[논문]에너지 저장장치를 이용한 마이크로 그리드의 최적운영 및 신뢰도 지수 개선

김규호

doi:10.5370/kiee.2014.63.2.205

에너지 저장장치를 이용한 마이크로 그리드의 최적운영 및 신뢰도 지수 개선
Optimal Operation Scheme and Reliability Index Improvement of Micro Grid Using Energy Storage Systems 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.2, 2014년, pp.205 - 210

김규호 (Dept. of Electrical Engineering, Hankyong Univ., IT Fusion Research Institute)

Abstract ▼ AI-Helper

The micro grid considered in this paper consists of a diesel generator, a photovoltaic array, a wind turbine, a fuel cell, and a energy storage system. This paper explains and simulates the micro grid components in terms of accuracy and efficiency of having a system model based on the costs of fuel as well as operation and maintenance. For operational efficiency, the objective function in a diesel generator consists of the fuel cost function similar to the cost functions used for the conventional fossil-fuel generating plants. The wind turbine generator is modeled by the characteristics of variable output. The optimization is aimed at minimizing the cost function of the system while constraining it to meet the customer demand and safety of micro grid. The operating cost in fuel-cell system includes the fuel costs and the efficiency for fuel to generate electric power. To develop the overall system model gives a possibility to minimize of the total cost of micro grid. The application of optimal operation can save the interruption costs as well as the operating costs, and improve reliability index in micro grid.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 다수의 디젤발전기, 태양광발전 시스템, 풍력발전 시스템 및 연료전지 등으로 구성된 마이크로 그리드에 에너지 저장장치를 포함시킨 운영 방안을 제시하였다. 그리드내의 모든 전력 공급원에 에너지 저장장치를 설치하여 운영함으로써 에너지 저장장치의 효용성을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 에너지 저장장치가 포함된 마이크로 그리드의 운영 방안을 제시하였다. 전력을 공급하는 전력공급원으로는 디젤터빈, 태양광발전 시스템, 풍력 발전기 및 연료전지 발전기 등을 이용하였으며 에너지 저장장치가 포함된 마이크로 그리드의 운영을 통하여 에너지 저장장치의 효용성에 대하여 확인할 수 있었다.

제안 방법

에너지 저장 시스템은 마이크로 그리드에 구성되어 있는 전력 공급원의 출력을 직접 부하에 공급하고 배터리에 저장할 수도 있게 모델링한다. 그리고 최적화기법에 의하여 마이크로 그리드를 최적운영한 후에 신뢰도를 계산하여 신뢰도를 평가한다.
또한, 표 4에서 각 Case에 대하여 정전비용 및 신뢰도 지수 등을 비교하였다. 정전시 각 부하지점에 설치된 전력공급원 또는 에너지 저장장치에 의해 전력이 공급되어 전력구입 비용과 정전비용이 효과적으로 감소되었으며, 정전빈도와 정전시간이 감소되어 전력공급률이 향상되었기 때문에 신뢰도 지수가 향상되었음을 알 수 있다.
그리드내의 모든 전력 공급원에 에너지 저장장치를 설치하여 운영함으로써 에너지 저장장치의 효용성을 확인할 수 있었다. 마이크로 그리드에서 부하지점의 정전비용의 영향을 고려하여 전력공급원을 운영함으로써 운영비용 및 정전비용을 최소화하였고 신뢰도지수를 향상시켰다. 특히, 정전시 각 부하지점에 설치된 전력공급원과 에너지 저장장치에 의해 전력이 공급되어 전력구입 비용과 정전비용의 경우 효과적으로 감소됨을 알 수 있었으며, 정전빈도와 정전시간이 감소되어 전력 공급률이 향상되어 신뢰도 지수가 좋아졌음을 알 수 있었다.
그림 3은 마이크로 그리드의 운영을 위한 순서도이다. 일일 일사량 데이터를 이용하여 태양광발전 시스템의 발전출력을 계산하고 태양광발전 시스템의 발전비용을 산정한다. 디젤발전기는 기존의 화석연료 발전비용 모델을 이용해 비용을 산출한다.

대상 데이터

본 논문에서는 마이크로 그리드의 운영을 위하여 다수의 디젤발전기, 태양광발전 시스템, 풍력발전 시스템 및 연료전지 등이 포함된 그림 4의 IEEE 13 모선 계통을 이용하였다[1]. 에너지 저장장치는 각 전력 공급원에 연결되어 있으며 각 모선의 전력 공급원으로부터 부하에 전력을 공급하고 남는 전력을 저장장치에 저장하는 것으로 하였다.
그림 4에서 네트워크 또는 마이크로 그리드 내에서 사고가 발생해도 항상 전력이 공급되어야 하는 중요한 부하는 점선으로 표현 하였다. 표 1은 연료전지와 태양광발전 시스템에 대한 계수이며, 태양광발전에서 운전 및 유지보수 비용을 제외한 나머지 데이터는 그림 2의 자료를 사용하였다. 표 2는 디젤 및 풍력발전기에 대한 발전기 계수이며, 표 3은 부하지점에 대한 고장률, 수리율 및 정전시간이다.

이론/모형

일일 일사량 데이터를 이용하여 태양광발전 시스템의 발전출력을 계산하고 태양광발전 시스템의 발전비용을 산정한다. 디젤발전기는 기존의 화석연료 발전비용 모델을 이용해 비용을 산출한다. 에너지 저장 시스템은 마이크로 그리드에 구성되어 있는 전력 공급원의 출력을 직접 부하에 공급하고 배터리에 저장할 수도 있게 모델링한다.

성능/효과

에너지 저장장치는 각 전력 공급원에 연결되어 있으며 각 모선의 전력 공급원으로부터 부하에 전력을 공급하고 남는 전력을 저장장치에 저장하는 것으로 하였다. 그리고 충전상태에 따라 전력 공급원에서 공급하는 전력이 부족할 때 또는 네트워크로부터의 전력이 부족할 때 사용함으로써 마이크로 그리드 운영에 효용성을 높일 수 있었다. 그림 4에서 네트워크 또는 마이크로 그리드 내에서 사고가 발생해도 항상 전력이 공급되어야 하는 중요한 부하는 점선으로 표현 하였다.
본 논문에서는 다수의 디젤발전기, 태양광발전 시스템, 풍력발전 시스템 및 연료전지 등으로 구성된 마이크로 그리드에 에너지 저장장치를 포함시킨 운영 방안을 제시하였다. 그리드내의 모든 전력 공급원에 에너지 저장장치를 설치하여 운영함으로써 에너지 저장장치의 효용성을 확인할 수 있었다. 마이크로 그리드에서 부하지점의 정전비용의 영향을 고려하여 전력공급원을 운영함으로써 운영비용 및 정전비용을 최소화하였고 신뢰도지수를 향상시켰다.
전력을 공급하는 전력공급원으로는 디젤터빈, 태양광발전 시스템, 풍력 발전기 및 연료전지 발전기 등을 이용하였으며 에너지 저장장치가 포함된 마이크로 그리드의 운영을 통하여 에너지 저장장치의 효용성에 대하여 확인할 수 있었다. 또한, 신뢰도 지수를 평가함으로써 마이크로 그리드 운영의 효용성을 입증하였다.
본 논문에서는 에너지 저장장치가 포함된 마이크로 그리드의 운영 방안을 제시하였다. 전력을 공급하는 전력공급원으로는 디젤터빈, 태양광발전 시스템, 풍력 발전기 및 연료전지 발전기 등을 이용하였으며 에너지 저장장치가 포함된 마이크로 그리드의 운영을 통하여 에너지 저장장치의 효용성에 대하여 확인할 수 있었다. 또한, 신뢰도 지수를 평가함으로써 마이크로 그리드 운영의 효용성을 입증하였다.
또한, 표 4에서 각 Case에 대하여 정전비용 및 신뢰도 지수 등을 비교하였다. 정전시 각 부하지점에 설치된 전력공급원 또는 에너지 저장장치에 의해 전력이 공급되어 전력구입 비용과 정전비용이 효과적으로 감소되었으며, 정전빈도와 정전시간이 감소되어 전력공급률이 향상되었기 때문에 신뢰도 지수가 향상되었음을 알 수 있다. Case 2와 Case 3에서 정전비용 및 신뢰도 지수는 정전시 전력공급원이든 에너지저장장치이든 각 부하지점으로 전력이 공급되기 때문에 같아지는 것이다.
마이크로 그리드에서 부하지점의 정전비용의 영향을 고려하여 전력공급원을 운영함으로써 운영비용 및 정전비용을 최소화하였고 신뢰도지수를 향상시켰다. 특히, 정전시 각 부하지점에 설치된 전력공급원과 에너지 저장장치에 의해 전력이 공급되어 전력구입 비용과 정전비용의 경우 효과적으로 감소됨을 알 수 있었으며, 정전빈도와 정전시간이 감소되어 전력 공급률이 향상되어 신뢰도 지수가 좋아졌음을 알 수 있었다.

후속연구

향후 연구로는 마이크로 그리드에서 시간대별 전력가격에 따른 수요반응을 고려하는 최적운영을 할 필요가 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신재생에너지원을 더욱더 많이 보급하기 위한 방법은?	신재생에너지 기술의 발전과 보급이 전 세계적으로 급속히 증가하고 있으며, 현재 신재생에너지를 기반으로 하는 분산전원의 보급의 문제점은 분산전원의 경제성이 낮다는 점과 발전출력이 외부상황에 따라 자주 변한다는 것이다. 신재생에너지원을 더욱더 많이 보급하기 위해서는 경제적인 문제를 해결하고 신재생에너지원의 출력을 제어하는 성능개선이 필요하다. 풍력과 태양광 발전시스템과 같이 자연발생적인 힘에 의존하는 신재생에너지원은 발전출력을 인위적으로 제어하기 어렵다.
	에너지 저장장치란?	에너지 저장장치(Energy Storage System : ESS)는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 공급을 하는 저장장치를 말한다. 여기에는 전기를 모아두는 배터리와 배터리를 효율적으로 관리해 주는 관련 장치들이 있다[3].
	일사량의 증가에 비례하여 전력이 변화하지 않는 이유는?	일사량에 의해 전력발생량이 변화하지만 일사량의 증가에 비례하여 전력이 변화하지 않는다. 이것은 태양광 모듈이 고정식인 경우 태양의 위치가 변화함에 따라 주위온도와 모듈의 온도가 변화하여 생기는 현상으로 볼 수 있다. 즉 태양과 모듈의 방향에 따라 그리고 모듈의 온도 및 기타 조건에 의한 것이다.

참고문헌 (5)

Kyu-Ho Kim Sang-Bong Rhee, "Operation Scheme of Micro Grid Considering Battery Storage System", KIEE Summer Conference, pp.175-176, 2013, July
G. Venkataramanan and C. Marnay. "A larger role for microgrids," IEEE Power & Energy Magazine, Vol.6, No.3, pp.78-82, May/June 2008.

상세보기
F. Mohamed, and H, Koivo, "System Modelling and Online Optimal Management of MicroGrid," 6th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power and Transmission Networks for Offshore Wind Farms, pp.26-28, October 2006, Delft, The Netherlands.
S. Krishnamurthy, T. M. Jahns, and R.H. Lasseter. "The operation of diesel gensets in a CERTS Microgrid," IEEE Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008.
G. K. Kiema, M. J. Colgan and M. J. Brett, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 85, Issue 3, pp.321-331 (2005).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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