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경제성 기반의 마이크로그리드 최적운영 프로그램 개발
Development of Economic based Optimal Operation Program for Microgrid 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.12, 2009년, pp.106 - 114  

이학주 (한전 전력연구원) ,  채우규 (한전 전력연구원) ,  송일근 (한전 전력연구원) ,  윤용태 (서울대 전기.컴퓨터공학부)

초록
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본 논문에서는 전력시장 환경에 있어서 신재생 에너지를 포함한 마이크로그리드의 최적운영을 위한 발전계획 방안을 제시하였다. 마이크로그리드는 전력과 동시에 열을 공급할 수 있는 소규모 전력공급시스템으로 경제성 확보를 위한 운전최적화 알고리즘이 필요하다. 따라서 신재생 에너지는 발전 즉시 부하에 전력을 공급하도록 하고, 배터리는 부하평준화에 이용한다. 동적계획법을 적용하여 마이크로그리드 운전에 따른 수익 최대화가 가능한 마이크로그리드 운전 최적화 프로그램을 개발하였으며, 독립운전 및 계통연계 운전모드에서 개발 프로그램의 사레연구를 통해 프로그램의 유효성을 보이고 있다. 제안된 마이크로그리드 최적운영 프로그램은 향후 마이크로그리드 시장이 형성 되면 마이크로그리드의 경제적 운전기법 개발에 적용이 가능하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper addresses unit commitment for microgrid optimization including renewable energy sources, working under deregulated power market. As microgrid supplies both heat and electricity for consumer, operational optimization must be done to meet their demand economically. So renewable energy sourc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 마이크로그리드에서 태양광 발전, 풍력과 같이 불안정한 출력을 내는 분산전원은 기후변화를 예측하는 발전계획을 통한 발전기의 출력 안정화와 전력품질의 유지가 중요하고, 발전기가 설치가 되어 있다면 별도의 연료비용이 필요하지 않기 때문에 계속해서 발전하는 것이 발전사업자에게 이득이 된다. 따라서 본 논문에서는 발전기의 용량이 결정된 경우그 한도와 자연적인 제약 조건하에서 최대 출력을 내어 부하를 감소시키는 것으로 해석하였다. 본 논문은 그림 2의 프로그램 초기화면과 같이 각각의 마이크로소스를 선택하여 마이크로그리드를 구성할수 있도록 개발되었으며, 필요한 데이터의 입력이 가능하도록 텍스트 파일로 정리되어 있어 파일을 수정하여 사용자가 원하는 시뮬레이션이 가능하다.
  • 마이크로그리드 운영자는 마이크로그리드 내부의 부하에 전력과 열을 공급하여 최대의 수익을 얻고자 한다.
  • 본 논문에서는 다수의 분산전원으로 구성된 마이크로그리드의 전력과 열 공급 제약조건을 고려한 최적운영알고리즘을 제시하였다. 공급가격 기반의 마이크로그리드 기동정지 계획에 의한 마이크로그리드의 효율적인 시장참여와 운전수익의 최대화가 가능한 경제적인 운전 방안을 DP를 이용하여 개발하였다.
  • 기존의 논문에서는 연료비용의 최소화에 의한 경제성 확보관점에서 논문이 발표되 었고 분산전원의 발전계획에 관련된 논문도 전력시장을 통한 마이크로그리드의 경제성 확보 측면보다 적정한 전력분담에 초점이 맞추어져 있으며, 전력 시장 환경에서 가격 기반의 마이크로그리드 출력 결정방법이나 운전전략에 대한 논문발표는 드물다[5-6]. 본 논문에서는 열과 전력공급에 대한 마이크로그리드의 제약조건과 전력거래 가격을 고려하여 마이크로그리드 운전에 따른 수익을 최대화하기 위한 분산전원 출력 결정 및 운전방안을 제안하고 있다. Dynamic Programming(이하 DP)을 이용한 마이크로그리드 최적운영 프로그램을 개발하고 다양한 분산전원 및 운전모드(독립, 계통연계 운전)를 고려한 마이크로그리드의 사례연구를 통하여 마이크로그리드의 운전 전략에 따른 경제적 가치를 평가한다.
  • 따라서 본 논문에서는 발전기의 용량이 결정된 경우그 한도와 자연적인 제약 조건하에서 최대 출력을 내어 부하를 감소시키는 것으로 해석하였다. 본 논문은 그림 2의 프로그램 초기화면과 같이 각각의 마이크로소스를 선택하여 마이크로그리드를 구성할수 있도록 개발되었으며, 필요한 데이터의 입력이 가능하도록 텍스트 파일로 정리되어 있어 파일을 수정하여 사용자가 원하는 시뮬레이션이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마이크로그리드는 무엇인가? 최근 전력산업은 전통적인 발전, 송전, 배전, 수용가로의 수직적 구조에서 배전/수용가에서 발전 및 송배전이 모두 이루어지는 On-Demand 구조로 진화하고 있는 가운데 분산전원으로 구성된 마이크로 그리드 기술이 이슈화되고 있다. 마이크로그리드는다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로 복수의 전원 및 열원이 IT 기술을 이용하여 제어, 관리되고 전력회사의 상용계통과 연계운전은 물론 독립운전이 가능한 온 사이트형 전력공급 시스템으로 정의 된다[1-3]. 또한, 신재생 에너지 전원, 마이크로 가스터빈,연료전지 및 열병합 발전 등 다양한 형태의 전원이 연계 가능하고, 전력공급 신뢰도 및 전력품질 향상, CO2저감, 손실절감 등의 장점으로 기존 대규모 전력계통의 단점을 보완, 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
마이크로그리드는 어떤 잠재력을 가지고 있는가? 마이크로그리드는다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로 복수의 전원 및 열원이 IT 기술을 이용하여 제어, 관리되고 전력회사의 상용계통과 연계운전은 물론 독립운전이 가능한 온 사이트형 전력공급 시스템으로 정의 된다[1-3]. 또한, 신재생 에너지 전원, 마이크로 가스터빈,연료전지 및 열병합 발전 등 다양한 형태의 전원이 연계 가능하고, 전력공급 신뢰도 및 전력품질 향상, CO2저감, 손실절감 등의 장점으로 기존 대규모 전력계통의 단점을 보완, 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 마이크로그리드의 경제급전은기기특성 범위 내에서 자원의 최저비용 조합이라는 측면에서의 적용이 가능하고, 전력거래도 시점만 다를 뿐이지 동일하므로 대규모 전력계통과 유사하다.
마이크로그리드가 선량한 시민으로 표현되는 이유는? 다만, 마이크로그리드는 발전기 소유주가 사용자 및 결정자여서 투자와 운용의 의사결정이 간단하고 기존 발전시스템과 다른 신뢰도의 차별성, 운전상의 제약이 포함하게 된다. 마이크로그리드는기존 전력계통 관점에서 접속된 모든 기기에 적용 되는 규칙을 준수하고 자원의 최적조합이 기술적으로 다양하다는 의미에서 선량한 시민으로 표현된다. 또한 마이크로그리드는 부하증가에 따른 전력설비의 증설을 회피할 수 있고, 가격정보에 의해 전력의 거래가 가능하여 과부하 삭감, 신규 발전설비 증설 억제, 지역적 전압유지, 안정도 향상 및 부하에 대한 빠른 응답으로 역할에 의해 모범시민이 될 수 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Lasseter, R. H., 'Certs Microgrid', System of Systems Engineering(SoSE 2007), IEEE International Conference on. pp.1-8, 2007 

  2. Lasseter, R. H., et al., 'Microgrid; a conceptual solution', Power Electronics Specialists Conference (PESC 2004), 2004 IEEE 35th Annual Vol.6, pp.4285-4290, 2004 

  3. lasseter, R. H., 'MicroGrids',Power Engineering Society Winter Meeting, IEEE, Vol.1, pp.305-306, 2002 

  4. 한국전기연구원, '자율적 수요관리형 마이크로그리드 개발',2006 

  5. Hernandez-Aramburo, C. A. et al., 'Fuel Consumption Minimization of a Microgrid', Industry Applications, IEEE on Transaction on. Vol.41 Issue.3, pp.673-681, 2005 

  6. A. D. Hawkes, et al., 'Modeling high level System Design and Unit Commitment for a Microgrid', Applied Energy, Vol.28 Issue.7/8, pp.1253-1265, 2009 

  7. Hatziargyriou, N. D. et al., 'Management of Microgrids in Market Environment', International Conference on Future Power System, pp.1-7, 2005 

  8. Eric Allen. et al., 'Price-based Commitment Decisions in the Electricity Market', Springer, 2006 

  9. Benjamin F. Hobbs et al., 'The Next Generation of Electric Power Unit Commitment Models', Kluwer Academic Publisher, Boston/Dordrecht/London, 2001 

  10. Dimitri P. Bertsekas et al., 'Dynamic Programming and Optimal Control', Vol.1, Athena Scientific, Belmont, Massachusetts 

  11. Felix A. Farret, M. et al., 'Integration of Alternative Sources of Energy', IEEE Press, A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2006 

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