WO2018052175A1 - Real-time demand bidding method and system for energy management in discrete manufacturing facility - Google Patents
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Definitions
- the present invention is to provide a real-time demand bidding method and system for energy management in discrete manufacturing facilities.
- DB Demand Bidding
- DR Demand Response
- Incentive-based DR provides incentives for consumers by reducing the load during peak periods of the power system.
- Price-based DR time-based DR
- the refinery's automatic DR method was proposed based on the one-day real-time price (DA-RTP), where the interdependence of process constraints was considered.
- DA-RTP one-day real-time price
- the production model does not take into account intermediate storage and is not practical in practice.
- an automatic DR method was introduced that classified processing tasks into non-schedulable tasks and schedule-schedulable tasks.
- the DR method was evaluated using oxygen production based on DA-RTP as an example.
- One limitation is that the mathematical model is tailored to continuous processes and does not take into account the order of operation of the machine.
- the current problem with DA-RTP is that if electricity prices fall within an hour, many consumers suddenly consume energy, leading to a new peak on the demand side.
- a cooperative DR approach has been proposed, including penalties mechanisms, to prevent non-cooperative behavior of consumers, which has been applied to industrial freezers.
- DB Demand Bidding
- an independent system operator (ISO) 40 mediates the supply of energy demand between the utility company 10 and the power generation company 30 in the wholesale electricity market.
- Demand bidding in the wholesale electricity market refers to a process in which the utility company 10 proposes demand bidding to the wholesale market to secure energy.
- demand bidding refers to incentive-based DR algorithms based on day-ahead prices, where utility companies offer incentives to large consumers (20) to suggest capacity reduction bids and execute load reductions. do. These two types of demand bids differ considerably in terms of purpose and scope of application.
- the present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and system that enables a power consumer to quickly participate in a demand bid by being notified of a demand bid event in real time.
- Another object of the present invention is to provide a method and system that can maximize the production benefit of a discrete manufacturing system participating in a demand bid event.
- the real-time demand bidding method is a real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes an independent operation at a predetermined time interval, a real-time demand bidding event from a utility company supplying power Calculating, by the discrete manufacturing system, a first optimal machine operating schedule indicating whether each machine is operating at a first maximum benefit and a time interval in a non-existent state, and receiving a real-time demand bidding event from the utility company.
- the system calculates a second maximum benefit and a second optimal machine operation schedule for event participation, and if the second maximum benefit is greater than the first maximum benefit, the discrete manufacturing system participates in a real time demand bidding event to optimize load. Bidding with a reduction amount; If the bid is approved from the discrete manufacturing system includes the steps of operating each machine to the second optimum machine operation schedule.
- the discrete manufacturing system includes a plurality of machines for processing independent operations at regular time intervals to output a result, a plurality of buffers for storing raw materials, intermediate materials or final output from each machine, and A discrete manufacturing system comprising a control device for controlling independent operation, wherein the control device indicates the operation of each machine at a first maximum profit and time interval in the absence of a real-time demand bid event from a utility company supplying power.
- the utility company supplying power to the demand bidding event including the event time, the minimum amount of energy reduction and the incentive rate at a time interval of 1 hour or less Notifying a discrete manufacturing system; calculating, by the discrete manufacturing system, a maximum benefit for determining participation in a demand bid event in view of the event time, minimum amount of energy reduction, and an incentive rate, wherein the maximum benefit is a demand bid Participating in the demand bid event if the discrete manufacturing system is greater than the maximum benefit calculated before the event.
- the automatic demand bidding system for energy management of the discrete manufacturing system is a utility company for notifying the demand bidding event including the event time, the minimum amount of energy reduction and the incentive rate at a time interval of 1 hour or less, and the event Calculating the maximum profit for determining participation in the demand bid event taking into account time, minimum amount of energy reduction, and incentive ratio, and if the maximum benefit is greater than the maximum benefit calculated before the demand bid event, the discrete participation in the demand bid event of the utility company Manufacturing system.
- the utility company can prevent the uncertainty due to the prediction error and ensure the stability of the power supply in real time.
- the consumer of the discrete manufacturing system can automatically demand demand only when the maximum profit is secured while adjusting the energy use schedule in real time, thereby maximizing the production profit of the discrete manufacturing system.
- FIG. 2 illustrates the interaction between a utility company and a consumer in a DA-DB.
- Figure 3 illustrates the interaction between the utility company and the consumer in the RT-DB according to the present invention.
- FIG. 4 is a view showing the configuration of a discrete manufacturing system according to the present invention.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an automatic demand bidding process for energy management of a discrete manufacturing system according to the present invention.
- FIG. 6 is a view showing the configuration of a lithium-ion battery module presented as a case study of the present invention.
- FIG. 7 is a view showing the configuration of an assembly system of a lithium-ion battery module presented as a case study of the present invention.
- FIG. 8 illustrates a machine operation schedule when there is no RT-DB event.
- 9 is a graph showing electricity prices and energy consumption in the absence of an RT-DB event.
- FIG. 10 illustrates a machine operation schedule when there is an RT-DB event.
- 11 is a graph showing electricity prices and energy consumption when the incentive rate of RT-DB events is 0.54 $ / kWh.
- 13 is a graph showing profit according to incentive ratio.
- 15 is a graph showing the yield according to the incentive ratio.
- 16 is a diagram showing a power consumption pattern of the machine in the discrete manufacturing system according to the present invention.
- the present invention proposes a DB program meaning incentive-based DR in the retail market.
- the DB program according to the present invention is different from price-based DR because it is an incentive-based DR.
- Incentive-based DR may be a reward-based program or price-based DR may be a penalty-based program.
- Compensation-based programs are particularly attractive to industrial consumers because they can reduce costs and provide compensation due to reduced load.
- DA-DB was released by PG & E and Southern California Edison, but the DB for executing incentive-based DR is relatively new, so little has been reported about the database.
- DA-DB-related reports focus on hotel energy management and residential energy management.
- the present invention discloses a real-time DB (RT-DB) program.
- the RT-DB program according to the present invention reduces the time used for notification one day ago to 10 minutes. This prevents uncertainty due to forecast errors, enabling real-time operation of demand-side energy consumption management and grid stability.
- Utility companies announce RT-DB during peak loads or grid emergencies, and industrial consumers decide whether to participate in RT-DB events and how much load reduction bids to maximize profits. When the utility company approves the bid, industrial consumers adjust their production and energy plans to reduce the load.
- the automatic RT-DB according to the present invention is designed to perform optimal load reduction bidding decisions and active adjustment of production and energy planning.
- the automated RT-DB according to the present invention was developed based on a general discrete manufacturing production model. Optimization problems are formulated to maximize producer profits while minimizing energy costs.
- the optimization problem is transformed into a MILE (Mixed Integer Linear Programming) problem, and once the MILP problem is solved, the automatic RT-DB algorithm can adjust the production and energy plans to determine the optimal bid.
- the algorithm performance is evaluated using a lithium ion battery module manufacturing plant as an example. Simulation results show that the automatic RT-DB algorithm effectively reduces the load during RT-DB events while maximizing the manufacturer's benefits.
- the DA-DB program is a voluntary DR that provides an opportunity to receive incentives for load reduction during peak load periods.
- FIG. 2 illustrates the interaction between a utility company and a large consumer.
- a specific company may notify the consumer 20 of the DA-DB event.
- DA-DB event notifications include the duration of a DA-DB event (e.g., 4-6 pm), a minimum load reduction required for participation (e.g., 10kW reduction per hour), an incentive rate (e.g., 1kW load per hour) $ 0.50 for each reduction).
- the consumer decides whether to participate in the DA-DB program and how much load reduction bids to make to the utility company. Bidding can be made from 12:00 to 4:00 pm. The consumer receives a bid approval or rejection after 5 pm. The next day, if the grid's expected conditions are met and there is a problem with the stability of the grid, the utility company calls the registered bidder and asks them to reduce the load according to the load reduction bid contract. The consumer will receive a different amount of compensation for the actual load reduction. However, if the load reduction fails, there is no cost penalty.
- the load reduction at time t is given by Equation 1.
- CB (t) is a consumer default value, which is the average energy consumption for the corresponding time during the last 10 days.
- E (t) is the actual energy consumption.
- the consumer reward for time t is given by equation (2).
- DA-DB programs efficiency depends on grid prediction techniques. If an out of forecast load peak or grid emergency occurs, it is too late to generate a DA-DB event. In order to overcome this limitation and realize a DB program in near real time (ie, 10-15 minutes), we propose an RT-DB program according to the present invention.
- Figure 3 illustrates the interaction between the utility company and the consumer in the RT-DB program according to the present invention.
- the RT-DB according to the present invention may reduce the notification time and the determination time to 10 minutes.
- the 10 minute time period is sufficient for industrial consumers to determine the optimal load reduction bid in response to the RT-DB program by using the real-time communication capability, the automatic control system and the automatic RT-DB algorithm according to the present invention.
- the RT-DB algorithm according to the present invention can be applied to the conventional DA-DB through some modifications.
- An assembly line is a production system that includes processing and parts merging.
- FIG. 4 shows the structure of a discrete manufacturing assembly system used in an actual manufacturing environment.
- m ij is a machine and i is the i th serial production line branch. j represents the jth machine in the jth serial production line branch.
- Machine m ij , i> 0 is a component machine.
- Machine m 01 is an assembly machine.
- B ij is a buffer for storing intermediate products provided by the machine m ij .
- each machine m ij is capable of schedule adjustment (ie on or off) on the time axis.
- the time axis is divided into the same operation time interval. Between two consecutive operations of the machine, the length of the time interval is T S.
- the assembly system model considers two models: the production model and the energy model.
- Each machine m ij has a fixed time to process a part and is called the cycle time CT ij .
- each machine operates in impulse mode for maximum efficiency. That is, it operates at 100% when needed and 0% when not needed. It can be expressed by Equation 4 by the decision variable x ij (t) of the machine m ij in the t-th time interval.
- Each buffer B ij has a capacity CAP ij .
- the depleted machine stops processing operations and enters a low power state to save energy.
- the blocked machine enters a low power state to stop the processing of the operation and to prevent the overflow of the buffer.
- the machine m ij processes the quantity n ij of the various parts, as shown in equation (5).
- ⁇ ij is the buffer B ij It is a factor that indicates the number of parts required for the latter machine to produce one part.
- the buffer satisfies Equation 9, where N 0 is a natural set of zeros.
- the buffer is a condition as in Equation 12.
- the power consumption pattern of a typical machine in a discrete manufacturing facility is shown in FIG. 16.
- FIG. 16 shows a typical power consumption pattern of the machine. Initially, the machine starts operating (1) and enters a low power state (2). If the machine is scheduled to process the workpiece during the first hour, the operation rises (3) and enters the operating state (4). In this operating state, the machine repeatedly processes the workpiece. The average time for processing the workpiece is called the cycle time. During the second time the machine goes down (5) and enters a low power state (2) if it is not scheduled to process the workpiece.
- the first time is referred to as "machine on” and the second time is referred to as "machine off”.
- the total electrical consumption of the machine can be measured in Eon.
- the overall consumption of the machine can be measured in Eoff.
- the right part of FIG. 16 shows equal power consumption, which is the same as the gray part on the left.
- p (t) is the electrical value for the time interval t.
- E max > 0 is determined by the limitation of the local power transmission line.
- Microeconomic theory like raw material consumers, increases demand to the point where the profits that electric consumers can derive are equal to the additional costs for this. For example, a producer will not produce a product if it does not make a profit on the sale due to the cost of electricity. In other words, the plant will decide whether or not to produce in a way that maximizes profits and when and how.
- the optimization objective of the plant used here is to maximize profits.
- Profit is gross income minus cost.
- the factory produces n output units (u 1 , ... u n ) and uses m input units (n1, ... n m ). If the value of the output product is (v 1 , ... v n ) and the input cost is (c1, ... c m ), the profit ⁇ that the company gets is equal to (15).
- Is the total income of the output product Is the total input cost.
- the production output is priced at the market price.
- Input costs include all costs associated with production, including raw materials, energy and labor costs.
- the first term is the amount of imports
- the second term is the input cost excluding the cost of electricity
- the third term is the cost of electricity.
- Equation 16 This optimization problem follows the constraints of Equations 4-14. These constraints and the optimization objective function of Equation 16 create a MILE (Mixed Integer Linear Programming) problem. Through the MILP solution, the objective (ie, benefit) can be maximized using the decision variable x ij (t).
- MILE Mated Integer Linear Programming
- the first to third terms are the same as in Equation 16, and the fourth term represents an incentive for the RT-DB event.
- Is the load reduction during RT-DB event T ' Is the default load
- MILP solution reduces load to bid with decision variable x ij (t) during RT-DB event Optimize the optimization objective function to maximize the benefit by changing.
- the present invention proposes an automatic RT-DB algorithm as shown in FIG.
- the algorithm according to the present invention has been implemented using a Manufacturing Operations Management System (MOMS), which allows industrial consumers to decide whether to participate in RT-DB events and submit optimal reduction capacity bids and adjustments to production and energy plans to utility companies. make sure The algorithm according to the present invention allows industrial consumers to intelligently interact with utility companies in response to RT-DB events, as well as actively generate optimal operating schedules for machines that maximize profits.
- MOMS Manufacturing Operations Management System
- FIG. 3 illustrates the interaction between the utility company 10 and the consumer 20 in the RT-DB event.
- the consumer 20 of FIG. 3 is discrete when explaining the automatic RT-DB algorithm shown in FIG. It becomes a manufacturing system.
- the subject processing the RT-DB event by specifically executing the RT-DB algorithm may be a control device of a utility company 10 and a discrete manufacturing system, a computer or a hardware device, but for convenience of description, the subject is discrete. It is set as a manufacturing system.
- the discrete manufacturing system solves the MILP problem (Equations 4-14, 16) in the absence of an RT-DB event, with the largest objective function value ⁇ 1 (maximum benefit) and the set of decision variables S 1 (24-hour optimal machine operation schedule) is obtained (S10).
- the discrete manufacturing system checks whether the RT-DB event is notified from the utility company (S12), and if the RT-DB event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system solves the MILP problem (Equations 4-14, 17-18). , The largest objective function value ⁇ 2 (maximum gain), the set of decision variables S 2 , and the optimum load reduction amount LR (S14).
- the discrete manufacturing system compares the maximum benefit ⁇ 2 obtained for participation in the RT-DB event with the maximum benefit ⁇ 1 obtained without the RT-DB event (S16), if ⁇ 2 is greater than ⁇ 1.
- S16 the maximum benefit obtained for participation in the RT-DB event
- ⁇ 2 is greater than ⁇ 1.
- S18 the optimal load reduction amount LR
- the discrete manufacturing system checks whether the bid is approved from the utility company (S20), and if the bid is approved, operates the production system according to the decision variable set S 2 (optimal machine operation schedule) (S22).
- the discrete manufacturing system checks whether the day is over (S26), terminates the RT-DB algorithm if the day is over, and checks the notification of the RT-DB event every predetermined time (10 minutes) if the day is not over. .
- the present invention presents a modeling for a discrete manufacturing system that takes part in an RT-DB event assuming a large capacity lithium-ion manufacturing plant.
- Large-capacity lithium-ion battery manufacturing is one example of typical discrete manufacturing, with four manufacturing processes: assembly, implantation, forming, and grading.
- the battery module includes a plurality of battery cells A, an auxiliary component, that is, an intermediate frame B, a cooling fin C, a compression foam D, and a frame E. It has a hierarchical structure composed of). These components are assembled and coupled into the battery module through continuous operation.
- the cell is filled with electrolyte and sealed.
- the cell is cycled through at least once precisely controlled charging or discharging to activate and transform the working material into usable form.
- Ratings Ratings of battery modules are rated according to their performance based on discharge, resistance and capacity measurements.
- This process can be categorized into 10 tasks, and the appropriate equipment is assigned to each task as shown in Table 1.
- Fig. 7 shows the layout of the battery module assembly system together with the power, cycle time and buffer capacity of each machine.
- each machine In the low power state, each machine has a power of 0.5W. Some machines are arranged in parallel to increase the production capacity of some parts of the process.
- Table 2 lists raw material and labor costs as well as the market price of the output.
- Lingo 12.0 a MILP solution, is used to solve the optimization problem according to the present invention. First, a scenario without an RT-DB event will be described.
- the MILP problem represented by Equations 4-14 and 16 should be solved to obtain an optimized 24-hour machine operation schedule, as shown in FIG.
- the horizontal axis represents the schedule time for 24 hours. In this case study, there are 10 time slots, so there are six time slots at each time.
- the vertical axis represents all the machines in the production line.
- the gray box here means that the machine is "on” in that time slot.
- a white box means that the machine is "off”.
- the energy consumption of the production line per hour according to this schedule is shown in FIG. 9. Energy consumption was lower during the peak time (14-17th time). This reduces grid load during peak load times and saves consumer electrical costs. 24 hour production and maximum profits based on this optimized production schedule are listed in the second column of Table 4.
- Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Profit ($) 2776.86 2780.51 2776.10 Production volume 828 units 786 units 822 units Load reduction bid (kWh) - 16th hour: 21217th hour: 35.3 16th hour: 22.517th hour: 12.8 Join the RT-DB event - Yes No
- the RT-DB event notification includes three elements: RT-DB event time (16th-17th time), minimum load reduction (10kW) to participate in the RT-DB program, and incentive rate ($ 0.54 / kWh). Even if the MILP problem is solved according to Equations 4-14 and 17-18, a new optimal schedule is obtained during the 16-24th time as in 10. During the RT-DB event (ie 16th-17th hours), most machines will shut down to provide load reduction. The hourly energy consumption of the production line from the new schedule is calculated as in FIG. Red line indicates participation in RT-DB event.
- the new optimal load reduction bids, output and profits are listed in the third column of Table 4.
- the profit of the new schedule was $ 2,780.51, which is greater than the original schedule of $ 2,776.86.
- the plant will have increased profits and will have to attend RT-DB events with a new schedule.
- Scenario 3 is identical to scenario 2 except that the incentive rate is low.
- the optimal operation plan of the machine is obtained identically and the energy consumption per hour is shown in FIG. It can be seen from FIG. 12 that the energy consumption is slightly reduced in the new schedule during the RT-DB event.
- the last column of Table 4 lists the load reduction bids, new output, and profits.
- scenario 3 the industrial consumer should not attend the RT-DB event because the profit of the rescheduled plan ($ 2,776.10) is less than the original plan's profit ($ 2,776.86).
- FIG. 13 shows the benefit for rebalancing energy for RT-DB event participation as a function of incentive rate.
- the red dots when the incentive rate is below $ 0.51 / kWh, the benefits of participating in the RT-DB are less than the benefits of the original energy plan ($ 2,776.86). Therefore, attending RT-DB events is uneconomical.
- Table 5 shows the computation time needed to solve optimization problems using Lingo 12.0 software on the PC.
- the real-time demand bidding method according to the present invention can be implemented in a software program and recorded in a computer-readable predetermined recording medium.
- the recording medium may be a hard disk, a flash memory, a RAM, a ROM, or the like as an internal type of each playback device, or an optical disc such as a CD-R or a CD-RW, a compact flash card, a smart media, a memory stick, or a multimedia card as an external type. have.
- Implementations described in the specification of the present invention may be implemented in digital electronic circuitry, computer software, firmware or hardware, or a combination of one or more of them. Implementations described in the specification of the present invention are one or more modules relating to computer program instructions encoded on a program storage medium of tangible type for controlling or by the operation of one or more computer program products, ie data processing apparatuses. It can be implemented as.
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Abstract
The present invention provides a real-time demand bidding method and system for energy management in a discrete manufacturing facility. To this end, the present invention relates to a real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes an independent operation at a predetermined time interval, the method comprising the steps of: allowing the discrete manufacturing system to calculate a first maximum profit and a first optimum machine operation schedule indicating the operating or non-operating of each machine at a time interval in a state in which there is no real-time demand bidding event from a utility company supplying power; allowing the discrete manufacturing system to calculate a second maximum profit and a second optimum machine operation schedule for event attendance when a real-time demand bidding event is notified from the utility company; allowing the discrete manufacturing system to attend the real-time demand bidding event to bid for an optimum load reduction amount when the second maximum profit is greater than the first maximum profit; and allowing the discrete manufacturing system to operate each machine by the second optimum machine operation schedule when the bid is awarded from the utility company.
Description
본 발명은 이산 제조 시설에서 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to provide a real-time demand bidding method and system for energy management in discrete manufacturing facilities.
수요 입찰(Demand Bidding; DB)은 스마트 그리드(Smart Grid)에서 수요 곡선을 평탄하게 하는 가장 효율적인 수요응답(Demand Response; DR) 방식이다. DR은 수요 측 소비에 변화를 유도하여 전력 생산과 소비의 불균형에 기인하는 그리드 불안정성 및 큰 전압 변동을 방지한다. DR은 인센티브 기반 DR과 가격 기반 DR로 분류될 수 있다. 인센티브 기반 DR은 전력 시스템의 피크 기간에 부하를 줄이면 소비자에게 인센티브를 제공한다. 가격 기반 DR(시간 기반 DR)은 시간에 따라 변하는 전기료에 반응하여 소비자가 에너지 사용 패턴을 변경하도록 한다. Demand Bidding (DB) is the most efficient Demand Response (DR) method of smoothing the demand curve in the Smart Grid. DR induces a change in demand-side consumption, preventing grid instability and large voltage fluctuations caused by unbalanced power generation and consumption. DR can be classified into incentive-based DR and price-based DR. Incentive-based DR provides incentives for consumers by reducing the load during peak periods of the power system. Price-based DR (time-based DR) allows consumers to change their energy usage patterns in response to electricity prices that change over time.
DR 관련 선행 연구는 대부분 주택지나 상업지역의 가격 기반 DR에 초점을 맞추어 왔다. 그러나 전 세계 전기의 42.6%는 산업체에서 소비되므로 산업 부문의 DR은 파워 그리드의 피크 수요를 줄이는데 특히 중요하다. 선행 논문은 산업 시설에서 DR 시행을 가로막는 장애요소를 언급했는데, 이 장애요소를 두 측면으로 분류했다. 첫 번째, 산업 부문에서 DR 문제를 모델링 할 때 생산 라인의 기계간 상호 의존성을 고려해야 한다. 예를 들어, 원료 공급 기계가 원료를 공급하지 않으면 기계는 동작을 시작할 수 없다. 기계간 상호의존성을 모델링 하면 주택지나 상업지역의 DR과 비교할 때 수학적 모델의 복잡성이 증가하게 된다. 두 번째, 다른 산업적 응용 중에서 산업적 프로세스와 부하의 변화가 상당히 많다. 따라서 산업용 DR를 위한 표준 모델을 설계하는 것은 어렵다. 현재 존재하는 산업용 DR은 응용이 특정화되어 있는데, 산업적 냉동 시스템, 육류 산업, 시멘트 산업, 식품 산업 등에 대해 특정화된 모델이 보고되었다. 이러한 모든 방식은 수동 DR 즉, DR 이벤트에 응답하는 수동 결정으로서 부하 감소 규칙을 최적화하고 생산 및 에너지 계획을 능동적으로 조정하거나 실시간 부하 차단을 실행할 수 있는 범위를 제한한다. Most of DR's previous research has focused on price-based DR in residential or commercial areas. However, 42.6% of the world's electricity is consumed by industry, so industrial sector DR is particularly important in reducing peak demand on power grids. The preceding paper cited barriers to the implementation of DR in industrial facilities, which classify them into two aspects. First, when modeling DR problems in the industrial sector, the machine-to-machine interdependence of the production line must be taken into account. For example, if the raw material feeding machine does not supply raw material, the machine cannot start operation. Modeling machine interdependence increases the complexity of mathematical models when compared to DR in residential or commercial areas. Second, there are significant changes in industrial processes and loads among other industrial applications. Therefore, it is difficult to design a standard model for industrial DR. Industrial DRs that exist today have application specificities, with specific models reported for industrial refrigeration systems, meat industry, cement industry, and food industry. All of these methods are manual DR, or manual decisions in response to DR events, which optimize the load reduction rules, actively adjust production and energy plans, or limit the scope of real-time load shedding.
2013년에 정유공장의 자동 DR 방식이 하루 전 실시간 가격(DA-RTP)에 근거하여 제안되었고 여기서 프로세스의 동작 제약의 상호의존성이 고려되었다. 그러나, 생산 모델은 중간재 저장을 고려하지 않아 실제로는 현실적이지 않다. 2014년에는 처리 태스크를 스케줄 조정 불가 태스크와 스케줄 조정 가능 태스크로 분류한 자동 DR 방식이 발표되었다. 여기서 DA-RTP에 근거한 산소 생산을 예로 들어 DR 방식을 평가하였다. 한가지 제한은 수학적 모델이 연속 프로세스에 맞추어져 있고 기계의 동작 순서를 고려하지 않았다는 것이다. 또한 현재 DA-RTP의 문제점은 전기료가 한 시간 이내로 떨어진다면 다수의 소비자가 갑자기 에너지를 소비하여 수요 측의 새로운 피크로 이어진다는 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 벌칙 메커니즘을 포함하여 소비자의 비협력적 행동을 방지하는 협력적 DR 방식이 제안되었고, 이러한 방식이 산업적 냉동창고에 적용되었다. In 2013, the refinery's automatic DR method was proposed based on the one-day real-time price (DA-RTP), where the interdependence of process constraints was considered. However, the production model does not take into account intermediate storage and is not practical in practice. In 2014, an automatic DR method was introduced that classified processing tasks into non-schedulable tasks and schedule-schedulable tasks. Here, the DR method was evaluated using oxygen production based on DA-RTP as an example. One limitation is that the mathematical model is tailored to continuous processes and does not take into account the order of operation of the machine. The current problem with DA-RTP is that if electricity prices fall within an hour, many consumers suddenly consume energy, leading to a new peak on the demand side. To overcome this problem, a cooperative DR approach has been proposed, including penalties mechanisms, to prevent non-cooperative behavior of consumers, which has been applied to industrial freezers.
현재 방식에는 3가지 제한이 있다. 첫 번째, 대부분의 연구는 연속 프로세스에 맞추어져 있고, 이산 제조를 위한 범용의 자동 DR 모델은 없다. 두 번째, 대부분의 산업 DR 방식은 하루 전(day-ahead) DR을 고려하나, 실시간 DR이 생산의 동작 제약과 예측의 불확실성 때문에 파워 그리드 균형을 유지하는데 더 잠재력이 있다. 세 번째, 가격 기반 DR에 초점을 둔 산업 DR에 대한 이전 모든 보고서는 미국 통계이지만 인센티브 기반 DR은 피크 부하의 93%를 감소시키는데 기여하나 가격 기반 DR은 7% 감소에 그친다는 것을 보여준다. 심리학이나 경제학에 근거한 종합적 모델을 사용하여 연구진은 가격 기반 DR에 대한 소비자의 반응과 인센티브 기반 DR에 대한 소비자의 반응이 상당히 다르며 인센티브 기반 DR이 소비자 행동에 더 큰 영향을 준다는 것을 확인하였다. 비교적 가격 기반 DR에 대한 많은 연구가 있었던 반면 인센티브 기반 DR에 대한 연구는 적었다. 따라서 산업적 소비자를 위한 응용을 가진 인센티브 기반 DR에 대한 폭넓은 조사가 요구된다. There are three limitations to the current approach. First, most of the work is tailored to continuous processes, and there is no universal automated DR model for discrete manufacturing. Second, most industrial DR approaches consider day-ahead DR, but real-time DR has more potential to balance power grids due to production constraints and uncertainty in forecasting. Third, while all previous reports on industrial DR focusing on price-based DR are US statistics, it shows that incentive-based DR contributes to 93% of peak load, while price-based DR is only 7%. Using a comprehensive model based on psychology or economics, the researchers found that consumer responses to price-based DR and consumer responses to incentive-based DR differ significantly, and that incentive-based DR has a greater impact on consumer behavior. While there has been much research on relatively price-based DR, few studies on incentive-based DR. Therefore, extensive investigation of incentive-based DR with application for industrial consumers is required.
수요 입찰(DB: Demand Bidding)은 인센티브 기반 DR의 중요한 형태이다. 도매 및 소매 전기 시장에는 도 1과 같이 두 종류의 수요가 존재한다. Demand Bidding (DB) is an important form of incentive-based DR. There are two types of demand in the wholesale and retail electricity markets as shown in FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 독립 시스템 운영자(ISO: Independent System Operator)(40)는 도매 전기 시장에서 유틸리티 회사(10)와 발전회사(30) 간의 에너지 수요 공급을 중개한다. 도매 전기 시장에서 수요 입찰은 유틸리티 회사(10)가 에너지 확보를 위해 도매 시장에 수요 입찰을 제안하는 프로세스를 말한다. 소매 시장에서 수요 입찰은 하루 전 가격(Day-ahead price)에 근거한 인센티브 기반 DR 알고리즘을 말하며, 여기서 유틸리티 회사가 대규모 소비자(20)에게 인센티브를 제공하여 용량 축소 입찰을 제안하고 부하 감소를 실행하도록 유도한다. 이러한 두 종류의 수요 입찰은 목적과 응용 범위 측면에서 상당히 다르다. As shown in FIG. 1, an independent system operator (ISO) 40 mediates the supply of energy demand between the utility company 10 and the power generation company 30 in the wholesale electricity market. Demand bidding in the wholesale electricity market refers to a process in which the utility company 10 proposes demand bidding to the wholesale market to secure energy. In the retail market, demand bidding refers to incentive-based DR algorithms based on day-ahead prices, where utility companies offer incentives to large consumers (20) to suggest capacity reduction bids and execute load reductions. do. These two types of demand bids differ considerably in terms of purpose and scope of application.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 소비자가 실시간으로 수요 입찰 이벤트를 통지받아 신속하게 수요 입찰에 참여할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and system that enables a power consumer to quickly participate in a demand bid by being notified of a demand bid event in real time.
본 발명의 다른 목적은 수요 입찰 이벤트에 참가한 이산 제조 시스템의 생산 이익을 최대화할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and system that can maximize the production benefit of a discrete manufacturing system participating in a demand bid event.
이를 위하여, 본 발명에 따른 실시간 수요 입찰 방법은 각 기계가 일정 시간 간격에서 독립적인 동작을 처리하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법으로서, 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 상기 이산 제조 시스템이 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 상기 이산 제조 시스템은 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하여 최적 부하 감소량으로 입찰하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 이산 제조 시스템은 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 포함한다. To this end, the real-time demand bidding method according to the present invention is a real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes an independent operation at a predetermined time interval, a real-time demand bidding event from a utility company supplying power Calculating, by the discrete manufacturing system, a first optimal machine operating schedule indicating whether each machine is operating at a first maximum benefit and a time interval in a non-existent state, and receiving a real-time demand bidding event from the utility company. The system calculates a second maximum benefit and a second optimal machine operation schedule for event participation, and if the second maximum benefit is greater than the first maximum benefit, the discrete manufacturing system participates in a real time demand bidding event to optimize load. Bidding with a reduction amount; If the bid is approved from the discrete manufacturing system includes the steps of operating each machine to the second optimum machine operation schedule.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템은 일정 시간 간격마다 독립적인 동작을 처리하여 결과물을 출력하는 복수의 기계와, 각 기계로부터 원자재, 중간재 또는 최종 산출물을 저장하는 복수의 버퍼와, 상기 각 기계의 독립적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 이산 제조 시스템으로서, 상기 제어장치는 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하고, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하여, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 실시간 수요 입찰 이벤트에 최적 부하 감소량으로 입찰한 후, 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면, 상기 각 기계는 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄에 따라 동작하는 것을 특징으로 한다. In addition, the discrete manufacturing system according to the present invention includes a plurality of machines for processing independent operations at regular time intervals to output a result, a plurality of buffers for storing raw materials, intermediate materials or final output from each machine, and A discrete manufacturing system comprising a control device for controlling independent operation, wherein the control device indicates the operation of each machine at a first maximum profit and time interval in the absence of a real-time demand bid event from a utility company supplying power. Calculate a first optimal machine operation schedule, and when the real-time demand bidding event is notified from the utility company, calculate a second maximum benefit and a second optimal machine operation schedule for event participation, such that the second maximum benefit is the first maximum; If it is greater than the profit, bid with the optimal load reduction for the real-time demand bidding event, If a bid is approved from the utility company, the machines are operated according to the second optimal machine operation schedule.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 자동 수요 입찰 방법은 전력을 공급하는 유틸리티 회사가 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 이산 제조 시스템에 통지하는 단계와, 상기 이산 제조 시스템이 상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하는 단계와, 상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템이 수요 입찰 이벤트에 참여하는 단계를 포함한다. In addition, the real-time automatic demand bidding method for energy management of the discrete manufacturing system according to the present invention, the utility company supplying power to the demand bidding event including the event time, the minimum amount of energy reduction and the incentive rate at a time interval of 1 hour or less Notifying a discrete manufacturing system; calculating, by the discrete manufacturing system, a maximum benefit for determining participation in a demand bid event in view of the event time, minimum amount of energy reduction, and an incentive rate, wherein the maximum benefit is a demand bid Participating in the demand bid event if the discrete manufacturing system is greater than the maximum benefit calculated before the event.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템은 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 통지하는 유틸리티 회사와, 상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하고 상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 유틸리티 회사의 수요 입찰 이벤트에 참여하는 이산 제조 시스템을 포함한다.In addition, the automatic demand bidding system for energy management of the discrete manufacturing system according to the present invention is a utility company for notifying the demand bidding event including the event time, the minimum amount of energy reduction and the incentive rate at a time interval of 1 hour or less, and the event Calculating the maximum profit for determining participation in the demand bid event taking into account time, minimum amount of energy reduction, and incentive ratio, and if the maximum benefit is greater than the maximum benefit calculated before the demand bid event, the discrete participation in the demand bid event of the utility company Manufacturing system.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 실시간 자동 수요 입찰 방법에 의해 유틸리티 회사는 예측 오류로 인한 불확실성을 방지하고 전력 공급의 안정성을 실시간으로 확보할 수 있다. As described above, by the real-time automatic demand bidding method of the discrete manufacturing system according to the present invention, the utility company can prevent the uncertainty due to the prediction error and ensure the stability of the power supply in real time.
또한, 이산 제조 시스템의 소비자는 실시간으로 에너지 사용 스케줄을 조정하면서 최대 이익이 확보될 때만 자동으로 수요 입찰을 할 수 있으므로, 이산 제조 시스템의 생산 이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다. In addition, the consumer of the discrete manufacturing system can automatically demand demand only when the maximum profit is secured while adjusting the energy use schedule in real time, thereby maximizing the production profit of the discrete manufacturing system.
도 1은 전기 도매 시장과 소매 시장에서의 에너지 수요를 나타낸 도면.1 shows energy demand in the electricity wholesale and retail markets.
도 2는 DA-DB에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 도면.2 illustrates the interaction between a utility company and a consumer in a DA-DB.
도 3은 본 발명에 따른 RT-DB에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 도면.Figure 3 illustrates the interaction between the utility company and the consumer in the RT-DB according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 구성을 나타낸 도면.4 is a view showing the configuration of a discrete manufacturing system according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 과정을 나타낸 순서도.5 is a flowchart illustrating an automatic demand bidding process for energy management of a discrete manufacturing system according to the present invention.
도 6은 본 발명의 사례 연구로서 제시한 리튬-이온 배터리 모듈의 구성을 나타낸 도면.6 is a view showing the configuration of a lithium-ion battery module presented as a case study of the present invention.
도 7은 본 발명의 사례 연구로서 제시한 리튬-이온 배터리 모듈의 조립 시스템의 구성을 나타낸 도면.7 is a view showing the configuration of an assembly system of a lithium-ion battery module presented as a case study of the present invention.
도 8은 RT-DB 이벤트가 없는 경우 기계 동작 스케줄을 나타낸 도면.8 illustrates a machine operation schedule when there is no RT-DB event.
도 9는 RT-DB 이벤트가 없는 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.9 is a graph showing electricity prices and energy consumption in the absence of an RT-DB event.
도 10은 RT-DB 이벤트가 있는 경우 기계 동작 스케줄을 나타낸 도면.10 illustrates a machine operation schedule when there is an RT-DB event.
도 11은 RT-DB 이벤트의 인센티브 비율이 0.54$/kWh인 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.11 is a graph showing electricity prices and energy consumption when the incentive rate of RT-DB events is 0.54 $ / kWh.
도 12는 RT-DB 이벤트의 인센티브 비율이 0.45$/kWh인 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.12 is a graph showing electricity price and energy consumption when the incentive rate of RT-DB event is 0.45 $ / kWh.
도 13은 인센티브 비율에 따른 이익을 나타낸 그래프.13 is a graph showing profit according to incentive ratio.
도 14는 인센티브 비율에 따른 부하 감소를 나타낸 그래프.14 is a graph showing load reduction according to an incentive ratio.
도 15는 인센티브 비율에 따른 생산량을 나타낸 그래프.15 is a graph showing the yield according to the incentive ratio.
도 16은 본 발명에 따른 이산 제조 시스템에서 기계의 전력 소비 패턴을 나타낸 도면.16 is a diagram showing a power consumption pattern of the machine in the discrete manufacturing system according to the present invention.
본 발명은 소매 시장에서 인센티브 기반 DR을 의미하는 DB 프로그램을 제안한다. 본 발명에 따른 DB 프로그램은 인센티브 기반 DR이므로 가격 기반 DR과 다르다. 인센티브 기반 DR은 보상 기반 프로그램이나 가격 기반 DR은 벌칙 기반 프로그램일 수 있다. 보상 기반 프로그램은 부하 감소로 인해 비용이 줄고 보상을 제공할 수 있어서 특히 산업적 소비자에게 더 매력적이다. 최근 DA-DB가 PG&E와 서던 캘리포니아 에디슨에서 출시되었으나 인센티브 기반 DR을 실행하기 위한 DB는 비교적 새로운 것이라서 DB에 대해서는 거의 보고된 것이 없다. DA-DB 관련 보고는 호텔 에너지 관리와 주택지 에너지 관리에 초점을 맞추고 있다. The present invention proposes a DB program meaning incentive-based DR in the retail market. The DB program according to the present invention is different from price-based DR because it is an incentive-based DR. Incentive-based DR may be a reward-based program or price-based DR may be a penalty-based program. Compensation-based programs are particularly attractive to industrial consumers because they can reduce costs and provide compensation due to reduced load. Recently, DA-DB was released by PG & E and Southern California Edison, but the DB for executing incentive-based DR is relatively new, so little has been reported about the database. DA-DB-related reports focus on hotel energy management and residential energy management.
본 발명은 실시간 DB(RT-DB) 프로그램을 개시한다. 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램은 하루 전 통지에 사용된 시간을 10분으로 줄여 통지한다. 이에 따라 예측 오류로 인한 불확실성을 방지하여 수요 측 에너지 소비 관리와 그리드 안정성에 있어서 실시간 운영이 가능하게 된다. 유틸리티 회사는 피크 부하나 그리드 비상사태 시에 RT-DB를 발표하고 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참여할지 이익 극대화를 위해 어느 정도의 부하 감축 입찰을 할지를 결정한다. 유틸리티 회사가 입찰을 승인하면 산업적 소비자는 그들의 생산 및 에너지 계획을 조정하여 부하를 감축한다. The present invention discloses a real-time DB (RT-DB) program. The RT-DB program according to the present invention reduces the time used for notification one day ago to 10 minutes. This prevents uncertainty due to forecast errors, enabling real-time operation of demand-side energy consumption management and grid stability. Utility companies announce RT-DB during peak loads or grid emergencies, and industrial consumers decide whether to participate in RT-DB events and how much load reduction bids to maximize profits. When the utility company approves the bid, industrial consumers adjust their production and energy plans to reduce the load.
본 발명에 따른 자동 RT-DB는 최적 부하 감축 입찰 결정과 생산 및 에너지 계획의 능동적 조정을 수행할 수 있도록 설계된다. 본 발명에 따른 자동 RT-DB는 일반적 이산 제조 생산 모델에 근거하여 개발되었다. 에너지 비용을 최소화하는 동시에 생산자 이익을 극대화하기 위한 최적화 문제가 공식화된다. 최적화 문제는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제로 변형되어, MILP 문제를 풀게 되면 자동 RT-DB 알고리즘이 생산 및 에너지 계획을 조정하여 최적 입찰을 결정할 수 있다. 알고리즘 성능은 리튬 이온 배터리 모듈 제조공장을 예로 들어 평가한다. 시뮬레이션 결과는 자동 RT-DB 알고리즘이 RT-DB 이벤트 동안 부하를 효과적으로 감소시키는 한편 제조사의 이익을 극대화시키는 것을 보여준다. The automatic RT-DB according to the present invention is designed to perform optimal load reduction bidding decisions and active adjustment of production and energy planning. The automated RT-DB according to the present invention was developed based on a general discrete manufacturing production model. Optimization problems are formulated to maximize producer profits while minimizing energy costs. The optimization problem is transformed into a MILE (Mixed Integer Linear Programming) problem, and once the MILP problem is solved, the automatic RT-DB algorithm can adjust the production and energy plans to determine the optimal bid. The algorithm performance is evaluated using a lithium ion battery module manufacturing plant as an example. Simulation results show that the automatic RT-DB algorithm effectively reduces the load during RT-DB events while maximizing the manufacturer's benefits.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 현재의 DA-DB 프로그램을 소개하고 어떻게 RT-DB 프로그램으로 확대될 수 있는지 설명한다. 일반적으로 DA-DB 프로그램은 피크 부하 기간 동안 부하 감축의 대가로 인센티브를 받을 수 있는 기회를 제공하는 자발적 DR 방식이다. First, we introduce the current DA-DB program and explain how it can be extended to RT-DB program. In general, the DA-DB program is a voluntary DR that provides an opportunity to receive incentives for load reduction during peak load periods.
도 2는 유틸리티 회사(Utility Company)와 대규모 소비자 간의 상호 작용을 나타낸 것이다.2 illustrates the interaction between a utility company and a large consumer.
도 2를 참조하면, 특정 회사를 예를 들어 유틸리티 회사(10)가 전날 12시 정오에 다음 조건 중 적어도 하나를 만족하면 소비자(20)에게 DA-DB 이벤트를 공지한다. Referring to FIG. 2, for example, when a utility company 10 satisfies at least one of the following conditions at 12 noon the day before, a specific company may notify the consumer 20 of the DA-DB event.
(1) 다음 날의 발전 자원이 충분하지 않다고 예상되는 경우(1) When it is expected that power generation resources of the next day are not enough
(2) 다음 날에 송전 또는 배분 신뢰성 문제가 발생될 경우 (2) When transmission or distribution reliability problem occurs on the following day
(3) 시스템 운영자의 다음 날 예측 부하가 43,000MW를 초과할 경우 (3) The estimated load of the system operator's next day exceeds 43,000 MW.
(4) 시스템 운영자가 경고 통지를 발행하거나 다음날 경고 또는 높은 레벨의 통지를 발행할 것으로 예상될 경우 (4) When the system operator is expected to issue a warning notice or the next day a warning or high level notice.
(5) 다음 날의 예보 온도가 일정 값을 초과하는 경우 (5) When forecast temperature of the next day exceeds fixed value
DA-DB 이벤트 통지는 DA-DB 이벤트 기간(예를 들어, 오후 4-6시), 참가 시 요구되는 최소 부하 감축(예를 들어, 매시간 10kW 감축), 인센티브 비율(예를 들어, 시간당 1kW 부하 감축 시 0.5달러) 등 3개의 요소를 포함한다. DA-DB event notifications include the duration of a DA-DB event (e.g., 4-6 pm), a minimum load reduction required for participation (e.g., 10kW reduction per hour), an incentive rate (e.g., 1kW load per hour) $ 0.50 for each reduction).
DA-DB 이벤트 공지 이후, 소비자는 DA-DB 프로그램에 참가할지 그리고 유틸리티 회사에 얼마큼의 부하 감축 입찰을 할지를 결정한다. 입찰은 12:00에서 오후 4:00 동안 할 수 있다. 소비자가 오후 5시 이후 입찰 승인 또는 거절을 수신한다. 다음 날, 그리드의 예상 조건이 만족 되고 그리드의 안정성에 문제가 발생하게 되면, 유틸리티 회사는 입찰 등록된 소비자를 호출하여 부하 감축 입찰 계약에 따라 부하를 감소시킬 것을 요구한다. 소비자는 실제 부하 감축에 다른 보상액을 수신할 것이다. 그러나 부하 감축에 실패하면 비용적 벌칙은 없다. 시간 t에서 부하 감축은 수학식 1과 같이 주어진다. After the DA-DB event announcement, the consumer decides whether to participate in the DA-DB program and how much load reduction bids to make to the utility company. Bidding can be made from 12:00 to 4:00 pm. The consumer receives a bid approval or rejection after 5 pm. The next day, if the grid's expected conditions are met and there is a problem with the stability of the grid, the utility company calls the registered bidder and asks them to reduce the load according to the load reduction bid contract. The consumer will receive a different amount of compensation for the actual load reduction. However, if the load reduction fails, there is no cost penalty. The load reduction at time t is given by Equation 1.
여기서, CB(t)는 소비자 기본값으로 지난 10일간 대응하는 시간 동안의 평균 에너지 소비량이다. E(t)는 실제 에너지 소비량이다. 시간 t 동안 소비자 보상은 수학식 2와 같이 주어진다.Here, CB (t) is a consumer default value, which is the average energy consumption for the corresponding time during the last 10 days. E (t) is the actual energy consumption. The consumer reward for time t is given by equation (2).
여기서 I(t)는 인센티브 비율이다. Where I (t) is the incentive ratio.
DA-DB 프로그램의 명백한 제한 중의 하나는 그 효율성이 그리드 예측 기술에 달려 있다는 것이다. 예측이 빗나간 부하 피크나 그리드 비상사태가 발생하면, DA-DB 이벤트를 생성하는데 너무 늦어 버린다. 이러한 제한을 극복하고 거의 실시간(즉, 10-15분)으로 DB 프로그램을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램을 제안한다. One of the obvious limitations of DA-DB programs is that their efficiency depends on grid prediction techniques. If an out of forecast load peak or grid emergency occurs, it is too late to generate a DA-DB event. In order to overcome this limitation and realize a DB program in near real time (ie, 10-15 minutes), we propose an RT-DB program according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 것이다. Figure 3 illustrates the interaction between the utility company and the consumer in the RT-DB program according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 RT-DB는 공지 시간과 결정 시간을 10분으로 줄일 수 있다. Referring to FIG. 3, the RT-DB according to the present invention may reduce the notification time and the determination time to 10 minutes.
10분이란 시간은 실시간 통신능력과 자동 제어 시스템 그리고 본 발명에 따른 자동 RT-DB 알고리즘을 이용함으로써 산업적 소비자가 RT-DB 프로그램에 응답하여 최적의 부하 감축 입찰을 결정하는데 충분하다. 또한, 본 발명에 따른 RT-DB 알고리즘은 약간의 변형을 통해 종래 DA-DB에도 적용될 수 있다. The 10 minute time period is sufficient for industrial consumers to determine the optimal load reduction bid in response to the RT-DB program by using the real-time communication capability, the automatic control system and the automatic RT-DB algorithm according to the present invention. In addition, the RT-DB algorithm according to the present invention can be applied to the conventional DA-DB through some modifications.
이산 제조 시스템 모델Discrete Manufacturing System Model
본 발명에 따르면 이산 제조 조립 시설에 적용할 수학적 모델을 구성한다. 조립 라인은 처리(processing) 및 파트 결합(parts merging)을 포함하는 생산 시스템이다. According to the present invention, a mathematical model for constructing a discrete manufacturing assembly facility is constructed. An assembly line is a production system that includes processing and parts merging.
도 4는 실제 제조 환경에서 사용되는 이산 제조 조립 시스템의 구조를 나타낸 것이다. 4 shows the structure of a discrete manufacturing assembly system used in an actual manufacturing environment.
도 4를 참조하면, mij는 기계이고, i는 i번째 직렬 생산 라인 가지(branch)이다. j는 j번째 직렬 생산 라인 가지에서 j번째 기계를 나타낸다. 기계 mij
, i>0는 구성요소 기계이다. 기계 m01는 조립 기계이다. 기계 mij, i=0; j>1 는 조립 제품을 위한 추가 처리 기계이다. Bij는 기계 mij가 제공하는 중간 생산물을 저장하는 버퍼이다. 4, m ij is a machine and i is the i th serial production line branch. j represents the jth machine in the jth serial production line branch. Machine m ij , i> 0 is a component machine. Machine m 01 is an assembly machine. Machine m ij , i = 0; j> 1 is a further processing machine for the assembled product. B ij is a buffer for storing intermediate products provided by the machine m ij .
이러한 이산 제조 조립 시스템에서, 각 기계 mij는 시간 축에서 스케줄 조정(즉, 온 또는 오프)이 가능하다. 여기서, 시간 축은 동일한 동작시간 간격으로 나뉘어진다. 기계의 두 연속 동작 사이에서, 시간 간격의 길이는 TS이다. 시간 간격의 길이는 응용마다 특정된다. 다른 산업적 응용에 대해 시간 간격의 길이는 10분, 15분, 60분 등이 될 수 있다. 본 발명에서는 TS=10분인 것으로 한다. 시간 간격이 너무 짧으면 어떤 기계는 동작 처리를 완료하지 못할 수 있다. 그러나 시간 간격이 너무 길면, 실시간으로 에너지 사용 스케줄을 조절할 수 없게 되므로 RT-DB 이벤트에 응답하는데 실패할 수 있다. 스케줄 직선 축에서 시간 간격의 총 개수는 S로 표기한다. 24시간 스케줄 직선 축에서 TS=10분인 경우, S는 수학식 3과 같다. In this discrete manufacturing assembly system, each machine m ij is capable of schedule adjustment (ie on or off) on the time axis. Here, the time axis is divided into the same operation time interval. Between two consecutive operations of the machine, the length of the time interval is T S. The length of the time interval is application specific. For other industrial applications, the length of the time interval can be 10 minutes, 15 minutes, 60 minutes, and the like. In the present invention, it is assumed that T S = 10 minutes. If the time interval is too short, some machines may not complete the action process. However, if the time interval is too long, it may fail to respond to RT-DB events because the energy usage schedule cannot be adjusted in real time. The total number of time intervals on the schedule linear axis is denoted by S. In the case of T S = 10 minutes in the 24-hour schedule linear axis, S is expressed by Equation 3 below.
다음, 조립 시스템 모델을 설명한다. 조립 시스템 모델은 두 개의 모델, 즉 생산 모델 및 에너지 모델을 고려한다. Next, the assembly system model will be described. The assembly system model considers two models: the production model and the energy model.
A. 생산 모델A. Production Model
기계machine
i) 각 기계 mij는 한 파트를 처리하데 드는 고정 시간을 가지며 이를 사이클 시간 CTij라고 한다. i) Each machine m ij has a fixed time to process a part and is called the cycle time CT ij .
ii) 이산 제조에서, 각 기계는 최고 효율성을 고려하여 임펄스 모드(impulse mode)로 동작한다. 즉, 필요할 때는 100%로 동작하고, 필요하지 않을 때는 0% 동작하지 않는다. t번째 시간 간격에서 기계 mij의 결정 변수 xij(t)에 의해 수학식 4로 표현될 수 있다. ii) In discrete manufacturing, each machine operates in impulse mode for maximum efficiency. That is, it operates at 100% when needed and 0% when not needed. It can be expressed by Equation 4 by the decision variable x ij (t) of the machine m ij in the t-th time interval.
버퍼buffer
각 버퍼 Bij는 용량 CAPij을 가진다. Each buffer B ij has a capacity CAP ij .
고갈 규칙(Starvation Rule)Starvation Rule
i) 버퍼 Bij, i=0,...,S; j=1,...,Mi-1가 비어 있으면, 기계 mi(j+1)는 고갈된다. i) buffers B ij , i = 0, ..., S; If j = 1, ..., M i -1 is empty, the machine m i (j + 1) is depleted.
ii) 기계 mi1, i=1,..., S는 고갈되지 않는다.ii) The machines m i1 , i = 1, ..., S are not depleted.
iii) 버퍼 BiM, i=1,...,S의 적어도 하나가 비어 있으면 조립 기계 m01는 고갈된다. iii) The assembly machine m 01 is exhausted if at least one of the buffers B iM , i = 1, ..., S is empty.
iv) 고갈된 기계는 처리 동작을 중단하고 에너지 절약을 위한 저 전력 상태로 들어간다. iv) The depleted machine stops processing operations and enters a low power state to save energy.
차단 규칙(Blockage Rule)Blockage Rule
i) 버퍼 Bij, i=0,...,S; j=1,...,Mi
가 가득 차면, 기계 mij는 동작 차단된다. i) buffers B ij , i = 0, ..., S; j = 1, ..., M i Is full, the machine m ij is shut off.
ii) 차단된 기계는 동작 처리를 중단하고 버퍼의 넘침(overflow)을 막기 위해 저 전력 상태로 들어간다. ii) The blocked machine enters a low power state to stop the processing of the operation and to prevent the overflow of the buffer.
B. 생산 모델 제약조건 B. Production Model Constraints
주어진 시간 간격 동안, 기계 mij는 수학식 5와 같이 여러 파트의 양 nij을 처리한다. For a given time interval, the machine m ij processes the quantity n ij of the various parts, as shown in equation (5).
시간 간격 t의 마지막에 버퍼 저장은 수학식 6 내지 8과 같이 주어진다. The buffer storage at the end of the time interval t is given by Equations 6-8.
여기서, αij는 버퍼 Bij
뒤의 기계가 하나의 파트를 생산하는데 필요한 파트 개수를 나타내는 계수이다. Where α ij is the buffer B ij It is a factor that indicates the number of parts required for the latter machine to produce one part.
고갈 규칙(Starvation Rule)Starvation Rule
시간 간격 t 동안, 버퍼는 수학식 9를 만족하며, 여기서 N0은 0을 포함하는 자연수 집합이다. During the time interval t, the buffer satisfies Equation 9, where N 0 is a natural set of zeros.
또한, 시간 간격 (t-1)의 마지막에 Bij(t-1)가 비어 있고 기계 mi(j+1)에 재료를 공급할 수 없으면 기계 mi(j+1)는 시간 간격 t 동안 고갈될 것이다. 즉, xi(j+1)(t)=0 이다. 이 규칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. A time interval (t-1) last in the B ij (t-1) is empty and without supplying the material to the machine m i (j + 1) machine m i (j + 1) of the exhausted during the time interval t Will be. That is, x i (j + 1) (t) = 0. This rule can be expressed as:
이것은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. This may be expressed as in Equation 10.
Bij(t-1)==0이면 xi(j+1)(t)=0이다. Bij(t-1)>0이면 수학식 9로부터 Bij(t-1)≥1이다. Bij(t-1)≥1이면 수학식 10으로부터 xi(j+1)(t)≤Bij(t-1)이다. 이로부터 수학식 4의 xi(j+1)(t)∈{0,1}에 근거하여 xi(j+1)(t)값을 결정할 수 있다. If B ij (t-1) == 0, then x i (j + 1) (t) = 0. If B ij (t-1)> 0, then B ij (t-1) ≧ 1 from equation (9). If B ij (t-1) ≥1 is x i (j + 1) ( t) ≤B ij (t-1) from Equation (10). From which, based on the equation 4 x i (j + 1) (t) ∈ {0,1} may determine the value x i (j + 1) ( t).
시간 간격 (t-1)의 마지막에, Bij(t-1), (i=1,...,S; j=Mi)가 비어 있고 조립 기계 m01에 재료를 제공할 수 없으면, 조립 기계 m01는 시간 간격 t 동안 고갈될 것이다. 즉, x01(t)=0이다. 이 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. At the end of the time interval (t-1), if B ij (t-1), (i = 1, ..., S; j = M i ) is empty and the material cannot be provided to the assembly machine m 01 , The assembly machine m 01 will be depleted for the time interval t. That is, x 01 (t) = 0. This law can be expressed as
이것은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다. This can be expressed as in Equation (11).
차단 규칙(Blockage Rule)Blockage Rule
시간 간격 t 동안 버퍼는 수학식 12와 같은 조건이다. During the time interval t, the buffer is a condition as in Equation 12.
시간 간격 (t-1)의 마지막에, 가 가득 차면 기계 mij는 동작 차단된다. 즉, xij(t)=0이다. 이 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. At the end of the time interval (t-1), Is full, the machine m ij is shut off. That is, x ij (t) = 0. This law can be expressed as
이것은 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다. This can be expressed as in Equation 13.
C. 에너지 모델C. Energy Model
이산 제조 시설에서 전형적인 기계의 전력 소비 패턴은 도 16과 같다. The power consumption pattern of a typical machine in a discrete manufacturing facility is shown in FIG. 16.
도 16은 기계의 전형적인 전력 소비 패턴을 보여준다. 처음에 기계가 동작을 시작하여(①) 저 전력 상태로 들어간다(②). 첫 번째 시간 동안 기계가 가공재료를 처리하도록 스케줄이 되어 있다면 동작이 상승하여(③) 동작 상태로 들어간다(④). 이러한 동작 상태에서, 기계는 가공재료를 반복 처리한다. 가공재료를 처리하기 위한 평균 시간을 사이클 시간이라고 한다. 두 번째 시간 동안 기계는 가공재료를 처리하도록 스케줄이 되어 있지 않다면 동작이 하강하여(⑤) 저전력 상태로 들어간다(②). 본 발명에서 첫 번째 시간을 "기계 온"이라고 하고, 두 번째 시간을 "기계 오프"라고 한다. "기계 온" 시간 간격 동안, 기계의 전체 전기 소비는 Eon으로 측정될 수 있다. "기계 오프" 시간 간격 동안, 기계의 전체 소비는 Eoff으로 측정될 수 있다. 도 16의 오른쪽 부분은 균등한 전력 소비를 나타낸 것으로, 왼쪽의 회색 부분과 동일하다. 16 shows a typical power consumption pattern of the machine. Initially, the machine starts operating (①) and enters a low power state (②). If the machine is scheduled to process the workpiece during the first hour, the operation rises (③) and enters the operating state (④). In this operating state, the machine repeatedly processes the workpiece. The average time for processing the workpiece is called the cycle time. During the second time the machine goes down (⑤) and enters a low power state (②) if it is not scheduled to process the workpiece. In the present invention, the first time is referred to as "machine on" and the second time is referred to as "machine off". During the "machine on" time interval, the total electrical consumption of the machine can be measured in Eon. During the "machine off" time interval, the overall consumption of the machine can be measured in Eoff. The right part of FIG. 16 shows equal power consumption, which is the same as the gray part on the left.
기계 mij가 시간 간격 t 동안 "온" 스케줄이면 (xij(t)=1), 기계 mij의 시간 간격 당 전기 소비는 Eonij이다. 만약 기계 mij가 시간 간격 t 동안 "오프" 스케줄이면(xij(t)=0), 저 전력 상태로 들어가 기본 기능만을 유지하게 되고 이때 기계 mij의 시간 간격당 전기 소비는 Eoffij이다. 시간 간격 t 동안 기계 mij의 에너지 소비는 이다. 이 공식에서 xij(t)=1 (기계 mij "온")이면 Eonij이 되고, xij(t)=0 (기계 mij "오프")이면 Eoffij가 된다. If machine m ij is the "on" schedule for time interval t (x ij (t) = 1), then the electricity consumption per time interval of machine m ij is Eon ij . If the machine m ij is an "off" schedule for the time interval t (x ij (t) = 0), it enters the low power state and retains only the basic functions, at which time the electricity consumption per time interval of the machine m ij is Eoff ij . The energy consumption of the machine m ij for the time interval t to be. In this formula, if x ij (t) = 1 (machine m ij "on"), then Eon ij , and if x ij (t) = 0 (machine m ij "off"), then Eoff ij .
시간 간격 t 동안 생산라인의 모든 기계의 전체 에너지 소비는 이다. 시간 간격 t 동안 생산라인의 총 전기 비용은 이다. 여기서 p(t)는 시간 간격 t 동안 전기 값이다. 스케줄 직선 축(T)에서 총 전기 비용은 이다.The total energy consumption of all machines in the production line over time interval t to be. The total electricity cost of the production line over time interval t to be. Where p (t) is the electrical value for the time interval t. The total electricity cost in the schedule linear axis (T) to be.
D. 에너지 모델 제약조건 D. Energy Model Constraints
시간 간격 t 동안 공장에서 소비하는 총 에너지는 한계 Emax이하로 유지된다. 즉, 수학식 14와 같다. The total energy consumed by the plant during the time interval t is kept below the limit E max . That is, as shown in equation (14).
여기서, Emax > 0 는 지역의 송전 라인의 제한에 의해 결정된다. Where E max > 0 is determined by the limitation of the local power transmission line.
최적화 문제 및 RT-DB 알고리즘Optimization Problems and RT-DB Algorithms
A. 최적화 문제의 공식화A. Formulation of Optimization Problems
미시경제학 이론은 원자재 소비자와 마찬가지로 전기 소비자는 끌어낼 수 있는 이익이 이를 위해 추가적으로 드는 비용과 동일하게 되는 지점까지 수요를 증가시킨다. 예를 들어, 생산자는 생산에 드는 전기 비용으로 인해 판매 수익이 나지 않는다고 하면 제품을 생산하지 않을 것이다. 즉, 공장은 이익이 극대화되는 방향으로 생산을 할지 말아야 할지 그리고 언제 어떻게 생산할지를 결정할 것이다. 여기서 사용되는 공장의 최적화 목적은 이익을 극대화하는 것이다. Microeconomic theory, like raw material consumers, increases demand to the point where the profits that electric consumers can derive are equal to the additional costs for this. For example, a producer will not produce a product if it does not make a profit on the sale due to the cost of electricity. In other words, the plant will decide whether or not to produce in a way that maximizes profits and when and how. The optimization objective of the plant used here is to maximize profits.
이익은 총 수입에서 비용을 뺀 것이다. 공장이 n개의 출력 단위(u1,...un)를 생산하고 m개의 입력 단위(n1,...nm)를 사용한다고 가정한다. 출력제품의 값이 (v1,...vn)이고 입력 비용이 (c1,...cm)이라고 하면, 회사가 얻는 이익 π은 수학식 15와 같다. Profit is gross income minus cost. Suppose the factory produces n output units (u 1 , ... u n ) and uses m input units (n1, ... n m ). If the value of the output product is (v 1 , ... v n ) and the input cost is (c1, ... c m ), the profit π that the company gets is equal to (15).
여기서, 는 출력제품의 총 수입이고, 는 총 입력 비용이다. 생산 출력물의 가격은 시장 가격으로 책정된다. 입력 비용은 원자재, 에너지 및 인건비를 포함하여 생산과 관련된 모든 비용을 포함한다. here, Is the total income of the output product, Is the total input cost. The production output is priced at the market price. Input costs include all costs associated with production, including raw materials, energy and labor costs.
공장이 RT-DB 프로그램에 참여한다고 가정한다. RT-DB 이벤트가 없다면 최적화 목적 함수는 수학식 16과 같다. Assume that the factory participates in the RT-DB program. If there is no RT-DB event, the optimization objective function is shown in Equation 16.
첫 번째 항은 수입액이고, 두 번째 항은 전기비용을 제외한 입력 비용이고, 세 번째 항은 전기 비용이다. The first term is the amount of imports, the second term is the input cost excluding the cost of electricity, and the third term is the cost of electricity.
이러한 최적화 문제는 수학식 4 내지 14의 제약을 따른다. 이러한 제약들과 수학식 16의 최적화 목적 함수는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제를 만든다. MILP 해법을 통해, 결정 변수 xij(t)를 이용하여 목적(즉, 이익)이 최대화될 수 있다. This optimization problem follows the constraints of Equations 4-14. These constraints and the optimization objective function of Equation 16 create a MILE (Mixed Integer Linear Programming) problem. Through the MILP solution, the objective (ie, benefit) can be maximized using the decision variable x ij (t).
RT-DB 이벤트가 발생하고 공장이 RT-DB 이벤트에 참여하면, 최적화 목적 함수는 수학식 17과 같이 된다. When the RT-DB event occurs and the factory participates in the RT-DB event, the optimization objective function becomes as shown in Equation 17.
첫 번째 내지 세 번째 항은 수학식 16과 동일하고, 네 번째 항은 RT-DB 이벤트의 인센티브를 나타낸다. 여기서, 는 RT-DB 이벤트 T' 동안의 부하 감소이고, 는 기본 부하이고, 는 RT-DB 이벤트 동안 스케줄 조정되는 에너지 소비이다. The first to third terms are the same as in Equation 16, and the fourth term represents an incentive for the RT-DB event. here, Is the load reduction during RT-DB event T ', Is the default load, Is the energy consumption that is scheduled during the RT-DB event.
RT-DB 이벤트는 또한 최소 부하 감소 LRmin 를 특정하기 때문에, 제약은 수학식 4 내지 14와 같지 않고 수학식 18과 같다. Since the RT-DB event also specifies a minimum load reduction LR min , the constraint is not equal to Equations 4-14 and is equal to Equation 18.
수학식 4 내지 14, 18의 제약과 수학식 17의 최적화 목적 함수는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제를 만든다. MILP 해법을 통해, RT-DB 이벤트 동안 결정 변수 xij(t)와 입찰할 부하 감소 를 변경함으로써 이익이 최대화되도록 최적화 목적 함수를 최적화한다. The constraints of equations (4) to (14) and (18) and the optimization objective function of equation (17) create a MILE (Mixed Integer Linear Programming) problem. MILP solution reduces load to bid with decision variable x ij (t) during RT-DB event Optimize the optimization objective function to maximize the benefit by changing.
B. 자동 RT-DB 알고리즘B. Automatic RT-DB Algorithm
상술한 수학적 모델에 근거하여, 본 발명은 도 5와 같은 자동 RT-DB 알고리즘을 제안한다. 본 발명에 따른 알고리즘은 제조 동작 관리 시스템(MOMS)을 사용하여 구현되었으며, 산업적 소비자가 RT-DB 이벤트에 참여할지를 결정하고 유틸리티 회사에 최적의 감축 용량 입찰과 생산 및 에너지 계획에 대한 조정을 제출할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 알고리즘은 산업적 소비자가 RT-DB 이벤트에 응답하여 유틸리티 회사와 지능적으로 상호 작용할 뿐만 아니라 이익을 최대화하는 기계의 최적 동작 스케줄을 능동적으로 생성할 수 있도록 한다. Based on the mathematical model described above, the present invention proposes an automatic RT-DB algorithm as shown in FIG. The algorithm according to the present invention has been implemented using a Manufacturing Operations Management System (MOMS), which allows industrial consumers to decide whether to participate in RT-DB events and submit optimal reduction capacity bids and adjustments to production and energy plans to utility companies. Make sure The algorithm according to the present invention allows industrial consumers to intelligently interact with utility companies in response to RT-DB events, as well as actively generate optimal operating schedules for machines that maximize profits.
상술한 도 3은 RT-DB 이벤트에서 유틸리티 회사(10)와 소비자(20) 간의 상호 작용을 나타내고 있는데, 도 5에 도시된 자동 RT-DB 알고리즘을 설명할 때 도 3의 소비자(20)는 이산 제조 시스템이 된다. 또한 구체적으로 RT-DB 알고리즘을 실행하여 RT-DB 이벤트를 처리하는 주체는 유틸리티 회사(10)와 이산 제조 시스템의 제어장치, 컴퓨터나 하드웨어 장치가 될 수 있으나 설명의 편의상 유틸리티 회사(10)와 이산 제조 시스템으로 한다. 3 described above illustrates the interaction between the utility company 10 and the consumer 20 in the RT-DB event. The consumer 20 of FIG. 3 is discrete when explaining the automatic RT-DB algorithm shown in FIG. It becomes a manufacturing system. In addition, the subject processing the RT-DB event by specifically executing the RT-DB algorithm may be a control device of a utility company 10 and a discrete manufacturing system, a computer or a hardware device, but for convenience of description, the subject is discrete. It is set as a manufacturing system.
도 5에서, 하루가 시작되면 이산 제조 시스템은 RT-DB 이벤트가 없는 상태에서 MILP 문제(수학식 4-14, 16)를 풀어, 가장 큰 목적 함수 값 π1(최대 이익)과 결정 변수 집합 S1(24시간 최적 기계 동작 스케줄)을 구한다(S10). In FIG. 5, at the start of the day, the discrete manufacturing system solves the MILP problem (Equations 4-14, 16) in the absence of an RT-DB event, with the largest objective function value π 1 (maximum benefit) and the set of decision variables S 1 (24-hour optimal machine operation schedule) is obtained (S10).
이산 제조 시스템은 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되는지 확인하여(S12), 만약 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되면 이산 제조 시스템은 MILP 문제(수학식 4-14, 17-18)를 풀어, 가장 큰 목적 함수 값 π2(최대 이익), 결정 변수 집합 S2, 최적 부하 감소량 LR을 구한다(S14). The discrete manufacturing system checks whether the RT-DB event is notified from the utility company (S12), and if the RT-DB event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system solves the MILP problem (Equations 4-14, 17-18). , The largest objective function value π 2 (maximum gain), the set of decision variables S 2 , and the optimum load reduction amount LR (S14).
다음 이산 제조 시스템은 RT-DB 이벤트 참가를 위해 구한 최대 이익 π2과 RT-DB 이벤트가 없는 상태에서 구한 최대 이익 π1을 비교하여(S16), 만약 π2가 π1보다 크면 RT-DB 이벤트에 참가하고 최적 부하 감소량 LR을 제출하여 유틸리티 회사에 입찰한다(S18).The discrete manufacturing system then compares the maximum benefit π 2 obtained for participation in the RT-DB event with the maximum benefit π 1 obtained without the RT-DB event (S16), if π 2 is greater than π 1. In order to participate in the bidding to the utility company to submit the optimal load reduction amount LR (S18).
이산 제조 시스템은 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되었는지 확인하여(S20), 입찰이 승인되면 결정 변수 집합 S2 (최적 기계 동작 스케줄)에 따라 생산 시스템이 동작되도록 한다(S22). The discrete manufacturing system checks whether the bid is approved from the utility company (S20), and if the bid is approved, operates the production system according to the decision variable set S 2 (optimal machine operation schedule) (S22).
만약 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되지 않았거나, π2이 π1보다 작거나, 입찰이 승인되지 않으면 이산 제조 시스템은 결정 변수 집합 S1(최적 기계 동작 스케줄)에 따라 생산 시스템이 동작되도록 한다(S24). If an RT-DB event is not notified from the utility company, π 2 is less than π 1 , or the bid is not approved, the discrete manufacturing system will ensure that the production system operates according to the decision variable set S 1 (optimal machine operating schedule). (S24)
다음, 이산 제조 시스템은 하루가 끝났는지 확인하여(S26), 하루가 끝났으면 RT-DB 알고리즘을 종료하고, 아직 하루가 끝나지 않았으면 일정 시간(10분)마다 RT-DB 이벤트의 통지를 확인한다. Next, the discrete manufacturing system checks whether the day is over (S26), terminates the RT-DB algorithm if the day is over, and checks the notification of the RT-DB event every predetermined time (10 minutes) if the day is not over. .
시뮬레이션simulation
본 발명은 대용량 리튬-이온 제조 공장을 상정하여 RT-DB 이벤트에 참여하는 이산 제조 시스템을 위한 모델링을 제시한다. The present invention presents a modeling for a discrete manufacturing system that takes part in an RT-DB event assuming a large capacity lithium-ion manufacturing plant.
A. 사례 연구: 리튬-이온 배터리 제조 A. Case Study: Lithium-Ion Battery Manufacturing
대용량 리튬-이온 배터리 제조는 전형적인 이산 제조의 한 예로서, 조립, 주입, 형성, 등급 평가 등 4가지 제조 과정을 가진다. Large-capacity lithium-ion battery manufacturing is one example of typical discrete manufacturing, with four manufacturing processes: assembly, implantation, forming, and grading.
조립: 배터리 모듈은 도 6과 같이, 복수의 배터리 셀(A), 보조 구성요소 즉, 중간 프레임(B), 냉각 핀(fin)(C), 압축 폼(foam)(D), 프레임(E)으로 구성된 계층적 구조를 가진다. 이러한 구성요소는 연속적인 동작을 통해 배터리 모듈 안으로 조립 및 결합된다. Assembly: As shown in FIG. 6, the battery module includes a plurality of battery cells A, an auxiliary component, that is, an intermediate frame B, a cooling fin C, a compression foam D, and a frame E. It has a hierarchical structure composed of). These components are assembled and coupled into the battery module through continuous operation.
주입: 셀은 전해질로 채워지고 봉인된다. Injection: The cell is filled with electrolyte and sealed.
형성: 셀은 적어도 한번 정밀 제어된 충전 또는 방전을 통해 순환되면서 동작 물질을 활성화시키고 사용 가능한 형태로 변형시킨다. Formation: The cell is cycled through at least once precisely controlled charging or discharging to activate and transform the working material into usable form.
등급 평가: 방전, 저항 및 용량 측정에 근거하여 성능에 따라 배터리 모듈에 대한 등급이 평가된다.Ratings: Ratings of battery modules are rated according to their performance based on discharge, resistance and capacity measurements.
이러한 공정은 10개의 태스크로 분류될 수 있으며, 각 태스크에 대해 표 1과 같이 적절한 장비가 할당된다. This process can be categorized into 10 tasks, and the appropriate equipment is assigned to each task as shown in Table 1.
Task Task | Task description Task description | Machine Machine | |
1 One |
Assembly of components A & D Assembly of components A & | m11 m 11 | |
2 2 | Assembly of components (AD) & A Assembly of components (AD) & A |
m12
|
|
3 3 |
Assembly of components B & (ADA) & C Assembly of components B & (ADA) & | m13 m 13 | |
4 4 | Assembly of components E & A Assembly of components E & A |
m21
|
|
5 5 |
Assembly of components (EA) & C Assembly of components (EA) & | m22 m 22 | |
6 6 |
Assembly of components A & E Assembly of components A & | m31 m 31 | |
7 7 | Assembly of (EAC) & (BADAC) & (AE) Assembly of (EAC) & (BADAC) & (AE) |
m01
|
|
8 8 |
Filling | m02 m 02 | |
9 9 |
Formation | m03 m 03 | |
10 10 | Grading Grading | m04 m 04 |
도 7은 각 기계의 전력, 사이클 시간, 버퍼 용량과 함께 배터리 모듈 조립 시스템의 배치구조를 나타낸다. 저 전력 상태에서 각 기계의 전력은 0.5W이다. 일부 기계는 프로세스의 일부 파트의 생산 용량을 늘리기 위해 병렬로 배치되어 있다. 표 2는 산출물의 시장 가격뿐만 아니라 원재료 및 노동 비용을 나열한다. Fig. 7 shows the layout of the battery module assembly system together with the power, cycle time and buffer capacity of each machine. In the low power state, each machine has a power of 0.5W. Some machines are arranged in parallel to increase the production capacity of some parts of the process. Table 2 lists raw material and labor costs as well as the market price of the output.
Item Item | Unit price ($) Unit price ($) |
Battery cell (A) Battery cell (A) | 20 20 |
Intermediate frames (B) Intermediate frames (B) | 2.5 2.5 |
Cooling fins (C) Cooling fins (C) | 0.5 0.5 |
Compression foams (D) Compression foams (D) | 0.6 0.6 |
Frame (E) Frame (E) | 3.5 3.5 |
Labor cost for each battery module Labor cost for each battery module | 26 26 |
Large-capacity lithium-ion battery module Large-capacity lithium-ion battery module | 121 121 |
이 사례 연구에 사용 된 다른 매개 변수는 표 3에 나열되어 있다. The other parameters used in this case study are listed in Table 3.
Parameter Parameter | Description Description | Value Value |
E maxE max |
Maximum power drawn by the factory Maximum power drawn by the |
500 kW 500 kW |
p(t) p (t) | Hourly electricity price Hourly electricity price | DA-RTP dataDA-RTP data |
B. 결과 B. Results
MILP 솔루션인 Lingo 12.0은 본 발명에 따른 최적화 문제를 푸는데 사용된다. 우선, RT-DB 이벤트가 없는 시나리오에 대해 설명한다. Lingo 12.0, a MILP solution, is used to solve the optimization problem according to the present invention. First, a scenario without an RT-DB event will be described.
시나리오 1: RT-DB 이벤트가 없는 경우 Scenario 1: No RT-DB Event
하루의 시작에서, 수학식 4-14, 16으로 표현되는 MILP 문제는 도 8과 같이, 최적화된 24시간 기계 동작 스케줄을 얻기 위해 풀어야 한다. 도 8에서, 수평 축은 24시간 동안의 스케줄 시간을 나타낸다. 본 사례 연구에서 시간 슬롯이 10분이므로 각 시간에서 6개의 시간 슬롯이 존재한다. 수직 축은 생산라인에 있는 모든 기계를 나타낸다. 여기서 회색으로 되어 있는 칸은 해당 기계가 그 시간 슬롯에서 "온" 상태라는 것을 의미한다. 흰색으로 되어 있는 칸은 해당 기계가 "오프" 상태라는 것을 의미한다. 이러한 스케줄에 따라 시간당 생산라인의 에너지 소비가 도 9에 도시되어 있다. 피크 시간(14-17번째 시간) 동안 에너지 소비는 더 낮았다. 이에 따라 피크 부하 시간 동안 그리드 부하가 경감되고 소비자의 전기 비용이 절약된다. 이러한 최적화 생산 스케줄에 근거한 24시간 생산량과 최대 이익이 표 4의 두 번째 열에 기재되어 있다. At the beginning of the day, the MILP problem represented by Equations 4-14 and 16 should be solved to obtain an optimized 24-hour machine operation schedule, as shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the schedule time for 24 hours. In this case study, there are 10 time slots, so there are six time slots at each time. The vertical axis represents all the machines in the production line. The gray box here means that the machine is "on" in that time slot. A white box means that the machine is "off". The energy consumption of the production line per hour according to this schedule is shown in FIG. 9. Energy consumption was lower during the peak time (14-17th time). This reduces grid load during peak load times and saves consumer electrical costs. 24 hour production and maximum profits based on this optimized production schedule are listed in the second column of Table 4.
Scenario 1 |
Scenario 2 |
Scenario 3 |
|
Profit($) Profit ($) | 2776.862776.86 | 2780.512780.51 | 2776.102776.10 |
Production volumeProduction volume | 828 units828 units | 786 units786 units | 822 units822 units |
Load reduction bid (kWh)Load reduction bid (kWh) | -- | 16th hour : 21217th hour : 35.316th hour: 21217th hour: 35.3 | 16th hour : 22.517th hour : 12.816th hour: 22.517th hour: 12.8 |
Join the RT-DB eventJoin the RT-DB event | -- | YesYes | NoNo |
시나리오 2: 16-17번째 시간에 RT-DB 이벤트가 있는 경우(인센티브 비율 0.54$/kWh)Scenario 2: RT-DB event at 16-17th hour (incentive rate 0.54 $ / kWh)
이제는 RT-DB 이벤트를 고려한다. 16번째 시간이 시작되면 RT-DB 이벤트가 발생한다. RT-DB 이벤트 통지는 RT-DB 이벤트 시간(16-17번째 시간), RT-DB 프로그램에 참여하기 위한 최소 부하 감축(10kW), 인센티브 비율(0.54$/kWh) 등 3개의 요소를 포함한다. 수학식 4-14, 17-18에 따른 MILP 문제를 풀어도 10과 같이 16-24번째 시간 동안 새로운 최적 스케줄을 획득한다. RT-DB 이벤트(즉, 16-17번째 시간) 동안, 대부분의 기계가 중단되어 부하 감축을 제공한다. 새로운 스케줄로부터 생산라인의 시간당 에너지 소비가 도 11과 같이 계산된다. 적색 선은 RT-DB 이벤트에 참가한 것을 나타낸다. 16-17번째 시간 동안 청색 선으로 표시된 원래 에너지 계획에 비해 부하가 상당히 감소되었다. 새로운 최적 부하 감축 입찰, 생산량, 이익이 표 4의 세 번째 열에 기재되어 있다. 새로운 스케줄의 이익은 $2,780.51이었고, 이는 원래 스케줄의 $2,776.86보다 크다. 공장은 이익이 증가되므로 새로운 스케줄로 RT-DB 이벤트에 참가해야 한다. Now consider the RT-DB event. When the 16th time begins, an RT-DB event occurs. The RT-DB event notification includes three elements: RT-DB event time (16th-17th time), minimum load reduction (10kW) to participate in the RT-DB program, and incentive rate ($ 0.54 / kWh). Even if the MILP problem is solved according to Equations 4-14 and 17-18, a new optimal schedule is obtained during the 16-24th time as in 10. During the RT-DB event (ie 16th-17th hours), most machines will shut down to provide load reduction. The hourly energy consumption of the production line from the new schedule is calculated as in FIG. Red line indicates participation in RT-DB event. During the 16th to 17th hours, the load was significantly reduced compared to the original energy plan indicated by the blue line. The new optimal load reduction bids, output and profits are listed in the third column of Table 4. The profit of the new schedule was $ 2,780.51, which is greater than the original schedule of $ 2,776.86. The plant will have increased profits and will have to attend RT-DB events with a new schedule.
시나리오 3: 16-17번째 시간에 인센티브 비율 0.45$/kWh을 가진 RT-DB 이벤트 Scenario 3: RT-DB event with incentive rate 0.45 $ / kWh at 16-17th hour
시나리오 3은 인센티브 비율이 낮다는 것을 제외하고 시나리오 2와 동일하다. 기계의 최적 동작 계획은 동일하게 획득되며 시간당 에너지 소비는 도 12와 같다. 도 12에서 RT-DB 이벤트 동안 새로운 스케줄에서 에너지 소비가 조금 감소되었음을 알 수 있다. 표 4의 마지막 열에 부하 감축 입찰, 새로운 생산량, 이익이 기재되어 있다. 시나리오 3에서, 산업적 소비자는 재조정된 계획의 이익($2,776.10)이 원래 계획의 이익($2,776.86)보다 작기 때문에 RT-DB 이벤트에 참가하지 말아야 한다. Scenario 3 is identical to scenario 2 except that the incentive rate is low. The optimal operation plan of the machine is obtained identically and the energy consumption per hour is shown in FIG. It can be seen from FIG. 12 that the energy consumption is slightly reduced in the new schedule during the RT-DB event. The last column of Table 4 lists the load reduction bids, new output, and profits. In scenario 3, the industrial consumer should not attend the RT-DB event because the profit of the rescheduled plan ($ 2,776.10) is less than the original plan's profit ($ 2,776.86).
인센티브 비율과 산업적 소비자의 응답 간의 관계를 결정하기 위해, 0.05$/kWh 스텝으로 0.35-0.7$/kWh 범위에서 변하는 인센티브 비율에 따라 추가적 시뮬레이션을 수행하였다. To determine the relationship between incentive rates and industrial consumer responses, additional simulations were performed with incentive rates varying from 0.35-0.7 $ / kWh in 0.05 $ / kWh steps.
도 13은 인센티브 비율의 함수로서 RT-DB 이벤트 참가를 위한 재조정 에너지에 대한 이익을 나타낸다. 인센티브 비율이 클수록 RT-DB 이벤트 참가에 따른 이익이 더 커진다. 적색 점으로 표시된 것처럼 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때 RT-DB 참가에 따른 이익은 원래 에너지 계획의 이익($2,776.86)보다 적다. 따라서 RT-DB 이벤트에 참가하는 것은 비경제적이다. FIG. 13 shows the benefit for rebalancing energy for RT-DB event participation as a function of incentive rate. The greater the incentive rate, the greater the profit from attending RT-DB events. As indicated by the red dots, when the incentive rate is below $ 0.51 / kWh, the benefits of participating in the RT-DB are less than the benefits of the original energy plan ($ 2,776.86). Therefore, attending RT-DB events is uneconomical.
도 14는 인센티브 비율의 함수로서 산업적 소비자의 부하 감소를 나타낸다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때, RT-DB 이벤트에 참가하는 것은 비경제적이므로 소비자는 원래의 에너지 계획을 수행해야 하며, 이것은 부하 감소가 없다는 것을 의미한다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh을 초과할 때, 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가해야 하며 부하 감소는 인센티브 비율의 함수로서 16-17번째 시간 동안 더 이상의 감축 용량이 없는 한계에 도달할 때까지 증가할 것이다. 14 shows the reduction in the load of industrial consumers as a function of incentive ratio. When the incentive rate is below $ 0.51 / kWh, attending the RT-DB event is uneconomical and the consumer must follow the original energy plan, which means there is no load reduction. When the incentive rate exceeds $ 0.51 / kWh, industrial consumers must attend RT-DB events and the load reduction increases until the limit is reached without further reduction capacity for the 16th to 17th hours as a function of the incentive rate. something to do.
도 15는 인센티브 비율의 함수로서 생산량을 나타낸다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때, 생산량이 표 4의 두 번째 열에 기재된 원래 에너지 계획(828 단위)과 비교할 때 변화가 없어서 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가하지 말아야 한다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh을 초과할 때, 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가해야 하며, 이 때 생산량은 감소될 것이다. 인센티브 비율이 0.55$/kWh보다 큰 경우 16-17번째 시간 동안 재조정된 부하가 최소량으로 감소되어 더 이상 생산량을 줄일 수 없게 된다. 15 shows yield as a function of incentive ratio. When the incentive rate is below $ 0.51 / kWh, production is unchanged compared to the original energy plan (828 units) listed in the second column of Table 4, so industrial consumers should not participate in RT-DB events. When the incentive rate exceeds $ 0.51 / kWh, industrial consumers will have to attend RT-DB events, where production will be reduced. If the incentive rate is greater than $ 0.55 / kWh, the readjusted load will be reduced to a minimum during the 16th to 17th hours, which will no longer reduce production.
표 5는 PC 상의 Lingo 12.0 소프트웨어를 이용하여 최적화 문제를 풀기 위해 필요한 계산 시간을 나타낸 것이다. Table 5 shows the computation time needed to solve optimization problems using Lingo 12.0 software on the PC.
Solve the optimization problem without theRT-DB event Solve the optimization problem without theRT-DB event | Solve the optimization problem with an RT-DB event Solve the optimization problem with an RT-DB event | |
Computing time (s) Computing time (s) | 56 56 | Average: 91.4 ( Max: 119; Min: 21 ) Average: 91.4 (Max: 119; Min: 21) |
RT-DB 이벤트가 없을 때 최적화 문제를 푸는데 필요한 시간은 56초이고, RT-DB 이벤트가 있을 때 최적화 문제를 푸는데 필요한 시간은 평균 91.4초였다. 이것은 RT-DB 프로그램의 실시간 요구(즉, 10분전 통지)를 만족시키는데 적절한 시간으로 수학적 문제를 풀 수 있다는 것을 보여준다. The time required to solve the optimization problem when there was no RT-DB event was 56 seconds, and the average time required to solve the optimization problem when there was an RT-DB event was 91.4 seconds. This shows that the mathematical problem can be solved in a time appropriate to satisfy the real-time needs of the RT-DB program (ie 10 minutes notice).
지금까지 이산 제조 생산 모델과 자동 RT-DB 알고리즘에 대해 설명하였다. 제조 이익의 극대화를 목적으로 최적화 문제를 공식화하였다. 이러한 최적화 문제를 풀어 자동 RT-DB 알고리즘을 실행함으로써 최적의 부하 감축 입찰을 결정하고 조정된 생산 및 에너지 계획을 생성하게 된다. 알고리즘의 성능은 리튬-이온 배터리 모듈 생산 공장의 사례 연구를 통해 검증되었다. 시뮬레이션 결과는 본 발명에 따른 알고리즘이 RT-DB 이벤트 동안 효율적으로 부하를 감소시키는 한편 제조사의 이익을 최대화시키는 것을 보여준다. 본 발명은 전기 사용자와 유틸리티 회사에게 모두 윈-윈 전략으로 고려할 수 있는 것이다. 또한, 생산량과 이익의 변화 분석을 포함하여 인센티브 비율과 소비자의 수요 탄력성 간의 관계를 설명하였다. So far we have discussed the discrete manufacturing production model and the automated RT-DB algorithm. Optimization problems are formulated for the purpose of maximizing manufacturing profits. By solving these optimizations, we run an automated RT-DB algorithm to determine the optimal load reduction bids and generate a coordinated production and energy plan. The performance of the algorithm was verified through a case study of a lithium-ion battery module manufacturing plant. Simulation results show that the algorithm according to the present invention efficiently reduces the load during RT-DB events while maximizing the manufacturer's benefit. The present invention can be considered as a win-win strategy for both electric users and utility companies. It also explained the relationship between incentive rates and consumer demand elasticity, including analysis of changes in output and profits.
한편, 본 발명에 따른 실시간 수요 입찰 방법은 소프트웨어적인 프로그램으로 구현하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 소정 기록 매체에 기록해 둘 수 있다. On the other hand, the real-time demand bidding method according to the present invention can be implemented in a software program and recorded in a computer-readable predetermined recording medium.
예컨대, 기록 매체는 각 재생 장치의 내장형으로 하드 디스크, 플래시 메모리, RAM, ROM 등이거나, 외장형으로 CD-R, CD-RW와 같은 광디스크, 콤팩트 플래시 카드, 스마트 미디어, 메모리 스틱, 멀티미디어 카드일 수 있다. For example, the recording medium may be a hard disk, a flash memory, a RAM, a ROM, or the like as an internal type of each playback device, or an optical disc such as a CD-R or a CD-RW, a compact flash card, a smart media, a memory stick, or a multimedia card as an external type. have.
본 발명의 명세서에서 설명하는 기능적 동작과 구현물은 디지털 전자회로로 구현되거나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 명세서에서 설명하는 구현물은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위하여 또는 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다.Functional operations and implementations described in the specification of the present invention may be implemented in digital electronic circuitry, computer software, firmware or hardware, or a combination of one or more of them. Implementations described in the specification of the present invention are one or more modules relating to computer program instructions encoded on a program storage medium of tangible type for controlling or by the operation of one or more computer program products, ie data processing apparatuses. It can be implemented as.
본 발명의 도면은 동작과정을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 특정한 순서로 그러한 동작들을 수행해야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해해서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 처리가 유리할 수 있다. While the drawings of the present invention describe an operational process, it should not be understood that such operations must be performed in the specific order shown or that all illustrated operations must be performed in order to obtain desirable results. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention.
따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed by the claims below, and all techniques within the scope equivalent thereto will be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (21)
- 각 기계가 일정 시간 간격에서 독립적인 동작을 처리하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법에 있어서, In the real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes independent operations at regular time intervals,전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 상기 이산 제조 시스템이 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, Calculating, by the discrete manufacturing system, a first optimal machine operation schedule indicating the operation of each machine at a first maximum benefit and a time interval in the absence of a real-time demand bid event from a utility company supplying power;상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 상기 이산 제조 시스템은 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와,When the real-time demand bid event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system calculates a second maximum benefit and a second optimal machine operation schedule for the event participation;상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하여 최적 부하 감소량으로 입찰하는 단계와,If the second maximum profit is greater than the first maximum profit, the discrete manufacturing system participates in a real-time demand bidding event and bids at an optimal load reduction amount;상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 이산 제조 시스템은 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 포함하는 방법. And if the bid is approved by the utility company, the discrete manufacturing system including operating each machine with the second optimal machine operation schedule.
- 제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 이산 제조 시스템이 제1 최대 이익을 산출하는 단계는 총 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값이 최대가 되도록 하여 제1 최대 이익을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.And calculating the first maximum benefit by the discrete manufacturing system to calculate the first maximum benefit such that an input cost including raw material cost and labor cost is subtracted from the total income, and the electric cost is maximized.
- 제2항에 있어서,The method of claim 2,상기 전기 비용의 최적 값은 상기 제1 최적 기계 동작 스케줄과 시간 간격에서의 전기 가격에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.The optimum value of the electricity cost is determined by the electricity price in the time interval and the first optimum machine operation schedule.
- 제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 이산 제조 시스템이 제2 최대 이익을 산출하는 단계는 총 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값에 에너지 감소량에 따른 인센티브를 더한 값이 최대가 되도록 하여 제2 최대 이익을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.The calculating of the second maximum profit by the discrete manufacturing system may include the input cost including the raw material cost and the labor cost minus the electric cost and the incentive according to the amount of energy reduction to the maximum, thereby increasing the second maximum benefit. The method for calculating the.
- 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein상기 전기 비용의 최적 값은 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄과 시간 간격에서의 전기 가격에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.The optimum value of the electricity cost is determined by the electricity price at a time interval and the second optimum machine operation schedule.
- 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein상기 에너지 감소량의 최적 값(최적 부하 감소량)은 상기 이산 제조 시스템의 기본 에너지 사용량에서 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄에 의해 조정된 에너지 사용량을 감산한 값인 것을 특징으로 하는 방법.The optimum value (optimum load reduction amount) of the energy reduction amount is a value obtained by subtracting the energy consumption adjusted by the second optimum machine operation schedule from the basic energy usage amount of the discrete manufacturing system.
- 제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 최적 기계 동작 스케줄에 의해 소비되는 에너지는 시간 간격 동안 기계의 에너지 소비량과 각 기계의 동작 유무를 나타내는 결정 변수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법. And the energy consumed by the optimal machine operation schedule is determined by determinants indicative of the energy consumption of the machine and the presence or absence of operation of each machine during the time interval.
- 제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없거나 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 작거나 상기 유틸리티 회사가 입찰을 승인하지 않은 경우 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하지 않고 상기 제1 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. If there is no real-time demand bid event from the utility company or if the second maximum profit is less than the first maximum profit or the utility company does not approve the bid, the discrete manufacturing system does not participate in the real-time demand bid event and the first Operating each machine with an optimal machine operation schedule.
- 일정 시간 간격마다 독립적인 동작을 처리하여 결과물을 출력하는 복수의 기계와, 각 기계로부터 원자재, 중간재 또는 최종 산출물을 저장하는 복수의 버퍼와, 상기 각 기계의 독립적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 이산 제조 시스템에서, A plurality of machines for processing independent operations at regular intervals and outputting a result, a plurality of buffers for storing raw materials, intermediates or final products from each machine, and a control device for controlling the independent operation of each machine. In discrete manufacturing systems,상기 제어장치는 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하고, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하여, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 실시간 수요 입찰 이벤트에 최적 부하 감소량으로 입찰한 후, 상기 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면,The control unit calculates a first optimal machine operation schedule indicating the operation of each machine at a first maximum profit and a time interval in the absence of a real time demand bidding event from a utility company supplying power, and a real time demand from the utility company. When a bid event is notified, a second maximum profit and a second optimal machine operation schedule are calculated to participate in the event, and when the second maximum profit is greater than the first maximum profit, the bid is made at an optimal load reduction amount in a real-time demand bid event. If the bid is approved from the utility company,상기 각 기계는 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템. Wherein each machine operates according to the second optimal machine operation schedule.
- 제9항에 있어서,The method of claim 9,상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없거나 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 작거나 상기 유틸리티 회사가 입찰을 승인하지 않은 경우, 상기 제어장치는 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하지 않고 상기 제1 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템. If there is no real time demand bid event from the utility company or the second maximum profit is less than the first maximum profit or the utility company does not approve the bid, the control device does not participate in the real time demand bid event and the first Discrete manufacturing system characterized by operating each machine with an optimal machine operation schedule.
- 제9항에 있어서, The method of claim 9,상기 각 기계는 이전에 위치한 버퍼가 비어 있거나 다음에 위치한 버퍼가 가득 차 있으면 동작을 중단하고 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템.Wherein each machine stops operating and transitions to a low power state when the previously located buffer is empty or the next located buffer is full.
- 제9항에 있어서, The method of claim 9,상기 복수의 기계 중에서 여러 출력물을 모아 복합체를 만드는 조립 기계는 이전에 위치한 복수의 버퍼 중 어느 하나라도 비어 있으면 동작을 중단하고 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템.The assembly machine for gathering multiple outputs from among the plurality of machines to create a composite, if any one of the plurality of previously located buffer is empty, stop the operation and switch to a low power state.
- 전력을 공급하는 유틸리티 회사가 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 이산 제조 시스템에 통지하는 단계와,Notifying the discrete manufacturing system of demand bid events, including event time, minimum amount of energy reduction, and incentive rates, at utility time intervals of one hour or less;상기 이산 제조 시스템이 상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하는 단계와,Calculating, by the discrete manufacturing system, a maximum benefit for determining participation in a demand bid event in view of the event time, the minimum amount of energy reduction, and the incentive rate;상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템이 수요 입찰 이벤트에 참여하는 단계를 포함하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 자동 수요 입찰 방법.And if the maximum profit is greater than the maximum profit calculated before the demand bid event, the discrete manufacturing system participating in the demand bid event.
- 제13항에 있어서,The method of claim 13,상기 수요 입찰 이벤트 전의 최대 이익은 하기의 수학식으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 자동 수요 입찰 방법.Real-time automatic demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system, characterized in that the maximum profit before the demand bidding event is calculated from the following equation.여기서, 첫 번째 항은 수입액이고, 두 번째 항은 전기 비용을 제외한 입력 비용이고, 세 번째 항은 전기 비용이다. Where the first term is the revenue, the second term is the input cost minus the electricity cost, and the third term is the electricity cost.
- 제13항에 있어서,The method of claim 13,상기 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익은 하기의 수학식으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 자동 수요 입찰 방법.Real-time automatic demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system, characterized in that the maximum profit for determining the participation in the demand bidding event is calculated from the following equation.여기서, 첫 번째 항은 수입액이고, 두 번째 항은 전기비용을 제외한 입력 비용이고, 세 번째 항은 전기 비용이고, 네 번째 항은 수요 입찰 이벤트의 인센티브로서, 는 수요 입찰 이벤트 T' 동안의 에너지 감소량이고, 는 기본 에너지량이고, 는 수요 입찰 이벤트 동안 스케줄 조정되는 에너지 소비량이다. Where the first term is the revenue, the second term is the input cost minus the electricity cost, the third term is the electricity cost, and the fourth term is the incentive for the demand bid event, Is the amount of energy reduction during demand bid event T ', Is the basic amount of energy, Is the energy consumption that is scheduled during the demand bid event.
- 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 통지하는 유틸리티 회사와, A utility company that notifies demand bidding events, including event time, minimum energy savings, and incentive rates, at intervals of one hour or less,상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하고 상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 유틸리티 회사의 수요 입찰 이벤트에 참여하는 이산 제조 시스템을 포함하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템.Calculating the maximum profit for determining participation in the demand bidding event in consideration of the event time, the minimum amount of energy reduction, and the incentive ratio, and if the maximum benefit is greater than the maximum profit calculated before the demand bidding event, participate in the demand bid event of the utility company An automatic demand bid system for energy management of a discrete manufacturing system comprising a discrete manufacturing system.
- 제16항에 있어서,The method of claim 16,상기 이산 제조 시스템은 일정 시간 간격마다 독립적인 동작을 처리하여 결과물을 출력하는 복수의 기계와, 각 기계로부터 원자재, 중간재 또는 최종 산출물을 저장하는 복수의 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템.The discrete manufacturing system includes a plurality of machines for processing independent operations at regular time intervals and outputting a result, and a plurality of buffers for storing raw materials, intermediate materials or final output from each machine. Automatic demand bidding system for energy management.
- 제16항에 있어서,The method of claim 16,상기 이산 제조 시스템은 총 수입액에서 원자재비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값에 에너지 감소량에 따른 인센티브를 더한 값이 최대가 되도록 하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템.The discrete manufacturing system calculates a maximum profit for determining participation in a demand bidding event by maximizing a sum of input costs including raw material costs and labor costs and incentives according to the amount of energy reduction from the total imports. Automatic demand bidding system for energy management of discrete manufacturing system, characterized in that.
- 제18항에 있어서,The method of claim 18,상기 이산 제조 시스템은 기계의 동작 유무를 나타내는 기계 동작 스케줄을 조정하여 최대 이익이 산출되도록 최적의 에너지 감소량을 결정하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템.The discrete manufacturing system is an automatic demand bidding system for energy management of the discrete manufacturing system, characterized in that for determining the optimum amount of energy reduction so that the maximum benefit is calculated by adjusting the machine operation schedule indicating the operation of the machine.
- 제19항에 있어서, The method of claim 19,상기 이산 제조 시스템은 상기 최적의 에너지 감소량으로 상기 유틸리티 회사의 수요 입찰 이벤트에 응답하여 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 조정된 기계 동작 스케줄에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템. And the discrete manufacturing system operates according to the adjusted machine operation schedule when a bid is approved from the utility company in response to the demand bidding event of the utility company at the optimal amount of energy reduction.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method according to any one of claims 1 to 8.
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