WO2023224387A1 - 불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 p2p 에너지 거래 시스템 - Google Patents

불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 p2p 에너지 거래 시스템 Download PDF

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김회준
이영상
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라온프렌즈 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a P2P energy trading system for minimizing uncertainty costs and energy costs. To be described in more detail, it combines P2P power trading and DR trading to increase the economic efficiency of participants and reduce uncertainty in distributed energy resources. It is about a P2P energy trading system that reduces
  • the national solar power generator capacity is approximately 20.3GW, and the capacity estimated by the Korea Power Exchange is 16.6GW, but the private solar power generator capacity of 3.7GW (estimated value) is not estimated by the Korea Power Exchange. Therefore, it is difficult to respond to system volatility.
  • the purpose is to provide a P2P energy trading system that combines P2P power trading and DR trading to increase the economic efficiency of participants and reduce uncertainty in distributed energy resources.
  • a P2P energy trading system for minimizing uncertainty costs and energy costs receives price information from the grid, and uses the received price information to purchase power through P2P power trading on an hourly basis.
  • a price information providing unit that predicts the price and sales price and then provides the predicted results
  • an input unit that receives the desired transaction volume obtained by scheduling from a prosumer or consumer through a Home Energy Management System, and the obtained Classify the desired transaction volume by time, calculate the settlement price based on the supply-demand ratio, and then set priorities according to the prosumer's forecast accuracy and the consumer's demand response fulfillment rate to complete transactions for prosumers and consumers.
  • It includes a matching unit, and a price adjustment unit that readjusts the transaction price when it is determined that an error has occurred in the power generation amount using the desired transaction amount input from the prosumer and the actual power generation amount.
  • Transaction information is extracted using the previous day's forecast figures of Distributed Energy Resources, and if the surplus power generation is smaller than the sales contract amount using the extracted transaction information, the difference in power generation between the sales contract amount and the surplus power generation is calculated, and the prosumer It may further include a control unit that concludes a transaction so that the calculated differential power generation amount can be sold or purchased from the system.
  • control unit calculates the difference in power generation between the sales contract amount and the surplus power generation, and concludes a transaction so that the prosumer can sell the calculated difference power generation to the grid. You can.
  • control unit calculates the power generation difference between the sales contract amount and the actual power generation amount, and concludes a transaction so that the prosumer can purchase the calculated difference power generation amount into the grid. You can.
  • the price adjustment unit determines that the actual power generation amount is smaller than the predicted power generation amount using the extracted transaction information, determines the transaction price between the grid purchase price and the P2P settlement price according to uncertainty demand response, The determined transaction price is delivered to the prosumer and consumer, so that the prosumer can request the consumer to reduce the actual consumption amount from the purchase contract amount.
  • the price adjustment unit determines that the actual power generation amount is higher than the predicted power generation amount using the extracted transaction information, determines the transaction price at a price lower than the P2P settlement price according to uncertainty demand response, and determines the transaction price.
  • the price is communicated to prosumers and consumers, allowing consumers to purchase additional power generation.
  • the control unit may transmit the prosumer's P2P transaction sales volume information, the consumer's P2P transaction participation volume, and the uncertainty demand response (Uncertainty Demand Response) participation volume information to the system.
  • the uncertainty demand response Uncertainty Demand Response
  • the system can calculate monthly electricity bills excluding the received P2P transaction sales volume information, P2P transaction participation volume, and Uncertainty Demand Response (Uncertainty Demand Response) participation information.
  • a reduction in electricity bills can be expected by settling transactions between P2P power trading participants for the surplus power generation of solar power generation facilities, and the amount of power transmitted back due to active use of surplus power generation through P2P power trading can be expected to be reduced. decreases, which may soon lead to a decrease in output limitations.
  • UDR Uncertain Demand Response
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a P2P energy trading system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flowchart illustrating a P2P energy trading method using a P2P energy trading system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the power purchase price and sales price predicted in step S210 shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is an example diagram illustrating a case where the supply fulfillment amount is smaller than the sales contract amount in step S250 shown in FIG. 2.
  • Figure 5 is a graph for explaining step S260 shown in Figure 2.
  • FIG. 6 is an example diagram illustrating a case where the actual power generation amount is greater than the desired sales transaction volume in step S280 shown in FIG. 2.
  • the P2P energy trading system receives price information from the grid, uses the received price information to predict the power purchase price and sale price according to P2P power trading by time, and then provides the predicted result.
  • Information provision unit an input unit that receives the desired transaction volume obtained by scheduling through the Home Energy Management System from prosumers or consumers, classifies the obtained desired transaction volume by time, and settles based on the supply and demand ratio
  • a matching department sets priorities according to the prosumer's prediction accuracy and the consumer's demand response fulfillment rate to complete the transaction between the prosumer and the consumer, and actually produces the desired transaction volume input from the prosumer. If it is determined that an error has occurred in the power generation amount using the calculated power generation amount, it includes a price adjustment unit that readjusts the transaction price.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a P2P energy trading system according to an embodiment of the present invention.
  • the P2P energy trading system 100 includes a price information provider 110, an input unit 120, a matching unit 130, a price adjustment unit 140, and a control unit ( 150) may be included.
  • the price information provider 110 predicts the purchase price and sale price of power according to P2P power trading.
  • the price information providing unit 110 obtains price information traded on the previous day from the system.
  • the price information provider 110 uses the obtained price information to predict the power purchase price and sale price according to P2P power trading, and provides the predicted results in the form of a graph.
  • the input unit 120 receives desired transaction volume from transaction participants, that is, prosumers and consumers.
  • prosumers and consumers have a Home Energy Management System (HEMS). Therefore, the prosumer or consumer performs power scheduling through the home energy management system (HEMS) and determines the desired transaction volume according to the scheduling. And the determined desired transaction amount is transmitted to the P2P energy trading system 100.
  • HEMS Home Energy Management System
  • the matching unit 130 classifies the input desired transaction volume by time and calculates a settlement price according to power using the classified desired transaction volume. Then, the matching unit 130 sets the priority according to the previous transaction history and completes the transaction by matching the prosumer and the consumer according to the set priority level.
  • the price adjustment unit 140 extracts the previous day's transaction information and determines whether the prosumer has provided the supply fulfillment amount according to the extracted transaction information. And, if it is determined that the prosumer has failed to provide the supply fulfillment amount, the price adjustment unit 140 readjusts the transaction price.
  • control unit 150 extracts the sales contract amount and surplus power generation from the transaction information, respectively, and calculates the difference in power generation between the extracted sales contract amount and the surplus power generation. And the control unit 150 concludes a transaction so that the prosumer can purchase or sell power to the grid according to the calculated differential power generation amount.
  • Figure 2 is a flowchart illustrating a P2P energy trading method using a P2P energy trading system according to an embodiment of the present invention.
  • the P2P energy trading system 100 predicts the power purchase price and sale price according to P2P power trading (S210).
  • the P2P energy trading system 100 receives price information from the grid.
  • the system represents a system that economically produces and operates electric power and includes power plants, substations, etc.
  • the price information provider 110 predicts the purchase price and sale price of electricity using the received price information. Then, the price information provider 110 outputs the predicted power purchase price and sales price in a graph form.
  • FIG. 3 is a graph showing the power purchase price and sales price predicted in step S210 shown in FIG. 2.
  • the price information provider 110 displays the power market price (System Marginal Price, SMP) obtained from the system in a blue graph, and predicts by time through the obtained power market price (SMP).
  • the sales price (Time of Use, ToU) is shown in a gray graph.
  • the input unit 120 receives the desired transaction amount from participants who wish to participate in the transaction (S220).
  • HEMS Home Energy Management System
  • the consumer or prosumer performs scheduling for power through a home energy management system (HEMS) and determines the desired transaction volume using the predicted power purchase price and sale price provided in step S210.
  • HEMS home energy management system
  • the prosumer performs scheduling to derive surplus power generation.
  • the surplus power generated at this time becomes the prosumer's desired sales volume.
  • the consumer checks the time period of surplus power generation presented by the prosumer and performs optimal load scheduling by assuming that their electricity usage rate is the sales price (ToU) rate or the expected price of P2P power transaction.
  • the consumer derives hourly load usage according to scheduling.
  • the consumer refers to the amount of electricity corresponding to the time period when there is surplus generation among the hourly load usage as the desired purchase transaction amount.
  • the desired sales transaction volume derived by the prosumer and the desired purchase transaction volume derived by the consumer are transmitted to the P2P energy trading system 100.
  • step S220 the matching unit 130 completes a transaction between the consumer and the prosumer using the input desired sales transaction volume and desired purchase transaction volume (S230).
  • the P2P energy trading system 100 concludes a transaction between consumers and prosumers through a bilateral contract using the previous day's forecast value of DER. That is, the matching unit 130 concludes a transaction according to a bilateral contract using the desired sales transaction volume entered by the prosumer and the desired purchase transaction volume entered by the consumer.
  • the matching unit 130 classifies the obtained desired sales transaction volume and desired purchase transaction volume by time.
  • the matching unit 130 gives priority to transaction completion based on the reversal prediction rate and demand response fulfillment rate of consumers and prosumers participating in the transaction.
  • the matching unit 130 calculates the demand-supply ratio by considering the desired purchase transaction volume and the desired sale transaction volume in the corresponding time period, and determines the settlement price according to the calculated supply-demand ratio.
  • the matching unit 130 notifies the determined settlement price to the consumers and prosumers participating in the transaction and concludes the transaction between the consumers and prosumers.
  • the matching unit 130 performs load scheduling again for untraded resources according to the existing sales price (ToU).
  • control unit 150 determines whether the sales contract amount and the supply fulfillment amount match (S240).
  • the desired sales transaction volume entered by the prosumer is the power generation amount predicted through the Home Energy Management System (HEMS), and an error may occur between the actual power generation amount and the actual power generation amount. Errors in power generation cause damage due to uncertainty.
  • HEMS Home Energy Management System
  • the P2P energy trading system 100 determines whether an error in power generation occurs in order to reduce damage due to uncertainty.
  • the control unit 150 In order to determine whether an error in power generation has occurred, the control unit 150 extracts transaction information using the previous day's forecast value of distributed energy resources (DER). Then, the control unit 150 uses the extracted transaction information to determine whether the transaction has been accurately fulfilled by comparing the sales contract amount, that is, the desired sales transaction amount entered by the prosumer, and the actual supply fulfillment amount provided by the prosumer to the consumer.
  • DER distributed energy resources
  • the control unit 150 determines that an error has occurred in the power generation amount.
  • step S240 If it is determined in step S240 that an error has occurred in the power generation amount because the sales contract amount is smaller than the supply fulfillment amount, the control unit 150 calculates the difference in power generation between the sales contract amount and the supply fulfillment amount, and has the prosumer use the calculated difference power generation amount as the system. Perform a transaction with the grid to purchase from (S250).
  • FIG. 4 is an example diagram illustrating a case where the supply fulfillment amount is smaller than the sales contract amount in step S250 shown in FIG. 2.
  • the control unit 150 causes the prosumer to purchase the differential power generation amount, that is, 1 kWh, from the grid and provide it to the consumer.
  • the prosumer can only get a profit of 850 won instead of a profit of 900 won due to the prediction error.
  • step S250 the price adjustment unit 140 performs price adjustment according to the prediction error within the Downward UDR Price section (S260).
  • the consumer wants to receive a high compensation in exchange for reducing the optimally scheduled load.
  • profits will decrease when purchasing differential power generation from the grid and providing it to consumers, so they hope that consumers will reduce their actual consumption from the purchase contract amount.
  • the price adjustment unit 140 sets rules for determining electricity purchase and sale prices, including uncertainty demand response, and adjusts the price according to the set rules.
  • Figure 5 is a graph for explaining step S260 shown in Figure 2.
  • the price adjustment unit 140 determines the transaction price between the system purchase price and the P2P settlement price corresponding to the Downward UDR Price section according to Uncertainty Demand Response. Then, the price adjustment unit 140 delivers the determined transaction price to the corresponding prosumer and consumer. At this time, the prosumer may request a reduction in the actual consumption amount from the purchase contract amount from the consumer with whom the contract has been concluded.
  • control unit 150 requests and receives the actual power generation amount from the prosumer, and compares the received actual power generation amount with the desired sales transaction amount (S270).
  • control unit 150 calculates the difference in generation amount between the actual generation amount and the desired sales transaction amount, and performs a transaction with the grid to have the prosumer sell the calculated difference power generation amount to the grid. Do it (S280).
  • FIG. 6 is an example diagram illustrating a case where the actual power generation amount is greater than the desired sales transaction volume in step S280 shown in FIG. 2.
  • the control unit 150 causes the prosumer to sell the difference in power generation, that is, 1 kWh, to the grid.
  • the sales contract amount i.e., 10 kWh
  • the difference in power generation i.e., 1 kWh
  • SMP power market price
  • the price adjustment unit 140 performs price adjustment according to the prediction error within the Upward UDR Price section (S290).
  • the price adjustment unit 140 derives a price that is cheaper than the P2P settlement price so that the consumer can consume additional load.
  • the derived price corresponds to the Upward UDR Price section, which is lower than the P2P settlement price and higher than the electricity market price (SMP).
  • the price adjustment unit 140 delivers the determined transaction price to the prosumer and the consumer, allowing the consumer to purchase additional power generation.
  • the P2P energy trading system can be expected to reduce electricity bills by settling transactions between P2P power trading participants for surplus power generation from solar power generation facilities, and through active use of surplus power generation through P2P power trading.
  • the amount of power transmitted back decreases, which can lead to a decrease in output limits.
  • the P2P energy trading system according to the present invention will be able to reduce regional solar energy errors through Uncertainty Demand Response (UDR) due to the increase in forecast uncertainty due to the expansion of solar power facilities following P2P power trading, which will reduce the uncertainty in demand. Response (UDR) can lead to cost savings for transaction participants.
  • UDR Uncertainty Demand Response

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Abstract

본 발명은 불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 P2P 에너지 거래 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, P2P 에너지 거래 시스템은 계통으로부터 가격 정보를 수신하고, 수신된 가격 정보를 이용하여 시간 별로 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매가격 및 판매 가격을 예측한 다음, 예측된 결과를 제공하는 가격 정보 제공부, 프로슈머 또는 컨슈머로부터 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System)을 통해 스케줄링하여 획득한 희망 거래량을 입력받는 입력부, 상기 획득한 희망 거래량을 시간 별로 분류하고, 수요공급 비율을 기반으로 하여 정산 가격을 산출한 다음, 프로슈머의 예측 정확도 및 컨슈머의 수요반응(Demand Response) 이행률에 따라 우선순위를 설정하여 프로슈머 및 컨슈머의 거래를 성사시키는 매칭부, 그리고 상기 프로슈머로부터 입력받은 희망 거래량과 실질적으로 생산된 발전량을 이용하여 발전량에 오차가 발생된 것으로 판단되면, 거래 가격을 재조정하는 가격 조정부를 포함한다.

Description

불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 P2P 에너지 거래 시스템
본 발명은 불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 P2P 에너지 거래 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 P2P 전력거래와 DR 거래를 접목하여 참여자들의 경제성을 증대시키고, 분산에너지자원(Distributed Energy Resource)의 불확실성을 감소시키는 P2P 에너지 거래 시스템에 관한 것이다.
최근 재생에너지 보급 정책에 의해 배전 계통에 연계되고 있는 태양광 설비보급이 증가함과 동시에 태양광 발전의 변동성으로 인하여 발생하는 문제를 해결하기 위한 발전량 출력제한(Curtailment) 또한 증가하고 있다.
산업통상자원부에 의하면 전국 태양광 발전기 용량은 약 20.3GW에 해당하고, 전력거래소에 의해 추산되는 용량은 16.6GW에 해당하지만, 자가용 태양광 발전기 용량인 3.7GW(추계치)는 전력거래소에 의해 추산되지 않아 계통 변동성 대응에 어려움을 겪고 있다.
또한 이러한 자가용 태양광 발전기 중에서도 용량이 10kW 이하인 경우 추가적인 역송량은 미상계되어 전기판매회사에 무료로 역송되므로(2020년 기준 미상계 잉여발전량 20만MWh) 자가용 태양광 발전기 이용자들에게 경제적인 손실을 발생시킨다.
한편, 모든 태양광 발전기들을 전력거래소에서 모니터링하고 운영하기엔 어려움이 따르므로 국지적인 모니터링 및 관리를 실시하는 분산 운영 및 저용량 태양광 발전기의 예측 및 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy ManagementSystem)를 통한 수요 관리가 필요하다.
발전 계획의 일종으로 전일 발전 계획을 수립하기 위해서 분산 운영, 예측, 그리고 HEMS 도입한다 하더라도 태양광 발전의 예측 불확실성을 해결 하기에는 부족함이 있었다.
또한, 태양광 설비보급의 증가에 따른 예측 불확실성 역시 커지고 있으며. 현행 제도로 예측 인센티브를 도입하였지만 용량이 20MW 이상인 발전 사업자에만 해당되므로 태양광 설비의 잉여 발전량 및 예측 불확실성을 해결할 필요가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2021-0012630호(2021.02.03 공개)에 개시되어 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, P2P 전력거래와 DR 거래를 접목하여 참여자들의 경제성을 증대시키고, 분산에너지자원(Distributed Energy Resource)의 불확실성을 감소시키는 P2P 에너지 거래 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 P2P 에너지 거래 시스템은 계통으로부터 가격 정보를 수신하고, 수신된 가격 정보를 이용하여 시간 별로 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매 가격 및 판매 가격을 예측한 다음, 예측된 결과를 제공하는 가격 정보 제공부, 프로슈머 또는 컨슈머로부터 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System)을 통해 스케줄링하여 획득한 희망 거래량을 입력받는 입력부, 상기 획득한 희망 거래량을 시간 별로 분류하고, 수요공급 비율을 기반으로 하여 정산 가격을 산출한 다음, 프로슈머의 예측 정확도 및 컨슈머의 수요반응(Demand Response) 이행률에 따라 우선순위를 설정하여 프로슈머 및 컨슈머의 거래를 성사시키는 매칭부, 그리고 상기 프로슈머로부터 입력받은 희망 거래량과 실질적으로 생산된 발전량을 이용하여 발전량에 오차가 발생된 것으로 판단되면, 거래 가격을 재조정하는 가격 조정부를 포함한다.
분산에너지자원(Distributed Energy Resource)의 전일 예측 수치를 이용하여 거래 정보를 추출하고, 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 잉여발전량이 작으면, 판매 계약량과 잉여발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 판매 또는 구매할 수 있도록 거래를 성사시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 잉여발전량이 높으면, 판매 계약량과 잉여발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 판매할 수 있도록 거래를 성사시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 실제 발전량이 작은면, 판매 계약량과 실제 발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 구매할 수 있도록 거래를 성사시킬 수 있다.
상기 가격 조정부는, 상기 추출된 거래 정보를 이용하여 실제 발전량이 예측 발전량보다 작은 것으로 판단되면, 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)에 따라 계통 구매 가격과 P2P 정산 가격 사이에서 거래 가격을 결정하고, 상기 결정된 거래 가격을 프로슈머 및 컨슈머에게 전달하여 상기 프로슈머로 하여금 컨슈머에게 구매 계약량에서 실제 소비량의 감축을 요청할 수 있다.
상기 가격 조정부는, 상기 추출된 거래 정보를 이용하여 실제 발전량이 예측 발전량보다 높은 것으로 판단되면, 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)에 따라 P2P 정산 가격보다 낮은 가격으로 거래 가격을 결정하고, 상기 결정된 거래 가격을 프로슈머 및 컨슈머에게 전달하여 컨슈머로 하여금 추가적으로 발전량을 구매할 수 있다.
상기 제어부는, 프로슈머의 P2P 거래 판매량 정보와, 컨슈머의 P2P 거래 참여량 및 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response) 참여량 정보를 계통에 전달할 수 있다.
상기 계통은, 전달받은 P2P 거래 판매량 정보, P2P 거래 참여량 및 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response) 참여량 정보를 제외한 상태에서 월 단위 전기 요금을 산출할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 태양광 발전 설비의 잉여발전량을 P2P 전력거래 참여자 간 거래정산을 함으로써 전기 요금의 절감을 기대할 수 있고, P2P 전력거래를 통한 잉여발전량의 적극적으로 사용으로 인해 역송되는 전력량이 감소하고 이는 곧 출력제한의 감소로 이어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, P2P 전력거래에 이어 태양광 설비 보급 확대로 인한 예측 불확실성의 증가도 불확실성 수요 반응(UDR)을 통해 지역적인 태양광 오차를 줄일 수 있을 것이며, 이는 불확실성 수요 반응(UDR) 거래 참여자들의 비용 절감으로 이어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템을 이용한 P2P 에너지 거래 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 S210단계에서 예측된 전력 구매 가격 및 판매 가격을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 S250단계에서 판매 계약량보다 공급 이행량이 작을 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 S260단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6는 도 2에 도시된 S280단계에서 판매 희망 거래량보다 실제 발전량이 큰 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명에 따르면, P2P 에너지 거래 시스템은 계통으로부터 가격 정보를 수신하고, 수신된 가격 정보를 이용하여 시간 별로 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매가격 및 판매 가격을 예측한 다음, 예측된 결과를 제공하는 가격 정보 제공부, 프로슈머 또는 컨슈머로부터 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System)을 통해 스케줄링하여 획득한 희망 거래량을 입력받는 입력부, 상기 획득한 희망 거래량을 시간 별로 분류하고, 수요공급 비율을 기반으로 하여 정산 가격을 산출한 다음, 프로슈머의 예측 정확도 및 컨슈머의 수요반응(Demand Response) 이행률에 따라 우선순위를 설정하여 프로슈머 및 컨슈머의 거래를 성사시키는 매칭부, 그리고 상기 프로슈머로부터 입력받은 희망 거래량과 실질적으로 생산된 발전량을 이용하여 발전량에 오차가 발생된 것으로 판단되면, 거래 가격을 재조정하는 가격 조정부를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하에서는 도 1을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템(100)은 가격 정보 제공부(110), 입력부(120), 매칭부(130), 가격 조정부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
먼저, 가격 정보 제공부(110)는 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매 가격 및 판매 가격을 예측한다. 이를 다시 설명하면, 가격 정보 제공부(110)는 계통으로부터 전일에 거래된 가격 정보를 획득한다. 그리고, 가격 정보 제공부(110)는 획득한 가격정보를 이용하여 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매 가격 및 판매 가격을 예측하고, 예측된 결과를 그래프 형태로 제공한다.
입력부(120)는 거래 참여자 즉, 프로슈머와 컨슈머로부터 희망 거래량을 입력받는다. 자세히는, 프로슈머와 컨슈머는 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System, HEMS)을 가지고 있는 상태이다. 따라서 프로슈머 또는 컨슈머는 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)을 통해 전력 스케쥴링을 수행하고, 스케쥴링에 따라 희망 거래량을 결정한다. 그리고 결정된 희망 거래량은 P2P 에너지 거래 시스템(100)에 전달된다.
매칭부(130)는 입력된 희망 거래량을 시간별로 분류하고, 분류된 희망 거래량을 이용하여 전력에 따른 정산 가격을 산출한다. 그리고, 매칭부(130)는 이전 거래 내역에 따라 우선순위를 설정하고, 설정된 우선수위에 따라 프로슈머와 컨슈머를 매칭시켜 거래를 성사시킨다.
가격 조정부(140)는 전일 거래 정보를 추출하고, 추출된 거래 정보에 따라 프로슈머가 공급 이행량을 제공했는지의 여부를 판단한다. 그리고, 프로슈머가 공급 이행량을 제공하지 못한 것으로 판단되면, 가격 조정부(140)는 거래 가격을 재 조정한다.
마지막으로 제어부(150)는 거래 정보로부터 판매 계약량 및 잉여 발전량을 각각 추출하고, 추출된 판매 계약량과 잉여 발전량 사이의 차이 발전량을 산출한다. 그리고 제어부(150)는 산출된 차이 발전량에 따라 프로슈머로 하여금 계통에 전력을 구매 또는 판매를 할 수 있도록 거래를 성사시킨다.
이하에서 도 2 내지 도6을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템(100)을 이용한 P2P 에너지 거래 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템을 이용한 P2P 에너지 거래 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템(100)은 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매 가격 및 판매 가격을 예측한다(S210).
부연하자면, P2P 에너지 거래 시스템(100)은 계통으로부터 가격 정보를 수신한다. 여기서 계통은 전력을 경제적으로 생산하고 운용하는 시스템을 나타내는 것으로서, 발전소, 변전소 등을 포함한다.
가격 정보 제공부(110)는 수신된 가격 정보를 이용하여 전력 구매가격 및 판매 가격을 예측한다. 그리고, 가격 정보 제공부(110)는 예측된 전력 구매 가격 및 판매 가격을 그래프 형태로 출력한다.
도 3은 도 2에 도시된 S210단계에서 예측된 전력 구매 가격 및 판매 가격을 나타내는 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가격 정보 제공부(110)는 계통으로부터 획득한 전력시장가격(System Marginal Price, SMP)을 파란색의 그래프로 나타내고, 획득한 전력시장가격(SMP)을 통해 시간별로 예측된 판매 가격(Time of Use, ToU)은 회색의 그래프로 나타낸다.
그 다음, 입력부(120)는 거래에 참여하고자 하는 참여자들로부터 희망 거래량을 입력받는다(S220).
여기서, 참여자는 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System, HEMS)를 가진 컨슈머 및 프로슈머를 나타낸다.
따라서, 컨슈머 또는 프로슈머는 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)을 통해 전력에 대한 스케줄링을 수행하고, S210단계에서 제공되는 예측된 전력 구매 가격 및 판매 가격을 이용하여 희망 거래량을 결정한다.
부연하자면, 프로슈머는 스케쥴링을 수행하여 잉여발전량을 도출한다. 이때 도출되는 잉여발전량은 프로슈머의 판매 희망 거래량이 된다.
그리고 컨슈머는 프로슈머로부터 제시된 잉여발전량의 시간대를 확인하고, 자신들의 전기사용 요금을 판매 가격(ToU) 요금 또는 P2P 전력거래의 예상 가격으로 가정하여 부하 최적 스케줄링을 수행한다. 컨슈머는 스케줄링에 따라 시간별 부하사용량을 도출한다. 그리고, 컨슈머는 시간별 부하사용량 중 잉여발전이 있는 시간대에 해당하는 전력량을 구매 희망 거래량이라고 한다.
그 다음, 프로슈머가 도출한 판매 희망 거래량과 컨슈머가 도출된 구매 희망 거래량은 P2P 에너지 거래 시스템(100)에 전달된다.
S220단계가 완료되면, 매칭부(130)는 입력받은 판매 희망 거래량 및 구매 희망 거래량을 이용하여 컨슈머와 프로슈머 간의 거래를 성사시킨다(S230).
본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템(100)은 DER의 전일 예측 수치를 이용한 쌍무계약으로 컨슈머와 프로슈머의 거래를 성사시킨다. 즉 매칭부(130)는 프로슈머에 의해 입력된 판매 희망 거래량과 컨슈머에 의해 입력된 구매 희망 거래량을 이용하여 쌍무계약에 따른 거래를 성사시킨다.
이를 자세히 설명하면, 매칭부(130)는 획득한 판매 희망 거래량 및 구매 희망 거래량을 시간 별로 분류한다. 매칭부(130)는 거래에 참여하는 컨슈머 및 프로슈머의 반전 예측률, 수요 반응(Demand Response) 이행율을 기반으로 거래 성사에 대한 우선 순위를 부여한다. 그 다음, 매칭부(130)는 해당 시간대의 구매 희망 거래량 및 판매 희망 거래량을 고려하여 수요 공급 비율을 산출하고, 산출된 수요 공급 비율에 따라 정산 가격을 결정한다.
매칭부(130)는 결정된 정산 가격을 거래에 참여한 컨슈머 및 프로슈머에 고지하고, 컨슈머 및 프로슈머간의 거래를 성사시킨다.
한편 거래가 모두 성사되지 않을 경우, 매칭부(130)는 거래되지 않은 자원들을 기존 판매 가격(ToU)에 맞추어 다시 부하 스케줄링을 수행한다.
S230단계를 통해 거래를 성사시킨 다음, 제어부(150)는 판매 계약량과 공급 이행량이 일치하는지 여부를 판단한다(S240).
프로슈머로부터 입력된 판매 희망 거래량은 홈 에너지 관리 시스템(HEMS)을 통해 예측된 발전량으로써, 실질적으로 생산된 발전량 사이에 오차가 발생될 수 있다. 발전 오차는 불확실성에 따른 손해를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 P2P 에너지 거래 시스템(100)은 불확실성에 따른 손해를 감소시키기 위하여 발전량에 대한 오차 발생 여부를 판단한다.
발전량에 대한 오차 발생 여부를 판단하기 위하여, 제어부(150)는 분산에너지자원(DER)의 전일 예측 수치를 이용하여 거래 정보를 추출한다. 그리고, 제어부(150)는 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량 즉, 프로슈머가 입력한 판매 희망 거래량과 실질적으로 프로슈머가 컨슈머에게 제공된 공급 이행량을 비교하여 거래가 정확하게 이행되었는지 여부를 판단한다.
이때, 공급 이행량이 판매 계약량과 일치하지 않으면 제어부(150)는 발전량에 오차가 발생한 것으로 판단한다.
S240단계에서 판매 계약량이 공급 이행량보다 보다 작아 발전량에 오차가 발생된 것으로 판단되면, 제어부(150)는 판매 계약량과 공급 이행량 사이의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통으로부터 구매하도록 계통과의 거래를 수행한다(S250).
도 4는 도 2에 도시된 S250단계에서 판매 계약량보다 공급 이행량이 작을 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 계약 판매량에 비해 공급 이행량이 1kWh 정도 작다고 가정한다. 그러면, 제어부(150)는 프로슈머로 하여금 계통에서 차이 발전량 즉 1kWh를 계통에서 구매하여 컨슈머에게 제공하게 한다.
그러면, 프로슈머는 예측 오차에 의해 900원의 이익을 얻을 것을 850원의 수익만 얻을 수 있게 된다.
S250단계가 완료되면, 가격 조정부(140)는 Downward UDR Price 구간 내에서 예측 오차에 따른 가격조정을 수행한다(S260).
예측된 발전량이 실제 발전량보다 작아 프로슈머가 공급 이행량을 제공하지 못할 경우, 컨슈머 입장에서는 최적 스케쥴링된 부하를 줄여주는 대신 높은 보상을 지불받기 원한다. 반면에 프로슈머 입장에서는 계통으로부터 차이 발전량을 구매하여 컨슈머에게 제공할 경우 수익이 줄어들게 되므로 컨슈머로 하여금 구매 계약량에서 실제 소비량을 줄여주길 바라게 된다.
따라서, 가격 조정부(140)는 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)를 포함한 전력 구매 및 판매 가격 결정 룰을 설정하고, 설정된 룰에 따라 가격을 조정한다.
도 5는 도 2에 도시된 S260단계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가격 조정부(140)는 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)에 따라 Downward UDR Price 구간에 해당하는 계통구매 가격과 P2P 정산 가격 사이에서 거래 가격을 결정한다. 그리고, 가격 조정부(140)는 결정된 거래 가격을 해당되는 프로슈머 및 컨슈머에게 전달한다. 이때, 프로슈머는 계약이 성사된 컨슈머에게 구매 계약량에서 실제 소비량의 감축을 요청할 수도 있다.
S240단계에서 공급 이행량과 판매 계약량이 일치한 것으로 판단되면, 제어부 (150)는 프로슈머로부터 실제 발전량을 요청하여 수신 받고, 수신된 실제 발전량과 판매 희망 거래량을 비교한다(S270).
이때, 수신된 실제 발전량이 판매 희망 거래량보다 크면, 제어부(150)는 실제 발전량과 판매 희망 거래량 사이의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 판매하도록 계통과의 거래를 수행한다(S280).
도 6은 도 2에 도시된 S280단계에서 판매 희망 거래량보다 실제 발전량이 큰 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 판매 희망 거래량에 비해 실제 발전량이 1kWh 정도 크다고 가정한다. 그러면, 제어부(150)는 프로슈머로 하여금 차이 발전량 즉, 1kWh를 계통에 판매하게 한다.
그러면, 판매 계약량 즉 10kWh은 계약 내용에 따라 1000으로 정산되고, 차이 발전량 즉, 1kWh는 P2P 거래 가격으로 정산되지 못하고 전력시장가격(SMP)으로 정산된다. 따라서, 프로슈머는 예측 오차에 따라 1,050원의 수익을 얻을 수 있다.
다만, 프로슈머가 만약 잘 예측하였다면 P2P 정산가격으로 해당 초과량을 판매할 수 있었을 테지만, 잘 예측하지 못했는데도 불구하고 P2P 정산 가격보다 높은 가격에 과잉 발전량을 판매하는 것은 불합리할 수 있다.
따라서, 가격 조정부(140)는 Upward UDR Price 구간 내에서 예측 오차에 따른 가격조정을 수행한다(S290).
가격 조정부(140)는 컨슈머가 추가적으로 부하를 소비할 수 있도록 P2P 정산 가격보다도 저렴한 가격을 도출한다.
이때, 도출되는 가격은 도 5에 도시된 바와 같이, P2P 정산 가격보다 낮고 전력시장가격(SMP)보다 높은 Upward UDR Price 구간에 해당된다.
가격 조정부(140)는 결정된 거래 가격을 프로슈머 및 컨슈머에게 전달하여 컨슈머로 하여금 추가적으로 발전량을 구매할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 P2P 에너지 거래 시스템은 태양광 발전 설비의 잉여발전량을 P2P 전력거래 참여자 간 거래정산을 함으로써 전기 요금의 절감을 기대할 수 있고, P2P 전력거래를 통한 잉여발전량의 적극적으로 사용으로 인해 역송되는 전력량이 감소하고 이는 곧 출력제한의 감소로 이어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 P2P 에너지 거래 시스템은 P2P 전력거래에 이어 태양광 설비 보급 확대로 인한 예측 불확실성의 증가도 불확실성 수요 반응(UDR)을 통해 지역적인 태양광 오차를 줄일 수 있을 것이며, 이는 불확실성 수요 반응(UDR) 거래 참여자들의 비용 절감으로 이어질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 불확실성 비용 및 에너지 비용 최소화를 위한 P2P 에너지 거래 시스템에 있어서,
    계통으로부터 가격 정보를 수신하고, 수신된 가격 정보를 이용하여 시간 별로 P2P 전력 거래에 따른 전력 구매 가격 및 판매 가격을 예측한 다음, 예측된 결과를 제공하는 가격 정보 제공부,
    프로슈머 또는 컨슈머로부터 홈 에너지 관리 시스템(Home Energy Management System)을 통해 스케줄링하여 획득한 희망 거래량을 입력받는 입력부,
    상기 획득한 희망 거래량을 시간 별로 분류하고, 수요공급 비율을 기반으로 하여 정산 가격을 산출한 다음, 프로슈머의 예측 정확도 및 컨슈머의 수요 반응(Demand Response) 이행률에 따라 우선순위를 설정하여 프로슈머 및 컨슈머의 거래를 성사시키는 매칭부, 그리고
    상기 프로슈머로부터 입력받은 희망 거래량과 실질적으로 생산된 발전량을 이용하여 발전량에 오차가 발생된 것으로 판단되면, 거래 가격을 재조정하는 가격 조정부를 포함하는 P2P 에너지 거래 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    분산에너지자원(Distributed Energy Resource)의 전일 예측 수치를 이용하여 거래 정보를 추출하고, 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 잉여발전량이 작으면, 판매 계약량과 잉여발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 판매 또는 구매할 수 있도록 거래를 성사시키는 제어부를 더 포함하는 P2P 에너지 거래 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 잉여발전량이 높으면, 판매 계약량과 잉여발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 판매할 수 있도록 거래를 성사시키는 P2P 에너지 거래 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추출된 거래 정보를 이용하여 판매 계약량보다 실제 발전량이 작은면, 판매 계약량과 실제 발전량 간의 차이 발전량을 산출하고, 프로슈머로 하여금 산출된 차이 발전량을 계통에 구매할 수 있도록 거래를 성사시키는 P2P 에너지거래 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가격 조정부는,
    상기 추출된 거래 정보를 이용하여 실제 발전량이 예측 발전량보다 작은 것으로 판단되면,
    불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)에 따라 계통 구매 가격과 P2P 정산 가격 사이에서 거래 가격을 결정하고, 상기 결정된 거래 가격을 프로슈머 및 컨슈머에게 전달하여 상기 프로슈머로 하여금 컨슈머에게 구매 계약량에서 실제 소비량의 감축을 요청하도록 하는 P2P 에너지 거래 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가격 조정부는,
    상기 추출된 거래 정보를 이용하여 실제 발전량이 예측 발전량보다 높은 것으로 판단되면,
    불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response)에 따라 P2P 정산 가격보다 낮은 가격으로 거래 가격을 결정하고, 상기 결정된 거래 가격을 프로슈머 및 컨슈머에게 전달하여 컨슈머로 하여금 추가적으로 발전량을 구매할 수 있도록 하는 P2P 에너지 거래 시스템.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    프로슈머의 P2P 거래 판매량 정보와, 컨슈머의 P2P 거래 참여량 및 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response) 참여량 정보를 계통에 전달하는 P2P 에너지 거래 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계통은,
    전달받은 P2P 거래 판매량 정보, P2P 거래 참여량 및 불확실성 수요 반응(Uncertainty Demand Response) 참여량 정보를 제외한 상태에서 월 단위 전기 요금을 산출하는 P2P 에너지 거래 시스템.
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