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문제 정의
- 현재 주택에서 적용받는 전기요금은 누진율을 적용한 사용량기반의 전기요금이며, 실시간 전기요금은 아직 적용하기 이전이다. 따라서 본 논문에서는 제주 스마트그리드 실증단지에 적용중인 주택용 3단계 ToU(Time of Use) 전기요금을 적용하도록 한다.
- 이러한 간헐적인 발전특성은 경우에 따라 무분별한 잉여전력의 유입을 일으켜 전압변동, 주파수 변동 등 계통측면에서 불안정적인 요소로 작용할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 태양광 발전전력을 주택에서 최대한 사용하도록 하여 이용률을 높이고 동시에 전력계통으로의 무분별한 전력유입을 최소화하도록 제한하였다. 이를 위하여 태양광 발전시스템을 통하여 생산된 전력은 1차적으로 태양광 발전시스템의 발전시작 이후 발생하는 주택에서의 부하(#)을 최대한 담당하도록 하며, 이를 위하여 태양광발전량이 미미한 시간이나 태양광 발전이 이루어지지 않는 야간시간의 부하의 경우 전력저장장치를 이용하여 충족하도록 한다.
- 전력저장장치의 효율성을 증대하기 위하여 최대 방전전력량은 수식 (9)과 같이 전력저장장치 방전심도를 80%로 제한한다. 본 논문에서는 가정 보편적이고 저렴한 저장장치인 연축전지(Lead-Acid)형 배터리를 기본 전력저장장치로 선정하였으며, 표 2는 본 논문에서 사용된 연축전지의 기본 데이터를 보여준다[9].
- 이에 본 연구에서는 태양광주택에 있어서 전력저장장치를 효과적으로 충방전하면서 태양광발전시간과 발전종료시간 전기간의 부하사용을 종합적으로 고려하여 최적의 전력사용 환경을 제공할 수 있는 알고리즘을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 실시간 전기요금을 적용받는 태양광주택에서의 최대한의 이윤 및 발전전력의 이용률의 극대화를 위한 최적부하제어 전략이 제시되었다. 제안된 최적부하제어 전략은 냉·난방장치 및 전력저장장치를 제어부하로 하여 태양광 발전시스템의 출력 및 전기요금 변동에 따라 자동적으로 이들에 대한 최적 운행스케줄을 산출하고 제어함으로써, 태양광 발전전력을 최대한 효율적으로 사용하도록 제어하는 동시에 주택에서 발생하는 전기요금을 최대한 절감하도록 조절한다.
- 그러나 실시간 전기요금 환경에서 신재생에너지의 간헐적인 출력 특성 및 적절한 부하제어 시스템의 부재는 이러한 이점을 상당부분 제한하였다. 본 논문에서는 전력저장장치 및 에어컨을 이용한 최적 부하제어 전략을 통하여 실시간 전기요금을 적용받는 태양광주택에서의 전기요금의 최소화함으로써 태양광 발전시스템 및 실시간 전기요금의 효용성을 높이고자 하였다. 제안된 최적부하제어 전략은 변동적인 실시간 전기요금 및 태양광 발전량에 따라 최적의 전력저장장치의 충/방전량 및 에어컨의 설정온도를 결정하고 제어함으로써, 효율적인 전력의 구입 및 판매가 이루어지도록 하며, 또한 태양광 전력을 주택 자체적으로 최대한 소비하도록 조절한다.
- 따라서 본 연구에서 제시한 부하제어방법을 적용할 경우, 주택부분의 사용자는 신재생에너지 시스템 설치와 실시간 전기요금의 적용 하에서 최대한의 경제적 이득을 도모할 수 있을 것으로 생각되며 결과적으로는 실시간 전기요금의 성공적인 안착 및 신재생에너지와 전력저장장치의 보급에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 본 연구는 설치된 태양광시스템과 전력저장장치를 어떻게 가장 경제적으로 운영할 것인가에 대한 전략을 제시하는 것이 목표이기 때문에 태양광과 전력저장장치의 초기투자비용에 대해서는 고려하지 않았다. 신재생에너지시스템 및 전력저장장치의 설치를 고려하는 계획단계에서는 초기투자비용 및 운전비용을 고려하여서 전체적인 경제성을 평가하여야 할 것이다.
- 이 절에서는 제안된 태양광주택의 최적부하제어전략의 효과를 입증하기 위한 시뮬레이션 결과를 제시하였다. 본 연구에서는 서울에 위치한 주거용 주택을 대상으로 시뮬레이션을 실시하였으며, 2011년 8월의 서울지역의 실제 기상(기온, 일사량, 일조시간) 및, SMP 데이터를 이용하였다[15][16].
- 이에 본 연구에서는 태양광주택에 있어서 전력저장장치를 효과적으로 충방전하면서 태양광발전시간과 발전종료시간 전기간의 부하사용을 종합적으로 고려하여 최적의 전력사용 환경을 제공할 수 있는 알고리즘을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 실시간 전기요금을 적용받는 태양광주택에서의 최대한의 이윤 및 발전전력의 이용률의 극대화를 위한 최적부하제어 전략이 제시되었다.
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