  • L DG, i, j is the required generation amount by the j-th unit of the i-th diesel generator.
  • N is the total number of generators and H is the planning time.
  • L DG, i, j may be a value obtained by subtracting the P DG, i, j in the energy consumption prediction data.
  • the genetic operator 320 may derive the evaluation value C by using Equations 1 to 3 above. Accordingly, an optimal operation plan with the highest evaluation value C can be selected.
  • the microgrid system may newly select and apply an optimum operation plan at a predetermined time (t minutes) even when an optimal operation plan is selected. That is, the operation planning period (P1 ⁇ P4) of diesel power generation can be newly started every t minutes. This is because it is established based on the estimated value of the power supply and demand, in order to reduce the risk of blackout or dump load of the diesel generator 410 when the difference between the actual power supply and demand is large. That is, by selecting a new optimal operation plan every predetermined time (t minutes), it is possible to cope with the unexpected imbalance of power supply and demand.
  • the microgrid system may use an evaluation value, such as Equation 4, which is more precise than the above-described embodiment.
  • C G (G i ) is the cost of diesel generating per unit time
  • N is the present time point
  • is an additional loss factor to prevent blackout
  • C P (G i ) is the present time point.
  • GAVG is the average cost of diesel generation over a predetermined time period according to the existing diesel generation plan.
  • the last term in equation 1 Can be added to calculate the evaluation value C.
  • the last term may be to add a blackout penalty in the future, unlike a blackout penalty in the current state.
  • the average diesel power generation for the four hours may be obtained as G AVG .
  • G AVG is 400 KW
  • M in Equation 4 may be a time point at this time.
  • FIGS. 1 to 7 Portions that overlap with the description of the microgrid operating system described above are briefly or omitted.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a microgrid operating method according to some embodiments of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a detailed step of evaluating a candidate operation plan of FIG. 6.
  • the population 310 may include a plurality of candidate operation plans 311a and 311b therein.
  • the candidate operation plans 311a and 311b inside the population 310 may include the amount of power generated by the diesel generator 410 per unit time.
  • Candidate operating plans 311a and 311b may be arbitrarily generated initially.
  • Genetic operator 320 may evaluate candidate operational plans 311a and 311b in population 310. That is, the genetic operator 320 may derive evaluation values of the candidate operation plans 311a and 311b in the population 310. The evaluation value is determined in consideration of the operating cost and black out of the diesel generator 410.
  • step S200 of evaluating the candidate operation plan may be described in detail.
  • the oil field calculator 320 receives the operation status data of the diesel generator / energy storage system and the power supply and demand prediction value (S210).
  • the genetic operator 320 receives candidate operation plans 311a and 311b from the population 310 (S220).
  • the oilfield calculator 320 determines the diesel generation amount, the energy storage system charge / discharge amount, and the blackout occurrence at each time point from the candidate operation plans 311a and 311b (S230).
  • the diesel generation amount for each time point is expressed in the candidate operation plans 311a and 311b as shown in FIG.
  • the energy storage system charge / discharge amount is expressed as in Equation 5.
  • P ESS is the amount of charge / discharge of the energy storage system, and if greater than zero, the discharge from the energy storage system may be charged to the energy storage system.
  • L is power demand
  • P W is wind power generation
  • P PV is solar power generation.
  • P DG is diesel generation.
  • ESS t + 1 is the energy storage system charge at the time t + 1
  • ESS t is the energy storage system charge at the time t.
  • P ESS is the charge / discharge amount of the energy storage system.
  • blackout occurs when ESS t +1 is less than 0, and dump load occurs when ESS t +1 exceeds ESS MAX .
  • an operation cost is calculated according to the amount of diesel generation and blackout occurring at each time point in the candidate operation plan (S240).
  • Equation 1 This may be calculated with reference to Equation 1 or Equation 4 above.
  • ⁇ in Equations 1 and 4 may vary depending on whether blackout occurs.
  • the candidate operation plan is updated based on the evaluation (S400).
  • the update may mean generation replacement according to genetic operation. That is, the genetic operator 320 may alternate generations of candidate operation plans in the population 310 through genetic calculation using the evaluation value.
  • the genetic operation may include at least one of crossover and mutation.
  • the genetic operator 320 may derive an evaluation value by evaluating the newly formed candidate operation plans 311a and 311b. At this time, based on the evaluation value, the candidate operation plan 311b whose evaluation value is greater than or equal to a certain criterion is maintained in the population 310, and the candidate operation plan 311a whose evaluation value is lower than or equal to the specific criterion is removed from the population 310. can do. In this way, updating the group of candidate operation plans 311a and 311b having a high evaluation value through the genetic operation of the genetic calculator 320 is called generation replacement.
  • an optimal operation plan is selected using the evaluation value among candidate operation plans (S500).
  • the genetic operator 320 may repeat the generation replacement several times. That is, the generation replacement can be completed when the preset number of times is met or the preset time limit is exceeded.
  • candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values may be selected as optimal operation plans. That is, the operation plan optimization unit 300 may select the candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values as the optimal operation plan.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

The present invention relates to a microgrid operation system and method, the microgrid operation system of the present invention comprising: an information provision unit for receiving raw data including data on the current status of operation of diesel power generation; a prediction unit for creating prediction data of the diesel power generation by using the raw data; an operation plan optimization unit for establishing an optimal operation plan for the diesel power generation by using the prediction data; and a monitoring unit for collecting the data on the current status of operation, transmitting same to the information provision unit, and transmitting the data on the current status of operation and the optimal operation plan to a user, wherein the prediction unit comprises a learning data collection module for creating learning data by using the raw data, an algorithm provision module for providing and updating a prediction model by using the learning data, and a prediction module for creating the prediction data through the raw data and the prediction model.

Description

마이크로그리드 운영 시스템 및 방법Microgrid Operating System and Methods
본 발명은 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to microgrid operating systems and methods.
마이크로그리드(Microgrid)는 기존 전력망에 정보기술(IT)을 접목해 에너지 효율을 최적화한 차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드를 소지역 특성에 맞게 적용한 것을 말한다. 즉, 마이크로그리드는 기존의 광역적 전력시스템으로부터 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템을 의미한다. 독립된 마이크로그리드는 디젤 발전 및 신재생 발전을 통해서 전력을 공급한다. 이 때, 디젤 발전기의 시간대별 발전량이 신재생 전원에 대한 발전량 예측 정보, 부하에 대한 예측량 정보에너지 저장 장치의 특성 정보 및 디젤 발전기의 특성 및 동작 상태 정보를 토대로 결정되는 경우에는 디젤 발전기의 연료비 및 유지 보수비용을 절감할 수 있다.Microgrid refers to the application of smart grid, a next-generation intelligent power grid that optimizes energy efficiency by integrating information technology (IT) into the existing grid. In other words, microgrid refers to a local power supply system centered on a distributed power source independent from the existing wide area power system. Independent microgrids provide power through diesel and renewable generation. In this case, when the generation amount of the diesel generator according to the time zone is determined based on the generation amount prediction information for the renewable power, the prediction amount information on the load characteristics information of the energy storage device and the characteristics and operating state information of the diesel generator, Maintenance cost can be reduced.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 운영비용을 최소화 하고, 블랙아웃을 방지할 수 있는 마이크로그리드 운영 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a microgrid operating system that can minimize the operating cost, and prevent blackout.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 운영비용을 최소화 하고, 블랙아웃을 방지할 수 있는 마이크로그리드 운영 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microgrid operating method that can minimize the operating cost and prevent blackout.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템은 디젤 발전의 운영 현황 데이터를 포함하는 로(raw) 데이터를 수신하는 정보 제공부, 상기 로 데이터를 이용하여 디젤 발전의 예측 데이터를 생성하는 예측부, 상기 예측 데이터를 이용하여 디젤 발전의 최적 운영 계획을 수립하는 운영 계획 최적화부 및 상기 운영 현황 데이터를 수집하여 상기 정보 제공부에 전달하고, 상기 운영 현황 데이터와 상기 최적 운영 계획을 사용자에게 전달하는 모니터링부를 포함하되, 상기 예측부는 상기 로 데이터를 이용하여 학습 데이터를 생성하는 학습 데이터 수집 모듈과, 상기 학습 데이터를 이용하여 예측 모델을 제공 및 갱신하는 알고리즘 제공 모듈과, 상기 로 데이터와 상기 예측 모델을 통해서 예측 데이터를 생성하는 예측 모듈을 포함한다.The microgrid operating system according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is an information providing unit for receiving raw data including operating status data of diesel power generation, prediction of diesel power generation using the furnace data A prediction unit for generating data, an operation plan optimization unit for establishing an optimal operation plan for diesel power generation using the prediction data, and collecting and transmitting the operation status data to the information providing unit, and the operation status data and the optimal operation. A monitoring unit for transmitting a plan to a user, wherein the prediction unit includes a training data collection module for generating training data using the raw data, an algorithm providing module for providing and updating a prediction model using the training data, and Example of generating prediction data through raw data and the prediction model A module.
상기 학습 데이터 수집 모듈은 제1 시점의 로 데이터를 이용하여 학습 데이터를 생성하고, 상기 예측 모듈은 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점의 로 데이터를 이용하여 학습 데이터를 생성할 수 있다.The training data collection module may generate training data using raw data of a first time point, and the prediction module may generate training data using raw data of a second time point later than the first time point.
상기 제2 시점은 현재 시점일 수 있다.The second time point may be a current time point.
상기 로 데이터는 기상 예보 데이터, 실시간 기상 데이터 및 실시간 전력 소비 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The raw data may include at least one of weather forecast data, real-time weather data, and real-time power consumption data.
상기 기상 예보 데이터는 풍속 예보 데이터 및 일사량 예보 데이터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 실시간 기상 데이터는 실시간 풍속 데이터 및 실시간 일사량 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The weather forecast data may include at least one of wind speed forecast data and insolation forecast data, and the real time weather data may include at least one of real time wind speed data and real time insolation data.
상기 운영 계획 최적화부는, 복수의 후보 운영 계획을 포함하는 파퓰레이션(population)과, 상기 복수의 후보 운영 계획을 유전 연산하여 세대 교체를 수행하고, 최적 운영 계획을 선정하는 유전 연산기(Genetic operators)를 포함하되, 상기 세대 교체는 상기 복수의 후보 운영 계획을 유전 연산하여 새로운 후보 운영 계획을 상기 파퓰레이션에 추가하고, 상기 후보 운영 계획을 각각 시뮬레이션하여 평가값를 도출하고, 상기 평가값에 따라 일부의 후보 운영 계획을 상기 파퓰레이션에서 제거하는 것을 포함하고, 상기 최적 운영 계획을 선정하는 것은 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획을 최적 운영 계획으로 선정하는 것을 포함할 수 있다.The operation plan optimization unit includes a population including a plurality of candidate operation plans, a genetic operator that performs generation replacement by genetically calculating the plurality of candidate operation plans, and selects an optimal operation plan. The generation change may genetically compute the plurality of candidate operating plans to add a new candidate operating plan to the population, simulate each candidate operating plan to derive an evaluation value, and according to the evaluation value, some candidate operating plans. And removing from the population, and selecting the optimal operation plan may include selecting a candidate operation plan having the highest evaluation value as the optimal operation plan.
상기 유전 연산은 교배(crossover) 연산 및 돌연변이(mutation) 연산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The genetic operation may include at least one of a crossover operation and a mutation operation.
상기 평가값은 전체 디젤 발전 비용과 블랙아웃 여부를 고려한 전력 부족 손실 비용의 합일 수 있다.The evaluation value may be the sum of the total diesel generation cost and the power shortage loss cost in consideration of blackout.
여기서, 상기 최적 운영 계획에 의해서 제어되고, 상기 모니터링부에 운영 현황 데이터를 전송하는 발전부를 더 포함할 수 있다.Here, the control unit may further include a power generation unit that is controlled by the optimal operation plan and transmits operation status data to the monitoring unit.
상기 발전부는 디젤 발전기, 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS) 및 송전 시스템을 포함할 수 있다.The power generation unit may include a diesel generator, an energy storage system (ESS), and a power transmission system.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법은 정보 제공부가 디젤 발전의 운영 현황 데이터를 포함하는 로 데이터를 수신하고, 예측부가 상기 로 데이터를 이용하여 디젤 발전의 예측 데이터를 생성하고, 운영 계획 최적화부가 디젤 발전의 복수의 후보 운영 계획을 생성하고, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 복수의 후보 운영 계획 각각을 평가하여 평가값을 도출하고, 미리 설정된 횟수 또는 제한 시간을 초과하지 않은 경우, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 평가값에 따라 상기 후보 운영 계획을 갱신하고, 갱신된 상기 후보 운영 계획의 평가값을 도출하고, 상기 미리 설정된 횟수 또는 제한 시간을 초과한 경우, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 평가값을 이용하여 상기 후보 운영 계획 중 최적 운영 계획을 선정하고, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 최적 운영 계획에 따라 발전부를 제어하는 것을 포함한다.In the microgrid operating method according to some embodiments of the present invention for solving the other problem, the information providing unit receives the furnace data including the operation status data of the diesel power generation, the prediction unit using the furnace data to predict the diesel power generation Generate data, the operation plan optimizer generates a plurality of candidate operation plans of diesel power generation, the operation plan optimizer evaluates each of the plurality of candidate operation plans, derives an evaluation value, and exceeds a preset number or time limit If not, the operation plan optimizer updates the candidate operation plan according to the evaluation value, derives an updated evaluation value of the candidate operation plan, and if the preset number or time limit is exceeded, the operation plan. The optimizer uses the evaluation value to optimize the operating system among the candidate operation plans. The selection and involves the parts of the control according to the power operating plan optimization in addition to the optimal operation program.
상기 평가값을 도출하는 것은, 상기 후보 운영 계획에서 단위 시간별 발전량을 획득하고, 상기 단위 시간별 발전량에 따라 블랙아웃 발생 여부를 확정하고, 상기 단위 시간별 발전량 및 블랙아웃 발생 여부에 따라 총 비용을 산출하는 것을 포함할 수 있다.The deriving of the evaluation value may include generating power generation amount by unit time in the candidate operation plan, determining whether blackout occurs according to the generation amount by unit time, and calculating total cost according to generation amount and blackout occurrence by unit time. It may include.
상기 블랙아웃 발생 여부를 확정하는 것은, 에너지 저장 시스템의 충방전 상태를 결정하는 것을 포함할 수 있다.Determining whether the blackout occurs may include determining a charge / discharge state of the energy storage system.
상기 예측 데이터를 생성하는 것은, 학습 데이터 수집 모듈이 상기 로 데이터를 수집하여 학습 데이터를 생성하고, 알고리즘 제공 모듈이 상기 학습 데이터를 이용하여 예측 모델을 제공 및 갱신하고, 예측 모듈이 상기 로 데이터와 상기 예측 모델을 통해서 예측 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.The generating of the prediction data may include learning data collection module collecting the raw data to generate training data, an algorithm providing module providing and updating a prediction model using the training data, and the prediction module is configured to generate the raw data. It may include generating prediction data through the prediction model.
상기 최적 운영 계획을 선정하는 것은, 미리 설정된 간격마다 상기 최적 운영 계획을 다시 선정하는 것을 포함할 수 있다.Selecting the optimal operating plan may include selecting the optimal operating plan again at predetermined intervals.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.According to embodiments of the present invention has at least the following effects.
즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 독립형 마이크로 그리드의 주 에너지원인 신재생 발전의 변동 폭에 대응하여 보조적인 디젤 발전량을 정밀하게 예측할 수 있다. 즉, 신재생 발전의 경우 날씨 등의 기상 상황에 따라 발전의 변동 폭이 매우 크므로, 신재생 에너지의 예상 발전량을 보수적으로 적게 잡으면 디젤 발전량이 과도해져서 운영 비용이 증가하고, 신재생 에너지의 예상 발전량을 과도하게 잡을 경우 부하 전력을 감당하지 못해 전원 공급이 중단되는 블랙아웃 현상이 발생할 수 있다.That is, the microgrid operating system and method according to some embodiments of the present invention can accurately predict the auxiliary diesel generation amount corresponding to the fluctuation range of renewable power generation, which is the main energy source of the independent microgrid. In other words, in the case of renewable power generation, the fluctuation range of power generation is very large according to weather conditions such as weather, so if conservatively reducing the expected generation amount of renewable energy, diesel generation will be excessive and operation cost will increase, and the expectation of renewable energy If the power generation is excessively caught, it may cause a blackout phenomenon in which the power supply is cut off because the load power cannot be handled.
따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 신재생 에너지의 예상 발전량을 정밀하게 예측하고, 디젤 발전량을 정밀하게 지정함으로써, 독립형 마이크로그리드의 운영 비용을 최소화하면서 블랙아웃을 방지할 수 있다.Accordingly, the microgrid operating system and method according to some embodiments of the present invention accurately predict the expected generation of renewable energy and precisely specify diesel generation, thereby minimizing the operating cost of the standalone microgrid while preventing blackout. can do.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention.
도 2는 도 1의 예측부를 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the predictor of FIG. 1.
도 3은 도 1의 운영 계획 최적화부를 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating in detail the operation plan optimizer of FIG. 1.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템의 후보 운영 계획의 해 표현을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a solution representation of a candidate operating plan of the microgrid operating system according to some embodiments of the present invention.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템의 최적 운영 계획 선정의 반복을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing repetition of selecting an optimal operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a microgrid operating method according to some embodiments of the present invention.
도 7은 도 6의 후보 운영 계획을 평가하는 단계를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart for explaining in detail the step of evaluating the candidate operation plan of FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, these elements, components and / or sections are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component or section from another element, component or section. Therefore, the first device, the first component, or the first section mentioned below may be a second device, a second component, or a second section within the technical spirit of the present invention.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.When elements or layers are referred to as "on" or "on" of another element or layer, intervening other elements or layers as well as intervening another layer or element in between. It includes everything. On the other hand, when a device is referred to as "directly on" or "directly on" indicates that no device or layer is intervened in the middle.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The spatially relative terms " below ", " beneath ", " lower ", " above ", " upper " It may be used to easily describe the correlation of a device or components with other devices or components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a device shown in the figure, a device described as "below or beneath" of another device may be placed "above" of another device. Thus, the exemplary term "below" can encompass both an orientation of above and below. The device may be oriented in other directions as well, in which case spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, the terms defined in the commonly used dictionaries are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.
도 1 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템을 설명한다.1 to 5, a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 예측부를 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 1의 운영 계획 최적화부를 세부적으로 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템의 후보 운영 계획의 해 표현을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템의 최적 운영 계획 선정의 반복을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating in detail the predictor of FIG. 1. 3 is a block diagram illustrating in detail the operation plan optimization unit of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram illustrating a solution representation of a candidate operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 5 is a diagram for describing repetition of selecting an optimal operation plan of a microgrid operating system according to some embodiments of the present disclosure.
도 1을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 시스템은 정보 제공부(100), 예측부(200), 운영 계획 최적화부(300), 발전부(400) 및 모니터링부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a microgrid operating system according to some embodiments of the present invention may include an information providing unit 100, a prediction unit 200, an operation plan optimization unit 300, a power generation unit 400, and a monitoring unit 500. ).
정보 제공부(100)는 로 데이터(Raw data)를 수신할 수 있다. 정보 제공부(100)는 상기 로 데이터를 수신하고, 이를 예측부(200)에 전달할 수 있다. 상기 로 데이터는 기상 예보 데이터, 실시간 기상 데이터 및 실시간 전력 소비 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기상 예보 데이터는 풍속 예보 데이터 및 일사량 예보 데이터를 포함할 수 있다. 상기 실시간 기상 데이터는 실시간 풍속 데이터 및 실시간 일사량 데이터를 포함할 수 있다.The information provider 100 may receive raw data. The information provider 100 may receive the raw data and transmit it to the predictor 200. The raw data may include at least one of weather forecast data, real-time weather data, and real-time power consumption data. The weather forecast data may include wind speed forecast data and solar radiation forecast data. The real-time weather data may include real-time wind speed data and real-time solar radiation data.
상기 로 데이터는 또한, 운영 현황 데이터를 포함할 수 있다. 상기 운영 현황 데이터는 모니터링부(500)로부터 정보 제공부(100)로 전송될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 운영 현황 데이터는 모니터링부(500)를 거치지 않고 바로 발전부(400)로부터 전송될 수 있다.The raw data may also include operational status data. The operation status data may be transmitted from the monitoring unit 500 to the information providing unit 100. However, it is not limited thereto. That is, the operation status data may be transmitted directly from the power generation unit 400 without passing through the monitoring unit 500.
상기 운영 현황 데이터는 디젤 발전기 현황 데이터, 에너지 저장 장치(Energy storage system, ESS) 현황 데이터 및 송전 현황 데이터를 포함할 수 있다.The operation status data may include a diesel generator status data, an energy storage system (ESS) status data and a transmission status data.
상기 로 데이터는 과거 이력 데이터와 현재 시점의 데이터를 포함할 수 있다. 즉, 상기 로 데이터는 과거 기상 변화 이력 데이터와 과거의 시간대별 전력 소비 이력 데이터를 포함할 수 있다.The raw data may include past history data and data of the present time. That is, the raw data may include past weather change history data and past time slot power consumption history data.
정보 제공부(100)는 상기 로 데이터를 예측부(200)가 필요로 하는 형식으로 가공하여 예측부(200)에 전송할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 로 데이터가 예측부(200)에 그대로 전송되고, 예측부(200)에서 상기 로 데이터가 필요한 형식으로 가공될 수 있다.The information provider 100 may process the raw data into a format required by the predictor 200 and transmit the raw data to the predictor 200. However, the present invention is not limited thereto, and the raw data may be transmitted to the predicting unit 200 as it is, and the raw data may be processed by the predicting unit 200 in a required format.
정보 제공부(100)는 미리 지정된 간격마다 혹은 실시간으로 상기 로 데이터를 갱신할 수 있다. 즉, 현재 시점의 새로운 데이터를 이용하여 상기 로 데이터가 업데이트 될 수 있다.The information provider 100 may update the raw data at predetermined intervals or in real time. That is, the raw data may be updated using new data at the present time.
예측부(200)는 상기 로 데이터를 정보 제공부(100)로부터 제공받을 수 있다. 예측부(200)는 상기 로 데이터를 이용하여 예측 데이터를 생성할 수 있다. 예측부(200)는 예측 데이터를 운영 계획 최적화부(300)로 전송할 수 있다.The prediction unit 200 may receive the raw data from the information providing unit 100. The prediction unit 200 may generate prediction data using the raw data. The prediction unit 200 may transmit the prediction data to the operation plan optimization unit 300.
상기 예측 데이터는 예측 기상 데이터 및 예측 전력 소비 데이터를 포함할 수 있다. 상기 예측 데이터는 미리 설정된 간격마다 혹은 실시간으로 지속적으로 갱신될 수 있다.The prediction data may include prediction weather data and prediction power consumption data. The prediction data may be continuously updated at predetermined intervals or in real time.
운영 계획 최적화부(300)는 예측부(200)로부터 상기 예측 데이터를 받을 수 있다. 운영 계획 최적화부(300)는 상기 예측 데이터를 이용하여 디젤 발전의 최적 운영 계획을 수립할 수 있다. 상기 최적 운영 계획은 디젤 발전기(410), 에너지 저장 시스템(ESS)(420) 및 송전 시스템(430)의 운영 계획일 수 있다. 즉, 상기 최적 운영 계획에 따라 발전부(400)가 제어될 수 있다.The operation plan optimizer 300 may receive the prediction data from the predictor 200. The operation plan optimizer 300 may establish an optimal operation plan of diesel power using the prediction data. The optimal operation plan may be an operation plan of the diesel generator 410, the energy storage system (ESS) 420, and the power transmission system 430. That is, the power generation unit 400 may be controlled according to the optimum operation plan.
발전부(400)는 실제로 전력을 생산할 수 있다. 발전부(400)는 디젤 발전기(410), 에너지 저장 시스템(420) 및 송전 시스템(430)을 포함할 수 있다. 발전부(400)는 운영 현황 데이터를 생성할 수 있다. 발전부(400)의 상기 운영 현황 데이터는 각각 디젤 발전기(410), 에너지 저장 시스템(420) 및 송전 시스템(430)의 운영 현황 데이터일 수 있다. 즉, 운영 현황 데이터는 디젤 발전기 현황 데이터, 에너지 저장 시스템 현황 데이터 및 송전 시스템 현황 데이터를 포함할 수 있다. 상기 운영 현황 데이터는 모니터링부(500)로 전송될 수 있다. 또는 상기 운영 현황 데이터는 모니터링부(500)를 거치지 않고, 바로 정보 제공부(100)로 전송될 수도 있다.The generator 400 may actually produce power. The generator 400 may include a diesel generator 410, an energy storage system 420, and a power transmission system 430. The generation unit 400 may generate operation status data. The operation status data of the power generation unit 400 may be operation status data of the diesel generator 410, the energy storage system 420, and the power transmission system 430, respectively. That is, the operation status data may include a diesel generator status data, energy storage system status data and transmission system status data. The operation status data may be transmitted to the monitoring unit 500. Alternatively, the operation status data may be directly transmitted to the information providing unit 100 without passing through the monitoring unit 500.
디젤 발전기(410)는 디젤을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 디젤 발전기(410)는 신재생 에너지를 주로 사용하는 마이크로그리드 시스템에서 변동폭이 큰 신재생 에너지를 보충하는 에너지 원으로 사용될 수 있다. 디젤 발전기(410)는 디젤 발전기 현황 데이터를 모니터링부(500)로 전송할 수 있다. 디젤 발전기(410)는 운영 계획 최적화부(300)의 상기 최적 운영 계획에 의해서 제어될 수 있다.The diesel generator 410 may generate electric power using diesel. The diesel generator 410 may be used as an energy source to supplement renewable energy with a large fluctuation in a microgrid system that mainly uses renewable energy. The diesel generator 410 may transmit the diesel generator status data to the monitoring unit 500. The diesel generator 410 may be controlled by the optimum operation plan of the operation plan optimizer 300.
에너지 저장 시스템(420)은 발전된 전력을 저장하는 장치일 수 있다. 에너지 저장 시스템(420)에 저장된 에너지가 전력 소비보다 작으면 마이크로그리드 시스템은 블랙 아웃이 발생할 수 있다. 에너지 저장 시스템(420)은 에너지 저장 시스템 현황 데이터를 모니터링부(500)로 전송할 수 있다. 에너지 저장 시스템(420)은 운영 계획 최적화부(300)의 상기 최적 운영 계획에 의해서 제어될 수 있다.The energy storage system 420 may be a device for storing generated power. If the energy stored in the energy storage system 420 is less than the power consumption, the microgrid system may black out. The energy storage system 420 may transmit the energy storage system status data to the monitoring unit 500. The energy storage system 420 may be controlled by the optimal operation plan of the operation plan optimizer 300.
송전 시스템(430)은 발전된 에너지 혹은 전력을 전력이 필요한 곳으로 전송하는 시스템일 수 있다. 송전 시스템(430)은 송전 시스템 현황 데이터를 모니터링부(500)로 전송할 수 있다. 송전 시스템(430)은 운영 계획 최적화부(300)의 상기 최적 운영 계획에 의해서 제어될 수 있다.The power transmission system 430 may be a system for transmitting generated energy or power to a place where electric power is required. The power transmission system 430 may transmit the power transmission system status data to the monitoring unit 500. The power transmission system 430 may be controlled by the optimum operation plan of the operation plan optimizer 300.
모니터링부(500)는 발전부(400)로부터 운영 현황 데이터를 전송 받을 수 있다. 모니터링부(500)는 사용자(10)에게 상기 운영 현황 데이터 및 상기 최적 운영 계획을 제공할 수 있다. 모니터링부(500)는 상기 운영 현황 데이터를 정보 제공부(100)로 전송할 수 있다. 모니터링부(500)는 상기 운영 현황 데이터 및 최적 운영 계획을 전자 신호 형태로 사용자에게 제공할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.The monitoring unit 500 may receive operation status data from the power generation unit 400. The monitoring unit 500 may provide the user 10 with the operation status data and the optimal operation plan. The monitoring unit 500 may transmit the operation status data to the information providing unit 100. The monitoring unit 500 may provide the operation status data and the optimum operation plan to the user in the form of an electronic signal. However, it is not limited thereto.
도 2를 참조하면, 예측부(200)는 데이터 가공 모듈(210), 학습 데이터 수집 모듈(220), 알고리즘 제공 모듈(230), 예측 모듈(240) 및 발전기 에뮬레이터(250)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the prediction unit 200 may include a data processing module 210, a learning data collection module 220, an algorithm providing module 230, a prediction module 240, and a generator emulator 250. .
데이터 가공 모듈(210)은 로 데이터를 가공할 수 있다. 데이터 가공 모듈(210)은 상기 로 데이터를 추후에 예측 모듈(240)과 알고리즘 제공 모듈(230)이 필요한 형식으로 가공할 수 있다. 데이터 가공 모듈(210)은 로 데이터 중 현재 시점의 데이터를 가공하여 예측 모듈(240)로 보낼 수 있다. 또한, 데이터 가공 모듈(210)은 로 데이터 중 과거 시점의 이력 데이터를 가공하여 학습 데이터 수집 모듈(220)로 전송할 수 있다.The data processing module 210 may process raw data. The data processing module 210 may later process the raw data into a format required by the prediction module 240 and the algorithm providing module 230. The data processing module 210 may process data of a current time point among raw data and send the processed data to the prediction module 240. In addition, the data processing module 210 may process historical data of past time points among raw data and transmit the processed historical data to the learning data collection module 220.
학습 데이터 수집 모듈(220)은 상기 로 데이터를 이용하여 학습 데이터를 생성할 수 있다. 상기 학습 데이터는 알고리즘 제공 모듈(230)에 제공되어 알고리즘의 예측 모델을 갱신하는 데에 사용될 수 있다. 상기 학습 데이터는 로 데이터 중 과거 이력 데이터를 이용하여 생성될 수 있다. 상기 학습 데이터는 로 데이터 중 모델 학습에 적합한 데이터 만을 선별해서 생성될 수 있다.The training data collection module 220 may generate training data using the raw data. The training data may be provided to the algorithm providing module 230 and used to update the prediction model of the algorithm. The learning data may be generated using past history data among raw data. The training data may be generated by selecting only data suitable for model training among raw data.
알고리즘 제공 모듈(230)은 상기 학습 데이터를 학습 데이터 수집 모듈(220)로부터 전송 받을 수 있다. 알고리즘 제공 모듈(230)은 상기 학습 데이터를 기반으로 기계 학습 알고리즘을 적용하여 예측 모델을 형성하고 이를 갱신할 수 있다. 상기 기계 학습 알고리즘은 k-Nearest Neighbor 알고리즘일 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 알고리즘 제공 모듈(230)은 예측 모델을 갱신하여 예측 모듈(240)에 제공할 수 있다.The algorithm providing module 230 may receive the training data from the training data collection module 220. The algorithm providing module 230 may apply a machine learning algorithm based on the training data to form a prediction model and update it. The machine learning algorithm may be a k-Nearest Neighbor algorithm. However, it is not limited thereto. The algorithm providing module 230 may update the prediction model and provide it to the prediction module 240.
예측 모듈(240)은 데이터 가공 모듈(210)이 제공하는 현재 시점의 가공된 로 데이터와 알고리즘 제공 모듈(230)이 갱신하여 제공하는 예측 모델을 이용하여 예측 데이터를 생성할 수 있다.The prediction module 240 may generate the prediction data using the processed raw data provided by the data processing module 210 and the prediction model updated and provided by the algorithm providing module 230.
상기 예측 데이터는 풍속/일사량 예측 데이터 및 소비 전력량 예측 데이터를 포함할 수 있다. 상기 소비 전력량 예측 데이터는 운영 계획 최적화부(300)로 전송될 수 있다. The prediction data may include wind speed / insolation amount prediction data and power consumption amount prediction data. The power consumption prediction data may be transmitted to the operation plan optimizer 300.
발전기 에뮬레이터(250)는 풍력 발전기 및 태양광 발전기의 에뮬레이터일 수 있다. 발전기 에뮬레이터(250)는 상기 풍속/일사량 예측 데이터를 이용하여 풍력/태양광 발전량 예측 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 발전기 에뮬레이터(250)는 풍속과 일사량의 데이터를 이용하여 풍력 발전기 및 태양광 발전기의 신재생 에너지의 실제 발전량을 예측할 수 있다. 발전기 에뮬레이터(250)는 운영 계획 최적화부(300)에 상기 풍력/태양광 발전량 예측 데이터를 전송할 수 있다.The generator emulator 250 may be an emulator of a wind generator and a solar generator. The generator emulator 250 may generate wind / solar power generation forecast data using the wind speed / insolation amount prediction data. That is, the generator emulator 250 may predict the actual generation amount of renewable energy of the wind power generator and the solar generator using the data of the wind speed and the solar radiation amount. The generator emulator 250 may transmit the wind / solar power generation forecast data to the operation plan optimizer 300.
도 3을 참고하면, 운영 계획 최적화부(300)는 풍력/태양광 발전량 예측 데이터, 소비 전력량 예측 데이터, 에너지 저장 시스템 현황 데이터 및 디젤 발전기 현황 데이터를 수신할 수 있다. 운영 계획 최적화부(300)는 파퓰레이션(310) 및 유전 연산기(320)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the operation plan optimizer 300 may receive wind / solar power generation forecast data, power consumption forecast data, energy storage system status data, and diesel generator status data. The operation plan optimizer 300 may include a population 310 and a genetic operator 320.
파퓰레이션(310)은 내부에 복수의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 포함할 수 있다. 파퓰레이션(310)의 내부의 후보 운영 계획(311a, 311b)은 각각의 단위 시간당 디젤 발전기(410)의 발전량을 포함할 수 있다. 후보 운영 계획(311a, 311b)은 초기에는 임의로 생성될 수 있다.The population 310 may include a plurality of candidate operation plans 311a and 311b therein. The candidate operation plans 311a and 311b inside the population 310 may include the amount of power generated by the diesel generator 410 per unit time. Candidate operating plans 311a and 311b may be arbitrarily generated initially.
유전 연산기(320)는 파퓰레이션(310) 내의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 평가할 수 있다. 즉, 유전 연산기(320)는 파퓰레이션(310) 내의 각각의 후보 운영 계획(311a, 311b)들의 평가값을 도출할 수 있다. 상기 평가값은 디젤 발전기(410)의 운영 비용 및 블랙 아웃 여부를 고려하여 결정된다. 상기 평가값에 대해서는 추후에 자세히 설명한다. Genetic operator 320 may evaluate candidate operational plans 311a and 311b in population 310. That is, the genetic operator 320 may derive evaluation values of the candidate operation plans 311a and 311b in the population 310. The evaluation value is determined in consideration of the operating cost and black out of the diesel generator 410. The said evaluation value is explained in full detail later.
유전 연산기(320)는 상기 평가값을 이용하여, 파퓰레이션(310) 내부의 후보 운영 계획을 유전 연산을 통해서 세대 교체할 수 있다. 상기 유전 연산은 교배(crossover) 및 돌연변이(mutation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The genetic operator 320 may use the evaluation value to alternate generations of candidate operation plans within the population 310 through genetic operations. The genetic operation may include at least one of crossover and mutation.
교배란, 2개의 후보 운영 계획(311a, 311b)의 기호열 등을 교차시켜 새로운 후보 운영 계획(311a, 311b)을 생성하는 것을 말한다. 단, 이에 제한되지 않고, 2개뿐만 아니라 3개 이상의 후보 운영 계획(311a, 311b)의 기호열 등을 교차하여 새로운 후보 운영 계획(311a, 311b)을 생성할 수도 있다. 즉, 기존의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 부모로 하는 새로운 자식을 형성하는 방식일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서는 예를 들어, SBX(Simulated Binary Crossover) 연산을 수행할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.The breeding means generating new candidate operation plans 311a and 311b by intersecting the symbol strings of the two candidate operation plans 311a and 311b. However, the present invention is not limited thereto, and new candidate operation plans 311a and 311b may be generated by crossing not only two but also three or more candidate operation plans 311a and 311b. That is, it may be a method of forming a new child whose parents are the candidate candidate plans 311a and 311b. In the microgrid system according to some embodiments of the present invention, for example, a simulated binary crossover (SBX) operation may be performed. However, it is not limited thereto.
돌연변이란, 하나의 후보 운영 계획(311a, 311b)의 기호열의 적어도 일부를 순서 혹은 임의로 변경시켜 다른 후보 운영 계획(311a, 311b)을 생성하는 방식을 말한다. 이러한 돌연변이 연산은 교배에 의해서 전체 후보 운영 계획(311a, 311b)이 하나의 지역 최적해에 빠져드는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서는 예를 들어, PM(Polynomial Mutation) 연산을 수행할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.The mutation refers to a method in which at least a part of symbol strings of one candidate operation plan 311a or 311b is changed in order or arbitrarily to generate another candidate operation plan 311a or 311b. This mutation operation can prevent the entire candidate operating plan 311a, 311b from falling into one regional optimal solution by crossover. In a microgrid system according to some embodiments of the present invention, for example, a PM (Polynomial Mutation) operation may be performed. However, it is not limited thereto.
유전 연산기(320)는 이렇게 새로이 형성된 후보 운영 계획(311a, 311b)을 다시 평가하여 평가값을 도출할 수 있다. 이 때, 평가값에 기초하여, 평가값이 특정 기준 이상인 후보 운영 계획(311b)를 파퓰레이션(310) 내부에 유지하고, 평가값이 특정 기준 이하인 후보 운영 계획(311a)을 파퓰레이션(310)에서 제거할 수 있다. 이렇듯이 유전 연산기(320)의 유전 연산을 통해서, 평가값이 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)의 집단으로 갱신되는 것을 세대 교체라고 한다.The genetic operator 320 may derive an evaluation value by evaluating the newly formed candidate operation plans 311a and 311b. At this time, based on the evaluation value, the candidate operation plan 311b whose evaluation value is greater than or equal to a certain criterion is maintained in the population 310, and the candidate operation plan 311a whose evaluation value is lower than or equal to the specific criterion is removed from the population 310. can do. In this way, updating the group of candidate operation plans 311a and 311b having a high evaluation value through the genetic operation of the genetic calculator 320 is called generation replacement.
유전 연산기(320)는 상기 세대 교체를 여러 번 반복할 수 있다. 즉, 미리 설정된 횟수를 만족하거나 미리 설정된 제한 시간을 초과한 경우에 세대 교체의 수행을 마칠수 있다. 상기 세대 교체의 수행이 끝난 시점에서, 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)이 최적 운영 계획으로 선정될 수 있다. 즉, 운영 계획 최적화부(300)는 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)이 최적 운영 계획으로 선정할 수 있다.The genetic operator 320 may repeat the generation replacement several times. That is, the generation replacement can be completed when the preset number of times is met or the preset time limit is exceeded. At the end of the generation change, candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values may be selected as optimal operation plans. That is, the operation plan optimization unit 300 may select the candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values as the optimal operation plan.
도 4를 참고하면, 상기 후보 운영 계획(311a, 311b)은 도 4의 해 표현으로 표현될 수 있다. 도 4의 해 표현은 디젤 발전기(410)의 h분 후까지의 발전 계획을 나타내고 있다. 반드시 이에 제한되는 것은 아니지만, 후보 운영 계획(311a, 311b)은 각 디젤 발전기(410)별 분당 출력 변화량을 최대 분당 허용치를 기준으로 -1~1의 값으로 정규화한 값일 수 있다. Referring to FIG. 4, the candidate operation plans 311a and 311b may be represented by the solution representation of FIG. 4. The solution representation of FIG. 4 shows the power generation plan until h minutes after the diesel generator 410. Although not necessarily limited thereto, the candidate operation plans 311a and 311b may be normalized values of −1 to 1 based on the maximum allowable value per minute of the change in output per minute for each diesel generator 410.
예를 들어, Dt,1의 값이 0.5이면 각 디젤 발전기의 분당 출력 변화 허용치가 100KW일 때, 50KW를 증가시키라는 뜻이 된다.For example, if the value of D t, 1 is 0.5, it means to increase 50KW when the allowable power change per minute of each diesel generator is 100KW.
다시, 도 3을 참고하면, 도 4와 같은 형식의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 형성한 후에는 유전 연산기(320)가 후보 운영 계획(311a, 311b)을 평가할 수 있다. 이 때, 평가값은 수학식 1과 같을 수 있다.Referring back to FIG. 3, after the candidate operation plans 311a and 311b of FIG. 4 are formed, the genetic operator 320 may evaluate the candidate operation plans 311a and 311b. At this time, the evaluation value may be the same as Equation 1.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000001
Figure PCTKR2017001063-appb-M000001
여기서, C는 평가값이고, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수일 수 있다.Here, C is an evaluation value, and α may be an additional loss factor for preventing blackout.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000002
Figure PCTKR2017001063-appb-M000002
이 때, CDG는 총 디젤 발전 비용이고, PDG,i,j는 i번째 디젤 발전기의 j 번째 단위 시간별 발전량이다. N은 총 발전기 대수, H는 계획 시점을 나타낸다. a, b 및 c는 실수 계수이다.In this case, C DG is the total diesel generation cost, P DG, i, j is the generation amount of the j-th unit of the i-th diesel generator over time. N is the total number of generators and H is the planning time. a, b and c are real coefficients.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000003
Figure PCTKR2017001063-appb-M000003
이 때, LCDG는 전력 부족 손실 비용이고, LDG,i,j는 i번째 디젤 발전기의 j 번째 단위 시간별 필요 발전량이다. N은 총 발전기 대수, H는 계획 시점을 나타낸다. LDG,i,j는 소비 전력량 예측 데이터에서 PDG,i,j를 뺀 값일 수 있다.At this time, LC DG is the power shortage loss cost, and L DG, i, j is the required generation amount by the j-th unit of the i-th diesel generator. N is the total number of generators and H is the planning time. L DG, i, j may be a value obtained by subtracting the P DG, i, j in the energy consumption prediction data.
유전 연산기(320)는 상기 수학식 1 내지 3을 이용하여 평가값 C를 도출할 수 있다. 이에 따라, 평가값 C가 가장 높은 최적 운영 계획이 선정될 수 있다.The genetic operator 320 may derive the evaluation value C by using Equations 1 to 3 above. Accordingly, an optimal operation plan with the highest evaluation value C can be selected.
도 5를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템은 최적 운영 계획이 선정되어도 미리 정해진 시간(t분) 마다 최적 운영 계획을 새로이 선정하고 적용할 수 있다. 즉, 디젤 발전의 운영 계획 기간(P1~P4)은 t분 마다 새로이 시작될 수 있다. 이는 전력 수급량의 예측값을 기준으로 수립된 것이므로, 실제 전력 수급과 예측값의 괴리가 큰 경우 블랙 아웃이나 디젤 발전기(410)의 덤프 로드가 발생할 위험성을 줄이기 위함이다. 즉, 미리 정해진 시간(t분)마다 최적 운영 계획을 새로이 선정함으로써, 전력 수급의 예상치 못한 불균형에 대처할 수 있다.Referring to FIG. 5, the microgrid system according to some embodiments of the present invention may newly select and apply an optimum operation plan at a predetermined time (t minutes) even when an optimal operation plan is selected. That is, the operation planning period (P1 ~ P4) of diesel power generation can be newly started every t minutes. This is because it is established based on the estimated value of the power supply and demand, in order to reduce the risk of blackout or dump load of the diesel generator 410 when the difference between the actual power supply and demand is large. That is, by selecting a new optimal operation plan every predetermined time (t minutes), it is possible to cope with the unexpected imbalance of power supply and demand.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템은 상술한 실시예보다 더 정밀한 하기 수학식 4와 같은 평가값을 이용할 수도 있다.The microgrid system according to some embodiments of the present invention may use an evaluation value, such as Equation 4, which is more precise than the above-described embodiment.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000004
Figure PCTKR2017001063-appb-M000004
여기서, C는 평가값이고, CG(Gi)는 단위 시간당 디젤 발전비용이고, N은 현재 시점이고, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수이고, CP(Gi)는 현재 시점까지의 전력 손실 부족 비용이고, GAVG는 현재 수립된 디젤 발전 계획에 따른 미리 지정된 기간 동안의 평균 디젤 발전 비용이다.Where C is an estimate, C G (G i ) is the cost of diesel generating per unit time, N is the present time point, α is an additional loss factor to prevent blackout, and C P (G i ) is the present time point. GAVG is the average cost of diesel generation over a predetermined time period according to the existing diesel generation plan.
상기 수학식 4를 해석해보면, 수학식 1에 마지막 항 즉,
Figure PCTKR2017001063-appb-I000001
을 추가로 더해서 평가값 C를 산출할 수 있다. 마지막 항은 현재 상태의 블랙아웃 페널티와 달리 미래 시점의 블랙 아웃 페널티를 추가하는 것일 수 있다.
When the equation 4 is interpreted, the last term in equation 1,
Figure PCTKR2017001063-appb-I000001
Can be added to calculate the evaluation value C. The last term may be to add a blackout penalty in the future, unlike a blackout penalty in the current state.
예를 들어, 기존의 디젤 발전 수립 계획에서 추후 4시간 동안의 디젤 발전 계획을 수립하였으면, 상기 4시간 동안의 디젤 평균 발전량을 GAVG로 구할 수 있다. 예를 들어, GAVG가 400KW라고 하면, 400KW의 디젤 발전량을 기준으로, 미래 시점에서의 블랙아웃 여부도 같이 판단할 수 있다. 이러한 미래 시점은 예를 들어, 4시간 내지 8시간으로 볼 수 있고, 상기 수학식 4의 M이 이 때의 시점일 수 있다.For example, if the diesel power generation plan for the next four hours is established from the existing diesel power generation plan, the average diesel power generation for the four hours may be obtained as G AVG . For example, if G AVG is 400 KW, it may be determined whether or not the blackout is made in the future based on the diesel generating amount of 400 KW. This future time point may be viewed as, for example, 4 hours to 8 hours, and M in Equation 4 may be a time point at this time.
이러한 값을 계산하기 위해서는 당연히 신 재생 에너지의 발전량을 추가로 예측하여 활용하여야 한다.In order to calculate these values, naturally, the generation amount of renewable energy must be further predicted and utilized.
이를 통해서, 장기적 관점에서 블랙아웃의 방지를 위한 페널티를 계산할 수 있고, 더욱 정밀하게 마이크로그리드의 운영 계획을 수립할 수 있다.This allows the calculation of penalties for the prevention of blackouts in the long run, and allows for more precise microgrid operational planning.
이하,도 1 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법을 설명한다. 상술한, 마이크로그리드 운영 시스템의 설명과 중복되는 부분은 간략히 하거나 생략한다.Hereinafter, a method of operating a microgrid according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. Portions that overlap with the description of the microgrid operating system described above are briefly or omitted.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로그리드 운영 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 도 6의 후보 운영 계획을 평가하는 단계를 세부적으로 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a microgrid operating method according to some embodiments of the present invention, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a detailed step of evaluating a candidate operation plan of FIG. 6.
도 3 및 도 6을 참조하면, 후보 운영 발전 계획을 생성한다(S100).3 and 6, a candidate operational development plan is generated (S100).
파퓰레이션(310)은 내부에 복수의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 포함할 수 있다. 파퓰레이션(310)의 내부의 후보 운영 계획(311a, 311b)은 각각의 단위 시간당 디젤 발전기(410)의 발전량을 포함할 수 있다. 후보 운영 계획(311a, 311b)은 초기에는 임의로 생성될 수 있다.The population 310 may include a plurality of candidate operation plans 311a and 311b therein. The candidate operation plans 311a and 311b inside the population 310 may include the amount of power generated by the diesel generator 410 per unit time. Candidate operating plans 311a and 311b may be arbitrarily generated initially.
이어서, 후보 운영 계획을 평가한다(S200).Next, the candidate operation plan is evaluated (S200).
유전 연산기(320)는 파퓰레이션(310) 내의 후보 운영 계획(311a, 311b)을 평가할 수 있다. 즉, 유전 연산기(320)는 파퓰레이션(310) 내의 각각의 후보 운영 계획(311a, 311b)들의 평가값을 도출할 수 있다. 상기 평가값은 디젤 발전기(410)의 운영 비용 및 블랙 아웃 여부를 고려하여 결정된다. Genetic operator 320 may evaluate candidate operational plans 311a and 311b in population 310. That is, the genetic operator 320 may derive evaluation values of the candidate operation plans 311a and 311b in the population 310. The evaluation value is determined in consideration of the operating cost and black out of the diesel generator 410.
도 3 및 도 7을 참고하면, 후보 운영 계획을 평가단계(S200)는 세부적으로 설명될 수 있다.3 and 7, the step S200 of evaluating the candidate operation plan may be described in detail.
먼저, 유전 연산기(320)는 디젤 발전기/에너지 저장 시스템의 운영 현황 데이터와, 전력 수급 예측치를 수신한다(S210).First, the oil field calculator 320 receives the operation status data of the diesel generator / energy storage system and the power supply and demand prediction value (S210).
이어서, 유전 연산기(320)는 파퓰레이션(310)으로부터 후보 운영 계획(311a, 311b)을 수신한다(S220).Subsequently, the genetic operator 320 receives candidate operation plans 311a and 311b from the population 310 (S220).
이어서, 유전 연산기(320)는 상기 후보 운영 계획(311a, 311b)으로부터 각 시점별 디젤 발전량, 에너지 저장 시스템 충/방전량 및 블랙아웃 발생 여부를 결정한다(S230).Subsequently, the oilfield calculator 320 determines the diesel generation amount, the energy storage system charge / discharge amount, and the blackout occurrence at each time point from the candidate operation plans 311a and 311b (S230).
이 때, 각 시점별 디젤 발전량은 도 4와 같이 후보 운영 계획(311a, 311b)에 표현되어 있다. 에너지 저장 시스템 충/방전량은 수학식 5와 같이 표현된다.At this time, the diesel generation amount for each time point is expressed in the candidate operation plans 311a and 311b as shown in FIG. The energy storage system charge / discharge amount is expressed as in Equation 5.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000005
Figure PCTKR2017001063-appb-M000005
여기서, PESS는 에너지 저장 시스템 충/방전량이고, 0보다 클 경우 에너지 저장 시스템으로부터 방전이, 0보다 작을 경우 에너지 저장 시스템으로 충전이 이루어 질 수 있다. L은 전력 수요이고, PW는 풍력 발전량, PPV는 태양광 발전량이다. PDG는 디젤 발전량이다.Here, P ESS is the amount of charge / discharge of the energy storage system, and if greater than zero, the discharge from the energy storage system may be charged to the energy storage system. L is power demand, P W is wind power generation and P PV is solar power generation. P DG is diesel generation.
Figure PCTKR2017001063-appb-M000006
Figure PCTKR2017001063-appb-M000006
여기서, ESSt + 1는 t+1 시점의 에너지 저장 시스템 충전량이고, ESSt는 t시점의 에너지 저장 시스템 충전량이다. PESS는 에너지 저장 시스템의 충/방전량이다.Here, ESS t + 1 is the energy storage system charge at the time t + 1, ESS t is the energy storage system charge at the time t. P ESS is the charge / discharge amount of the energy storage system.
이 때, ESSt +1가 0이하인 경우 블랙아웃이 발생하고, ESSt +1이 ESSMAX를 이상이 되면 덤프 로드가 발생한다. At this time, blackout occurs when ESS t +1 is less than 0, and dump load occurs when ESS t +1 exceeds ESS MAX .
이어서, 후보 운영 계획 내의 각 시점별 디젤 발전량 및 블랙 아웃 발생 여부에 따른 운영 비용을 계산한다(S240).Subsequently, an operation cost is calculated according to the amount of diesel generation and blackout occurring at each time point in the candidate operation plan (S240).
이는 상술한 수학식 1 또는 수학식 4를 참고하여 계산할 수 있다. 이 때, 수학식 1 및 수학식 4의 α는 블랙아웃발생 여부에 따라 달라질 수 있다.This may be calculated with reference to Equation 1 or Equation 4 above. In this case, α in Equations 1 and 4 may vary depending on whether blackout occurs.
다시, 도 3 및 도 6을 참조하면, 지정된 평가 횟수나 제한 시간을 초과했는지를 판단한다(S300).3 and 6, it is determined whether the specified number of evaluation times or the time limit are exceeded (S300).
만일 지정된 평가 횟수나 제한 시간을 초과하지 않은 경우에는, 상기 평가를 기초로 후보 운영 계획을 갱신한다(S400).If the specified evaluation number or time limit is not exceeded, the candidate operation plan is updated based on the evaluation (S400).
상기 갱신은 유전 연산에 따른 세대 교체를 의미할 수 있다. 즉, 유전 연산기(320)는 상기 평가값을 이용하여, 파퓰레이션(310) 내부의 후보 운영 계획을 유전 연산을 통해서 세대 교체할 수 있다. 상기 유전 연산은 교배(crossover) 및 돌연변이(mutation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The update may mean generation replacement according to genetic operation. That is, the genetic operator 320 may alternate generations of candidate operation plans in the population 310 through genetic calculation using the evaluation value. The genetic operation may include at least one of crossover and mutation.
유전 연산기(320)는 이렇게 새로이 형성된 후보 운영 계획(311a, 311b)을 다시 평가하여 평가값을 도출할 수 있다. 이 때, 평가값에 기초하여, 평가값이 특정 기준 이상인 후보 운영 계획(311b)를 파퓰레이션(310) 내부에 유지하고, 평가값이 특정 기준 이하인 후보 운영 계획(311a)을 파퓰레이션(310)에서 제거할 수 있다. 이렇듯이 유전 연산기(320)의 유전 연산을 통해서, 평가값이 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)의 집단으로 갱신되는 것을 세대 교체라고 한다.The genetic operator 320 may derive an evaluation value by evaluating the newly formed candidate operation plans 311a and 311b. At this time, based on the evaluation value, the candidate operation plan 311b whose evaluation value is greater than or equal to a certain criterion is maintained in the population 310, and the candidate operation plan 311a whose evaluation value is lower than or equal to the specific criterion is removed from the population 310. can do. In this way, updating the group of candidate operation plans 311a and 311b having a high evaluation value through the genetic operation of the genetic calculator 320 is called generation replacement.
만일 지정된 평가 횟수나 제한 시간을 초과한 경우에는, 후보 운영 계획 중 평가값을 이용하여 최적 운영 계획을 선정한다(S500).If the specified evaluation number or time limit is exceeded, an optimal operation plan is selected using the evaluation value among candidate operation plans (S500).
유전 연산기(320)는 상기 세대 교체를 여러 번 반복할 수 있다. 즉, 미리 설정된 횟수를 만족하거나 미리 설정된 제한 시간을 초과한 경우에 세대 교체의 수행을 마칠수 있다. 상기 세대 교체의 수행이 끝난 시점에서, 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)이 최적 운영 계획으로 선정될 수 있다. 즉, 운영 계획 최적화부(300)는 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획(311a, 311b)이 최적 운영 계획으로 선정할 수 있다.The genetic operator 320 may repeat the generation replacement several times. That is, the generation replacement can be completed when the preset number of times is met or the preset time limit is exceeded. At the end of the generation change, candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values may be selected as optimal operation plans. That is, the operation plan optimization unit 300 may select the candidate operation plans 311a and 311b having the highest evaluation values as the optimal operation plan.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (13)

  1. 디젤 발전의 운영 현황 데이터를 포함하는 로(raw) 데이터를 수신하는 정보 제공부;An information provider for receiving raw data including operating status data of diesel power generation;
    상기 로 데이터를 이용하여 디젤 발전의 예측 데이터를 생성하는 예측부;A prediction unit generating prediction data of diesel power generation using the furnace data;
    상기 예측 데이터를 이용하여 디젤 발전의 최적 운영 계획을 수립하는 운영 계획 최적화부; 및An operation plan optimization unit for establishing an optimal operation plan of diesel power generation using the prediction data; And
    상기 운영 현황 데이터를 수집하여 상기 정보 제공부에 전달하고, 상기 운영 현황 데이터와 상기 최적 운영 계획을 사용자에게 전달하는 모니터링부를 포함하되,Collecting the operation status data and delivering to the information providing unit, including a monitoring unit for delivering the operation status data and the optimal operation plan to the user,
    상기 예측부는 상기 로 데이터를 이용하여 학습 데이터를 생성하는 학습 데이터 수집 모듈과,The prediction unit comprises a training data collection module for generating training data using the raw data;
    상기 학습 데이터를 이용하여 예측 모델을 제공 및 갱신하는 알고리즘 제공 모듈과,An algorithm providing module for providing and updating a prediction model using the training data;
    상기 로 데이터와 상기 예측 모델을 통해서 예측 데이터를 생성하는 예측 모듈을 포함하는 마이크로그리드 운영 시스템.And a prediction module for generating prediction data through the raw data and the prediction model.
  2. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 로 데이터는 기상 예보 데이터, 실시간 기상 데이터 및 실시간 전력 소비 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 마이크로그리드 운영 시스템.The raw data includes at least one of weather forecast data, real-time weather data and real-time power consumption data.
  3. 제2 항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 기상 예보 데이터는 풍속 예보 데이터 및 일사량 예보 데이터 중 적어도 하나를 포함하고,The weather forecast data includes at least one of wind speed forecast data and insolation forecast data.
    상기 실시간 기상 데이터는 실시간 풍속 데이터 및 실시간 일사량 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 마이크로그리드 운영 시스템.The real-time weather data includes at least one of real-time wind speed data and real-time solar radiation data.
  4. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 운영 계획 최적화부는,The operation plan optimization unit,
    복수의 후보 운영 계획을 포함하는 파퓰레이션(population)과,A population comprising a plurality of candidate operational plans,
    상기 복수의 후보 운영 계획을 유전 연산하여 세대 교체를 수행하고, 최적 운영 계획을 선정하는 유전 연산기(Genetic operators)를 포함하되,Genetic operators for genetic generation of the plurality of candidate operating plans, including genetic operators (Genetic operators) for selecting the optimal operating plan,
    상기 세대 교체는 상기 복수의 후보 운영 계획을 유전 연산하여 새로운 후보 운영 계획을 상기 파퓰레이션에 추가하고, 상기 후보 운영 계획을 각각 시뮬레이션하여 평가값를 도출하고, 상기 평가값에 따라 일부의 후보 운영 계획을 상기 파퓰레이션에서 제거하는 것을 포함하고,The generation replacement genetically computes the plurality of candidate operating plans to add new candidate operating plans to the population, simulates each of the candidate operating plans to derive an evaluation value, and recalls some candidate operating plans according to the evaluation values. Including removing from the population,
    상기 최적 운영 계획을 선정하는 것은 상기 평가값이 가장 높은 후보 운영 계획을 최적 운영 계획으로 선정하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영시스템.Selecting the optimal operation plan includes selecting a candidate operation plan having the highest evaluation value as an optimal operation plan.
  5. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 유전 연산은 교배(crossover) 연산 및 돌연변이(mutation) 연산 중 적어도 하나를 포함하는 마이크로그리드 운영시스템.The genetic operation comprises at least one of a crossover operation and a mutation operation.
  6. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 평가값은 하기 (1) 내지 (3)식에 의해서 도출되는 마이크로그리드 운영시스템.The evaluation value is a microgrid operating system derived by the following formula (1) to (3).
    (1) 평가값= CDG + α×LCDG (1) Evaluation value = C DG + α × LC DG
    (2)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000002
    (2)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000002
    (3) (3)
    여기서, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수이고, PDG,i,j는 i번째 디젤 발전기의 j 번째 단위 시간별 발전량이고, N은 총 발전기 대수이고, H는 계획 시점이고, a, b 및 c는 실수 계수이고, LDG,i,j는 상기 실시간 전력 소비 데이터에서 PDG,i,j를 뺀 값이다.Where α is an additional loss factor to prevent blackout, P DG, i, j is the generation of the jth unit of the i-th diesel generator over time, N is the total number of generators, H is the planned time point, a, b and c is a real number coefficient, and L DG, i, j is a value obtained by subtracting P DG, i, j from the real-time power consumption data.
  7. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 평가값은 하기 (4)식에 의해서 도출되는 마이크로그리드 운영시스템.The evaluation value is a microgrid operating system derived by the following formula (4).
    (4)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000004
    (4)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000004
    여기서, C는 상기 평가값이고, CG(Gi)는 단위 시간당 디젤 발전비용이고, N은 현재 시점이고, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수이고, CP(Gi)는 현재 시점까지의 전력 손실 부족 비용이고, GAVG는 현재 수립된 디젤 발전 계획에 따른 미리 지정된 기간 동안의 평균 디젤 발전 비용이고, M은 블랙아웃 페널티를 적용하기 위한 미래 시점의 종점이다.Where C is the evaluation value, C G (G i ) is the diesel generating cost per unit time, N is the present point in time, α is an additional loss factor to prevent blackout, and C P (G i ) is the present point in time G AVG is the average cost of diesel generation over a predetermined period of time according to the currently established diesel generation plan, and M is the end point in the future for applying a blackout penalty.
  8. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 최적 운영 계획에 의해서 제어되고, 상기 모니터링부에 운영 현황 데이터를 전송하는 발전부를 더 포함하고,The power generation unit is controlled by the optimum operation plan and transmits operation status data to the monitoring unit.
    상기 발전부는 디젤 발전기, 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS) 및 송전 시스템을 포함하는 마이크로그리드 운영시스템.The power generation unit microgrid operating system including a diesel generator, an energy storage system (ESS) and a power transmission system.
  9. 정보 제공부가 디젤 발전의 운영 현황 데이터를 포함하는 로 데이터를 수신하고,The information service department receives the raw data including the operating status data of diesel power generation,
    예측부가 상기 로 데이터를 이용하여 디젤 발전의 예측 데이터를 생성하고,The prediction unit generates the prediction data of the diesel power generation using the furnace data,
    운영 계획 최적화부가 디젤 발전의 복수의 후보 운영 계획을 생성하고,The operation plan optimizer creates a plurality of candidate operation plans for diesel generation,
    상기 운영 계획 최적화부가 상기 복수의 후보 운영 계획 각각을 평가하여 평가값을 도출하고,The operation plan optimizer evaluates each of the plurality of candidate operation plans to derive an evaluation value,
    미리 설정된 횟수 또는 제한 시간을 초과하지 않은 경우, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 평가값에 따라 상기 후보 운영 계획을 갱신하고, 갱신된 상기 후보 운영 계획의 평가값을 도출하고, 상기 미리 설정된 횟수 또는 제한 시간을 초과한 경우, 상기 운영 계획 최적화부가 상기 평가값을 이용하여 상기 후보 운영 계획 중 최적 운영 계획을 선정하고,When not exceeding a preset number or time limit, the operation plan optimizer updates the candidate operation plan according to the evaluation value, derives an updated evaluation value of the candidate operation plan, and sets the preset number or time limit. When exceeding, the operation plan optimization unit selects an optimal operation plan of the candidate operation plan using the evaluation value,
    상기 운영 계획 최적화부가 상기 최적 운영 계획에 따라 발전부를 제어하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영 방법.And the operation plan optimizer controls a power generation unit according to the optimum operation plan.
  10. 제9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 평가값을 도출하는 것은, 하기 (1) 내지 (3)식에 의하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영 방법.Deriving the evaluation value, microgrid operation method comprising the following formula (1) to (3).
    (1) 평가값= CDG + α× LCDG (1) Evaluation value = C DG + α × LC DG
    (2)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000005
    (2)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000005
    (3)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000006
    (3)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000006
    여기서, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수이고, PDG,i,j는 i번째 디젤 발전기의 j 번째 단위 시간별 발전량이고, N은 총 발전기 대수이고, H는 계획 시점이고, a, b 및 c는 실수 계수이고, LDG,i,j는 상기 실시간 전력 소비 데이터에서 PDG,i,j를 뺀 값이다.Where α is an additional loss factor to prevent blackout, P DG, i, j is the generation of the jth unit of the i-th diesel generator over time, N is the total number of generators, H is the planned time point, a, b and c is a real number coefficient, and L DG, i, j is a value obtained by subtracting P DG, i, j from the real-time power consumption data.
  11. 제9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 평가값을 도출하는 것은 하기 (4)식에 의하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영시스템.Deriving the evaluation value micro grid operating system comprising the following formula (4).
    (4)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000007
    (4)
    Figure PCTKR2017001063-appb-I000007
    여기서, C는 상기 평가값이고, CG(Gi)는 단위 시간당 디젤 발전비용이고, N은 현재 시점이고, α는 블랙아웃방지를 위한 추가 손실 계수이고, CP(Gi)는 현재 시점까지의 전력 손실 부족 비용이고, GAVG는 현재 수립된 디젤 발전 계획에 따른 미리 지정된 기간 동안의 평균 디젤 발전 비용이고, M은 블랙아웃 페널티를 적용하기 위한 미래 시점의 종점이다.Where C is the evaluation value, C G (G i ) is the diesel generating cost per unit time, N is the present point in time, α is an additional loss factor to prevent blackout, and C P (G i ) is the present point in time G AVG is the average cost of diesel generation over a predetermined period of time according to the currently established diesel generation plan, and M is the end point in the future for applying a blackout penalty.
  12. 제9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 예측 데이터를 생성하는 것은,Generating the prediction data,
    학습 데이터 수집 모듈이 상기 로 데이터를 수집하여 학습 데이터를 생성하고,The training data collection module collects the raw data to generate training data.
    알고리즘 제공 모듈이 상기 학습 데이터를 이용하여 예측 모델을 제공 및 갱신하고, An algorithm providing module provides and updates a prediction model using the training data,
    예측 모듈이 상기 로 데이터와 상기 예측 모델을 통해서 예측 데이터를 생성하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영 방법.And a prediction module generating prediction data through the raw data and the prediction model.
  13. 제9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 최적 운영 계획을 선정하는 것은,Selecting the optimal operation plan,
    미리 설정된 간격마다 상기 최적 운영 계획을 다시 선정하는 것을 포함하는 마이크로그리드 운영 방법.And reselecting said optimal operating plan at predetermined intervals.
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