WO2018074651A1 - Operating device and method for energy storage device for microgrid - Google Patents

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WO2018074651A1
WO2018074651A1 PCT/KR2016/013026 KR2016013026W WO2018074651A1 WO 2018074651 A1 WO2018074651 A1 WO 2018074651A1 KR 2016013026 W KR2016013026 W KR 2016013026W WO 2018074651 A1 WO2018074651 A1 WO 2018074651A1
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WO
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energy storage
storage device
charge
schedule
microgrid
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PCT/KR2016/013026
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황평익
권성철
정원욱
추철민
신창훈
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한국전력공사
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    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/222Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the present invention relates to an operating apparatus and method for an energy storage device for a microgrid (APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING ENERGY STORAGE SYSTEM CONNECTED TO MICROGRID), and more particularly to the energy storage device can be applied to the microgrid in a stable and economical manner. It relates to an operating device and a method.
  • An energy storage system is a device that can charge and discharge power as needed, such as a pumped-up power plant. Recently, due to the rapid development of power electronic technology and energy storage technology, the power system linkage of the energy storage device (ESS) is continuously increasing.
  • the power system-linked energy storage device (ESS) can be used for various purposes, such as frequency maintenance, reduction of intermittent output of renewable energy sources, peak load reduction, electricity bill reduction, and emergency power generation.
  • the prior arts have a problem in that they propose techniques that consider only specific rates, for example only energy rates.
  • the components of electricity rates defined in domestic and international power market rules can be classified as follows according to the factors of the rates.
  • -Fixed rate A rate that is charged a fixed amount regardless of the electricity usage and pattern of the customer
  • the rate is determined by the electric energy consumed by the customer and the time of use, and is determined by the amount of electricity used per hour, the rate of time of use (TOU), critical peak pricing (CPP), real time pricing (RTP), etc. Determined
  • -Maximum Power Consumption Rate The rate determined by the maximum power consumed by the consumer over a period of time, including the national base rate, overage surcharges, and transmission / distribution system use rates in the Ontario Ontario power market.
  • the rate determined by the percentage of the peak load (maximum load) of the upper grid is the Global Adjustment Rate in Ontario Canada.
  • the remaining charges may affect different rates. If an energy storage device (ESS) is operated in a market in which multiple rates are applied, considering only a specific rate, the corresponding rate may be reduced, but other charges may increase, thereby increasing the overall electric rate. Therefore, in order to prepare the charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS) to reduce the customer's electric charge, it is necessary to simultaneously consider the energy charge, the maximum power consumption charge, and the peak load contribution charge.
  • the prior patents present a problem in that they propose a method for reducing only a specific fee (mostly an energy fee).
  • the prior art has a problem that there is no risk management method for the prediction error. Since the capacity kWh of the energy storage device ESS is limited, the output control of the energy storage device ESS at the present time may affect the operation of the future energy storage device ESS. Therefore, in order to reduce the electric charges of customers by using the energy storage device (ESS), the output control technique of the schedule-based energy storage device (ESS) should be used. Since accurate values such as future loads, power generation, and prices cannot be known, these predicted values are used to create a charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS). However, there may be errors in the forecasts and unforeseen damages may occur due to the errors. However, the prior art has a problem in that it does not propose a method for reducing the risk that may occur due to the error of the predicted value.
  • the prior art manually manages the state of charge (SOC).
  • SOC state of charge
  • the SOC In order to use the ESS as an emergency generator, the SOC must be maintained above a certain level (minimum charge) during normal operation.
  • ESS energy storage device
  • the gain obtained by performing charging / discharging of the energy storage device ESS may be reduced. Therefore, in order to maximize the gain that can be obtained by charging / discharging the energy storage device (ESS), it is necessary to actively define the minimum charge amount in consideration of the load to be supplied by the emergency generator.
  • the minimum charge amount is maintained at a constant value irrespective of the load, so that there is a problem that the efficiency is lowered.
  • the prior art has a problem that the state control technology of the energy storage device (ESS) is absent.
  • ESS state control technology
  • ESS energy storage device
  • the operating device for the microgrid energy storage device of the present invention for solving the above problems is to collect the prediction data and real-time operating information on load, power generation and energy prices for each time interval from the microgrid operating system, A schedule preparation unit defining a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid per unit, and preparing a charging and discharging schedule of the energy storage unit for each time interval to minimize the operating cost of the microgrid; A command value deriving unit for determining an operating state of the energy storage device and deriving an effective power command value to be output from the energy storage device according to user setting information and a charging and discharging schedule; And a controller for controlling the operation of the energy storage device according to the operating state and the effective power command value, wherein the schedule preparation unit minimizes the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device.
  • the charging and discharging schedules may be prepared as much as possible.
  • the schedule preparation unit may further include a prediction data correction module that corrects the prediction data of the time period based on the real time price information within the time period for each time period according to a user's setting.
  • the prediction data correction module may divide one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting, and step the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period.
  • the schedule preparation unit may include a minimum charge setting module for setting a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid for each time period, and the minimum charge setting module may include a minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation and physical energy storage. Based on the minimum charge of the device, the minimum time the energy storage device should operate as an emergency generator, the forecast data for the load, the forecast data for the generation and the rated energy capacity of the energy storage device, Can be set.
  • the schedule preparation unit may create a temporary charge and discharge schedule for the energy storage device by converting a charge and discharge control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem.
  • the objective function of the optimization problem may be such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
  • the schedule preparation unit analyzes the charge price by time period and the temporary charge and discharge schedules, and schedules to generate the final charge and discharge schedule by distributing the temporary charge and discharge schedules so that the charge and discharge plans by time intervals are maximized. It may further include a correction module.
  • the schedule preparation unit defines charge prices and maximum charge amounts of individual time periods, defines time periods that are continuously in the same state as a charged state or discharged state as a set of correction time periods, and time periods belonging to each correction time period set.
  • the final charging and discharging schedule can be generated by calculating the average power of the power and performing the calibration by comparing the average power with the time periods belonging to each set of time periods to be corrected.
  • the operating device for the microgrid energy storage device further includes a user interface unit used for generating user setting information, the user interface unit is detected a power failure generation signal, the upper power grid connection
  • the switch is closed, when an operation command of the energy storage device is input from the user, the operation signal of the energy storage device according to the operation command may be blocked and a warning message may be generated.
  • the user interface unit may block the operation of the microgrid associated switch and generate a warning message when the voltages of the upper power grid and the consumer power grid are not synchronized during the independent operation of the energy storage device.
  • Operation method for the microgrid energy storage device of the present invention for solving the above problems is a schedule creation unit, the prediction data and real-time operating information on load, power generation and energy price for each time interval from the microgrid operation system Collecting the; Defining, by the schedule preparation unit, a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid for each time period; Creating, by a schedule preparation unit, a charging and discharging schedule of the energy storage device for each time interval such that an operating cost of the microgrid is minimized; Determining, by the command value deriving unit, an operating state of the energy storage device according to the user setting information and the charging and discharging schedule, and deriving an effective power command value to be output from the energy storage device; And controlling, by the control unit, the operation of the energy storage device in accordance with the operating state and the effective power command value, wherein preparing a charge and discharge schedule of the energy storage device includes an energy charge, a maximum power consumption cost, and a peak load.
  • the operating method for the microgrid energy storage device by the schedule preparation unit, according to the user's setting for each time period, based on the real-time price information within the time period
  • the method may further include correcting the prediction data.
  • the correcting of the prediction data of the time period may include: dividing one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting; And cascading the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period.
  • the step of defining the minimum charge amount of the energy storage device includes the minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation, the minimum charge amount of the physical energy storage device, the minimum time that the energy storage device should operate as the emergency generator, and the load. Forecast data, forecast data for power generation and rated energy capacity of the energy storage device can be made.
  • the charging and discharging schedule of the energy storage device may include preparing a temporary charging and discharging schedule for the energy storage device by converting a charging and discharging control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem. It may include.
  • the objective function of the optimization problem may be such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
  • the charging and discharging schedule of the energy storage device may be prepared by analyzing charge prices and temporary charging and discharging schedules according to time periods, and distributing temporary charging and discharging schedules to maximize distribution of time and charge plans.
  • the method may further include generating a final charge and discharge schedule.
  • the step of generating the final charge and discharge schedules define the charge price and the maximum charge amount of the individual time periods, and define the time periods that are continuously the same state as the charging state or the discharge state as a set of correction target time periods, and each correction target
  • the average output of the time periods belonging to the time period set may be calculated, and the correction may be performed by comparing the average power and the time periods belonging to each target time period set.
  • the operating method for the microgrid energy storage device when the power failure signal is detected by the user interface unit, and the upper power grid associated switch is closed, the user of the energy storage device from the user When the operation command is input, the method may further include blocking an operation signal of the energy storage device according to the operation command and generating a warning message.
  • the operating method for the energy storage device for a microgrid when the voltage of the upper grid and the consumer grid is not synchronized by the user interface unit during the independent operation of the energy storage device, the microgrid Blocking the operation of the associated switch of the, may further include generating a warning message.
  • the operating device and method for an energy storage device for a microgrid it is possible to reduce the electric bill of the microgrid by performing charging / discharging in normal times and to supply power to the microgrid with an emergency power source in an emergency. There is an advantage.
  • FIG. 1 and 2 are conceptual diagrams of a micro operating system to which an operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be applied.
  • FIG. 3 is a block diagram of an operating device for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a schedule preparation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a method of correcting prediction data made through the prediction data correction module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating a method of setting a minimum charge amount made through the minimum charge amount setting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a schedule correction method performed through a schedule correction module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a charging and discharging schedule generation step according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a correction step of a temporary schedule according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a step of deriving a command value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram of a control method performed through a control step according to an embodiment of the present invention.
  • an operating apparatus and method for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • FIG. 1 and 2 are conceptual diagrams of a micro operating system 10 to which an operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be applied.
  • the microgrid 20 managed by the micro operating system 10 is a microgrid connection switch 21 that can physically separate the payment meter 22 and the upper power system and the microgrid 20 used to settle electric bills. It is a small power system connected to the power system 30 through.
  • the microgrid 20 is usually operated in connection with the upper power grid 30, the microgrid operating system 10, the status information of the microgrid 20 and the energy storage device (ESS), the power market operating system 40 Using the market price and load information provided by the weather information, weather information provided by the weather data providing system 50, such as the meteorological office, user operation information and the like to control the active power of the energy storage device (ESS) in real time.
  • weather information provided by the weather data providing system 50, such as the meteorological office, user operation information and the like to control the active power of the energy storage device (ESS) in real time.
  • the microgrid link switch 21 disconnects the upper power system and performs independent operation.
  • the microgrid 20 may be a single consumer such as a home, a factory, a building, and the like, and may be a distribution system of a peripheral pressure unit.
  • the operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be connected to the microgrid operating system 10 shown in FIG. 2 to perform an operation thereof. That is, the operating device and method according to an embodiment of the present invention can derive the state and output command value of the energy storage device (ESS) using data acquired from various data sources such as terminal data, external data, database, middleware, and the like. have. The derived command value is transmitted to the energy storage device (ESS) in the field through the communication device, and the real-time output and state control of the energy storage device (ESS) can be performed based on the command value in the energy storage device (ESS) local controller. have.
  • the energy storage device (ESS) can be largely controlled in a stopped state, a ready state and an operating state.
  • the stop state indicates an open state of mechanical switches (VCB, MCCB, etc.) connecting the energy storage device (ESS) and the microgrid.
  • the energy storage device (ESS) is physically separated from the microgrid.
  • the ready state indicates a state in which all preparations for the output control (mechanical switch closed, DC stage initial charge completion, etc.) are completed, and the semiconductor switch (eg, IGBT) is all open and the output current is zero.
  • the operating state indicates a state in which the on / off state of the semiconductor switch is controlled to control the output of the energy storage device ESS.
  • Such an operation state may be divided into a manual operation mode and a schedule operation mode used during a grid-connected operation, and a constant voltage / frequency operation mode and a synchronization operation mode used during an independent operation.
  • the manual operation mode represents a state of controlling the active power output of the energy storage device (ESS) to a value set by the user
  • the scheduled operation mode is to reduce the electric charge in the operating process for the energy storage device (ESS) It shows a state in which the active power output of the energy storage device ESS is automatically controlled according to the charge / discharge schedule of the energy storage device ESS which is periodically created.
  • the size and frequency of the output voltage of the energy storage device (ESS) are controlled to a value set by the user to indicate a state in which the active and reactive power balance of the microgrid is maintained during the independent operation.
  • the synchronous operation mode of the output voltage of the energy storage device (ESS) in order to control the phase angle and magnitude of the primary (high grid) and secondary (microgrid) voltage of the microgrid-linked switch open during the independent operation Indicates the state of controlling the phase angle and magnitude. This feature enables microgrid reconnection to uninterrupted upper systems.
  • FIG. 3 is a block diagram of an operating device 100 for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
  • an operating device hereinafter, referred to as an operating device
  • an operating device for the microgrid energy storage device according to an embodiment of the present invention may be largely divided into six features to solve the problems of the prior art.
  • the operating device 100 is characterized by creating a charge / discharge schedule by considering various electric charges. Specifically, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention not only considers a specific fee (for example, an energy fee) of the prior art, but also an energy fee, as well as a maximum power consumption fee and a peak charge fee. In addition, solving the optimization problem in consideration of the cost of reducing the life of the energy storage device is characterized in that the charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS) to prepare.
  • ESS energy storage device
  • the operating device 100 is characterized in that the risk management for the prediction error. That is, the operating device and method according to an embodiment of the present invention corrects the prediction value of the current time period by using the past history of the current time period together with the predicted value and the real-time measured value, and is used to prepare the charge / discharge schedule and predict the current time period. The error can be reduced.
  • the operating apparatus 100 steps the prediction data at regular intervals, and distributes the charging / discharging schedule as much as possible for the time intervals in which the charging / discharging costs of the energy charging device ESS are the same. Creating a schedule can spread the risk of error.
  • the operating apparatus 100 may provide an environment in which an interval for stairing may be set according to a user strategy (increasing the interval, the expected value of risk and gain is reduced and the interval is increased. There is a characteristic that reducing the risk increases the expected value of risk and benefit).
  • the operating apparatus 100 may add a condition for maintaining the charge amount SOC to an upper limit at a user setting time when the charging and discharging schedule is prepared. As a result, it is possible to secure a discharge reserve force corresponding to the prediction error.
  • the operating device 100 is characterized by actively managing the charging amount SOC of the energy storage device ESS by using the prediction data. That is, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention actively determines the minimum charging amount for emergency power generation using the load and power generation prediction result, and uses the same in the schedule preparation to determine the charging amount that can be used during normal operation ( SOC) area can be enlarged. Accordingly, there is an advantage that can increase the economics of the operation of the energy storage device (ESS).
  • the operating device 100 is characterized by automatically controlling the state of the energy storage device (ESS). If the energy storage device (ESS) is automatically operated according to a schedule in the microgrid operating system, the active power output is controlled by performing on / off control of the energy storage device (ESS) together with the active power output. The loss caused by the operation of the semiconductor switch for controlling to zero can be reduced.
  • the operating device 100 can perform the control according to the user's judgment and has an advantage of preventing a user's misoperation. That is, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention expresses various acquisition information together with the charge / discharge schedule information in the user interface, and can control the energy storage device ESS based on the user determination. Can provide an environment that In addition, a protection function may be provided to prevent a user's misoperation in the user interface.
  • the operating device 100 may provide an uninterruptible independent operation function.
  • ESS energy storage device
  • the operating device 100 includes a schedule preparing unit 110, a command value deriving unit 120, a user interface unit 130, and a control unit 140. Can be configured. In this case, the above-described configuration is divided into functions for the purpose of understanding the present invention, and may be implemented through one processing device.
  • the schedule generator 110 prepares a charge and discharge schedule of the energy storage device ESS.
  • the schedule preparation unit 110 functions to create a charge and discharge schedule of the energy storage device ESS for each time interval so that the operating cost of the microgrid is minimized.
  • the components of electricity rates defined in the domestic and overseas power market rules are classified according to the factors of the rates, they can be largely classified into fixed rates, energy rates, maximum power consumption rates, and peak load contribution rates. All of these rates, except for the fixed rate, can affect different rates. If an energy storage device (ESS) is operated in a market in which multiple rates are applied, considering only a specific rate, the corresponding rate may be reduced, but other charges may increase, thereby increasing the overall electric rate.
  • the schedule preparation unit 110 generates a charging and discharging schedule such that an operating cost representing a sum of an energy fee, a maximum power consumption fee, a peak load contribution fee, and a reduction in the lifespan of an energy storage device is minimized. do.
  • the schedule preparation unit 110 may generate the prediction data correction module 111, the minimum charge amount setting module 112, the initial schedule preparation module 113, and the like. It may be configured to include a schedule correction module 114.
  • the prediction data correction module 111 functions to correct an error that may exist in prediction data used to prepare a charge and discharge schedule.
  • the prediction data correction module 111 may correct the prediction data for each time interval according to the setting information set by the user, and may perform a function of stairizing the prediction data.
  • a description will be given of a method of correcting prediction data for each time period made through the prediction data correction module 111.
  • the settlement price in a Real-Time Pricing (RTP) plan is calculated and known after operating the actual power market. Therefore, since the actual settlement price is not known at the time of operation, it is inevitable to charge / discharge using the forecast price. That is, charging is performed when the predicted price is low, and discharge is performed when it is expensive. Therefore, damage may occur due to the difference between the forecast price and the actual settlement price. For example, if discharge was performed because the expected price at the time of operation was high, but the actual settlement price is lower than when charging is performed, there is a possibility that the charge / discharge operation may be caused by charging at a high price and discharging at a low price. . Similar problems can also occur in peak power consumption and peak load contribution costs.
  • RTP Real-Time Pricing
  • the maximum power consumption or the maximum grid load did not appear, but the actual operation result.
  • the maximum power consumption cost and peak that could be reduced by not discharging at the time when the event occurred, even though the SOC reserve power for discharging was obtained. It does not reduce the load contribution cost.
  • the prediction data correction module 111 corrects the prediction data of the settlement price (or load) by using real-time price information (or real-time load information) in order to reduce the risk of the aforementioned error according to the user's setting. can do.
  • the prediction data correction module 111 uses the prediction data as it is in charge / discharge schedule generation if there is no real time price information (or real time load information) corresponding to the current time period.
  • the prediction data correction module 111 may correct the prediction data by the weighted average of the real time price or real time load and their prediction data.
  • the corrected prediction data can be used for the charging and discharging schedule described later. According to the correction of the prediction data, an error between the prediction data and the value used in the actual settlement may be reduced.
  • the prediction data correction module 111 may step the prediction data in order to reduce the risk that may occur due to the difference in the minute prediction values that may occur in the optimization-based charging / discharging schedule creation method according to the user's setting. .
  • the prediction data correction module 111 divides the corresponding time period into a plurality of unit time periods as shown at the bottom of FIG.
  • the prediction data for the real-time price or the real-time load by at least one step. It can be staircased by unit time intervals according to the intervals. That is, when the staircase is performed in this example, the price of the current time period and the next time period is corrected to the same value, and thus charging is performed equally between the current time period and the next time period. Therefore, even if the market price increases in the next period, the damages from the price increase can be reduced than if the forecast value is used directly.
  • the prediction data correction module 111 may perform two functions as described above. That is, the prediction data can be corrected or the staircase interval can be set appropriately in consideration of the characteristics of the microgrid and the power market, which is optional according to the user's setting, that is, one of two functions or two functions. All can be used.
  • the minimum charge setting module 112 sets a minimum charge amount so that the microgrid load can be supplied for a predetermined time or more (for example, the time required for starting an emergency diesel generator) during independent operation. Do it. That is, when the charging and discharging schedule of the energy charging device ESS is prepared, the energy charging device ESS should be maintained above the minimum charging amount.
  • the minimum charging amount setting module 112 functions to set the minimum charging amount.
  • the minimum charging amount is set high, the charge / discharge capacity of the energy storage device ESS may be reduced, thereby reducing the gain obtained by charging or discharging the energy storage device ESS. Therefore, in order to increase the utilization of the energy storage device (ESS), it is necessary to set the minimum charge amount as low as possible.
  • the minimum charge setting module 112 may differently set the minimum SOC criterion for each time period by using the load and power generation amount prediction value and the minimum time during which the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator.
  • the energy storage device ESS needs to supply a lot of power in an emergency, and thus sets the minimum charge amount of the time period to be high.
  • the amount of charge corresponding to the hatched area of FIG. 6 can be utilized for normal operation compared to the method used in the related art. This minimum charge amount is calculated as in Equation 1 below.
  • Equation 1 SOC opr min (t) represents the minimum charge amount of the energy storage device (ESS) for emergency power generation, SOC mech min (t) represents the minimum charge amount of the physical energy storage device (ESS), t min, back represents the minimum time that the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator, P LD (x) represents the load prediction value, P DG (x) represents the generation prediction value (kw), E ESS, rated represents the rated energy capacity of the energy storage device,
  • the temporary schedule preparing module 113 converts the charge and discharge control problem into an optimization problem and finds an optimal solution of the optimization problem, thereby creating a temporary charge and discharge schedule for the energy storage device (ESS). Specifically, the temporary schedule creation module 113 functions to create a temporary charging and discharging schedule for optimally controlling the energy storage device ESS for each time period.
  • the operating device 100 according to an embodiment of the present invention generates a schedule such that the sum of the energy fee, the maximum power consumption cost, and the peak charge fee and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
  • the objective function and the constraints may be expressed as Equations 2 and 3, respectively.
  • Equation 2 PESS (i) represents the output of the energy storage device (ESS) in the time interval (i), C energy represents the energy rate, C MG, peak represents the maximum power consumption rate, C market, The peak represents the peak charge, the C wear, the tear represents the life reduction cost of the energy storage device (ESS), the specific equation can be determined by the electricity bill settlement rules of the power market to which the microgrid belongs.
  • the temporary schedule preparation module 113 may use a charge amount (SOC) constraint, such as Equation 3, in order to secure a discharge reserve force corresponding to the error of the predicted value.
  • SOC charge amount
  • T SOC, max represents a time period during which the filling amount should be maximum
  • SOC (T SOC, max ) represents the filling amount in the time period T SOC, max
  • SOC max means the maximum filling amount
  • Equation 3 may perform the following function. For example, suppose a situation is expected that there will be no discharge gain in the afternoon. In this situation, the conventional technology does not perform charging at low dawn and morning time even if the SOC is low. Therefore, even if a situation in which the actual price rises in the afternoon can benefit from the discharge may occur, the discharge may not be performed due to the lack of the SOC. However, if you apply the preceding constraints to the schedule and set the maximum amount of charge (SOC) time to 8 am, the time before 8 am is maximized until the charge is maximized at 8 am by the operating process of the energy storage device (ESS). Charge / discharge can be performed in the liver. Therefore, even if an unexpected event occurs after 8 o'clock, the discharge can be performed.
  • SOC maximum amount of charge
  • the schedule correction module 114 functions to generate a final schedule by correcting the temporary schedule created through the temporary schedule preparation module 113. If the objective function is linear (defined by most of the electrical charges) and there are time intervals with the same coefficient, the combination of optimal solutions that minimizes the objective function can be infinite. That is, there are infinite charge / discharge schedules for minimizing the objective function. For example, if the price of time period 1 and time 2 is the same as 100 won / kWh, charge 10 kWh at hour 1 and charge 5 kWh at hour 2 and charge 5 kWh at hour 2 and charge 10 kWh at time 2 Charging is the same as all costing 1,500 won.
  • various charging / discharging schedules of minimizing the objective function in the present invention have the same charging periods (discharge prices are opposite signs) among the schedules derived from the optimization problem as shown in FIG.
  • the schedule for distributing the charge / discharge as much as possible can be selected as the final charge / discharge schedule.
  • the schedule correction method performed through the schedule correction module 114 may be largely divided into three processes.
  • the schedule correction module 114 may define the charging price and the maximum charging amount of each time period.
  • the temporary schedule created through the temporary schedule creation module 113 may be substituted into the objective function of the optimization problem to find the price coefficient activated in the individual time zone and calculate the charge price of the individual time period.
  • the schedule correction module 114 may derive a set of time periods for performing a correction operation based on the time period T currently undergoing the calculation. That is, the schedule correction module 114 derives a set of time periods that remain in the same state, that is, a set of correction time periods, in consideration of the state of charge or discharge of the time period T currently being calculated. Do it. For example, if the schedule result of the time period T in which the current operation is performed is charging, the set of correction target time periods is equal to the current operation time period and the charging price among the time periods after the current operation time period and immediately before the scheduled time period. It is the same set of time periods.
  • the set of time periods to be corrected is one of the time periods that have the same charging price as the current calculation time period, among the time periods after the current calculation time period and before charging is scheduled. Represents a set of. If the schedule result of the current operation time period is 0, the set of time targets to be corrected is defined based on the schedule result of the first time when the schedule result after the current operation time period is not 0.
  • the schedule correction module 114 performs a schedule correction operation on time periods belonging to the correction target time period set.
  • the schedule correction module 114 calculates an average output of time periods belonging to the set of time periods to be corrected, and performs schedule correction for time periods in the order of the maximum charge amount mentioned above among the time periods belonging to the time period set to be corrected. You can proceed. If the maximum charge amount of the corresponding time period is smaller than the average output, the schedule of the corresponding time period may be set as the maximum charge amount, the average power of the remaining time periods may be recalculated, and the operation for the next time period may be performed. On the contrary, if the maximum charging amount is larger than the average charging amount, the charging amount of the corresponding section is set as the average charging amount and the operation for the next section is performed.
  • the command value deriving unit 120 sets an operation mode (manual / scheduling) of the energy storage device ESS according to a charging and discharging schedule, that is, a final charging and discharging schedule created through the schedule preparing unit 110, and sets the set validity.
  • a charging and discharging schedule that is, a final charging and discharging schedule created through the schedule preparing unit 110
  • the function of deriving the state and the active power command value of the energy storage device (ESS) to be delivered to the controller 130 of the energy storage device (ESS). If the operation mode of the energy storage device ESS is the manual mode, there is no change of the state command value of the energy storage device ESS, and only the active power command value is changed to the user input value. However, when the energy storage device ESS is operated in the schedule mode, the state and output command value of the energy storage device ESS may be determined.
  • command value deriving unit 120 changes the state of the energy storage device ESS to ready (semiconductor switch off) when the schedule result command value is 0. This operation can reduce the loss caused by unnecessary standby operation (switching of the semiconductor switch to control to zero as an output).
  • the controller 140 performs an operation state and an output control of the energy storage device ESS based on the command value derived from the command value deriving unit 120 and transmitted to the microgrid operating system, and an operation state setting value. Do it.
  • the operation state of the energy storage device (ESS) may be divided into a manual operation mode and a schedule operation mode used during grid linkage operation, and a constant voltage / frequency operation mode and synchronization operation mode used during independent operation. .
  • the schedule operation mode that is, the active power and reactive power control mode indicates a mode for controlling the active power and the reactive power according to the command value
  • the constant voltage / frequency operation mode indicates a mode for controlling the voltage and frequency as the command value.
  • the synchronous operation mode represents a mode in which the magnitude and phase angle of the voltage of the secondary side (microlog grid) of the microgrid associated switch are synchronized with the voltage of the primary side by controlling the magnitude and phase angle of the output voltage.
  • the controller 140 provides protection functions such as AC / DC voltage, current, and charge amount to protect the system of the energy storage device (ESS).
  • a characteristic of the controller 140 is that an uninterruptible operation is possible. In other words, if the anti-island function is turned off, an autonomous operation (voltage / frequency control mode) is automatically performed when an accident in the power grid is detected. It also detects when the upper grid is restored and synchronizes automatically. When the microgrid link is closed, it automatically switches to the active / reactive power mode. In this manner, when the energy storage device (ESS) maintains the synchronization mode after being connected to the upper power grid, problems that may occur due to measurement error and delay (ESS overcurrent protection operation, excessive inrush current, etc.) may be minimized.
  • the user interface 130 provides an environment in which a user expresses various information for determining various matters related to the operation of the energy storage device (ESS) and controls related devices. Data expressed in the user interface 130 is as follows.
  • ESS -Energy storage device
  • status stop / ready / operation
  • operation mode independent operation / synchronization / auto / manual
  • warning and alarm charge level (SOC)
  • active / reactive power output voltage, frequency, communication Status, higher grid synchronization results, etc.
  • -Microgrid switch open / close, active / reactive power, communication status, etc.
  • ESS Energy storage device
  • the user may perform the following operations through the user interface unit 130 based on the above materials.
  • -Energy storage device control status (stop / ready / operation), anti-island function setting, automatic / manual mode selection, control of active / reactive power output in manual mode, energy storage device (ESS) in independent operation Output voltage control etc.
  • the user interface unit 130 may further provide two functions to prevent a problem that may occur due to an incorrect operation by the user.
  • the user interface 130 may provide a higher power grid-linked black start prevention function.
  • the energy storage device ESS stops operating.
  • the user In order to supply power to the microgrid by using the energy storage device (ESS) as an emergency power source, the user must open the microgrid link switch and start the energy storage device (ESS). If the energy storage device (ESS) is activated without opening the microgrid associated switch, in the worst case, an overcurrent may occur in the energy storage device (ESS), and the semiconductor switch may be damaged.
  • the user interface unit 130 when a power failure occurs (that is, when a power failure signal is detected), when the upper power grid link switch is closed, the user inputs an operation command of the energy storage device (ESS). Even if it can block the operation signal of the energy storage device (ESS) by itself and display a warning message.
  • the user interface 130 may provide an asynchronous reassociation prevention function. If the upper grid is restored during stand-alone operation, reconnection to the upper grid of the microgrid must be performed. At this time, if the microgrid link switch is closed while the upper power system and the microgrid are not synchronized (magnitude and phase angle), excessive inrush current may occur. have.
  • Asynchronous reconnection prevention function prevents the operation of the microgrid link switch and displays the relevant warning message if the voltages of the upper grid and the consumer grid are not synchronized during stand-alone operation.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an operating method (hereinafter, an operating method) for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
  • an operating method for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
  • step S110 a schedule preparation unit prepares a schedule for charging and discharging the energy charging device ESS using the microgrid operating system.
  • step S110 may include collecting forecast data and real-time operation information on load, power generation, and energy price for each time period from the microgrid operating system, and step S110 may include the steps illustrated in FIG. 9. Can be.
  • the step S111 is a step of correcting the prediction data of the time period by the schedule preparation unit based on the real-time price information within the time period for each time interval according to the user's setting.
  • the step S111 may include dividing one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting and stepping the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period.
  • the two processes are not necessarily performed in the correction process and the staircase process of the prediction data, and may be performed selectively or all according to the user's setting.
  • step S112 in order to use the energy storage device as an emergency generator, the schedule preparing unit sets a minimum charge amount so that the microgrid load can be supplied for a predetermined time or more (for example, the time required for starting an emergency diesel generator) during independent operation. Step. That is, when the minimum charging amount is set high, the charge / discharge capacity of the energy storage device ESS may be reduced, thereby reducing the gain obtained by charging or discharging the energy storage device ESS. Therefore, in order to increase the utilization of the energy storage device (ESS), it is necessary to set the minimum charge amount as low as possible.
  • step S112 may be performed by differently setting the minimum SOC criteria of the individual time periods by using the load and generation amount prediction value and the minimum time that the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator.
  • the energy storage device ESS needs to supply a lot of power in an emergency, and thus sets the minimum charge amount of the corresponding time period high. In the opposite case, it is desirable to set the minimum charge amount low.
  • step S112 may include a minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation, a minimum charge amount of the physical energy storage device, a minimum time that the energy storage device should operate as an emergency generator, and a load. Prediction data for power generation, prediction data for power generation, and rated energy capacity of an energy storage device.
  • Step S113 is a step of preparing a temporary charging and discharging schedule for the energy storage device by converting a charging and discharging control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem.
  • the objective function of the optimization problem can be made such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
  • Step S114 is a step of generating a final charging and discharging schedule by analyzing the charging price and the temporary charging and discharging schedule for each time period, and distributing the temporary charging and discharging schedule to maximize distribution of the charging and discharging schedule for each time period.
  • the step of generating the final charge and discharge schedule through the step S114 is shown in FIG.
  • Step S114a is a step of defining the charge price and the maximum charge amount of the individual time period.
  • the charging price may be calculated by substituting the temporary schedule created in step S113 into the objective function of the optimization problem to find the price coefficient activated in the individual time zones and calculate the charging price of the individual time periods.
  • step S114a may define the maximum charge amount does not change the charge price for each time period. For example, charging a new energy storage device (ESS) results in a new maximum power consumption of the microgrid, which increases the maximum power consumption rate. Therefore, in this case, the maximum charge amount of each time period is determined as the maximum charge amount that can maintain the power consumption of each time period below the maximum power consumption estimate value (the greater of the maximum power consumption generated by applying the existing maximum power consumption and schedule). do
  • ESS new energy storage device
  • Step S114b is a step of initializing the variables used for the correction to be described below, and setting the correction target to the current time period.
  • Step S114c is a step of determining whether correction for the current time period, that is, the time period T, is completed. As a result of the determination, if it is determined that the correction for the time period T is completed, the control is passed to the step S114f. Otherwise, control passes to a step S114d.
  • the step S114d is a step of deriving a set of time periods for performing a correction operation based on the time period T currently being calculated. That is, the step S114d functions to derive the set of time periods that remain in the same state, that is, the set of correction target time periods, in consideration of the state of charge or discharge of the time period T currently being calculated.
  • the set of correction target time periods may be defined based on the schedule result of the first time when the schedule result after the current operation time period is not zero.
  • step S114e when the derivation of the set of time target sections is corrected, a schedule correction operation is performed on time periods belonging to the set of time target sections.
  • the average output of the time periods belonging to the set of time periods to be corrected may be calculated, and the schedule correction may be performed for the time periods in the order in which the maximum charge amount mentioned above is small among the time periods belonging to the time period set to be corrected. If the maximum charge amount of the corresponding time period is smaller than the average output, the schedule of the corresponding time period may be set as the maximum charge amount, the average power of the remaining time periods may be recalculated, and the operation for the next time period may be performed. On the contrary, if the maximum charging amount is larger than the average charging amount, the charging amount of the corresponding section is set as the average charging amount and the operation for the next section is performed.
  • Step S114f is a step of determining whether the current time period is the last time period, that is, whether there is a subsequent time period that requires correction.
  • control is transferred to step S114g to select a next time period. Otherwise, control passes to step S120.
  • the charging and discharging schedule of the energy storage device may be prepared for each time interval to minimize the operating cost of the microgrid through the step S110.
  • the step S110 is made to minimize the sum of the energy bill, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee and the cost of reducing the life of the energy storage device, thereby lowering the customer's electricity bill compared to the prior art and more efficient operation is possible.
  • the step S110 performs error correction on the prediction data considering the real-time price, thereby minimizing the damage caused by the error.
  • step S120 the command value deriving unit determines the operation state of the energy storage device according to the user setting information and the charging and discharging schedule, and derives an effective power command value to be output from the energy storage device.
  • step S120 may be performed by performing the steps illustrated in FIG. 11. As explained earlier. When the operation mode of the energy storage device ESS is the manual mode, there is no change of the state command value of the energy storage device ESS, and only the active power command value may be changed to a user input value.
  • step S122 when the schedule result command value is 0, control is transferred to step S123 to change the state of the energy storage device to a ready state (ie, semiconductor switching off). This operation can reduce the losses caused by unnecessary standby operations.
  • step S130 the controller controls the operation of the energy storage device according to the operating state and the effective power command value.
  • step S130 is a step of performing the operation state and output control of the energy storage device (ESS) on the basis of the command value and the operation state set value derived through the step S120 to the microgrid operating system.
  • the control step made through the step S130 may provide protection functions such as AC / DC voltage and current, SOC, etc. to protect the own system of the energy storage device ESS as shown in FIG. You can switch modes. In this manner, when the ESS maintains the synchronization mode after being connected to the upper power grid, problems that may occur due to measurement error and delay (ESS overcurrent protection operation, excessive inrush current, etc.) can be minimized.
  • the method may further include blocking an operation signal of the energy storage device according to the operation command and generating a warning message.
  • the method may further include, by the user interface unit, interrupting an operation of the link switch of the microgrid and generating a warning message when the voltages of the upper power grid and the consumer power grid are not synchronized during the independent operation of the energy storage device. can do.

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Abstract

The present invention relates to an operating device and method for an energy storage device for a microgrid. To this end, an operating device according to an embodiment of the present invention: collects prediction data relating to a load, power generation, and an energy price for each time period and real-time operation information from a microgrid operating system; defines a minimum charge capacity of an energy storage device for each time period; creates charging and discharging schedules of the energy storage device for each time period to minimize an operation cost of a microgrid; determines an operation state of the energy storage device according to user setting information and the charging and discharging schedules; derives a command value of effective power to be output from the energy storage device; and controls an operation of the energy storage device according to the operation state and the command value of effective power.

Description

마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법Operating device and method for energy storage device for microgrid
본 발명은 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법(APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING ENERGY STORAGE SYSTEM CONNECTED TO MICROGRID)에 관한 것이고, 보다 상세하게 에너지 저장 장치를 안정적이며 경제적으로 마이크로그리드에 적용할 수 있는 운영 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an operating apparatus and method for an energy storage device for a microgrid (APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING ENERGY STORAGE SYSTEM CONNECTED TO MICROGRID), and more particularly to the energy storage device can be applied to the microgrid in a stable and economical manner. It relates to an operating device and a method.
에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)은 양수 발전소와 같이 필요에 따라 전력을 충/방전할 수 있는 기기이다. 최근 전력전자 기술과 에너지 저장 기술의 급격한 발전으로 에너지 저장 장치(ESS)의 전력계통 연계가 지속적으로 증가하고 있다. 전력계통 연계 에너지 저장 장치(ESS)는 주파수 유지, 신재생 에너지원 출력의 간헐성 감소, 첨두부하 감소, 전기요금 감소, 비상용 발전 등 다양한 목적으로 사용될 수 있다. An energy storage system (ESS) is a device that can charge and discharge power as needed, such as a pumped-up power plant. Recently, due to the rapid development of power electronic technology and energy storage technology, the power system linkage of the energy storage device (ESS) is continuously increasing. The power system-linked energy storage device (ESS) can be used for various purposes, such as frequency maintenance, reduction of intermittent output of renewable energy sources, peak load reduction, electricity bill reduction, and emergency power generation.
이러한 장점에 기인하여, 종래에는 에너지 저장 장치를 활용한 다양한 운영 기법 및 제어 방법이 연구되었다. 예를 들어, 종래에는 부하 및 발전 예측, 전기 에너지 가격 예측 데이터를 이용하여, 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전으로 발생하는 이득을 최대화하는 스케줄 기반의 운전 방안, 충/방전으로 발생하는 에너지 저장 장치(ESS)의 기기 수명 감소 비용의 고려 방안 등이 연구되었다. 다만, 종래 기술의 경우, 아래와 같은 문제점들이 존재한다.Due to these advantages, in the past, various operating techniques and control methods using energy storage devices have been studied. For example, in the related art, load and power generation prediction, electric energy price prediction data are used, and schedule-based operation schemes for maximizing the gain generated by charging / discharging the energy storage device (ESS), and energy generated by charging / discharging Considerations have been made to consider the cost of reducing the life of the device (ESS). However, in the prior art, the following problems exist.
먼저, 종래 기술들은 특정 요금만을 예를 들어, 에너지 요금만을 고려한 기법들을 제시하는 점에서 문제가 있다. 일반적으로, 국내외 전력시장 규칙에 정의된 전기요금의 구성요소를 요금의 요인에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.First, the prior arts have a problem in that they propose techniques that consider only specific rates, for example only energy rates. In general, the components of electricity rates defined in domestic and international power market rules can be classified as follows according to the factors of the rates.
- 고정 요금 : 수용가의 전기 사용량 및 패턴과 상관없이 일정한 금액이 부과되는 요금-Fixed rate: A rate that is charged a fixed amount regardless of the electricity usage and pattern of the customer
- 에너지 요금 : 수용가에서 소비한 전기 에너지와 그 사용 시간에 의해 결정되는 요금으로 시간대별 사용 전력량과 TOU(Time Of Use), CPP(Critical Peak Pricing), RTP(Real Time Pricing) 등의 요금제에 의해 결정됨-Energy rate: The rate is determined by the electric energy consumed by the customer and the time of use, and is determined by the amount of electricity used per hour, the rate of time of use (TOU), critical peak pricing (CPP), real time pricing (RTP), etc. Determined
- 최대소비전력 요금 : 일정 기간 동안 수용가에서 소비한 최대 전력에 의해 결정되는 요금으로 국내의 기본요금과 초과사용 부가금, 캐나다 온타리오 전력시장의 송/배전계통 이용 요금 등이 이에 해당됨-Maximum Power Consumption Rate: The rate determined by the maximum power consumed by the consumer over a period of time, including the national base rate, overage surcharges, and transmission / distribution system use rates in the Ontario Ontario power market.
- 첨두부하 기여 요금 : 상위 전력망의 첨두부하(최대부하)에 기여한 비율에 의해 결정되는 요금으로 캐나다 온타리오 전력시장의 Global Adjustment 요금이 이에 해당됨.-Peak Load Contribution Fee: The rate determined by the percentage of the peak load (maximum load) of the upper grid is the Global Adjustment Rate in Ontario Canada.
이 중 고정 요금을 제외한 나머지 요금은 서로 다른 요금에 영향을 줄 수 있다. 만약 복합적인 요금이 적용되는 시장에서 특정 요금만을 고려하여 에너지 저장 장치(ESS)를 운영하면 해당 요금은 감소될 수 있지만 다른 요금이 증가하여 전체적인 전기요금이 오히려 증가할 수 있다. 따라서 수용가의 전기요금을 감소시키기 위한 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄을 작성하기 위해서는 에너지 요금, 최대소비전력 요금, 첨두부하 기여 요금을 동시에 고려할 필요가 있다. 하지만, 선행 특허들에서는 특정한 요금(대부분이 에너지 요금)만을 감소시키기 위한 방안을 제시한 점에서, 문제가 있다.Of these, the remaining charges, except for the fixed rate, may affect different rates. If an energy storage device (ESS) is operated in a market in which multiple rates are applied, considering only a specific rate, the corresponding rate may be reduced, but other charges may increase, thereby increasing the overall electric rate. Therefore, in order to prepare the charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS) to reduce the customer's electric charge, it is necessary to simultaneously consider the energy charge, the maximum power consumption charge, and the peak load contribution charge. However, the prior patents present a problem in that they propose a method for reducing only a specific fee (mostly an energy fee).
둘째, 종래기술은 예측 오차에 대한 리스크 관리 방안이 부재한 문제가 있다. 에너지 저장 장치(ESS)의 용량(kWh)은 제한되어 있기 때문에 현재 시점의 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 제어가 미래의 에너지 저장 장치(ESS)의 운영에 영향을 줄 수 있다. 따라서 에너지 저장 장치(ESS)를 이용하여 수용가의 전기요금을 감소시키기 위해서는 스케줄 기반의 에너지 저장 장치(ESS)의 출력제어 기법을 사용하여야 한다. 미래의 부하, 발전, 가격 등의 정확한 값을 알 수 없기 때문에 이들의 예측값을 사용하여, 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄 작성한다. 하지만 예측값에는 오차가 존재할 수 있으며 오차로 인하여 예측하지 못한 손해가 발생할 수 있다. 하지만 종래기술에서는 예측 값의 오차로 발생할 수 있는 리스크를 감소시키기 위한 방안을 제시하지 못하는 점에서, 문제가 있다.Second, the prior art has a problem that there is no risk management method for the prediction error. Since the capacity kWh of the energy storage device ESS is limited, the output control of the energy storage device ESS at the present time may affect the operation of the future energy storage device ESS. Therefore, in order to reduce the electric charges of customers by using the energy storage device (ESS), the output control technique of the schedule-based energy storage device (ESS) should be used. Since accurate values such as future loads, power generation, and prices cannot be known, these predicted values are used to create a charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS). However, there may be errors in the forecasts and unforeseen damages may occur due to the errors. However, the prior art has a problem in that it does not propose a method for reducing the risk that may occur due to the error of the predicted value.
셋째, 종래기술은 수동적으로 충전량(SOC: State of Charge)를 관리한다는 점에서 문제점이 존재한다. 에너지 저장 장치(ESS)를 비상발전기로 사용하기 위해서는 정상운전 중에 충전량(SOC)을 일정 수준(최소 충전량) 이상으로 유지해야 한다. 하지만 충전량(SOC)을 일정 수준 이상으로 유지한다는 것은 정상운영 중에 충/방전을 수행할 수 있는 에너지 저장 장치(ESS)의 용량이 감소됨을 의미한다. 이에 따라, 결과적으로 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 수행으로 얻을 수 있는 이득이 감소할 수 있다. 따라서 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전으로 얻을 수 있는 이득을 최대화하기 위해서는 비상발전기로써 공급해야 하는 부하를 고려하여 최소 충전량을 능동적으로 정의할 필요가 있다. 하지만 종래 기술에서는 최소 충전량을 부하와 상관없이 일정한 값으로 유지함으로써, 그 효율이 떨어지는 문제가 있다.Third, there is a problem in that the prior art manually manages the state of charge (SOC). In order to use the ESS as an emergency generator, the SOC must be maintained above a certain level (minimum charge) during normal operation. However, maintaining the SOC above a certain level means that the capacity of the energy storage device (ESS) capable of charging / discharging during normal operation is reduced. As a result, the gain obtained by performing charging / discharging of the energy storage device ESS may be reduced. Therefore, in order to maximize the gain that can be obtained by charging / discharging the energy storage device (ESS), it is necessary to actively define the minimum charge amount in consideration of the load to be supplied by the emergency generator. However, in the prior art, the minimum charge amount is maintained at a constant value irrespective of the load, so that there is a problem that the efficiency is lowered.
넷째, 종래기술은 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 제어 기술이 부재한다는 문제점이 존재한다. 에너지 저장 장치(ESS)의 연계시스템으로 많이 사용되는 컨버터에서는 출력을 0으로 제어하더라도 내부 손실(IGBT 스위칭 손실 등)이 발생한다. 따라서, 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄 결과 출력 지령값이 0인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)의 유효전력 출력을 0으로 제어하면 내부 손실로 인하여 충전량(SOC)은 지속적으로 감소하게 된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해서는 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 지령값을 바탕으로 상태(on/off) 제어를 할 필요가 있다.Fourth, the prior art has a problem that the state control technology of the energy storage device (ESS) is absent. In converters, which are often used as interlocking systems of ESS, internal losses (IGBT switching losses, etc.) occur even if the output is controlled to zero. Therefore, if the charge / discharge schedule result output command value of the energy storage device (ESS) is 0, controlling the active power output of the energy storage device (ESS) to 0 causes the charge amount (SOC) to continuously decrease due to internal loss. do. In order to prevent such a phenomenon, it is necessary to perform on / off control based on the output command value of the energy storage device ESS.
따라서, 상술한 종래기술들의 문제점을 해소할 수 있으면서, 보다 안정적이고 경제적으로 에너지 저장 장치(ESS)를 마이크로그리드 운영에 활용할 수 있는 새로운 운영 장치 및 방법에 대한 요구가 존재한다.Accordingly, there is a need for a new operating device and method that can solve the problems of the above-mentioned prior arts and can utilize the energy storage device (ESS) for microgrid operation more stably and economically.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 에너지 저장 장치인 한국등록특허 제1597993호가 존재한다.In this regard, there is a Korean Patent No. 1597993 entitled Energy Storage Device.
본 발명은 안정적이고 경제적으로 에너지 저장 장치(ESS)를 마이크로그리드 운영에 활용할 수 있는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an operating apparatus and method for an energy storage device for a microgrid that can stably and economically utilize an energy storage device (ESS) for microgrid operation.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치는 마이크로그리드 운영 시스템으로부터 시구간 별로 부하, 발전 및 에너지 가격에 대한 예측 데이터와 실시간 운영 정보를 수집하고, 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하며, 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 스케줄 작성부; 사용자 설정 정보와 충전 및 방전 스케줄에 따라, 에너지 저장 장치의 동작 상태를 결정하고, 에너지 저장 장치로부터 출력될 유효 전력 지령값을 도출하는 지령값 도출부; 및 동작 상태 및 유효 전력 지령값에 따라 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 스케줄 작성부는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 것을 특징으로 한다.The operating device for the microgrid energy storage device of the present invention for solving the above problems is to collect the prediction data and real-time operating information on load, power generation and energy prices for each time interval from the microgrid operating system, A schedule preparation unit defining a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid per unit, and preparing a charging and discharging schedule of the energy storage unit for each time interval to minimize the operating cost of the microgrid; A command value deriving unit for determining an operating state of the energy storage device and deriving an effective power command value to be output from the energy storage device according to user setting information and a charging and discharging schedule; And a controller for controlling the operation of the energy storage device according to the operating state and the effective power command value, wherein the schedule preparation unit minimizes the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device. The charging and discharging schedules may be prepared as much as possible.
또한, 스케줄 작성부는 사용자의 설정에 따라 시구간 별로, 시구간 내에서의 실시간 가격 정보를 근거로 상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 예측 데이터 보정 모듈을 더 포함할 수 있다.The schedule preparation unit may further include a prediction data correction module that corrects the prediction data of the time period based on the real time price information within the time period for each time period according to a user's setting.
또한, 예측 데이터 보정 모듈은 사용자의 설정에 따라 하나의 시구간을 복수의 단위 시구간들로 구분하고, 예측 데이터를 단위 시구간 별로 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 계단화할 수 있다.Also, the prediction data correction module may divide one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting, and step the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period.
또한, 스케줄 작성부는 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 설정하는 최소 충전량 설정 모듈을 포함하고, 최소 충전량 설정 모듈은 비상발전을 위한 에너지 저장 장치의 최소 충전량과, 물리적인 에너지 저장 장치의 최소 충전량, 에너지 저장 장치가 비상 발전기로 동작해야 하는 최소 시간, 부하에 대한 예측 데이터, 발전에 대한 예측 데이터 및 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 근거로 시구간 별로 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 설정할 수 있다.In addition, the schedule preparation unit may include a minimum charge setting module for setting a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid for each time period, and the minimum charge setting module may include a minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation and physical energy storage. Based on the minimum charge of the device, the minimum time the energy storage device should operate as an emergency generator, the forecast data for the load, the forecast data for the generation and the rated energy capacity of the energy storage device, Can be set.
또한, 스케줄 작성부는 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 상기 에너지 저장 장치에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성할 수 있다.In addition, the schedule preparation unit may create a temporary charge and discharge schedule for the energy storage device by converting a charge and discharge control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem.
또한, 최적화 문제의 목적 함수는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어질 수 있다.In addition, the objective function of the optimization problem may be such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
또한, 스케줄 작성부는 시구간 별 충전 가격과 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분석하고, 시구간 별 충전 및 방전 계획이 최대로 분산되도록 임시 충전 및 방전 스케줄을 분산시킴으로써 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 스케줄 보정 모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, the schedule preparation unit analyzes the charge price by time period and the temporary charge and discharge schedules, and schedules to generate the final charge and discharge schedule by distributing the temporary charge and discharge schedules so that the charge and discharge plans by time intervals are maximized. It may further include a correction module.
또한, 스케줄 작성부는 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의하고, 충전 상태 또는 방전 상태로서 연속적으로 동일한 상태인 시구간들을 보정 대상 시구간 집합으로 정의하며, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간과 평균 출력의 비교를 통해 보정을 수행함으로써, 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성할 수 있다.In addition, the schedule preparation unit defines charge prices and maximum charge amounts of individual time periods, defines time periods that are continuously in the same state as a charged state or discharged state as a set of correction time periods, and time periods belonging to each correction time period set. The final charging and discharging schedule can be generated by calculating the average power of the power and performing the calibration by comparing the average power with the time periods belonging to each set of time periods to be corrected.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치는 사용자 설정 정보의 생성에 이용되는 사용자 인터페이스부를 더 포함하고, 사용자 인터페이스부는 정전 발생 신호가 감지되어 있고, 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀 있을 때, 사용자로부터 에너지 저장 장치의 동작 명령이 입력되면, 동작 명령에 따른 에너지 저장 장치의 동작 신호를 차단하고, 경고 메시지를 생성할 수 있다.In addition, the operating device for the microgrid energy storage device according to an embodiment of the present invention further includes a user interface unit used for generating user setting information, the user interface unit is detected a power failure generation signal, the upper power grid connection When the switch is closed, when an operation command of the energy storage device is input from the user, the operation signal of the energy storage device according to the operation command may be blocked and a warning message may be generated.
또한, 사용자 인터페이스부는 에너지 저장 장치의 독립 운전 중, 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않을 때, 마이크로그리드의 연계 스위치의 조작을 차단하고, 경고 메시지를 생성할 수 있다.The user interface unit may block the operation of the microgrid associated switch and generate a warning message when the voltages of the upper power grid and the consumer power grid are not synchronized during the independent operation of the energy storage device.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법은 스케줄 작성부에 의해, 마이크로그리드 운영 시스템으로부터 시구간 별로 부하, 발전 및 에너지 가격에 대한 예측 데이터와 실시간 운영 정보를 수집하는 단계; 스케줄 작성부에 의해, 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하는 단계; 스케줄 작성부에 의해, 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계; 지령값 도출부에 의해, 사용자 설정 정보와 충전 및 방전 스케줄에 따라, 에너지 저장 장치의 동작 상태를 결정하고, 에너지 저장 장치로부터 출력될 유효 전력 지령값을 도출하는 단계; 및 제어부에 의해, 동작 상태 및 유효 전력 지령값에 따라 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하고, 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어질 수 있다.Operation method for the microgrid energy storage device of the present invention for solving the above problems is a schedule creation unit, the prediction data and real-time operating information on load, power generation and energy price for each time interval from the microgrid operation system Collecting the; Defining, by the schedule preparation unit, a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid for each time period; Creating, by a schedule preparation unit, a charging and discharging schedule of the energy storage device for each time interval such that an operating cost of the microgrid is minimized; Determining, by the command value deriving unit, an operating state of the energy storage device according to the user setting information and the charging and discharging schedule, and deriving an effective power command value to be output from the energy storage device; And controlling, by the control unit, the operation of the energy storage device in accordance with the operating state and the effective power command value, wherein preparing a charge and discharge schedule of the energy storage device includes an energy charge, a maximum power consumption cost, and a peak load. The sum of the contribution fee and the cost of reducing the life of the energy storage device can be made to be minimized.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법은 스케줄 작성부에 의해, 사용자의 설정에 따라 시구간 별로, 시구간 내에서의 실시간 가격 정보를 근거로 상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the operating method for the microgrid energy storage device according to an embodiment of the present invention by the schedule preparation unit, according to the user's setting for each time period, based on the real-time price information within the time period The method may further include correcting the prediction data.
또한, 시구간의 예측 데이터를 보정하는 단계는 사용자의 설정에 따라 하나의 시구간을 복수의 단위 시구간들로 구분하는 단계; 및 예측 데이터를 단위 시구간 별로 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 계단화하는 단계를 포함할 수 있다.The correcting of the prediction data of the time period may include: dividing one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting; And cascading the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period.
또한, 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하는 단계는 비상발전을 위한 에너지 저장 장치의 최소 충전량과, 물리적인 에너지 저장 장치의 최소 충전량, 에너지 저장 장치가 비상 발전기로 동작해야 하는 최소 시간, 부하에 대한 예측 데이터, 발전에 대한 예측 데이터 및 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 근거로 이루어질 수 있다.In addition, the step of defining the minimum charge amount of the energy storage device includes the minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation, the minimum charge amount of the physical energy storage device, the minimum time that the energy storage device should operate as the emergency generator, and the load. Forecast data, forecast data for power generation and rated energy capacity of the energy storage device can be made.
또한, 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 상기 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 상기 에너지 저장 장치에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the charging and discharging schedule of the energy storage device may include preparing a temporary charging and discharging schedule for the energy storage device by converting a charging and discharging control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem. It may include.
또한, 최적화 문제의 목적 함수는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어질 수 있다.In addition, the objective function of the optimization problem may be such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
또한, 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는 시구간 별 충전 가격과 임시 충전 및 방전 스케줄을 분석하고, 시구간 별 충전 및 방전 계획이 최대로 분산되도록 임시 충전 및 방전 스케줄을 분산시킴으로써 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the charging and discharging schedule of the energy storage device may be prepared by analyzing charge prices and temporary charging and discharging schedules according to time periods, and distributing temporary charging and discharging schedules to maximize distribution of time and charge plans. The method may further include generating a final charge and discharge schedule.
또한, 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계는 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의하고, 충전 상태 또는 방전 상태로서 연속적으로 동일한 상태인 시구간들을 보정 대상 시구간 집합으로 정의하며, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간과 평균 출력의 비교를 통해 보정을 수행함으로써 이루어질 수 있다.In addition, the step of generating the final charge and discharge schedules define the charge price and the maximum charge amount of the individual time periods, and define the time periods that are continuously the same state as the charging state or the discharge state as a set of correction target time periods, and each correction target The average output of the time periods belonging to the time period set may be calculated, and the correction may be performed by comparing the average power and the time periods belonging to each target time period set.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법은 사용자 인터페이스부에 의해, 정전 발생 신호가 감지되어 있고, 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀 있을 때, 사용자로부터 에너지 저장 장치의 동작 명령이 입력되면, 동작 명령에 따른 에너지 저장 장치의 동작 신호를 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the operating method for the microgrid energy storage device according to an embodiment of the present invention, when the power failure signal is detected by the user interface unit, and the upper power grid associated switch is closed, the user of the energy storage device from the user When the operation command is input, the method may further include blocking an operation signal of the energy storage device according to the operation command and generating a warning message.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법은 사용자 인터페이스부에 의해, 에너지 저장 장치의 독립 운전 중, 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않을 때, 마이크로그리드의 연계 스위치의 조작을 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the operating method for the energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention, when the voltage of the upper grid and the consumer grid is not synchronized by the user interface unit during the independent operation of the energy storage device, the microgrid Blocking the operation of the associated switch of the, may further include generating a warning message.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법에 따르면, 평상시에는 충/방전 수행으로 마이크로그리드의 전기요금을 감소시키며 비상시에는 비상전원으로 마이크로그리드에 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.According to the operating device and method for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce the electric bill of the microgrid by performing charging / discharging in normal times and to supply power to the microgrid with an emergency power source in an emergency. There is an advantage.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법이 적용될 수 있는 마이크로 운영시스템에 대한 개념도이다.1 and 2 are conceptual diagrams of a micro operating system to which an operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be applied.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of an operating device for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄 작성부에 대한 블록도이다.4 is a block diagram of a schedule preparation unit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측 데이터 보정 모듈을 통해 이루어지는 예측 데이터를 보정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a method of correcting prediction data made through the prediction data correction module according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 충전량 설정 모듈을 통해 이루어지는 최소 충전량을 설정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.6 is a conceptual view illustrating a method of setting a minimum charge amount made through the minimum charge amount setting module according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄 보정 모듈을 통해 이루어지는 스케줄 보정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.7 is a conceptual diagram illustrating a schedule correction method performed through a schedule correction module according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of operating an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 및 방전 스케줄의 작성 단계에 대한 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a charging and discharging schedule generation step according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 스케줄의 보정 단계에 대한 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a correction step of a temporary schedule according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 지령값을 도출하는 단계에 대한 흐름도이다.11 is a flowchart of a step of deriving a command value according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 단계를 통해 이루어지는 제어 방법에 대한 개념도이다.12 is a conceptual diagram of a control method performed through a control step according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the repeated description, well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법(이하, 운영 장치 및 방법)이 적용될 수 있는 마이크로 운영시스템에 대한 설명이 이루어진다.First, a description will be given of a micro operating system to which an operating apparatus and method (hereinafter, an operating apparatus and method) for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention can be applied.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법이 적용될 수 있는 마이크로 운영시스템(10)에 대한 개념도이다. 마이크로 운영시스템(10)이 관리하는 마이크로그리드(20)는 전기요금 정산에 사용되는 정산용 계측기(22)와 상위 전력계통과 마이크로그리드(20)를 물리적으로 분리시킬 수 있는 마이크로그리드 연계 스위치(21)를 통해 전력 계통(30)과 연결된 소규모 전력계통이다. 마이크로그리드(20)는 평상시에 상위 전력망(30)과 연계되어 운전되며, 마이크로그리드 운영시스템(10)에서는 마이크로그리드(20) 및 에너지 저장 장치(ESS)의 상태정보, 전력시장 운영시스템(40)에서 제공하는 시장가격 및 부하 정보, 기상청과 같은 기상데이터 제공시스템(50)에서 제공하는 기상정보, 사용자 조작 정보 등을 이용하여 에너지 저장 장치(ESS)의 유효전력을 실시간으로 제어한다. 한편, 상위 전력계통에 문제가 발생하면 마이크로그리드 연계 스위치(21)를 사용하여 상위 전력계통과의 연결을 끊고 독립운전을 수행한다. 이와 같은 마이크로그리드(20)는 작게는 가정, 공장, 빌딩 등과 같은 단일 수용가가 될 수 있으며, 크게는 주변압기 단위의 배전계통이 될 수 있다.1 and 2 are conceptual diagrams of a micro operating system 10 to which an operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be applied. The microgrid 20 managed by the micro operating system 10 is a microgrid connection switch 21 that can physically separate the payment meter 22 and the upper power system and the microgrid 20 used to settle electric bills. It is a small power system connected to the power system 30 through. The microgrid 20 is usually operated in connection with the upper power grid 30, the microgrid operating system 10, the status information of the microgrid 20 and the energy storage device (ESS), the power market operating system 40 Using the market price and load information provided by the weather information, weather information provided by the weather data providing system 50, such as the meteorological office, user operation information and the like to control the active power of the energy storage device (ESS) in real time. On the other hand, if a problem occurs in the upper power system by using the microgrid link switch 21 disconnects the upper power system and performs independent operation. The microgrid 20 may be a single consumer such as a home, a factory, a building, and the like, and may be a distribution system of a peripheral pressure unit.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법은 도 2에 도시된 마이크로그리드 운영시스템(10)에 연결되어 그 동작을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법은 단말 데이터, 외부 데이터, 데이터베이스, 미들웨어 등 다양한 데이터 소스로부터 취득한 데이터를 사용하여 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 및 출력 지령값을 도출할 수 있다. 도출된 지령값은 통신 장치를 통해 현장의 에너지 저장 장치(ESS)로 전달되며 에너지 저장 장치(ESS) 로컬 제어기에서 지령값을 바탕으로 에너지 저장 장치(ESS)의 실시간 출력 및 상태 제어를 수행할 수 있다. 에너지 저장 장치(ESS)의 운전과 관련된 다양한 정보(상태, 출력, 알람 및 이벤트, 충/방전 스케줄 등)들은 HMI를 통해 표출된다. 또한, 마이크로그리드 운영자는 표출된 정보를 바탕으로 에너지 저장 장치(ESS)의 운영 전략(운전 모드, 출력값 등)을 변경하고 마이크로그리드를 구성하는 기기들을 제어할 수 있다. 마지막으로 에너지 저장 장치(ESS)의 운전과 관련된 모든 이력은 데이터베이스에 저장되며 보고서 관리에서 주기적으로 이력 리포트를 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법을 통해, 에너지 저장 장치(ESS)는 크게 정지 상태, 준비 상태 및 동작 상태로 제어될 수 있다. In addition, the operating apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be connected to the microgrid operating system 10 shown in FIG. 2 to perform an operation thereof. That is, the operating device and method according to an embodiment of the present invention can derive the state and output command value of the energy storage device (ESS) using data acquired from various data sources such as terminal data, external data, database, middleware, and the like. have. The derived command value is transmitted to the energy storage device (ESS) in the field through the communication device, and the real-time output and state control of the energy storage device (ESS) can be performed based on the command value in the energy storage device (ESS) local controller. have. Various information related to the operation of the energy storage device (ESS) (status, outputs, alarms and events, charge / discharge schedules, etc.) are displayed through the HMI. In addition, the microgrid operator may change the operation strategy (operation mode, output value, etc.) of the energy storage device (ESS) based on the displayed information, and control the devices constituting the microgrid. Finally, all the history related to the operation of the energy storage device (ESS) is stored in the database and the report management can periodically generate a history report and provide it to the user. In addition, through the operating device and the method according to an embodiment of the present invention, the energy storage device (ESS) can be largely controlled in a stopped state, a ready state and an operating state.
먼저, 정지 상태는 에너지 저장 장치(ESS)와 마이크로그리드를 연결하는 기계적 스위치(VCB, MCCB 등)가 열린 상태를 나타내고, 이때, 에너지 저장 장치(ESS)는 물리적으로 마이크로그리드와 분리되어 있는 상태를 나타낸다. 준비 상태는 출력 제어를 위한 모든 준비(기계적 스위치 닫힘, 직류단 초기 충전 완료 등)가 완료된 상태를 나타내고, 반도체 스위치(예 IGBT)는 모두 열린 상태로 출력 전류는 0인 상태를 나타낸다. First, the stop state indicates an open state of mechanical switches (VCB, MCCB, etc.) connecting the energy storage device (ESS) and the microgrid. In this case, the energy storage device (ESS) is physically separated from the microgrid. Indicates. The ready state indicates a state in which all preparations for the output control (mechanical switch closed, DC stage initial charge completion, etc.) are completed, and the semiconductor switch (eg, IGBT) is all open and the output current is zero.
그리고, 동작 상태는 반도체 스위치의 on/off 상태를 제어하여 에너지 저장 장치(ESS)의 출력을 제어하고 있는 상태를 나타낸다. 이러한 동작 상태는 계통연계운전(Grid-connected operation) 중 사용되는 수동 운전 모드와 스케줄 운전 모드, 그리고 독립운전(Islanded operation) 중 사용되는 일정 전압/주파수 운전 모드와 동기화 운전 모드로 나누어질 수 있다. 여기서, 수동 운전 모드는 에너지 저장 장치(ESS)의 유효전력 출력을 사용자가 설정한 값으로 제어하는 상태를 나타내고, 스케줄 운전 모드는 에너지 저장 장치(ESS)에 대한 운영 프로세스에서 전기요금을 감소시키기 위해 주기적으로 작성하는 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄에 따라 에너지 저장 장치(ESS)의 유효전력 출력을 자동으로 제어하는 상태를 나타낸다. 일정 전압/주파수 운전 모드는 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 전압의 크기와 주파수를 사용자가 설정한 값으로 제어하여 독립운전 시 마이크로그리드의 유/무효전력 균형을 유지하는 상태를 나타낸다. 그리고, 동기화 운전 모드는 독립운전 중 열려있는 마이크로그리드 연계 스위치의 1차측(상위 계통)과 2차측(마이크로그리드) 전압의 위상각과 크기를 동일하게 제어하기 위해 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 전압의 위상각과 크기를 제어하는 상태를 나타낸다. 본 기능을 통해 마이크로그리드의 무정전 상위계통 재연계가 가능하다.The operating state indicates a state in which the on / off state of the semiconductor switch is controlled to control the output of the energy storage device ESS. Such an operation state may be divided into a manual operation mode and a schedule operation mode used during a grid-connected operation, and a constant voltage / frequency operation mode and a synchronization operation mode used during an independent operation. Here, the manual operation mode represents a state of controlling the active power output of the energy storage device (ESS) to a value set by the user, and the scheduled operation mode is to reduce the electric charge in the operating process for the energy storage device (ESS) It shows a state in which the active power output of the energy storage device ESS is automatically controlled according to the charge / discharge schedule of the energy storage device ESS which is periodically created. In the constant voltage / frequency operation mode, the size and frequency of the output voltage of the energy storage device (ESS) are controlled to a value set by the user to indicate a state in which the active and reactive power balance of the microgrid is maintained during the independent operation. In addition, the synchronous operation mode of the output voltage of the energy storage device (ESS) in order to control the phase angle and magnitude of the primary (high grid) and secondary (microgrid) voltage of the microgrid-linked switch open during the independent operation. Indicates the state of controlling the phase angle and magnitude. This feature enables microgrid reconnection to uninterrupted upper systems.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치(100)에 대한 블록도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치(이하, 운영 장치)는 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로 크게 6개의 특징으로 구분될 수 있다.3 is a block diagram of an operating device 100 for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention. As described above, an operating device (hereinafter, referred to as an operating device) for the microgrid energy storage device according to an embodiment of the present invention may be largely divided into six features to solve the problems of the prior art.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 다양한 전기요금을 고려함으로써 충/방전 스케줄 작성하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 종래 기술의 특정 요금(예를 들어, 에너지 요금)만을 고려하는 것이 아닌, 에너지 요금뿐만 아니라, 최대소비전력 요금, 첨두부하기여 요금, 에너지 저장 장치의 수명감소 비용을 고려한 최적화 문제를 풀어 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄을 작성하는 것을 특징으로 한다.First, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention is characterized by creating a charge / discharge schedule by considering various electric charges. Specifically, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention not only considers a specific fee (for example, an energy fee) of the prior art, but also an energy fee, as well as a maximum power consumption fee and a peak charge fee. In addition, solving the optimization problem in consideration of the cost of reducing the life of the energy storage device is characterized in that the charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS) to prepare.
둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 예측 오차에 대한 리스크 관리를 수행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치 및 방법은 예측값 및 실시간 계측값과 함께 현재 시구간의 과거 이력을 이용하여 현재 시구간의 예측값을 보정하고, 충/방전 스케줄 작성에 사용하며 현재 시구간의 예측 오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 예측 데이터를 일정 간격으로 계단화하고, 에너지 충전 장치(ESS)의 충/방전 비용이 동일한 시구간에 대해서 충/방전 스케줄을 최대한 분산되게 스케줄을 작성함으로써 오차에 대한 리스크를 분산시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 계단화를 하는 간격을 사용자 전략에 따라 설정할 수 있는 환경을 제공할 수 있다(여기서, 간격을 키우면 리스크와 이득의 기댓값 감소하고, 간격을 줄이면 리스크와 이득의 기댓값 증가하는 특성이 존재한다). 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 충전 및 방전 스케줄을 작성할 때, 사용자 설정 시간에 충전량(SOC)을 상한으로 유지하는 조건을 추가한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 예측 오차에 대응하기 위한 방전 예비력을 확보할 수 있다.Second, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention is characterized in that the risk management for the prediction error. That is, the operating device and method according to an embodiment of the present invention corrects the prediction value of the current time period by using the past history of the current time period together with the predicted value and the real-time measured value, and is used to prepare the charge / discharge schedule and predict the current time period. The error can be reduced. In addition, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention steps the prediction data at regular intervals, and distributes the charging / discharging schedule as much as possible for the time intervals in which the charging / discharging costs of the energy charging device ESS are the same. Creating a schedule can spread the risk of error. In addition, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may provide an environment in which an interval for stairing may be set according to a user strategy (increasing the interval, the expected value of risk and gain is reduced and the interval is increased. There is a characteristic that reducing the risk increases the expected value of risk and benefit). In addition, the operating apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may add a condition for maintaining the charge amount SOC to an upper limit at a user setting time when the charging and discharging schedule is prepared. As a result, it is possible to secure a discharge reserve force corresponding to the prediction error.
셋째, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 예측 데이터를 이용하여, 에너지 저장 장치(ESS)의 충전량(SOC)을 능동적으로 관리하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 비상발전을 위한 최소 충전량을 부하 및 발전량 예측 결과를 이용하여 능동적으로 결정하고, 이를 스케줄 작성에 사용하여 정상운전 시 사용할 수 있는 충전량(SOC) 영역을 확대할 수 있다. 이에 따라, 에너지 저장 장치(ESS)의 운영의 경제성을 증대할 수 있는 장점이 있다.Third, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention is characterized by actively managing the charging amount SOC of the energy storage device ESS by using the prediction data. That is, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention actively determines the minimum charging amount for emergency power generation using the load and power generation prediction result, and uses the same in the schedule preparation to determine the charging amount that can be used during normal operation ( SOC) area can be enlarged. Accordingly, there is an advantage that can increase the economics of the operation of the energy storage device (ESS).
넷째, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 에너지 저장 장치(ESS)의 상태를 자동으로 제어하는 것을 특징으로 한다. 만약, 에너지 저장 장치(ESS)를 마이크로그리드 운영시스템에서 스케줄에 따라 자동으로 운전하는 경우, 유효전력 출력과 함께 에너지 저장 장치(ESS)의 상태(on/off) 제어를 수행함으로써, 유효전력 출력을 0으로 제어하기 위한 반도체 스위치의 동작으로 발생하는 손실을 감소시킬 수 있게 된다.Fourth, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention is characterized by automatically controlling the state of the energy storage device (ESS). If the energy storage device (ESS) is automatically operated according to a schedule in the microgrid operating system, the active power output is controlled by performing on / off control of the energy storage device (ESS) together with the active power output. The loss caused by the operation of the semiconductor switch for controlling to zero can be reduced.
다섯째, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 사용자 판단에 따라 제어를 수행할 수 있고, 사용자 오조작을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 사용자 인터페이스에서 충/방전 스케줄 정보와 함께 다양한 취득 정보를 표출하며, 이를 바탕으로 사용자 판단에 의해 에너지 저장 장치(ESS)를 제어할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스에서 사용자의 오조작을 방지하기 위한 보호기능을 제공할 수 있다.Fifth, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention can perform the control according to the user's judgment and has an advantage of preventing a user's misoperation. That is, the operating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention expresses various acquisition information together with the charge / discharge schedule information in the user interface, and can control the energy storage device ESS based on the user determination. Can provide an environment that In addition, a protection function may be provided to prevent a user's misoperation in the user interface.
여섯째, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 무정전 독립운전 기능을 제공할 수 있다. 에너지 저장 장치(ESS)의 로컬 제어 시스템에서 안정적인 무정전 독립운전을 및 계통연계를 위해 전력계통의 상태를 감시하고 이를 기반으로 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 제어모드를 자동으로 변경할 수 있다.Sixth, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention may provide an uninterruptible independent operation function. In the local control system of the energy storage device (ESS), it is possible to monitor the status of the power system for stable uninterrupted independent operation and grid linkage, and automatically change the output control mode of the energy storage device (ESS).
상기 기능들을 수행하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 스케줄 작성부(110), 지령값 도출부(120), 사용자 인터페이스부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상술한 구성들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 기능별로 구분된 것이고, 실제로는 하나의 처리 장치를 통해 구현되는 것도 가능하다.In order to perform the above functions, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention includes a schedule preparing unit 110, a command value deriving unit 120, a user interface unit 130, and a control unit 140. Can be configured. In this case, the above-described configuration is divided into functions for the purpose of understanding the present invention, and may be implemented through one processing device.
스케줄 작성부(110)는 에너지 저장 장치(ESS)의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 기능을 한다. 구체적으로, 스케줄 작성부(110)는 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 에너지 저장 장치(ESS)의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 기능을 한다. 위에서 설명한 것처럼 국내외 전력시장 규칙에 정의된 전기요금의 구성요소를 요금의 요인에 따라 분류하면, 크게 고정 요금, 에너지 요금, 최대소비전력 요금, 첨두부하 기여 요금으로 분류될 수 있다. 이들 요금 중 고정 요금을 제외한 나머지 요금은 서로 다른 요금에 영향을 줄 수 있다. 만약 복합적인 요금이 적용되는 시장에서 특정 요금만을 고려하여 에너지 저장 장치(ESS)를 운영하면 해당 요금은 감소될 수 있지만 다른 요금이 증가하여 전체적인 전기요금이 오히려 증가할 수 있다. 따라서 수용가의 전기요금을 감소시키기 위한 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄을 작성하기 위해서는 에너지 요금, 최대소비전력 요금, 첨두부하 기여 요금을 동시에 고려할 필요가 있다. 이에 따라, 스케줄 작성부(110)는 에너지 요금, 최대소비전력 요금, 첨두부하 기여 요금과, 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합을 나타내는 운영 비용이 최소화 되도록 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 것을 특징으로 한다.The schedule generator 110 prepares a charge and discharge schedule of the energy storage device ESS. In detail, the schedule preparation unit 110 functions to create a charge and discharge schedule of the energy storage device ESS for each time interval so that the operating cost of the microgrid is minimized. As described above, if the components of electricity rates defined in the domestic and overseas power market rules are classified according to the factors of the rates, they can be largely classified into fixed rates, energy rates, maximum power consumption rates, and peak load contribution rates. All of these rates, except for the fixed rate, can affect different rates. If an energy storage device (ESS) is operated in a market in which multiple rates are applied, considering only a specific rate, the corresponding rate may be reduced, but other charges may increase, thereby increasing the overall electric rate. Therefore, in order to prepare the charge / discharge schedule of the energy storage device (ESS) to reduce the customer's electric charge, it is necessary to simultaneously consider the energy charge, the maximum power consumption charge, and the peak load contribution charge. Accordingly, the schedule preparation unit 110 generates a charging and discharging schedule such that an operating cost representing a sum of an energy fee, a maximum power consumption fee, a peak load contribution fee, and a reduction in the lifespan of an energy storage device is minimized. do.
또한, 스케줄 작성부(110)는 상술한 충전 및 방전 스케줄의 작성을 위해 도 4에 도시된 것처럼, 예측 데이터 보정 모듈(111), 최소 충전량 설정 모듈(112), 초기 스케줄 작성 모듈(113) 및 스케줄 보정 모듈(114)을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the schedule preparation unit 110 may generate the prediction data correction module 111, the minimum charge amount setting module 112, the initial schedule preparation module 113, and the like. It may be configured to include a schedule correction module 114.
예측 데이터 보정 모듈(111)은 충전 및 방전 스케줄 작성에 이용되는 예측 데이터에 존재할 수 있는 오차를 보정하는 기능을 한다. 구체적으로, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 사용자로부터 설정된 설정 정보에 따라 시구간 별로 예측 데이터를 보정할 수 있고, 예측 데이터를 계단화하는 기능을 수행할 수 있다. 먼저, 예측 데이터 보정 모듈(111)을 통해 이루어지는 시구간 별 예측 데이터의 보정 방법에 대한 설명이 이루어진다.The prediction data correction module 111 functions to correct an error that may exist in prediction data used to prepare a charge and discharge schedule. In detail, the prediction data correction module 111 may correct the prediction data for each time interval according to the setting information set by the user, and may perform a function of stairizing the prediction data. First, a description will be given of a method of correcting prediction data for each time period made through the prediction data correction module 111.
통상적으로, RTP(Real-Time Pricing) 요금제에서 정산가격은 실제 전력시장을 운영한 후에 계산되어 공지된다. 따라서 운영 시점에서는 실제 정산가격을 알 수 없기 때문에 예측가격을 이용하여 충/방전을 수행할 수밖에 없다. 즉, 예측가격이 싸면 충전을 수행하고 비싸면 방전을 수행한다. 따라서 예측가격과 실제 정산가격의 차이로 인하여 손해가 발생할 수 있다. 예로 운영시점의 예측가격이 비싸서 방전을 수행했는데, 실제 정산가격은 충전을 수행한 시점보다 낮은 경우, 결과적으로 비싼 가격에 충전하고 싼 가격에 방전하여 충/방전 동작으로 손해가 발생할 가능성이 존재한다. 또한, 최대소비전력 비용과 첨두부하 기여 비용에서도 이와 유사한 문제가 발생할 수 있다. 즉, 예측에서는 최대소비전력이나 계통 최대부하가 발생하지 않을 것으로 보였으나 실제 운전 결과에서는 발생한 경우이다. 이와 같은 경우에 예측값만을 이용하여 충/방전 운전을 수행하면 방전을 할 수 있는 충전량(SOC) 예비력이 확보되었음에도 불구하고 해당 이벤트가 발생한 시점에 방전을 하지 않아 감소시킬 수 있었던 최대소비전력 비용과 첨두부하 기여 비용을 감소시키지 못한다.Typically, the settlement price in a Real-Time Pricing (RTP) plan is calculated and known after operating the actual power market. Therefore, since the actual settlement price is not known at the time of operation, it is inevitable to charge / discharge using the forecast price. That is, charging is performed when the predicted price is low, and discharge is performed when it is expensive. Therefore, damage may occur due to the difference between the forecast price and the actual settlement price. For example, if discharge was performed because the expected price at the time of operation was high, but the actual settlement price is lower than when charging is performed, there is a possibility that the charge / discharge operation may be caused by charging at a high price and discharging at a low price. . Similar problems can also occur in peak power consumption and peak load contribution costs. In other words, in the prediction, the maximum power consumption or the maximum grid load did not appear, but the actual operation result. In this case, if the charge / discharge operation is performed using only the predicted value, the maximum power consumption cost and peak that could be reduced by not discharging at the time when the event occurred, even though the SOC reserve power for discharging was obtained. It does not reduce the load contribution cost.
이에 따라, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 사용자의 설정에 따라 앞서 언급한 오차의 리스크를 감소시키기 위해 실시간 가격 정보(또는, 실시간 부하 정보)를 이용하여 정산 가격(또는 부하)의 예측 데이터를 보정할 수 있다. 예를 들어, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 도 5의 상부에 도시된 것처럼, 현재 시구간에 해당하는 실시간 가격 정보(또는 실시간 부하 정보)가 없으면 예측 데이터를 그대로 충/방전 스케줄 작성에 사용한다. 하지만 도 5에서와 같이 실시간 가격 정보 또는 실시간 부하 정보가 존재하는 경우, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 실시간 가격 또는 실시간 부하와, 이들의 예측 데이터의 가중 평균으로 예측 데이터를 보정할 수 있다. 이렇게 보정된 예측 데이터는 아래에서 다시 언급되는 충전 및 방전 스케줄 작성에 이용될 수 있다. 이러한 예측 데이터의 보정에 따라 예측 데이터와 실제 정산에서 사용되는 값의 오차가 감소될 수 있다.Accordingly, the prediction data correction module 111 corrects the prediction data of the settlement price (or load) by using real-time price information (or real-time load information) in order to reduce the risk of the aforementioned error according to the user's setting. can do. For example, as shown in the upper part of FIG. 5, the prediction data correction module 111 uses the prediction data as it is in charge / discharge schedule generation if there is no real time price information (or real time load information) corresponding to the current time period. However, when there is real time price information or real time load information as shown in FIG. 5, the prediction data correction module 111 may correct the prediction data by the weighted average of the real time price or real time load and their prediction data. The corrected prediction data can be used for the charging and discharging schedule described later. According to the correction of the prediction data, an error between the prediction data and the value used in the actual settlement may be reduced.
또한, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 사용자의 설정에 따라 최적화 기반의 충/방전 스케줄 작성 기법에서 발생할 수 있는 미소한 예측값의 차이로 발생할 수 있는 리스크를 감소시키기 위해 예측 데이터를 계단화 시킬 수 있다. 예를 들어, 충전이 필요한 시점에 현재 시구간의 시장가격 예측값이 다음 시구간의 예측값보다 미소하게 큰 경우, 다음 시구간에서 충전을 수행하는 스케줄이 작성되고 따라서 현재 시구간에서는 충전을 수행하지 않는다. 하지만 실제 다음 시구간에 시장가격이 상승하면 계획과는 다르게 비싼 비용을 지불하고 충전을 수행하게 된다. 이러한 리스크를 분산시키기 위해 예측 데이터 보정 모듈(111)은 도 5의 하단에 도시된 것처럼, 해당 시구간을 복수의 단위 시구간으로 구분하고, 실시간 가격 또는 실시간 부하에 대한 예측 데이터를 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 단위 시구간 별로 계단화할 수 있다. 즉, 본 예시에서 계단화를 수행하면, 현재 시구간과 다음 시구간의 가격이 동일한 값으로 보정되고 이에 따라 현재 시구간과 다음 시구간에 동일하게 충전을 수행하게 된다. 따라서 다음 시구간에 시장가격이 상승하더라도 그 가격 상승으로 인한 손해는 예측값을 바로 사용하는 경우보다 감소될 수 있다.In addition, the prediction data correction module 111 may step the prediction data in order to reduce the risk that may occur due to the difference in the minute prediction values that may occur in the optimization-based charging / discharging schedule creation method according to the user's setting. . For example, when the market price forecast value of the current time period is slightly larger than the predicted value of the next time period when charging is required, a schedule for filling in the next time period is created, and thus, charging is not performed in the current time period. However, if the market price rises in the next period, it will be charged at a higher cost than planned. In order to disperse these risks, the prediction data correction module 111 divides the corresponding time period into a plurality of unit time periods as shown at the bottom of FIG. 5, and divides the prediction data for the real-time price or the real-time load by at least one step. It can be staircased by unit time intervals according to the intervals. That is, when the staircase is performed in this example, the price of the current time period and the next time period is corrected to the same value, and thus charging is performed equally between the current time period and the next time period. Therefore, even if the market price increases in the next period, the damages from the price increase can be reduced than if the forecast value is used directly.
이렇게, 예측 데이터 보정 모듈(111)은 위에서 설명한 바와 같이 2개의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 마이크로그리드와 전력시장의 특성을 고려하여 예측 데이터를 보정하거나, 또는 계단화 간격을 적절하게 설정할 수 있고, 이는 사용자의 설정에 따라 선택적으로 즉, 2개의 기능 중 하나의 기능 또는 2개의 기능 모두가 이용될 수 있다.As such, the prediction data correction module 111 may perform two functions as described above. That is, the prediction data can be corrected or the staircase interval can be set appropriately in consideration of the characteristics of the microgrid and the power market, which is optional according to the user's setting, that is, one of two functions or two functions. All can be used.
최소 충전량 설정 모듈(112)은 에너지 저장 장치를 비상발전기로 사용하기 위해, 독립운전 시 마이크로그리드의 부하를 일정한 시간(예, 비상용 디젤발전기 기동에 필요한 시간) 이상 공급할 수 있도록 최소 충전량을 설정하는 기능을 한다. 즉, 에너지 충전 장치(ESS)의 충전 및 방전 스케줄 작성 시 에너지 충전 장치(ESS)를 최소 충전량 이상으로 유지해야 하는데, 최소 충전량 설정 모듈(112)은 이러한 최소 충전량을 설정하는 기능을 한다.In order to use the energy storage device as an emergency generator, the minimum charge setting module 112 sets a minimum charge amount so that the microgrid load can be supplied for a predetermined time or more (for example, the time required for starting an emergency diesel generator) during independent operation. Do it. That is, when the charging and discharging schedule of the energy charging device ESS is prepared, the energy charging device ESS should be maintained above the minimum charging amount. The minimum charging amount setting module 112 functions to set the minimum charging amount.
만약, 최소 충전량을 높게 설정하면 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 용량이 감소하여 에너지 저장 장치(ESS)의 충전 또는 방전으로 얻을 수 있는 이득이 감소할 수 있다. 따라서 에너지 저장 장치(ESS)의 활용도를 높이기 위해서는 최소 충전량을 가능한 한 낮게 설정할 필요가 있다.If the minimum charging amount is set high, the charge / discharge capacity of the energy storage device ESS may be reduced, thereby reducing the gain obtained by charging or discharging the energy storage device ESS. Therefore, in order to increase the utilization of the energy storage device (ESS), it is necessary to set the minimum charge amount as low as possible.
이에 따라 최소 충전량 설정 모듈(112)은 기존특허들과 달리 부하 및 발전량 예측값과 에너지 저장 장치(ESS)가 비상발전기로 동작해야 하는 최소시간을 이용하여 개별 시구간의 최소 SOC 기준을 다르게 설정할 수 있다. 도 6에 도시된 것처럼, 해당 시구간 이후의 (부하-발전)의 예측값이 크면 에너지 저장 장치(ESS)는 비상 시 많은 전력을 공급해야 하므로, 해당 시구간의 최소 충전량을 높게 설정한다. 반대의 경우에는 최소 충전량을 낮게 설정한다. 결과적으로 종래기술에서 사용한 방식에 비해 도 6의 빗금친 영역에 해당하는 충전량을 정상시 운전에 활용할 수 있게 된다. 이와 같은 최소 충전량은 아래의 수학식 1과 같이 계산된다.Accordingly, unlike the existing patents, the minimum charge setting module 112 may differently set the minimum SOC criterion for each time period by using the load and power generation amount prediction value and the minimum time during which the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator. As shown in FIG. 6, when the predicted value of (load-generation) after the time period is large, the energy storage device ESS needs to supply a lot of power in an emergency, and thus sets the minimum charge amount of the time period to be high. In the opposite case, set the minimum charge level low. As a result, the amount of charge corresponding to the hatched area of FIG. 6 can be utilized for normal operation compared to the method used in the related art. This minimum charge amount is calculated as in Equation 1 below.
Figure PCTKR2016013026-appb-M000001
Figure PCTKR2016013026-appb-M000001
수학식 1에서, SOCopr min (t)는 비상발전을 위한 에너지 저장 장치(ESS)의 최소 충전량을 나타내고, SOCmech min (t)는 물리적인 에너지 저장 장치(ESS)의 최소 충전량을 나타내고, tmin,back은 에너지 저장 장치(ESS)가 비상발전기로 동작해야 하는 최소 시간을 나타내고, PLD(x)는 부하 예측값을 나타내고, PDG(x)는 발전 예측값(kw)을 나타내며, EESS,rated는 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 나타낸다., In Equation 1, SOC opr min (t) represents the minimum charge amount of the energy storage device (ESS) for emergency power generation, SOC mech min (t) represents the minimum charge amount of the physical energy storage device (ESS), t min, back represents the minimum time that the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator, P LD (x) represents the load prediction value, P DG (x) represents the generation prediction value (kw), E ESS, rated represents the rated energy capacity of the energy storage device,
임시 스케줄 작성 모듈(113)은 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 그 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 에너지 저장 장치(ESS)에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 기능을 한다. 구체적으로, 임시 스케줄 작성 모듈(113)은 개별 시구간에 대해 에너지 저장 장치(ESS)를 최적으로 제어하기 위한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 기능을 한다. 상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)는 에너지 요금, 최대 소비전력 비용 및 첨두부하기여 요금의 총합과 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소가 되도록 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 하고, 이러한 최적화 과정에서 목적함수와 제약 조건은 각각 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The temporary schedule preparing module 113 converts the charge and discharge control problem into an optimization problem and finds an optimal solution of the optimization problem, thereby creating a temporary charge and discharge schedule for the energy storage device (ESS). Specifically, the temporary schedule creation module 113 functions to create a temporary charging and discharging schedule for optimally controlling the energy storage device ESS for each time period. As described above, the operating device 100 according to an embodiment of the present invention generates a schedule such that the sum of the energy fee, the maximum power consumption cost, and the peak charge fee and the life reduction cost of the energy storage device are minimized. In this optimization process, the objective function and the constraints may be expressed as Equations 2 and 3, respectively.
Figure PCTKR2016013026-appb-M000002
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수학식 2에서 PESS(i)는 시구간(i)에서의 에너지 저장 장치(ESS)의 출력을 나타내고, Cenergy는 에너지 요금을 나타내고, CMG,peak는 최대소비전력 요금을 나타내고, Cmarket,peak는 첨두부하기여 요금을 나타내고, Cwear,tear는 에너지 저장 장치(ESS)의 수명 감소 비용을 나타내며, 구체적인 수학식은 마이크로그리드가 속한 전력시장의 전기요금 정산 규칙에 의해 정해질 수 있다.In Equation 2, PESS (i) represents the output of the energy storage device (ESS) in the time interval (i), C energy represents the energy rate, C MG, peak represents the maximum power consumption rate, C market, The peak represents the peak charge, the C wear, the tear represents the life reduction cost of the energy storage device (ESS), the specific equation can be determined by the electricity bill settlement rules of the power market to which the microgrid belongs.
제약조건으로는 유효전력의 상한 및 하한 조건과, 충전량의 상한 및 하한 조건이 사용될 수 있다. 또한, 임시 스케줄 작성 모듈(113)은 예측값의 오차에 대응하기 위한 방전 예비력을 확보하기 위해 수학식 3과 같은 충전량(SOC) 제약조건을 사용할 수 있다.As the constraints, the upper and lower limits of the active power and the upper and lower limits of the charge amount may be used. In addition, the temporary schedule preparation module 113 may use a charge amount (SOC) constraint, such as Equation 3, in order to secure a discharge reserve force corresponding to the error of the predicted value.
Figure PCTKR2016013026-appb-M000003
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수학식 3에서, TSOC,max는 충전량이 최대가 되어야 하는 시구간을 나타내고, SOC(TSOC,max)는 시구간 TSOC,max에서의 충전량을 나타내며, SOCmax는 최대 충전량을 의미한다.In Equation 3, T SOC, max represents a time period during which the filling amount should be maximum, SOC (T SOC, max ) represents the filling amount in the time period T SOC, max , and SOC max means the maximum filling amount.
수학식 3으로 언급된 제약조건은 다음과 같은 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 오후에 방전 이득이 없을 것으로 예측되는 상황을 가정한다. 이러한 상황에서 종래의 기술은 충전량(SOC)이 낮더라도 가격이 낮은 새벽 및 오전 시간대에 충전을 수행하지 않는다. 따라서 오후에 실제 가격이 상승하여 방전으로 이득을 얻을 수 있는 상황이 발생하더라도 충전량(SOC)의 부족으로 방전을 수행할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 하지만 앞의 제약조건을 스케줄 작성에 적용하고 최대 충전량(SOC) 시구간을 오전 8시로 설정하면 에너지 저장 장치(ESS)의 운영 프로세스에 의해 오전 8시에 충전량이 최대가 되게 오전 8시 이전의 시구간에서 충/방전을 수행할 수 있다. 따라서 8시 이후에 예측하지 못한 이벤트가 발생하더라도 방전을 수행할 수 있게 된다.The constraint referred to in Equation 3 may perform the following function. For example, suppose a situation is expected that there will be no discharge gain in the afternoon. In this situation, the conventional technology does not perform charging at low dawn and morning time even if the SOC is low. Therefore, even if a situation in which the actual price rises in the afternoon can benefit from the discharge may occur, the discharge may not be performed due to the lack of the SOC. However, if you apply the preceding constraints to the schedule and set the maximum amount of charge (SOC) time to 8 am, the time before 8 am is maximized until the charge is maximized at 8 am by the operating process of the energy storage device (ESS). Charge / discharge can be performed in the liver. Therefore, even if an unexpected event occurs after 8 o'clock, the discharge can be performed.
스케줄 보정 모듈(114)은 임시 스케줄 작성 모듈(113)을 통해 작성된 임시 스케줄을 보정함으로써 최종 스케줄을 생성하는 기능을 한다. 만약 목적함수가 선형식(전기요금의 대부분의 선형식으로 정의됨)이고 그 계수가 동일한 시구간이 존재하면 목적함수를 최소화하는 최적해의 조합은 무한할 수 있다. 즉, 목적함수를 최소화하는 무한개의 충/방전 스케줄이 존재한다. 예로 시구간 1번과 시구간 2번의 가격이 100원/kWh로 동일한 경우, 시구간 1에서 10kWh를 충전하고 시구간 2에서 5kWh를 충전하는 것과 시구간 1에서 5kWh를 충전하고 시구간 2에서 10kWh를 충전하는 것은 모두 비용이 1,500원으로 동일하다. 이와 같이 목적함수를 최소화하는 다양한 충/방전 스케줄 중에 본 발명에서는 예측 오차의 리스크를 감소시키기 위해 도 7과 같이 최적화 문제에서 도출된 스케줄 중 충전가격(방전가격은 부호가 반대)이 동일한 시구간들의 충/방전을 최대한 분산시키는 스케줄을 최종 충/방전 스케줄로 선택할 수 있다.The schedule correction module 114 functions to generate a final schedule by correcting the temporary schedule created through the temporary schedule preparation module 113. If the objective function is linear (defined by most of the electrical charges) and there are time intervals with the same coefficient, the combination of optimal solutions that minimizes the objective function can be infinite. That is, there are infinite charge / discharge schedules for minimizing the objective function. For example, if the price of time period 1 and time 2 is the same as 100 won / kWh, charge 10 kWh at hour 1 and charge 5 kWh at hour 2 and charge 5 kWh at hour 2 and charge 10 kWh at time 2 Charging is the same as all costing 1,500 won. As described above, in order to reduce the risk of prediction error, various charging / discharging schedules of minimizing the objective function in the present invention have the same charging periods (discharge prices are opposite signs) among the schedules derived from the optimization problem as shown in FIG. The schedule for distributing the charge / discharge as much as possible can be selected as the final charge / discharge schedule.
스케줄 보정 모듈(114)을 통해 이루어지는 스케줄 보정 방법은 크게 3개의 과정으로 구분될 수 있다.The schedule correction method performed through the schedule correction module 114 may be largely divided into three processes.
먼저, 스케줄 보정 모듈(114)은 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의할 수 있다. 임시 스케줄 작성 모듈(113)을 통해 작성된 임시 스케줄을 최적화 문제의 목적함수에 대입하여 개별 시간대에서 활성화된 가격 계수를 찾아 개별 시구간의 충전가격을 계산할 수 있다. 다음으로 각 시구간에 대하여 충전 가격을 변동시키지 않는 최대 충전량을 계산한다. 예로 에너지 저장 장치(ESS)의 충전으로 마이크로그리드의 새로운 최대소비전력이 발생하면 최대소비전력 요금이 증가한다. 따라서, 이와 같은 경우 개별 시구간의 최대 충전량은 각 시구간의 소비전력을 최대소비전력 예측치(기존의 최대소비전력과 스케줄을 적용하는 경우 발생하는 최대소비전력 중 큰 값) 이하로 유지할 수 있는 최대 충전량으로 결정된다First, the schedule correction module 114 may define the charging price and the maximum charging amount of each time period. The temporary schedule created through the temporary schedule creation module 113 may be substituted into the objective function of the optimization problem to find the price coefficient activated in the individual time zone and calculate the charge price of the individual time period. Next, calculate the maximum charge amount that does not change the charge price for each time period. For example, charging a new energy storage device (ESS) generates a new maximum power consumption of the microgrid, which increases the maximum power consumption rate. Therefore, in this case, the maximum charge amount of each time period is the maximum charge amount that can maintain the power consumption of each time period below the maximum power consumption prediction value (the larger of the maximum power consumption generated by applying the existing maximum power consumption and schedule). Is determined
또한, 스케줄 보정 모듈(114)은 현재 연산을 진행하고 있는 시구간(T)을 기준으로 보정 작업을 수행할 시구간들의 집합을 도출할 수 있다. 즉, 스케줄 보정 모듈(114)은 현재 연산을 진행하고 있는 시구간(T)의 충전 상태 또는 방전 상태를 고려하여, 동일한 상태로 유지되는 시구간들의 집합 즉, 보정 대상 시구간 집합을 도출하는 기능을 한다. 예를 들어, 현재 연산을 진행하는 시구간(T)의 스케줄 결과가 충전이면 보정 대상 시구간의 집합은 현재 연산 시구간 이후 방전이 스케줄된 시구간 직전까지의 시구간들 중 현재 연산 시구간과 충전 가격이 동일한 시구간들의 집합이다. 반대로 현재 연산을 진행하는 시구간(T)의 스케줄 결과가 방전이면 보정 대상 시구간 집합은 현재 연산 시구간 이후 충전이 스케줄된 시구간 직전까지의 시구간들 중 현재 연산 시구간과 충전가격이 동일한 시구간들의 집합을 나타낸다. 만약 현재 연산 시구간의 스케줄 결과가 0이면 현재 연산 시구간 이후 스케줄 결과가 0인 아닌 최초 시간의 스케줄 결과를 바탕으로 보정 대상 시구간 집합을 정의한다.In addition, the schedule correction module 114 may derive a set of time periods for performing a correction operation based on the time period T currently undergoing the calculation. That is, the schedule correction module 114 derives a set of time periods that remain in the same state, that is, a set of correction time periods, in consideration of the state of charge or discharge of the time period T currently being calculated. Do it. For example, if the schedule result of the time period T in which the current operation is performed is charging, the set of correction target time periods is equal to the current operation time period and the charging price among the time periods after the current operation time period and immediately before the scheduled time period. It is the same set of time periods. On the contrary, if the schedule result of the time period T in which the current calculation proceeds is discharged, the set of time periods to be corrected is one of the time periods that have the same charging price as the current calculation time period, among the time periods after the current calculation time period and before charging is scheduled. Represents a set of. If the schedule result of the current operation time period is 0, the set of time targets to be corrected is defined based on the schedule result of the first time when the schedule result after the current operation time period is not 0.
또한, 스케줄 보정 모듈(114)은 상술한 보정 작업을 수행할 보정 대상 시구간 집합의 도출이 완료되면, 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들에 대하여 스케줄 보정 작업을 진행한다. 우선, 스케줄 보정 모듈(114)은 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간 중 위에서 언급된 최대 충전량이 작은 순서로 시구간에 대한 스케줄 보정을 진행할 수 있다. 만약, 해당 시구간의 최대 충전량이 평균 출력보다 작으면, 해당 구간의 스케줄을 최대 충전량으로 설정하고, 남은 시구간들에 대한 평균 출력을 다시 계산하며 다음 시구간에 대한 연산을 수행할 수 있다. 반대로 최대 충전량이 평균 충전량보다 크면, 해당 구간의 충전량을 평균 충전량으로 설정하고 다음 구간에 대한 연산을 수행하게 된다.In addition, when the derivation of the correction target time period set to perform the above-described correction operation is completed, the schedule correction module 114 performs a schedule correction operation on time periods belonging to the correction target time period set. First, the schedule correction module 114 calculates an average output of time periods belonging to the set of time periods to be corrected, and performs schedule correction for time periods in the order of the maximum charge amount mentioned above among the time periods belonging to the time period set to be corrected. You can proceed. If the maximum charge amount of the corresponding time period is smaller than the average output, the schedule of the corresponding time period may be set as the maximum charge amount, the average power of the remaining time periods may be recalculated, and the operation for the next time period may be performed. On the contrary, if the maximum charging amount is larger than the average charging amount, the charging amount of the corresponding section is set as the average charging amount and the operation for the next section is performed.
지령값 도출부(120)는 스케줄 작성부(110)를 통해 작성한 충전 및 방전 스케줄 즉, 최종 충전 및 방전 스케줄에 따라 에너지 저장 장치(ESS)의 운전 모드(수동/스케줄)를 설정하고, 설정된 유효전력 출력 지령값에 따라, 에너지 저장 장치(ESS)의 제어기(130)로 전달할 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 및 유효전력 지령값을 도출하는 기능을 한다. 에너지 저장 장치(ESS)의 운전 모드가 수동 모드면, 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 지령값 변경은 없으며, 유효전력 지령값만을 사용자 입력값으로 변경한다. 하지만 에너지 저장 장치(ESS)가 스케줄 모드로 운전되고 있으면 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 및 출력 지령값을 결정할 수 있다. 또한, 지령값 도출부(120)는 스케줄 결과 지령값이 0이면 에너지 저장 장치(ESS)의 상태를 준비(반도체 스위치 꺼짐)로 변경한다. 이와 같은 동작으로 불필요한 대기 동작(출력으로 0으로 제어하기 위한 반도체 스위치의 스위칭)으로 발생하는 손실을 감소시킬 수 있다.The command value deriving unit 120 sets an operation mode (manual / scheduling) of the energy storage device ESS according to a charging and discharging schedule, that is, a final charging and discharging schedule created through the schedule preparing unit 110, and sets the set validity. According to the power output command value, the function of deriving the state and the active power command value of the energy storage device (ESS) to be delivered to the controller 130 of the energy storage device (ESS). If the operation mode of the energy storage device ESS is the manual mode, there is no change of the state command value of the energy storage device ESS, and only the active power command value is changed to the user input value. However, when the energy storage device ESS is operated in the schedule mode, the state and output command value of the energy storage device ESS may be determined. In addition, the command value deriving unit 120 changes the state of the energy storage device ESS to ready (semiconductor switch off) when the schedule result command value is 0. This operation can reduce the loss caused by unnecessary standby operation (switching of the semiconductor switch to control to zero as an output).
제어부(140)는 지령값 도출부(120)를 통해 도출되어 마이크로그리드 운영시스템으로 전달된 지령값과, 동작 상태 설정값을 근거로 에너지 저장 장치(ESS)의 동작 상태 및 출력 제어를 수행하는 기능을 한다. 상술한 바와 같이, 에너지 저장 장치(ESS)의 동작 상태는 계통연계운전 중 사용되는 수동 운전 모드와 스케줄 운전 모드, 그리고 독립운전 중 사용되는 일정 전압/주파수 운전 모드와 동기화 운전 모드로 나누어질 수 있다.The controller 140 performs an operation state and an output control of the energy storage device ESS based on the command value derived from the command value deriving unit 120 and transmitted to the microgrid operating system, and an operation state setting value. Do it. As described above, the operation state of the energy storage device (ESS) may be divided into a manual operation mode and a schedule operation mode used during grid linkage operation, and a constant voltage / frequency operation mode and synchronization operation mode used during independent operation. .
여기서, 스케줄 운전 모드 즉, 유효전력 및 무효전력 제어 모드는 유효전력 및 무효 전력을 지령값에 따라 제어하는 모드를 나타내고, 일정 전압/주파수 운전 모드는 전압과 주파수를 지령값으로 제어하는 모드를 나타낸다. 동기화 운전 모드는 출력 전압의 크기와 위상각을 제어함으로써, 마이크로그리드 연계 스위치의 2차측(마이크로그리드)의 전압의 크기 및 위상각을 1차 측의 전압과 동기화시키는 모드를 나타낸다.Here, the schedule operation mode, that is, the active power and reactive power control mode indicates a mode for controlling the active power and the reactive power according to the command value, and the constant voltage / frequency operation mode indicates a mode for controlling the voltage and frequency as the command value. . The synchronous operation mode represents a mode in which the magnitude and phase angle of the voltage of the secondary side (microlog grid) of the microgrid associated switch are synchronized with the voltage of the primary side by controlling the magnitude and phase angle of the output voltage.
또한, 제어부(140)에서는 에너지 저장 장치(ESS)의 자체 시스템 보호를 위해 AC/DC 전압 및 전류, 충전량 등의 보호기능을 제공한다. 제어부(140)의 특징은 무정전 운전이 가능하다는 것이다. 즉, Anti-island 기능이 꺼져 있는 경우 전력망의 사고를 감지하면 자동으로 독립운전(전압/주파수 제어모드)을 수행한다. 또한 상위 전력망이 복전되면 이를 감지하고 자동으로 동기화를 수행하고, 마이크로그리드 연계 스위치가 닫히면 자동으로 유/무효전력 운전 모드로 운전 모드를 전환한다. 이와 같은 동작으로 상위 전력망과 연계된 후에 에너지 저장 장치(ESS)가 동기화 모드를 유지하는 경우 계측 오차와 시지연으로 발생할 수 있는 문제(ESS 과전류 보호 동작, 과도한 돌입전류 등)를 최소화할 수 있다.In addition, the controller 140 provides protection functions such as AC / DC voltage, current, and charge amount to protect the system of the energy storage device (ESS). A characteristic of the controller 140 is that an uninterruptible operation is possible. In other words, if the anti-island function is turned off, an autonomous operation (voltage / frequency control mode) is automatically performed when an accident in the power grid is detected. It also detects when the upper grid is restored and synchronizes automatically. When the microgrid link is closed, it automatically switches to the active / reactive power mode. In this manner, when the energy storage device (ESS) maintains the synchronization mode after being connected to the upper power grid, problems that may occur due to measurement error and delay (ESS overcurrent protection operation, excessive inrush current, etc.) may be minimized.
사용자 인터페이스부(130)는 사용자가 에너지 저장 장치(ESS)의 운전과 관련된 제반 사항을 결정하기 위한 다양한 정보를 표출하고 관련 기기들을 제어할 수 있는 환경을 제공한다. 사용자 인터페이스부(130)에서 표출되는 데이터는 다음과 같다.The user interface 130 provides an environment in which a user expresses various information for determining various matters related to the operation of the energy storage device (ESS) and controls related devices. Data expressed in the user interface 130 is as follows.
- 에너지 저장 장치(ESS) : 상태(정지/준비/동작), 운전모드(독립운전/동기화/자동/수동), 경고 및 알람, 충전량(SOC), 유/무효전력 출력, 전압, 주파수, 통신 상태, 상위 전력망 동기화 결과 등-Energy storage device (ESS): status (stop / ready / operation), operation mode (independent operation / synchronization / auto / manual), warning and alarm, charge level (SOC), active / reactive power output, voltage, frequency, communication Status, higher grid synchronization results, etc.
- 마이크로그리드 연계 스위치 : 상태(open/close), 유/무효전력, 통신 상태 등-Microgrid switch: open / close, active / reactive power, communication status, etc.
- 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄 : 스케줄 결과 및 운전 이력, 시장 가격 이력 및 예측값, 마이크로그리드 소비전력 이력 및 예측값, 상위 전력망 부하 이력 및 예측값, 에너지 저장 장치(ESS)의 운전 이득 등-Charge / discharge schedule of energy storage device (ESS): schedule result and operation history, market price history and forecast value, microgrid power consumption history and forecast value, upper grid load history and forecast value, operation gain of energy storage device (ESS), etc.
사용자는 위와 같은 자료를 바탕으로 사용자 인터페이스부(130)를 통해 다음과 같은 작업을 수행할 수 있다.The user may perform the following operations through the user interface unit 130 based on the above materials.
- 에너지 저장 장치(ESS) : 상태(정지/준비/동작) 제어, Anti-island 기능 설정, 자동/수동 모드 선택, 수동 모드에서 유/무효전력 출력 제어, 독립운전 시 에너지 저장 장치(ESS)의 출력 전압 제어 등-Energy storage device (ESS): control status (stop / ready / operation), anti-island function setting, automatic / manual mode selection, control of active / reactive power output in manual mode, energy storage device (ESS) in independent operation Output voltage control etc.
- 마이크로그리드 연계 스위치 : 상태(open/close) 제어 등-Microgrid switch: open / close control, etc.
- 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 스케줄 : 스케줄 작성 주기 변경, 스케줄 작성과 관련된 변수 변경 등 -Charge / discharge schedule of energy storage device (ESS): change of schedule creation cycle, change of variables related to schedule creation, etc.
추가적으로 사용자 인터페이스부(130)에서는 사용자에 의한 오조작으로 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위해 2개의 기능을 더 제공할 수 있다. 여기서, 먼저, 사용자 인터페이스부(130)는 상위 전력망 연계 블랙스타트 방지 기능을 제공할 수 있다. 여기서, Anti-island 모드가 활성화되어 있고, 상위 전력망의 고장으로 정전이 발생한 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 운전을 정지한다. 에너지 저장 장치(ESS)를 비상 발전원으로 사용하여 마이크로그리드에 전력을 공급하기 위해서 사용자는 반드시 마이크로그리드 연계 스위치를 열고 에너지 저장 장치(ESS)를 기동하여야 한다. 만약 마이크로그리드 연계 스위치를 열지 않고 에너지 저장 장치(ESS)를 기동하면 최악의 경우 에너지 저장 장치(ESS)에 과전류가 발생하여 반도체 스위치가 소손될 수 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해 사용자 인터페이스부(130)에서는 정전이 발생한 경우(즉, 정전 발생 신호가 감지된 경우), 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀있으면 사용자가 에너지 저장 장치(ESS)의 동작 명령을 입력하더라도 자체적으로 에너지 저장 장치(ESS)의 동작 신호를 막고 경고 메시지를 표출할 수 있다.In addition, the user interface unit 130 may further provide two functions to prevent a problem that may occur due to an incorrect operation by the user. Here, first, the user interface 130 may provide a higher power grid-linked black start prevention function. Here, when the anti-island mode is activated and a power failure occurs due to a failure of the upper power grid, the energy storage device ESS stops operating. In order to supply power to the microgrid by using the energy storage device (ESS) as an emergency power source, the user must open the microgrid link switch and start the energy storage device (ESS). If the energy storage device (ESS) is activated without opening the microgrid associated switch, in the worst case, an overcurrent may occur in the energy storage device (ESS), and the semiconductor switch may be damaged. In order to prevent such a problem, in the user interface unit 130, when a power failure occurs (that is, when a power failure signal is detected), when the upper power grid link switch is closed, the user inputs an operation command of the energy storage device (ESS). Even if it can block the operation signal of the energy storage device (ESS) by itself and display a warning message.
또한, 사용자 인터페이스부(130)는 비동기 재연계 방지 기능을 제공할 수 있다. 독립운전 중에 상위 전력망이 복전되면 마이크로그리드의 상위 전력계통으로 연결하는 재연계를 수행해야 한다. 이때 상위 전력계통과 마이크로그리드의 전압이 동기화(크기와 위상각)되지 않은 상태로 마이크로그리드 연계 스위치를 닫으면 과도한 돌입 전류의 발생으로 상위 전력계통의 보호기기나 ESS의 보호기기가 동작하여 정전이 발생할 수 있다. 비동기 재연계 방지 기능은 이와 같은 문제를 방지하기 위해 독립운전 중에 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않으면 마이크로그리드 연계 스위치의 조작을 막으며 관련 경고 메시지를 표출하는 기능이다In addition, the user interface 130 may provide an asynchronous reassociation prevention function. If the upper grid is restored during stand-alone operation, reconnection to the upper grid of the microgrid must be performed. At this time, if the microgrid link switch is closed while the upper power system and the microgrid are not synchronized (magnitude and phase angle), excessive inrush current may occur. have. Asynchronous reconnection prevention function prevents the operation of the microgrid link switch and displays the relevant warning message if the voltages of the upper grid and the consumer grid are not synchronized during stand-alone operation.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 장치(100)의 실증 결과, 에너지 요금, 최대소비전력 요금, 첨두부하 기여 요금, 에너지 저장 장치(ESS)의 수명 감소 비용을 최소화하면서, 실제 운영이 가능한 점이 확인되었다. As a result of the demonstration of the operating device 100 according to the embodiment of the present invention described above, the actual operation is possible while minimizing the energy cost, the maximum power consumption fee, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device (ESS). The point was confirmed.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법(이하, 운영 방법)에 대한 흐름도이다. 이제, 도 8 내지 도 12를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 방법에 대한 설명이 이루어진다. 또한, 아래에서는 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항은 생략하여 그 설명이 이루어진다.8 is a flowchart illustrating an operating method (hereinafter, an operating method) for an energy storage device for a microgrid according to an embodiment of the present invention. Now, a description will be given of an operating method according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 8 to 12. In addition, the following description will be omitted to omit overlapping with the above-mentioned parts.
S110 단계는 스케줄 작성부에 의해, 마이크로그리드 운영 시스템을 이용하여 에너지 충전 장치(ESS)의 충전 및 방전을 위한 스케줄을 작성하는 단계이다. 구체적으로, S110 단계는 마이크로그리드 운영 시스템으로부터 시구간 별로 부하, 발전 및 에너지 가격에 대한 예측 데이터와 실시간 운영 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있고, S110 단계는 도 9에 도시된 단계들을 포함할 수 있다.In step S110, a schedule preparation unit prepares a schedule for charging and discharging the energy charging device ESS using the microgrid operating system. Specifically, step S110 may include collecting forecast data and real-time operation information on load, power generation, and energy price for each time period from the microgrid operating system, and step S110 may include the steps illustrated in FIG. 9. Can be.
S111 단계는 스케줄 작성부에 의해, 사용자의 설정에 따라 시구간 별로, 시구간 내에서의 실시간 가격 정보를 근거로 상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 단계이다. 또한, S111 단계는 사용자의 설정에 따라 하나의 시구간을 복수의 단위 시구간들로 구분하는 단계와 상기 예측 데이터를 단위 시구간 별로 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 계단화하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 예측 데이터의 보정 과정과 계단화 과정은 반드시 2개의 과정이 모두 수행되는 것은 아니고, 사용자의 설정에 따라 선택적으로, 또는 모두 수행되는 것도 가능하다.The step S111 is a step of correcting the prediction data of the time period by the schedule preparation unit based on the real-time price information within the time period for each time interval according to the user's setting. In addition, the step S111 may include dividing one time period into a plurality of unit time periods according to a user's setting and stepping the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period. . However, the two processes are not necessarily performed in the correction process and the staircase process of the prediction data, and may be performed selectively or all according to the user's setting.
S112 단계는 스케줄 작성부에 의해, 에너지 저장 장치를 비상발전기로 사용하기 위해, 독립운전 시 마이크로그리드의 부하를 일정한 시간(예, 비상용 디젤발전기 기동에 필요한 시간) 이상 공급할 수 있도록 최소 충전량을 설정하는 단계이다. 즉, 최소 충전량을 높게 설정하면 에너지 저장 장치(ESS)의 충/방전 용량이 감소하여 에너지 저장 장치(ESS)의 충전 또는 방전으로 얻을 수 있는 이득이 감소할 수 있다. 따라서 에너지 저장 장치(ESS)의 활용도를 높이기 위해서는 최소 충전량을 가능한 한 낮게 설정할 필요가 있다. In step S112, in order to use the energy storage device as an emergency generator, the schedule preparing unit sets a minimum charge amount so that the microgrid load can be supplied for a predetermined time or more (for example, the time required for starting an emergency diesel generator) during independent operation. Step. That is, when the minimum charging amount is set high, the charge / discharge capacity of the energy storage device ESS may be reduced, thereby reducing the gain obtained by charging or discharging the energy storage device ESS. Therefore, in order to increase the utilization of the energy storage device (ESS), it is necessary to set the minimum charge amount as low as possible.
또한, S112 단계는 부하 및 발전량 예측값과 에너지 저장 장치(ESS)가 비상발전기로 동작해야 하는 최소시간을 이용하여 개별 시구간의 최소 SOC 기준을 다르게 설정함으로써 이루어질 수 있다. 도 6을 참조로 설명한 바와 같이, 해당 시구간 이후의 (부하-발전)의 예측값이 크면 에너지 저장 장치(ESS)는 비상 시 많은 전력을 공급해야 하므로, 해당 시구간의 최소 충전량을 높게 설정하고. 반대의 경우에는 최소 충전량을 낮게 설정하는 것이 바람직하다. In addition, step S112 may be performed by differently setting the minimum SOC criteria of the individual time periods by using the load and generation amount prediction value and the minimum time that the energy storage device (ESS) should operate as an emergency generator. As described with reference to FIG. 6, if the predicted value of (load-generation) after the corresponding time period is large, the energy storage device ESS needs to supply a lot of power in an emergency, and thus sets the minimum charge amount of the corresponding time period high. In the opposite case, it is desirable to set the minimum charge amount low.
또한, S112 단계는 수학식 1을 참조로 설명한 것처럼, 비상발전을 위한 에너지 저장 장치의 최소 충전량과, 물리적인 에너지 저장 장치의 최소 충전량, 에너지 저장 장치가 비상 발전기로 동작해야 하는 최소 시간, 부하에 대한 예측 데이터, 발전에 대한 예측 데이터 및 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 근거로 이루어질 수 있다. In addition, as described with reference to Equation 1, step S112 may include a minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation, a minimum charge amount of the physical energy storage device, a minimum time that the energy storage device should operate as an emergency generator, and a load. Prediction data for power generation, prediction data for power generation, and rated energy capacity of an energy storage device.
S113 단계는 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 상기 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 상기 에너지 저장 장치에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계이다. 여기서, 최적화 문제의 목적 함수는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어질 수 있다. 여기서, S113 단계를 통해 이루어지는 최적화 과정에서 목적함수와 제약 조건은 수학식 2 및 3을 참조로 설명되었으므로, 중복되는 설명은 생략한다.Step S113 is a step of preparing a temporary charging and discharging schedule for the energy storage device by converting a charging and discharging control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem. Here, the objective function of the optimization problem can be made such that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee and the life reduction cost of the energy storage device are minimized. Here, since the objective function and the constraints have been described with reference to Equations 2 and 3 in the optimization process performed through step S113, redundant descriptions are omitted.
S114 단계는 시구간 별 충전 가격과 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분석하고, 시구간 별 충전 및 방전 계획이 최대로 분산되도록 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분산시킴으로써 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계이다. 여기서, S114 단계를 통해 이루어지는 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계는 도 10에 도시된다.Step S114 is a step of generating a final charging and discharging schedule by analyzing the charging price and the temporary charging and discharging schedule for each time period, and distributing the temporary charging and discharging schedule to maximize distribution of the charging and discharging schedule for each time period. . Here, the step of generating the final charge and discharge schedule through the step S114 is shown in FIG.
S114a 단계는 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의하는 단계이다. 여기서, 충전 가격은 S113 단계에서 작성된 임시 스케줄을 최적화 문제의 목적함수에 대입하여 개별 시간대에서 활성화된 가격 계수를 찾아 개별 시구간의 충전가격을 계산할 수 있다. Step S114a is a step of defining the charge price and the maximum charge amount of the individual time period. Here, the charging price may be calculated by substituting the temporary schedule created in step S113 into the objective function of the optimization problem to find the price coefficient activated in the individual time zones and calculate the charging price of the individual time periods.
또한, S114a 단계는 각 시구간에 대하여 충전 가격을 변동시키지 않는 최대 충전량을 정의할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(ESS)의 충전으로 마이크로그리드의 새로운 최대소비전력이 발생하면 최대소비전력 요금이 증가한다. 따라서, 이와 같은 경우 개별 시구간의 최대 충전량은 각 시구간의 소비전력을 최대소비전력 예측치(기존의 최대소비전력과 스케줄을 적용하는 경우 발생하는 최대소비전력 중 큰값) 이하로 유지할 수 있는 최대 충전량으로 결정된다In addition, step S114a may define the maximum charge amount does not change the charge price for each time period. For example, charging a new energy storage device (ESS) results in a new maximum power consumption of the microgrid, which increases the maximum power consumption rate. Therefore, in this case, the maximum charge amount of each time period is determined as the maximum charge amount that can maintain the power consumption of each time period below the maximum power consumption estimate value (the greater of the maximum power consumption generated by applying the existing maximum power consumption and schedule). do
S114b 단계는 아래에서 설명될 보정에 사용되는 변수들을 초기화하고, 보정 대상을 현재 시구간으로 설정하는 단계이다.Step S114b is a step of initializing the variables used for the correction to be described below, and setting the correction target to the current time period.
S114c 단계는 현재 시구간 즉, 시구간(T)에 대한 보정이 완료되었는지 판단하는 단계이다. 판단 결과, 시구간(T)에 대한 보정이 완료된 것으로 판단되면 제어는 S114f 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우, 제어는 S114d 단계로 전달된다.Step S114c is a step of determining whether correction for the current time period, that is, the time period T, is completed. As a result of the determination, if it is determined that the correction for the time period T is completed, the control is passed to the step S114f. Otherwise, control passes to a step S114d.
S114d 단계는 현재 연산을 진행하고 있는 시구간(T)을 기준으로 보정 작업을 수행할 시구간들의 집합을 도출하는 단계이다. 즉, S114d 단계는 현재 연산을 진행하고 있는 시구간(T)의 충전 상태 또는 방전 상태를 고려하여, 동일한 상태로 유지되는 시구간들의 집합 즉, 보정 대상 시구간 집합을 도출하는 기능을 한다. 또한, S114d 단계는 현재 연산 시구간의 스케줄 결과가 0이면 현재 연산 시구간 이후 스케줄 결과가 0인 아닌 최초 시간의 스케줄 결과를 바탕으로 보정 대상 시구간 집합을 정의할 수 있다.The step S114d is a step of deriving a set of time periods for performing a correction operation based on the time period T currently being calculated. That is, the step S114d functions to derive the set of time periods that remain in the same state, that is, the set of correction target time periods, in consideration of the state of charge or discharge of the time period T currently being calculated. In addition, in operation S114d, when the schedule result of the current operation time period is 0, the set of correction target time periods may be defined based on the schedule result of the first time when the schedule result after the current operation time period is not zero.
S114e 단계는 보정 대상 시구간 집합의 도출이 완료되면, 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들에 대하여 스케줄 보정 작업을 진행하는 단계이다. 여기서, S114e 단계는 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간 중 위에서 언급된 최대 충전량이 작은 순서로 시구간에 대한 스케줄 보정을 진행할 수 있다. 만약, 해당 시구간의 최대 충전량이 평균 출력보다 작으면, 해당 구간의 스케줄을 최대 충전량으로 설정하고, 남은 시구간들에 대한 평균 출력을 다시 계산하며 다음 시구간에 대한 연산을 수행할 수 있다. 반대로 최대 충전량이 평균 충전량보다 크면, 해당 구간의 충전량을 평균 충전량으로 설정하고 다음 구간에 대한 연산을 수행하게 된다.In step S114e, when the derivation of the set of time target sections is corrected, a schedule correction operation is performed on time periods belonging to the set of time target sections. Here, in step S114e, the average output of the time periods belonging to the set of time periods to be corrected may be calculated, and the schedule correction may be performed for the time periods in the order in which the maximum charge amount mentioned above is small among the time periods belonging to the time period set to be corrected. If the maximum charge amount of the corresponding time period is smaller than the average output, the schedule of the corresponding time period may be set as the maximum charge amount, the average power of the remaining time periods may be recalculated, and the operation for the next time period may be performed. On the contrary, if the maximum charging amount is larger than the average charging amount, the charging amount of the corresponding section is set as the average charging amount and the operation for the next section is performed.
S114f 단계는 현재 시구간이 마지막 시구간인지 즉, 보정이 필요한 후속 시구간이 존재하는지 판단하는 단계이다. 여기서, 보정이 필요한 시구간이 존재하는 경우, 제어는 S114g 단계로 전달되어 다음 시구간에 대한 선택 과정이 이루어진다. 그렇지 않은 경우, 제어는 S120 단계로 전달된다.Step S114f is a step of determining whether the current time period is the last time period, that is, whether there is a subsequent time period that requires correction. Here, when there is a time period that needs to be corrected, control is transferred to step S114g to select a next time period. Otherwise, control passes to step S120.
이렇게, S110 단계를 통해 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄의 작성이 이루어질 수 있다. 또한, S110 단계는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어지므로, 종래기술 대비 수용가의 전기 요금을 낮출 수 있고 보다 효율적인 운영이 가능해지는 장점이 있다. 뿐만 아니라, S110 단계는 실시간 가격을 고려한 예측 데이터에 대한 오차 보정을 수행하므로, 오차로 인한 피해를 최소화할 수 있다.In this way, the charging and discharging schedule of the energy storage device may be prepared for each time interval to minimize the operating cost of the microgrid through the step S110. In addition, the step S110 is made to minimize the sum of the energy bill, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee and the cost of reducing the life of the energy storage device, thereby lowering the customer's electricity bill compared to the prior art and more efficient operation is possible. There is an advantage. In addition, the step S110 performs error correction on the prediction data considering the real-time price, thereby minimizing the damage caused by the error.
S120 단계는 지령값 도출부에 의해, 사용자 설정 정보와 충전 및 방전 스케줄에 따라, 에너지 저장 장치의 동작 상태를 결정하고, 에너지 저장 장치로부터 출력될 유효 전력 지령값을 도출하는 단계이다. 여기서, S120 단계는 도 11에 도시된 단계들을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 앞서 설명한 것처럼. 에너지 저장 장치(ESS)의 운전 모드가 수동 모드이면, 에너지 저장 장치(ESS)의 상태 지령값 변경은 없고, 유효전력 지령값만을 사용자 입력값으로 변경할 수 있다. 또한, S122 단계로 도시된 것처럼, 스케줄 결과 지령값이 0이면 제어는 S123 단계로 전달되어 에너지 저장 장치의 상태를 준비 상태(즉, 반도체 스위치 꺼짐)로 변경한다. 이러한 동작을 통해 불필요한 대기 동작으로 발생하는 손실을 감소시킬 수 있다. In step S120, the command value deriving unit determines the operation state of the energy storage device according to the user setting information and the charging and discharging schedule, and derives an effective power command value to be output from the energy storage device. Here, step S120 may be performed by performing the steps illustrated in FIG. 11. As explained earlier. When the operation mode of the energy storage device ESS is the manual mode, there is no change of the state command value of the energy storage device ESS, and only the active power command value may be changed to a user input value. In addition, as shown in step S122, when the schedule result command value is 0, control is transferred to step S123 to change the state of the energy storage device to a ready state (ie, semiconductor switching off). This operation can reduce the losses caused by unnecessary standby operations.
S130 단계는 제어부에 의해, 동작 상태 및 유효 전력 지령값에 따라 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계이다. 구체적으로, S130 단계는 S120 단계를 통해 도출되어 마이크로그리드 운영시스템으로 전달된 지령값과, 동작 상태 설정값을 근거로 에너지 저장 장치(ESS)의 동작 상태 및 출력 제어를 수행하는 단계이다. 여기서, S130 단계를 통해 이루어지는 제어 단계는 도 12에 도시된 것처럼 에너지 저장 장치(ESS)의 자체 시스템 보호를 위해 AC/DC 전압 및 전류, SOC 등의 보호기능을 제공할 수 있고, 상황에 따라 운전 모드의 전환을 수행할 수 있다. 이와 같은 동작으로 상위 전력망과 연계된 후에 ESS가 동기화 모드를 유지하는 경우 계측 오차와 시지연으로 발생할 수 있는 문제(ESS 과전류 보호 동작, 과도한 돌입전류 등)를 최소화할 수 있다.In step S130, the controller controls the operation of the energy storage device according to the operating state and the effective power command value. Specifically, step S130 is a step of performing the operation state and output control of the energy storage device (ESS) on the basis of the command value and the operation state set value derived through the step S120 to the microgrid operating system. Here, the control step made through the step S130 may provide protection functions such as AC / DC voltage and current, SOC, etc. to protect the own system of the energy storage device ESS as shown in FIG. You can switch modes. In this manner, when the ESS maintains the synchronization mode after being connected to the upper power grid, problems that may occur due to measurement error and delay (ESS overcurrent protection operation, excessive inrush current, etc.) can be minimized.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 방법에 따르면, 사용자 인터페이스부에 의해, 정전 발생 신호가 감지되어 있고, 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀 있을 때, 사용자로부터 에너지 저장 장치의 동작 명령이 입력되면, 상기 동작 명령에 따른 에너지 저장 장치의 동작 신호를 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스부에 의해, 상기 에너지 저장 장치의 독립 운전 중, 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않을 때, 마이크로그리드의 연계 스위치의 조작을 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, according to the operating method according to an embodiment of the present invention, when a power failure generation signal is sensed by the user interface unit and the upper power grid link switch is closed, when the operation command of the energy storage device is input from the user, The method may further include blocking an operation signal of the energy storage device according to the operation command and generating a warning message. The method may further include, by the user interface unit, interrupting an operation of the link switch of the microgrid and generating a warning message when the voltages of the upper power grid and the consumer power grid are not synchronized during the independent operation of the energy storage device. can do.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (20)

  1. 마이크로그리드 운영 시스템으로부터 시구간 별로 부하, 발전 및 에너지 가격에 대한 예측 데이터와 실시간 운영 정보를 수집하고, 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하며, 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 스케줄 작성부;Collect forecast data and real-time operating information about load, power generation and energy prices from time to time, from the microgrid operating system, define the minimum amount of energy storage connected to the microgrid by time, and minimize the operating costs of the microgrid. A schedule preparation unit to prepare a charge and discharge schedule of the energy storage device for each time interval as possible;
    사용자 설정 정보와 상기 충전 및 방전 스케줄에 따라, 에너지 저장 장치의 동작 상태를 결정하고, 상기 에너지 저장 장치로부터 출력될 유효 전력 지령값을 도출하는 지령값 도출부; 및A command value deriving unit which determines an operating state of the energy storage device and derives an effective power command value to be output from the energy storage device according to user setting information and the charge and discharge schedule; And
    상기 동작 상태 및 유효 전력 지령값에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, And a controller configured to control an operation of the energy storage device according to the operation state and an active power command value.
    상기 스케줄 작성부는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The schedule preparation unit is an operating device for the energy storage device for a microgrid, characterized in that the charging and discharging schedule to minimize the sum of the energy charge, maximum power consumption cost, peak load contribution fee and the cost of reducing the life of the energy storage device .
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 스케줄 작성부는 사용자의 설정에 따라 시구간 별로, 시구간 내에서의 실시간 가격 정보를 근거로 상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 예측 데이터 보정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The schedule preparation unit may further include a prediction data correction module for correcting the prediction data of the time period based on real-time price information within the time period for each time period according to a user's setting. Operating device for.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 예측 데이터 보정 모듈은 상기 사용자의 설정에 따라 하나의 시구간을 복수의 단위 시구간들로 구분하고, 상기 예측 데이터를 단위 시구간 별로 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 계단화하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The prediction data correction module may classify one time period into a plurality of unit time periods according to the user's setting, and micronize the prediction data according to at least one stepping interval for each unit time period. Operating device for energy storage for grid.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 스케줄 작성부는 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 설정하는 최소 충전량 설정 모듈을 포함하고, 상기 최소 충전량 설정 모듈은 비상발전을 위한 에너지 저장 장치의 최소 충전량과, 물리적인 에너지 저장 장치의 최소 충전량, 에너지 저장 장치가 비상 발전기로 동작해야 하는 최소 시간, 부하에 대한 예측 데이터, 발전에 대한 예측 데이터 및 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 근거로 시구간 별로 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The schedule preparation unit includes a minimum charge setting module for setting a minimum charge amount of the energy storage device connected to the micro grid for each time period, and the minimum charge amount setting module includes a minimum charge amount of the energy storage device for emergency power generation and physical energy storage. Based on the minimum charge of the device, the minimum time the energy storage device should operate as an emergency generator, the forecast data for the load, the forecast data for the generation and the rated energy capacity of the energy storage device, Operating device for an energy storage device for a microgrid, characterized in that the setting.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 스케줄 작성부는 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 상기 에너지 저장 장치에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The schedule preparation unit converts the charging and discharging control problem into an optimization problem, and finds an optimal solution of the optimization problem, thereby operating the energy storage device for the microgrid, wherein a temporary charging and discharging schedule is created for the energy storage device. Device.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 최적화 문제의 목적 함수는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The objective function of the optimization problem is the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the reduced lifespan cost of the energy storage device.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 스케줄 작성부는The schedule preparation unit
    시구간 별 충전 가격과 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분석하고, 시구간 별 충전 및 방전 계획이 최대로 분산되도록 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분산시킴으로써 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 스케줄 보정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.A schedule correction module is further configured to analyze charge prices by time periods and the temporary charge and discharge schedules, and generate a final charge and discharge schedule by distributing the temporary charge and discharge schedules to maximize distribution of charge and discharge plans by time periods. An operating device for an energy storage device for a microgrid, comprising.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 스케줄 작성부는 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의하고, 충전 상태 또는 방전 상태로서 연속적으로 동일한 상태인 시구간들을 보정 대상 시구간 집합으로 정의하며, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간과 평균 출력의 비교를 통해 보정을 수행함으로써, 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The schedule preparation unit defines charge prices and maximum charge amounts of individual time periods, and defines time periods that are continuously in the same state as a charging state or a discharge state as a set of correction target time periods, and compares the time periods belonging to each correction target time period set. An operation device for an energy storage device for microgrids, the final charge and discharge schedules are generated by calculating the average power and performing a calibration by comparing the average power with time periods belonging to each set of time periods to be corrected.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 사용자 설정 정보의 생성에 이용되는 사용자 인터페이스부를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스부는 정전 발생 신호가 감지되어 있고, 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀 있을 때, 사용자로부터 에너지 저장 장치의 동작 명령이 입력되면, 상기 동작 명령에 따른 에너지 저장 장치의 동작 신호를 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The user interface unit may further include a user interface unit used to generate the user setting information. When the power failure generation signal is detected and the upper power grid link switch is closed, an operation command of the energy storage device is input from the user. And an operation signal of the energy storage device according to the operation command, and generating a warning message.
  10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 사용자 인터페이스부는 상기 에너지 저장 장치의 독립 운전 중, 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않을 때, 마이크로그리드의 연계 스위치의 조작을 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치.The user interface unit blocks the operation of the microgrid associated switch and generates a warning message when the voltages of the upper power grid and the consumer power grid are not synchronized during the independent operation of the energy storage device, and generates a warning message. Operating device for storage.
  11. 스케줄 작성부에 의해, 마이크로그리드 운영 시스템으로부터 시구간 별로 부하, 발전 및 에너지 가격에 대한 예측 데이터와 실시간 운영 정보를 수집하는 단계;Collecting, by the scheduler, prediction data and real-time operation information on load, power generation, and energy price for each time period from the microgrid operating system;
    상기 스케줄 작성부에 의해, 시구간 별로 마이크로그리드에 연결된 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하는 단계;Defining, by the schedule preparation unit, a minimum charge amount of the energy storage device connected to the microgrid for each time period;
    상기 스케줄 작성부에 의해, 마이크로그리드의 운영 비용이 최소화되도록 시구간 별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계;Creating, by the schedule preparation unit, a charging and discharging schedule of the energy storage device for each time interval such that an operating cost of the microgrid is minimized;
    지령값 도출부에 의해, 사용자 설정 정보와 상기 충전 및 방전 스케줄에 따라, 에너지 저장 장치의 동작 상태를 결정하고, 상기 에너지 저장 장치로부터 출력될 유효 전력 지령값을 도출하는 단계; 및Determining, by the command value deriving unit, an operating state of the energy storage device according to user setting information and the charging and discharging schedule, and deriving an effective power command value to be output from the energy storage device; And
    제어부에 의해, 상기 동작 상태 및 유효 전력 지령값에 따라 상기 에너지 저장 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하고, Controlling, by a control unit, an operation of the energy storage device according to the operation state and an active power command value;
    상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.The charging and discharging schedule of the energy storage device may be prepared by minimizing a sum of an energy fee, a maximum power consumption cost, a peak load contribution fee, and a reduction in the lifespan cost of the energy storage device. How to operate.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 스케줄 작성부에 의해, 사용자의 설정에 따라 시구간 별로, 시구간 내에서의 실시간 가격 정보를 근거로 상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.And correcting the prediction data of the time period by the schedule preparation unit based on real time price information within the time period for each time period according to a user's setting. How to operate.
  13. 제12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 시구간의 예측 데이터를 보정하는 단계는 상기 사용자의 설정에 따라 하나의 시구간을 복수의 단위 시구간들로 구분하는 단계; 및The correcting of the prediction data of the time period may include: dividing one time period into a plurality of unit time periods according to a setting of the user; And
    상기 예측 데이터를 단위 시구간 별로 적어도 하나의 계단화 간격에 따라 계단화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.And stairizing the predicted data according to at least one stepping interval for each unit of time periods.
  14. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 에너지 저장 장치의 최소 충전량을 정의하는 단계는, Defining the minimum charge amount of the energy storage device,
    비상발전을 위한 에너지 저장 장치의 최소 충전량과, 물리적인 에너지 저장 장치의 최소 충전량, 에너지 저장 장치가 비상 발전기로 동작해야 하는 최소 시간, 부하에 대한 예측 데이터, 발전에 대한 예측 데이터 및 에너지 저장 장치의 정격 에너지 용량을 근거로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.The minimum charge of the energy storage device for emergency power generation, the minimum charge of the physical energy storage device, the minimum time that the energy storage device should operate as an emergency generator, the predictive data for the load, the prediction data for the power generation and the energy storage device An operating method for an energy storage device for a microgrid, characterized in that it is based on a rated energy capacity.
  15. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는 충전 및 방전 제어 문제를 최적화 문제로 변환하고, 상기 최적화 문제의 최적해를 찾음으로써 상기 에너지 저장 장치에 대한 임시 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.The step of preparing a charge and discharge schedule of the energy storage device may include creating a temporary charge and discharge schedule for the energy storage device by converting a charge and discharge control problem into an optimization problem and finding an optimal solution of the optimization problem. An operating method for an energy storage device for a microgrid, comprising.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 최적화 문제의 목적 함수는 에너지 요금, 최대소비전력 비용, 첨두부하 기여 요금 및 에너지 저장 장치의 수명 감소 비용의 합이 최소화되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.The objective function of the optimization problem is a method for operating an energy storage device for a microgrid, characterized in that the sum of the energy charge, the maximum power consumption cost, the peak load contribution fee, and the life reduction cost of the energy storage device are minimized.
  17. 제16항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 스케줄을 작성하는 단계는,Creating a charge and discharge schedule of the energy storage device,
    시구간 별 충전 가격과 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분석하고, 시구간 별 충전 및 방전 계획이 최대로 분산되도록 상기 임시 충전 및 방전 스케줄을 분산시킴으로써 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.Analyzing the charge price by time period and the temporary charge and discharge schedule, and generating a final charge and discharge schedule by distributing the temporary charge and discharge schedule such that the charge and discharge schedule by time period is maximally distributed. An operating method for an energy storage device for a microgrid.
  18. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 최종 충전 및 방전 스케줄을 생성하는 단계는 개별 시구간의 충전 가격과 최대 충전량을 정의하고, 충전 상태 또는 방전 상태로서 연속적으로 동일한 상태인 시구간들을 보정 대상 시구간 집합으로 정의하며, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간들의 평균 출력을 계산하고, 각 보정 대상 시구간 집합에 속한 시구간과 평균 출력의 비교를 통해 보정을 수행함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.The generating of the final charge and discharge schedules may define charge prices and maximum charge amounts of individual time periods, and define time periods that are continuously in the same state as a charged state or a discharge state as a set of correction target time periods, and each correction target time period. A method for operating an energy storage device for a microgrid, comprising calculating a mean output of time periods belonging to an interval set, and performing a correction by comparing an average power with time periods included in each time interval set.
  19. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    사용자 인터페이스부에 의해, 정전 발생 신호가 감지되어 있고, 상위 전력망 연계 스위치가 닫혀 있을 때, 사용자로부터 에너지 저장 장치의 동작 명령이 입력되면, 상기 동작 명령에 따른 에너지 저장 장치의 동작 신호를 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.If an operation command of the energy storage device is input by the user when the power failure generation signal is detected by the user interface unit and the upper power grid link switch is closed, the operation signal of the energy storage device according to the operation command is cut off, And generating a warning message.
  20. 제19항에 있어서,The method of claim 19,
    상기 사용자 인터페이스부에 의해, 상기 에너지 저장 장치의 독립 운전 중, 상위 전력망과 수용가 전력망의 전압이 동기화되지 않을 때, 마이크로그리드의 연계 스위치의 조작을 차단하고, 경고 메시지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 방법.By the user interface unit, during the independent operation of the energy storage device, when the voltage of the upper power grid and the consumer power grid is not synchronized, the operation of the microgrid linked switch, further comprising the step of generating a warning message further comprising: An operating method for an energy storage device for a microgrid.
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