KR102691608B1 - Digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 피크시간대가 상이한 유형별 마을이나 단지의 발전원 및 부하의 전력 패턴 분석하여, 에너지 이용 효율과 안정성을 향상할 수 있다. 또한, 실시예를 통해 피크부하 및 에너지절감 분석에 따른 실증사이트의 유형별 전력운영과 잉여전력을 공유할 수 있도록 하여, 전력 구매 비용을 절감하고 유형별 실증 단지 간의 전력 운영을 연계할 수 있다. 또한, 실시예를 통해, 소규모 실증 사이트의 내부 전력운영과 유형별 단지 간의 에너지 공유를 통한 에너지 이용률 향상 및 전력망 안정화 기여 등 디지털 트윈을 통한 마이크로그리드의 운영 고도화 방안을 제공한다.The digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method according to the embodiment can improve energy use efficiency and stability by analyzing the power patterns of power generation sources and loads in villages or complexes of different types with different peak times. In addition, through the embodiment, it is possible to share power operation and surplus power by type of demonstration site according to peak load and energy saving analysis, thereby reducing power purchase costs and linking power operation between demonstration complexes by type. In addition, through examples, we provide a plan to enhance the operation of the microgrid through digital twins, such as improving energy utilization and contributing to power grid stabilization through internal power operation of small-scale demonstration sites and energy sharing between complexes of each type.
Description
본 개시는 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법에 관한 것으로 구체적으로, 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다. This disclosure relates to a microgrid operation system and method, and specifically, to a digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the material described in this section is not prior art to the claims of this application, and is not admitted to be prior art by inclusion in this section.
마이크로그리드(Microgrid)는 전력 공급 및 관리 시스템으로, 전력 네트워크 및 소스의 분산된 그룹을 나타낸다. 마이크로그리드는 태양광 패널, 풍력 터빈, 연료전지, 디젤 발전기 등 여러 에너지원을 활용하여 전력을 생성한다. Microgrid is a power supply and management system that represents a distributed group of power networks and sources. Microgrids generate electricity by utilizing multiple energy sources such as solar panels, wind turbines, fuel cells, and diesel generators.
또한, 마이크로그리드는 에너지 저장 시스템(ESS), 배터리, 슈퍼 커패시터 저장 시스템 등을 사용하여 전력 생산과 소비 간의 불일치를 조절하고 에너지를 저장한다. 또한, 마이크로그리드는 로컬 수준에서 에너지 생산 및 소비를 관리할 수 있도록 한다. 이것은 전력 네트워크와 연결되지 않은 독립적인 운영을 가능하게 하고, 전력 분산 생산, 저장 및 관리의 혁신적인 방법을 제공하여 전력 네트워크의 안정성과 지속가능성을 향상시키는데 기한다. In addition, microgrids use energy storage systems (ESS), batteries, supercapacitor storage systems, etc. to adjust the mismatch between power production and consumption and store energy. Additionally, microgrids allow energy production and consumption to be managed at a local level. It enables independent operation unconnected to the power network and aims to improve the stability and sustainability of the power network by providing innovative methods of distributed power generation, storage and management.
하지만, 마이크로그리드는 모니터링 설비가 설치되지 않아 발전현황, 고장여부 등을 파악하기 어려운 문제가 있다. 또한, 마이크로 그리드의 다양한 설치 환경 및 에너지 소비, 생산 패턴에 따른 신재생에너지 설비 운영, 관리 방안에 대한 표준화 모델이 부재하다. 아울러, 지역단위의 분산에너지 생산, 소비 체계 구축을 위해 마이크로그리드 기반 구축을 위한 지원 대책이 필요하다. 분산에너지 시스템으로 나아가기 위해서는 마을 단위의 고유한 특성을 고려한 독립적이고 자율적인 전력망 운영과 관리 능력을 제고할 필요가 있다. 이를 위해 농촌, 도서 등 마을의 고유한 특성을 고려해 AMI, 태양광 등 발전설비를 보급하는 한편, 지역별 최적의 전력망 구축 방안 발굴이 필요한 실정이다. 또한, 마을 내 전력 생산자, 소비자, 서비스 제공자간 전력 직접거래 등 실증을 통해 프로슈머 기반의 개방형 전력플랫폼을 개발과 운영에 대한 수요가 커지고 있다. However, microgrids do not have monitoring facilities installed, so it is difficult to determine the status of power generation and whether there is a breakdown. In addition, there is no standardized model for the operation and management of new and renewable energy facilities according to the various installation environments, energy consumption, and production patterns of microgrids. In addition, support measures are needed to establish a microgrid base to establish a distributed energy production and consumption system at the regional level. In order to move toward a distributed energy system, it is necessary to improve independent and autonomous power grid operation and management capabilities that take into account the unique characteristics of each village. To this end, it is necessary to supply power generation facilities such as AMI and solar power, taking into account the unique characteristics of villages such as rural areas and islands, while discovering the optimal power grid construction plan for each region. In addition, there is a growing demand for the development and operation of a prosumer-based open power platform through demonstration of direct power transactions between power producers, consumers, and service providers within the village.
실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 에너지원 및 부하의 모델링에 통해 디지털트윈 구현하고, 실시간 디지털트윈 데이터 모니터링을 통해, 실측 데이터 기준의 실시간 발전량과 부하량을 분석하고, 피크부하분석 및 에너지 자립율을 분석한다.The digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method according to the embodiment implements a digital twin through modeling of energy sources and loads, and analyzes real-time power generation and load based on actual data through real-time digital twin data monitoring. and analyze peak load analysis and energy self-sufficiency rate.
또한, 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 유형별 실증단지의 전력분석을 통한 최적의 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 도출한다.In addition, the digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method according to the embodiment derives the energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate through optimal peak load reduction through power analysis of each type of demonstration complex.
또한, 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 실시간 제어를 위한 피크부하 저감량, 에너지 공유율 및 에너지 자립율에 대한 기준 레퍼런스를 생성하고, 기준 레퍼런스를 통해 실증단지의 마이크로 그리드를 제어할 수 있도록 한다.In addition, the digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method according to the embodiment generates standard references for peak load reduction, energy sharing rate, and energy independence rate for real-time control, and establishes a demonstration complex through the standard reference. Allows control of microgrid.
실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템은 실증단지 유형별 전력데이터를 수집하고, 수집된 전력데이터에서 에너지원 및 부하를 추출하고 추출된 에너지원 및 부하를 모델링하여 상기 실증단지의 디지털 트윈을 생성하는 데이터 서버; 유형별 실증단지의 에너지원 및 부하의 모델링 결과에 기반하여 실증단지의 발전량 및 부하량을 예측하고, 실증단지 각각에 대한 실측 데이터 기준의 실시간 모니터링 데이터를 분석하는 디지털 트윈; 을 포함하고, 실시간 모니터링 데이터는 발전량, 부하량, 피크부하(Peak Load)를 포함하고, 디지털 트윈; 은 실시간 모니터링 데이터의 분석 결과를 시뮬레이션 하고, 시뮬레이션 결과를 기반으로 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 산출하고 실시간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성하고, 생성된 기준 레퍼런스에 따라 실증단지를 제어한다.The digital twin-based convergence village-level microgrid operating system according to the embodiment collects power data for each type of demonstration complex, extracts energy sources and loads from the collected power data, and models the extracted energy sources and loads to construct the demonstration complex. a data server that creates a digital twin of; A digital twin that predicts the power generation and load of the demonstration complex based on the modeling results of the energy source and load of the demonstration complex by type, and analyzes real-time monitoring data based on actual measurement data for each demonstration complex; Real-time monitoring data includes power generation, load, and peak load, and digital twin; Simulates the analysis results of real-time monitoring data, calculates the energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate through peak load reduction based on the simulation results, creates a standard reference for real-time control, and generates a standard reference according to the generated standard reference. Control the demonstration complex.
이상에서와 같은 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 피크시간대가 상이한 유형별 마을이나 단지의 발전원 및 부하의 전력 패턴 분석하여, 에너지 이용 효율과 안정성을 향상할 수 있다. The digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method as described above can improve energy use efficiency and stability by analyzing the power patterns of power generation sources and loads in villages or complexes of different types with different peak times.
또한, 실시예를 통해 피크부하 및 에너지절감 분석에 따른 실증사이트의 유형별 전력운영과 잉여전력을 공유할 수 있도록 하여, 전력 구매 비용을 절감하고 유형별 실증 단지 간의 전력 운영을 연계할 수 있다.In addition, through the embodiment, it is possible to share power operation and surplus power by type of demonstration site according to peak load and energy saving analysis, thereby reducing power purchase costs and linking power operation between demonstration complexes by type.
또한, 실시예를 통해, 소규모 실증 사이트의 내부 전력운영과 유형별 단지 간의 에너지 공유를 통한 에너지 이용률 향상 및 전력망 안정화 기여 등 디지털 트윈을 통한 마이크로그리드의 운영 고도화 방안을 제공한다.In addition, through examples, we provide a plan to enhance the operation of the microgrid through digital twins, such as improving energy utilization and contributing to power grid stabilization through internal power operation of small-scale demonstration sites and energy sharing between complexes of each type.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 데이터 서버의 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 디지털 트윈의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 디지털 트윈의 실시간 시뮬레이션 데이터 처리과정을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 디지털 트윈의 가상 시뮬레이션 데이터 연동을 통한 마이크로 그리드 제어 과정을 나타낸 도면
도 6은 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템에서 제공하는 기능을 설명하기 위한 도면Figure 1 is a diagram showing a digital twin-based convergence village-level microgrid operation system according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a data server according to an embodiment
Figure 3 is a diagram showing the data processing configuration of a digital twin according to an embodiment
Figure 4 is a diagram showing the real-time simulation data processing process of the digital twin according to an embodiment.
Figure 5 is a diagram showing a microgrid control process through linking virtual simulation data of a digital twin according to an embodiment.
Figure 6 is a diagram illustrating the functions provided by the digital twin-based convergence village-level microgrid operating system according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. In this specification, 'part' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Additionally, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized using one piece of hardware.
본 명세서에 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.In this specification, some of the operations or functions described as being performed by a terminal, apparatus, or device may instead be performed on a server connected to the terminal, apparatus, or device. Likewise, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed in a terminal, apparatus, or device connected to the server.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a digital twin-based convergence village-level microgrid operation system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영시스템은 실증단지(1,2,3), 데이터 서버(100), 디지털 트윈(200), 모니터링 시스템(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에서 실증단지(1,2,3)는 융복합형 마을단위 마이크로그리드가 설치된 사이트(site)로서, 실증단지 각각은 에너지원과 부하를 포함한다. 실시예에서 실증단지는 유형에 따라 구분될 수 있고, 실증단지의 유형은 생산공장, 관광단지, 주거단지, 레저단지를 포함하고 이에 한정하지 않는다. Referring to Figure 1, the digital twin-based convergence village-level microgrid operating system according to the embodiment includes a demonstration complex (1, 2, 3), a data server (100), a digital twin (200), and a monitoring system (300). It may be configured to include. In the embodiment, the demonstration complexes 1, 2, and 3 are sites where convergence-type village-level microgrids are installed, and each demonstration complex includes an energy source and load. In the embodiment, the demonstration complex may be classified according to type, and the types of the demonstration complex include, but are not limited to, production factories, tourist complexes, residential complexes, and leisure complexes.
실시예에서 유형별 실증단지(1,2,3)는 실제 발전량 및 부하사용량을 포함하는 전력데이터를 센서 및 PMD를 통해 수집하고, 데이터 서버(100)로 전송한다.In the embodiment, the demonstration complexes 1, 2, and 3 for each type collect power data including actual power generation and load usage through sensors and PMD, and transmit it to the data server 100.
데이터 서버(100)는 각 실증단지(1,2,3)로부터 에너지원과 부하를 포함하는 전력데이터를 수집하고, 전력데이터를 통해 실증단지 마이크로그리드의 디지털 트윈(200)을 생성한다. 실시예에서 데이터 서버(100)는 전력데이터에 포함된 에너지원 및 부하 각각을 모델링하여 디지털트윈 구현한다. The data server 100 collects power data including energy sources and loads from each demonstration complex (1, 2, and 3) and creates a digital twin 200 of the demonstration complex microgrid through the power data. In the embodiment, the data server 100 implements a digital twin by modeling each energy source and load included in the power data.
실시예에서 디지털 트윈(200)은 실증단지 각각에 설치된 마이크로그리드의 에너지원, 부하를 포함하는 전력데이터를 동일하게 시뮬레이션 하는 시스템이다. 실시예에서 디지털 트윈(200)은 실측 데이터 기준의 실시간 발전량, 부하량 분석, 피크부하 분석, 에너지 자립율 분석을 수행한다. 실시예에서 디지털 트윈(200)은 모니터링 시스템(300)으로 모델링 데이터를 전송하고, 모니터링 시스템(300)은 디지털 트윈(200)으로부터 전송된 모델링 데이터와 분석 데이터를 모니터링 한다. In the embodiment, the digital twin 200 is a system that identically simulates power data including energy sources and loads of microgrids installed in each demonstration complex. In the embodiment, the digital twin 200 performs real-time power generation, load analysis, peak load analysis, and energy self-sufficiency analysis based on actual measured data. In an embodiment, the digital twin 200 transmits modeling data to the monitoring system 300, and the monitoring system 300 monitors the modeling data and analysis data transmitted from the digital twin 200.
도 2는 실시예에 따른 데이터 서버의 구성을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the configuration of a data server according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 데이터 서버(100)는 수집부(110) 및 모델링부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '부' 라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.Referring to FIG. 2, the data server 100 according to the embodiment may be configured to include a collection unit 110 and a modeling unit 240. The term 'part' used in this specification should be construed to include software, hardware, or a combination thereof, depending on the context in which the term is used. For example, software may be machine language, firmware, embedded code, and application software. As another example, hardware may be a circuit, processor, computer, integrated circuit, integrated circuit core, sensor, Micro-Electro-Mechanical System (MEMS), passive device, or a combination thereof.
수집부(110)는 실증단지 유형별 전력데이터를 수집하고, 수집된 전력데이터에서 에너지원 및 부하를 추출한다. 이후, 모델링부(240)는 추출된 실증단지 유형별 에너지원 및 부하를 모델링하여 디지털 트윈을 생성하고, 생성된 디지털 트윈에서 수행한 에너지원 및 부하의 모델링 결과에 기반하여 실증단지의 발전량, 부하량을 예측한다. The collection unit 110 collects power data for each type of demonstration complex and extracts energy sources and loads from the collected power data. Afterwards, the modeling unit 240 creates a digital twin by modeling the extracted energy source and load for each type of demonstration complex, and calculates the power generation and load of the demonstration complex based on the modeling results of the energy source and load performed on the generated digital twin. predict
실시예에서 수집부(110)는 실증단지의 에너지원 및 부하에 관한 데이터를 수집한다. 실시예에서 에너지원은 전력을 생성하는 시스템으로 태양광, 풍력, 연료전지, 전력 그리드 등을 포함할 수 있고, 에너지 부하는 전력을 소비하는 시스템으로 건물, 시설 등을 포함할 수 있다. 실시예에서 에너지원 및 부하에 관한 데이터는 전력 사용량, 에너지 생성량, 전력 요구 패턴, 운영 시간 등을 포함할 수 있다. In the embodiment, the collection unit 110 collects data about the energy source and load of the demonstration complex. In an embodiment, an energy source is a system that generates power and may include solar power, wind power, a fuel cell, a power grid, etc., and an energy load is a system that consumes power and may include buildings, facilities, etc. In embodiments, data regarding energy sources and loads may include power usage, energy generation, power demand patterns, operating hours, etc.
처리부(120)는 수집된 실증단지의 에너지원 및 부하에 관한 데이터를 전처리한다. 실시예에서 전처리과정은 노이즈 제거, 이상치 제거, 결측치 처리 등의 과정을 포함할 수 있다. 또한, 처리부(120)는 데이터 전처리를 통해 데이터를 정규화하거나, 이상치를 제거하거나, 데이터의 배율 조정 등을 수행할 수 있다.The processing unit 120 preprocesses the collected data on the energy source and load of the demonstration complex. In an embodiment, the preprocessing process may include processes such as noise removal, outlier removal, and missing value processing. Additionally, the processing unit 120 may normalize data, remove outliers, or adjust the scale of data through data preprocessing.
도 3은 실시예에 따른 디지털 트윈의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the data processing configuration of a digital twin according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 디지털 트윈(200)은 분석부(210), 생성부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the digital twin 200 according to the embodiment may be configured to include an analysis unit 210, a generation unit 220, and a control unit 230.
실시예에서 디지털 트윈(200)은 실증단지의 에너지 생산 및 사용 시나리오를 시뮬레이션하고 실시간 데이터와의 상호작용을 지원한다. 또한, 실시예에서 디지털 트윈(200)은 실시간 데이터와 상호작용하여 현재 상태를 반영하며, 외부 요인과의 상호작용을 시뮬레이션 한다. In an embodiment, the digital twin 200 simulates energy production and use scenarios in the demonstration complex and supports interaction with real-time data. Additionally, in the embodiment, the digital twin 200 interacts with real-time data to reflect the current state and simulates interactions with external factors.
실시예에서 디지털 트윈(200)은 실제 실증단지를 디지털로 시뮬레이션 하는 가상 모델이다. 디지털 트윈은 에너지원의 동작, 에너지 변환 과정, 전력 생산 및 사용을 실시간으로 시뮬레이션 한다. 또한, 실시예에서 디지털 트윈(200)은 실시간 데이터 통합을 통해 현재 실증단지의 마이크로그리드 상태에 외부 요인을 반영한다. 예컨대, 디지털 트윈(200)은 센서 데이터, 환경 조건, 날씨 정보, 전력 요금 등과 같은 외부 요인을 시뮬레이션에 반영할 수 있다. In the embodiment, the digital twin 200 is a virtual model that digitally simulates an actual demonstration complex. Digital twins simulate the operation of energy sources, energy conversion processes, and power production and use in real time. Additionally, in the embodiment, the digital twin 200 reflects external factors in the current microgrid state of the demonstration complex through real-time data integration. For example, the digital twin 200 may reflect external factors such as sensor data, environmental conditions, weather information, power rates, etc. in the simulation.
또한, 실시예에서 디지털 트윈(200)은 다양한 시나리오를 시뮬레이션하고 테스트할 수 있다. 예컨대, 다른 에너지원의 사용, 전력 소비 패턴의 변경, 피크부하 관리 등을 테스트할 수 있다. 또한, 디지털 트윈(200은 에너지 생산 및 사용을 예측하고 최적화할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치의 최적 충전 및 방전 시간을 결정하거나 에너지 공유 시스템을 최적화할 수 있다. 또한, 실시예에서는 디지털 트윈을 통해 실제 단지의 모니터링 및 제어를 지원한다. 예컨대, 실증단지의 현재 상태를 실시간으로 추적하고 에너지 생산 및 사용을 조절하여 에너지 효율성을 최대화하고 피크부하를 관리할 수 있도록 한다. Additionally, in embodiments, digital twin 200 may simulate and test various scenarios. For example, the use of different energy sources, changes in power consumption patterns, and peak load management can be tested. Additionally, the digital twin 200 can predict and optimize energy production and use. For example, it can determine optimal charging and discharging times for energy storage devices or optimize energy sharing systems. Additionally, in embodiments, the digital twin 200 can predict and optimize energy production and use. Twin supports monitoring and control of the actual complex. For example, it tracks the current status of the demonstration complex in real time and adjusts energy production and use to maximize energy efficiency and manage peak load.
분석부(210)는 디지털 트윈(200)을 모니터링하여 실증단지 각각에 대한 실측 데이터 기준의 실시간 모니터링 데이터를 분석한다. 실시예에서 모니터링 데이터는 발전량, 부하량, 피크부하(Peak Load)등을 포함할 수 있다. 모니터링 데이터 분석을 통해, 분석부(210)는 에너지원 각각의 실시간 발전량, 부하량의 변화 패턴 및 피크부하 발생 시간대 등을 파악한다.The analysis unit 210 monitors the digital twin 200 and analyzes real-time monitoring data based on actual measurement data for each demonstration complex. In an embodiment, monitoring data may include power generation, load, peak load, etc. Through monitoring data analysis, the analysis unit 210 determines the real-time power generation amount, load change pattern, and peak load occurrence time of each energy source.
실시예에서 분석부(210)는 피크 시간대가 상이한 유형별 마을 또는 단지의 발전원 및 부하의 전력사용 패턴을 분석한다. 이를 위해, 분석부(220)는 각 마을 또는 단지에서 발전원과 부하와 관련된 데이터를 수집한다. 발전원과 부하와 관련된 데이터는 발전소의 발전량, 전력 그리드에서의 전력 수요, 마을 또는 단지의 전력 소비 패턴, 날씨 데이터 및 일일 또는 계절별 데이터를 포함할 수 있다. 이후 분석부(210)는 발전원과 부하와 관련된 데이터를 시간대별로 분리한다. 예컨대, 분석부(210)는 피크 시간대, 비피크 시간대, 주말과 주중과 같은 서로 다른 시간대를 식별하고, 피크 부하 발생 시간대를 식별한다. 구체적으로 분석부(220)는 유형 별 실증단지에서의 피크 부하 발생 시간대를 식별한다. 피크 부하 발생 시간대는 전력 수요가 가장 높은 시간대로, 주로 아침이나 저녁 시간에 발생하는 경우가 많다. 이후, 분석부(210)는 피크 부하 발생 시간대와 비피크 시간대의 발전원 및 부하 데이터 패턴을 분석한다. 피크 부하 발생 시간대와 비피크 시간대의 발전원 및 부하 데이터 패턴 분석은 피크 시간대에 발전원과 부하가 어떻게 변하는지, 에너지 생산 및 사용 패턴이 어떻게 다른지 파악하는 것이다. 이후, 분석부(220)는 일사량, 풍속 등의 날씨 데이터를 사용하여 발전원의 성능을 예측하고 피크 부하 발생 시간대의 발전량을 추정한다. 또한, 분석부(220)는 날씨와 발전량 간의 상관관계를 분석한다. 또한, 분석부(220)는 분석 결과를 기반으로 피크 부하 발생 시간대에 대한 효율적인 전력 관리 전략을 생성한다. 예컨대, 분석부(220)는 피크부하 발생 시간대에서 발전원 운영을 조정하거나 부하를 관리하여 피크 부하를 줄이는 방법을 고려한다.In the embodiment, the analysis unit 210 analyzes the power usage patterns of power generation sources and loads in each type of village or complex with different peak times. To this end, the analysis unit 220 collects data related to power generation sources and loads in each village or complex. Data related to power generation sources and loads may include power generation from a power plant, power demand from the power grid, power consumption patterns in a town or complex, weather data, and daily or seasonal data. Afterwards, the analysis unit 210 separates data related to power generation sources and loads by time period. For example, the analysis unit 210 identifies different time zones such as peak hours, off-peak hours, weekends, and weekdays, and identifies peak load generation times. Specifically, the analysis unit 220 identifies the peak load generation time period in the demonstration complex for each type. The peak load occurs during the time when electricity demand is highest, which often occurs in the morning or evening. Thereafter, the analysis unit 210 analyzes the power generation source and load data patterns during peak load generation times and off-peak times. Analysis of power generation source and load data patterns during peak load generation times and off-peak times is to understand how power generation sources and loads change during peak times and how energy production and use patterns differ. Thereafter, the analysis unit 220 predicts the performance of the power generation source using weather data such as solar radiation and wind speed and estimates the amount of power generation during the peak load generation time. Additionally, the analysis unit 220 analyzes the correlation between weather and power generation. Additionally, the analysis unit 220 generates an efficient power management strategy for peak load generation times based on the analysis results. For example, the analysis unit 220 considers ways to reduce the peak load by adjusting the operation of the power generation source or managing the load during peak load occurrence times.
생성부(220)는 분석부(210)의 분석 결과를 시뮬레이션 하고, 실증단지의 전력분석 결과를 기반으로 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 산출하고 산출된 데이터를 기반으로 실시간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성한다.The generation unit 220 simulates the analysis results of the analysis unit 210, calculates the energy saving rate, energy self-sufficiency rate, and energy sharing rate through peak load reduction based on the power analysis results of the demonstration complex, and calculates the energy saving rate, energy independence rate, and energy sharing rate based on the calculated data. creates a standard reference for real-time control.
예컨대, 생성부(220)는 절감된 피크 부하 중, 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율 중 적어도 하나를 최대치로 산출하는 절감된 피크부하를 최적 피크부하로 추출된 최적 피크부하의 크기와, 절감 시간, 최적 피크부하의 절감 크기 및 최적 피크부하 절감으로 인한, 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율 변화에 따라 기준 레퍼런스를 생성할 수 있다. For example, the generator 220 divides the reduced peak load that calculates at least one of the energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate as the maximum among the reduced peak loads into the size of the optimal peak load extracted as the optimal peak load, A standard reference can be created based on the savings time, size of optimal peak load reduction, and changes in energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate due to optimal peak load reduction.
이를 위해, 생성부(220)는 마이크로 그리드 시스템에서 피크 부하, 에너지 생산 및 사용 패턴, 에너지 저장 시스템의 성능 등을 포함하는 데이터를 수집하고 분석한다. 이후, 피크 부하 중에서 절감 가능한 부하를 식별한다. 이는 에너지 사용을 최적화하여 피크 부하를 줄이는 것을 의미한다. 이후, 생성부(220)는 절감된 피크 부하로 인한 에너지 소비 감소율을 측정한다. 이것은 절감된 에너지와 초기 피크 부하 사이의 차이로 나타낼 수 있다. 또한, 마이크로 그리드 시스템이 자체적으로 에너지를 생성하는 능력인 에너지 자립율을 산출하고, 절감된 피크 부하가 에너지 자립율을 얼마나 변화시켰는지 파악한다. 또한, 마이크로 그리드 시스템이 다른 시스템 또는 그리드와 에너지를 공유하는 정도를 나타내는 에너지 공유율을 산출한다. 실시예에서 생성부(220)는 에너지 절감율, 에너지 자립율, 에너지 공유율 중 적어도 하나를 최대화하는 방식으로 최적 피크 부하 크기를 식별한다. 또한, 생성부(220)는 피크 부하를 얼마나 오래 줄일 수 있는지, 절감된 피크 부하가 시스템에 어떤 영향을 미치는지를 계산한다. 이후, 생성부(220)는 최적 피크 부하를 적용한 경우에 피크 부하가 절감량을 계산한다. 실시예에서 생성부(220)는 계산된 모든 정보를 기반으로 마이크로 그리드 시스템의 제어 및 운영 기준 레퍼런스를 생성하여, 피크 부하 관리, 에너지 저장 및 생산, 에너지 공유 및 자립을 최적화하는 방식을 정의할 수 있도록 한다. 예컨대, 기준 레퍼런스는 최대 전력 사용 시에 어떻게 전력을 분배하는 기준 수치와 방법, 재생 에너지 시스템 및 에너지 저장 시스템의 가동 시점 및 그리드 연결 및 분리 시점과 그리드 연결 및 분리를 결정하는 기준수치 등을 포함할 수 있다. To this end, the generator 220 collects and analyzes data including peak load, energy production and use patterns, and performance of the energy storage system in the microgrid system. Afterwards, loads that can be reduced among the peak loads are identified. This means optimizing energy use to reduce peak loads. Thereafter, the generator 220 measures the energy consumption reduction rate due to the reduced peak load. This can be expressed as the difference between the energy saved and the initial peak load. In addition, we calculate the energy self-sufficiency rate, which is the ability of the microgrid system to generate energy on its own, and determine how much the reduced peak load changed the energy self-sufficiency rate. Additionally, the energy sharing ratio is calculated, which indicates the degree to which the microgrid system shares energy with other systems or the grid. In an embodiment, the generator 220 identifies the optimal peak load size by maximizing at least one of the energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate. Additionally, the generator 220 calculates how long the peak load can be reduced and what effect the reduced peak load has on the system. Thereafter, the generator 220 calculates the amount of peak load reduction when the optimal peak load is applied. In an embodiment, the generator 220 may generate a reference for the control and operation of the microgrid system based on all calculated information, thereby defining a method for optimizing peak load management, energy storage and production, energy sharing, and self-reliance. Let it happen. For example, baseline references may include baseline figures and methods for distributing power during peak power usage, when to start up renewable energy systems and energy storage systems, when to connect and disconnect from the grid, and the baseline values for determining grid connection and disconnection. You can.
실시예에서 생성부(220)는 분석 결과 시뮬레이션을 위해, 피크부하를 절감하는 다양한 시나리오를 생성한다. 예컨대, 생성부(220)는 피크부하 시간을 발전량이 최대인 시간으로 변경하거나, 피크부하를 구성하는 부하 각각의 구동 시간을 조정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성할 수 있다. 이후, 시뮬레이션을 통해 각 피크부하 절감 시나리오의 결과를 분석하여 에너지 절감율을 계산한다. 에너지 절감율은 피크부하 감소로 인한 전력 소비 감소량을 나타낸다. 또한, 생성부(220)는 시뮬레이션 결과에 따라 에너지 자립율 산출한다. 실시예에서 에너지 자립율은 실증단지가 자체로 생성한 에너지 양이다. 또한, 실시예에서 생성부(220)는 시뮬레이션 및 분석 결과를 기반으로 유형별 실증단지의 에너지 생산량을 계산한다. 또한, 생성부(220)는 에너지 공유율을 산출한다. 에너지 공유는 실증단지 간에 에너지를 공유하거나 거래하는 것이다. 실시예에서 생성부(220)는 시뮬레이션을 통해 에너지 공유 시나리오를 평가하고, 다른 단지와의 에너지 거래를 통해 얼마나 많은 에너지를 공유할 수 있는지를 결정한다. In the embodiment, the generator 220 generates various scenarios to reduce peak load for simulation of analysis results. For example, the generator 220 may change the peak load time to a time when the amount of power generation is maximum, or may generate a simulation scenario by adjusting the driving time of each load constituting the peak load. Afterwards, the results of each peak load reduction scenario are analyzed through simulation to calculate the energy savings rate. Energy saving rate represents the amount of power consumption reduction due to reduction of peak load. Additionally, the generator 220 calculates the energy self-sufficiency rate according to the simulation results. In the embodiment, the energy self-sufficiency rate is the amount of energy generated by the demonstration complex itself. Additionally, in the embodiment, the generator 220 calculates the energy production amount of the demonstration complex by type based on simulation and analysis results. Additionally, the generator 220 calculates the energy sharing ratio. Energy sharing refers to sharing or trading energy between demonstration complexes. In an embodiment, the generator 220 evaluates the energy sharing scenario through simulation and determines how much energy can be shared through energy trading with other complexes.
이후, 생성부(220)는 분석 결과와 시뮬레이션을 통해 얻은 데이터에 기반한 실시간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성한다. 기준 레퍼런스는 에너지 생산 및 사용 패턴, 피크부하 시간, 에너지 소비 감소 목표 등을 고려한다. 실시예에서 기준 레퍼런스는 실제 운영 중에 디지털 트윈을 통해 시스템을 제어하는 데 사용될 수 있다.Afterwards, the generation unit 220 generates a standard reference for real-time control based on analysis results and data obtained through simulation. Baseline references take into account energy production and use patterns, peak load times, and energy consumption reduction goals. In embodiments, the baseline reference may be used to control the system via the digital twin during actual operation.
예컨대, 기준 레퍼런스는 실증단지 별 에너지원의 충방전 제어를 위한 기준 수치를 설정한다. 구체적으로, 기준 레퍼런스는 실증단지 별 저장된 전력을 방전하는 피크부하의 기준수치, 다른 실증단지로부터 전력을 공급받는 실증단지 별 저장된 전력의 기준수치 등을 포함할 수 있다. 실시예에서 기준 수치는 실증단지의 유형 별 사용 전력량, 피크 부하량, 저장 전력량에 따라 다르게 설정될 수 있다. For example, the standard reference sets standard values for charging and discharging control of energy sources for each demonstration complex. Specifically, the standard reference may include the standard value of the peak load discharging the stored power for each demonstration complex, the standard value of the stored power for each demonstration complex that receives power from other demonstration complexes, etc. In the embodiment, the standard value may be set differently depending on the amount of power used, peak load, and stored power for each type of demonstration complex.
또한, 생성부(220)는 실증단지 각각의 전력 사용 패턴에 따라 전력 사용 스케쥴을 생성하고, 생성된 전력 사용 스케쥴 각각에 따른 에너지 절감율을 분석한다.In addition, the generator 220 generates a power use schedule according to the power use pattern of each demonstration complex and analyzes the energy savings rate according to each generated power use schedule.
이를 위해, 생성부(220)는 먼저, 각 실증단지에서의 전력 사용 패턴에 대한 데이터를 수집한다. 이 데이터는 일일 또는 시간당 전력 사용량, 주간 또는 계절별 전력 소비 패턴, 피크 부하 시간 등을 포함할 수 있다. 이후, 생성부(220)는 각 실증단지의 전력 사용 패턴을 기반으로 전력 사용 스케쥴을 생성한다. 이 스케쥴은 특정 시간대에 전력 사용량을 높이거나 낮추는 방법을 나타내며, 예를 들어 전력 사용량을 최소화하거나 피크 부하를 줄이기 위한 전략을 포함할 수 있다. 이후, 생성부(220)는 생성된 전력 사용 스케쥴을 시뮬레이션에 적용하여 전력 사용량을 분석한다. 이러한 시뮬레이션은 전력 사용 스케쥴을 현실 세계에서 어떻게 실행할 수 있는지를 나타내며, 전력 사용량의 예측 정보를 제공한다. 또한, 생성부(220)는 시뮬레이션 결과를 기반으로 각 전력 사용 스케쥴에 따른 에너지 절감율을 계산한다. 이는 전력 사용 스케쥴을 실행함으로써 얼마나 많은 에너지를 절약할 수 있는지를 나타낼 수 있다. 이후, 생성부(220)는 계산된 에너지 절감율을 평가하고, 생성된 전력 사용 스케쥴의 효과를 분석한다. 또한, 생성부(220)는 분석 결과를 기반으로 전력 사용 스케쥴을 조정하거나 최적화한다. To this end, the generator 220 first collects data on power use patterns in each demonstration complex. This data may include daily or hourly power usage, weekly or seasonal power consumption patterns, peak load times, etc. Thereafter, the generator 220 generates a power use schedule based on the power use pattern of each demonstration complex. This schedule indicates how to increase or decrease power usage during specific times and may include strategies to minimize power usage or reduce peak loads, for example. Thereafter, the generator 220 analyzes power usage by applying the generated power usage schedule to simulation. These simulations show how power usage schedules can be implemented in the real world and provide predictive information on power usage. Additionally, the generator 220 calculates the energy saving rate according to each power use schedule based on the simulation results. This can indicate how much energy can be saved by executing a power usage schedule. Thereafter, the generator 220 evaluates the calculated energy saving rate and analyzes the effect of the generated power use schedule. Additionally, the generator 220 adjusts or optimizes the power use schedule based on the analysis results.
제어부(230)는 실증단지를 제어한다. 예컨대, 제어부(230)는 디지털 트윈(200)을 사용하여 실시간으로 실증단지를 모니터링하고, 기준 레퍼런스를 기반으로 실증단지의 에너지 생산과 사용을 조절한다. 이때, 피크부하 관리 및 에너지 공유 등을 지원할 수 있다. The control unit 230 controls the demonstration complex. For example, the control unit 230 monitors the demonstration complex in real time using the digital twin 200 and adjusts energy production and use of the demonstration complex based on the standard reference. At this time, peak load management and energy sharing can be supported.
실시예에서 제어부(230)는 피크부하 및 에너지 절감 분석에 따른 실증단지 별 잉여 전력량에 따라 실증단지 간의 전력 운영을 연계한다. 예컨대, 제어부(230)는 에너지 자립율이 일정 수준 미만인 연계 필요 실증단지를 추출하고, 추출된 연계 필요 실증 단지를 잉여 전력량이 일정 수준을 초과하는 전력 공급 가능 실증단지와 연계하여 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(230)는 전력 공급 가능 실증단지의 전력 사용과 부하 패턴을 파악하여, 전력 사용 및 부하가 기준 범위인 시간대에 연계 필요 실증단지의 에너지원으로 전력을 전달할 수 있다. 또한, 연계 필요 실증단지의 피크부하 발생 패턴에 따라 피크 부하 발생 일정 시간 전에, 잉여 전력을 연계 필요 실증단지로 공급할 수 있도록 한다.In the embodiment, the control unit 230 connects power operation between demonstration complexes according to the amount of surplus power for each demonstration complex according to peak load and energy saving analysis. For example, the control unit 230 may extract a demonstration complex requiring connection whose energy self-sufficiency rate is below a certain level, and control the extracted demonstration complex requiring connection by linking it with a demonstration complex capable of supplying power whose amount of surplus power exceeds a certain level. Specifically, the control unit 230 can identify the power usage and load patterns of the demonstration complex capable of supplying power, and transfer power to the energy source of the demonstration complex requiring linkage during a time period when power use and load are within the standard range. In addition, according to the peak load generation pattern of the demonstration complex requiring connection, surplus power can be supplied to the demonstration complex requiring connection a certain time before the peak load occurs.
또한, 실시예에서 제어부(230)는 전력 공급 가능 실증 단지 중 잉여 전력이 해당 실증 단지의 피크 부하의 일정 비율을 이상 초과하는 전력 판매 가능 실증 단지를 추출한다. 이후, 전력 판매 가능 실증 단지의 경우, 전력 공급 시간과 전력 공급 량에 따라 과금을 다르게 한 잉여 전력을 연계 필요 실증 단지로 판매할 수 있도록 한다. 예컨대, 제어부(230)는 전력 판매 가능 실증 단지에서 판매할 전력의 과금을 연계 필요 실증 단지로부터 입찰 받고, 입찰된 과금 중 하나를 낙찰하는 경매 방식을 통해, 전력 판매 가능 실증 단지와 연계 필요 실증 단지를 연계할 수 있도록 한다. In addition, in the embodiment, the control unit 230 extracts a demonstration complex capable of selling power among the demonstration complexes capable of supplying power, where surplus power exceeds a certain percentage of the peak load of the corresponding demonstration complex. Afterwards, in the case of demonstration complexes capable of selling electricity, surplus power with different charges depending on the power supply time and amount of power supplied can be sold to demonstration complexes requiring linkage. For example, the control unit 230 receives bids from the demonstration complex that requires linking the billing of electricity to be sold in the demonstration complex capable of selling electricity, and wins the bid on one of the bids, through an auction method to link the demonstration complex with the ability to sell electricity. Allows for linking.
실시예에서 제어부(230)는 전력 판매 가능 실증 단지에서 판매할 전력의 단위 요금을 전력 판매 가능 실증 단지의 시간 별 부하량에 따라 다르게 책정할 수 있다. 예컨대, 제어부(230)는 시간 별 부하량이 커지면 전력 판매 가능 실증 단지에서 판매할 전력의 단위 요금 또한, 커지도록 설정하여 연계 필요 실증 단지로 판매되는 전력 비용을 산출할 수 있다. 이는, 여름철 등 부하량이 많은 때에 판매되는 전력에 대한 가치를 반영하고, 전력 판매 가능 실증단지의 수익을 향상시키기 위함이다. In an embodiment, the control unit 230 may set the unit rate of power to be sold in the power sales demonstration complex differently depending on the hourly load of the electricity sales capability demonstration complex. For example, the control unit 230 can calculate the cost of power sold to a demonstration complex requiring connection by setting the unit price of power to be sold in a demonstration complex capable of selling power to increase as the hourly load increases. This is to reflect the value of electricity sold during times of high load, such as summer, and to improve the profits of demonstration complexes capable of selling electricity.
또한, 제어부(230)는 잉여 전력 연계 필요 실증단지의 에너지 자립률에 따라 에너지 자립률을 향상시키기 위한 프로세스를 수행한다.In addition, the control unit 230 performs a process to improve the energy self-sufficiency rate according to the energy self-sufficiency rate of the demonstration complex requiring surplus power connection.
실시예에서 제어부(230)는 에너지 자립률이 일정 수준 미만인 실증 단지를 잉여 전력 연계 필요 실증 단지로 설정한다. 이후, 잉여 전력 연계 필요 실증 단지의 에너지 자립률이 가장 낮은 범위인 제1범위(예컨대, 10퍼센트 내지 25 퍼센트)에 포함되는 경우, 잉여 전력 연계 필요 실증 단지의 에너지원 추가설비 계획을 생성한다. 또한, 제어부(230)는 잉여 전력 연계 필요 실증 단지의 에너지 자립률이 중간 범위인 제2범위(예컨대, 25 퍼센트 내지 40 퍼센트)에 포함되는 경우, 부하패턴을 파악하고 피크 부하 발생 시간대를 파악하여, 부하 각각에 해당하는 시설의 가동 스케쥴을 조정하여 피크 부하를 낮출 수 있도록 한다. 또한, 제어부(230)는 잉여 전력 연계 필요 실증 단지의 에너지 자립률이 중간 범위인 제2범위(예컨대, 40퍼센트 내지 60 퍼센트)에 포함되는 경우, 부하 패턴을 파악하고, 에너지원과 부하 사용 스케쥴을 조정하여 전력 공급 실증 단지로부터 공급받는 전력량을 줄일 수 있도록 한다. In the embodiment, the control unit 230 sets a demonstration complex with an energy self-sufficiency rate below a certain level as a demonstration complex that requires connection to surplus power. Afterwards, if the energy self-sufficiency rate of the demonstration complex requiring surplus power connection is included in the first range, which is the lowest range (e.g., 10 percent to 25 percent), an energy source additional facility plan for the demonstration complex requiring surplus power connection is created. In addition, the control unit 230 determines the load pattern and the peak load generation time when the energy self-sufficiency rate of the demonstration complex requiring connection to surplus power is included in the second range, which is the middle range (e.g., 25 percent to 40 percent). , the peak load can be lowered by adjusting the operation schedule of the facility corresponding to each load. In addition, the control unit 230 determines the load pattern and determines the energy source and load use schedule when the energy self-sufficiency rate of the demonstration complex requiring connection to surplus power is included in the second range, which is the middle range (e.g., 40 percent to 60 percent). is adjusted to reduce the amount of power supplied from the power supply demonstration complex.
또한, 제어부(230)는 디지털 트윈을 통해 실증단지에 설치된 마이크로그리드 내의 발전원, 저장장치, 부하 및 그리드 상태를 모니터링하며, 실증단지로부터 센서 및 미터 데이터를 실시간으로 수집한다. 이를 통해, 실증단지의 이상상황을 예측하고, 예측된 이상상황에 대응하는 프로세스로 마이크로 그리드를 제어한다. 예컨대, 제어부(230)는 날씨, 그리드 장애, 장비 고장 등의 외부 원인 또는 내부 문제로 인한 전력 공급 중단을 이상상황으로 예측하고, 전력 공급 중단이 예측되는 경우, 마이크로그리드 자체적으로 전력을 유지하거나 비상 발전원을 활용하도록 한다. In addition, the control unit 230 monitors the power generation source, storage device, load, and grid status within the microgrid installed in the demonstration complex through digital twin, and collects sensor and meter data from the demonstration complex in real time. Through this, abnormal situations in the demonstration complex are predicted and the microgrid is controlled through a process that responds to the predicted abnormal situations. For example, the control unit 230 predicts power supply interruption due to external causes such as weather, grid failure, equipment failure, or internal problems as an abnormal situation, and when power supply interruption is predicted, the microgrid itself maintains power or operates in an emergency situation. Make sure to utilize the power generation source.
또한, 제어부(230)는 마이크로그리드 내의 발전원 중 하나가 고장 날 경우, 전체 시스템에 영향을 미칠 수 있으므로, 이에 대비하여 여분의 발전원이나 스마트 스위칭 시스템을 제공한다. 예컨대, 제어부(230)는 마이크로그리드의 저장장치가 고장인 이상상황이 예측되는 경우, 저장장치 고장 상황에 대한 백업 시스템을 가동한다. 이는 에너지 저장 및 공급에 문제가 발생을 예방하기 위한 것으로, 고장 상황에 대한 백업 시스템은 다른 저장장치로부터 전력을 저장 및 공급받거나, 다른 마이크로 그리드와 연계하는 것 등을 포함할 수 있다.In addition, the control unit 230 provides an extra power source or a smart switching system in preparation for this, as if one of the power generation sources in the microgrid fails, the entire system may be affected. For example, when an abnormal situation in which the storage device of the microgrid is broken is predicted, the control unit 230 operates a backup system for the storage device failure situation. This is to prevent problems with energy storage and supply, and the backup system for failure situations may include storing and receiving power from other storage devices or linking with other microgrids.
또한, 제어부(230)는 마이크로그리드 내의 부하가 일정 수치를 초과하는 변동을 보일 경우, 에너지 공급을 중단하고, 부하 변동의 원인을 파악한다.Additionally, when the load within the microgrid shows a change that exceeds a certain value, the control unit 230 stops supplying energy and determines the cause of the load change.
또한, 실시예에서 제어부(230)는 마이크로 그리드의 발전원의 성능을 모니터링하고, 날씨 조건, 자연 재해 또는 환경적인 변화로 인해 발전원의 성능이 저하된 경우, 발전원 성능 저하의 원인을 해소하도록 관리자 단말로 보고한다. 예컨대, 제어부(230)는 태양광 발전 시스템에 먼지 또는 눈이 쌓이거나 풍력 터빈이 강한 바람에 노출되는 경우, 이를 관리자 단말로 보고하여 해결하도록 함으로써, 발전원의 성능을 유지할 수 있도록 한다. In addition, in the embodiment, the control unit 230 monitors the performance of the power generation source of the microgrid and, when the performance of the power source deteriorates due to weather conditions, natural disasters, or environmental changes, resolves the cause of the deterioration in power source performance. Report to the administrator terminal. For example, when dust or snow accumulates in the solar power generation system or when the wind turbine is exposed to strong winds, the control unit 230 reports this to the manager terminal for resolution, thereby maintaining the performance of the power generation source.
모델링부(240)는 수집한 에너지원 및 부하에 관한 데이터를 사용하여 실증단지의 에너지원과 부하를 모델링한다. 실시예에서 모델링부(240)는 에너지원의 성능 특성, 에너지 변환 효율, 에너지 생산 및 사용 패턴, 시설 및 장비의 특성을 고려하여 모델링한다. The modeling unit 240 uses the collected data on energy sources and loads to model the energy sources and loads of the demonstration complex. In the embodiment, the modeling unit 240 models by considering the performance characteristics of the energy source, energy conversion efficiency, energy production and use patterns, and characteristics of facilities and equipment.
예컨대, 모델링부(240)는 에너지원의 성능 특성, 에너지 변환 효율, 실증단지의 에너지 생산 및 사용 패턴, 실증단지 내의 건물, 장비 및 시설에 대한 특성을 모델링한다. 구체적으로 예측부(121)는 태양광 패널, 풍력 터빈, 연료전지 등 각 에너지원의 성능 특성을 모델링한다. 실시예에서 모델링부(240)는 에너지 생산량, 효율성, 변동성 및 용량 등을 산출하여 각 에너지원의 성능 특성을 모델링할 수 있다. For example, the modeling unit 240 models the performance characteristics of the energy source, energy conversion efficiency, energy production and use patterns of the demonstration complex, and characteristics of buildings, equipment, and facilities within the demonstration complex. Specifically, the prediction unit 121 models the performance characteristics of each energy source, such as solar panels, wind turbines, and fuel cells. In an embodiment, the modeling unit 240 may model the performance characteristics of each energy source by calculating energy production, efficiency, volatility, and capacity.
또한, 모델링부(240)는 에너지 변환 효율을 모델링 하여, 에너지원에서 생산된 에너지를 전력 그리드 또는 사용 가능한 형태로 변환하는 과정의 효율을 고려할 수 있도록 한다. Additionally, the modeling unit 240 models energy conversion efficiency to consider the efficiency of the process of converting energy produced from an energy source into a power grid or usable form.
또한, 모델링부(240)는 실증단지의 에너지 생산 및 사용 패턴을 모델링한다. 실증단지의 에너지 생산 및 사용 패턴을 모델링에는 일일, 주간 또는 계절별 에너지 생산 및 소비 패턴, 시간당 에너지 요구량, 피크부하 시간 및 에너지 요금 구조 등이 포함될 수 있다. 또한, 모델링부(240)는 실증단지 내의 건물, 장비 및 시설에 대한 특성을 모델링한다. 구체적으로 모델링부(240)는 건물의 크기, 열 배출, 전력 요구량, 기기 및 설비의 효율성, 냉난방 시스템, 조명 등 실증단지 내의 건물, 장비 및 시설에 대한 특성을 모델링할 수 있다. 구체적으로, 모델링부(240)는 실증단지 내 전기차 충전 시설을 포함하는 특수 부하 시설이 존재하는 경우, 특수 부하 시설의 특성을 모델링하고, 특수 부하 시설로 에너지를 공급하는 에너지원과의 상호작용을 고려하여, 전체 에너지 시스템을 모델링한다. Additionally, the modeling unit 240 models the energy production and use patterns of the demonstration complex. Modeling the energy production and use patterns of the demonstration complex may include daily, weekly, or seasonal energy production and consumption patterns, hourly energy requirements, peak load times, and energy rate structures. Additionally, the modeling unit 240 models the characteristics of buildings, equipment, and facilities within the demonstration complex. Specifically, the modeling unit 240 can model characteristics of buildings, equipment, and facilities within the demonstration complex, such as building size, heat emissions, power requirements, efficiency of devices and facilities, heating and cooling systems, and lighting. Specifically, if there is a special load facility including an electric vehicle charging facility in the demonstration complex, the modeling unit 240 models the characteristics of the special load facility and interacts with the energy source that supplies energy to the special load facility. Taking into account, the entire energy system is modeled.
이후, 모델링부(240)는 실증단지로부터 수집한 실제 데이터로 모델을 검증하고 검증결과에 따라 조정한다. 이후, 모델링부(240)는 모델링 정보를 기반으로 디지털 트윈을 구현한다. Afterwards, the modeling unit 240 verifies the model with actual data collected from the demonstration complex and adjusts it according to the verification results. Afterwards, the modeling unit 240 implements a digital twin based on the modeling information.
이하에서는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 방법에 대해서 차례로 설명한다. 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 방법의 작용(기능)은 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템의 기능과 본질적으로 같은 것이므로 도 1 내지 도 3과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.Below, we will sequentially explain the digital twin-based convergence village-level microgrid operation method. The operation (function) of the digital twin-based convergence-type village-level microgrid operation method according to the embodiment is essentially the same as the function of the digital twin-based convergence-type village-level microgrid operation system, so the description overlaps with Figures 1 to 3. should be omitted.
도 4는 실시예에 따른 디지털 트윈의 실시간 시뮬레이션 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing a real-time simulation data processing process of a digital twin according to an embodiment.
도 4를 참조하면, S410 단계에서는 디지털 트윈에서 유형별 실증단지의 에너지원 및 부하를 모델링하고, S420 단계에서는 모델링 결과에 기반하여 실증단지의 발전량 및 부하량을 예측한다. 이후, S430 단계에서는 실증단지 각각에 대한 실측 데이터 기준의 발전량, 부하량, 피크부하(Peak Load)를 포함하는 실시간 모니터링 데이터를 분석한다. S430 단계에서는 피트부하 발생 시간대 분석, 발전량 및 부하량 분석을 수행할 수 있다. S440 단계에서는 모델링 데이터, 발전량, 부하량 예측 데이터 및 모니터링 데이터 분석 결과에 따라 시뮬레이션을 수행하고 S450 단계에서는 시뮬레이션 결과에 따른 에너지 공유율 분석, 에너지 자립율 분석 및 피크부하 저감율 분석을 수행한다.Referring to Figure 4, in step S410, the energy source and load of the demonstration complex by type are modeled in the digital twin, and in step S420, the power generation and load of the demonstration complex are predicted based on the modeling results. Afterwards, in step S430, real-time monitoring data including power generation, load, and peak load based on actual measurement data for each demonstration complex is analyzed. In step S430, pit load generation time period analysis, power generation and load analysis can be performed. In step S440, simulation is performed according to modeling data, power generation, load forecast data, and monitoring data analysis results, and in step S450, energy sharing rate analysis, energy self-sufficiency rate analysis, and peak load reduction rate analysis are performed according to the simulation results.
도 5는 실시예에 따른 디지털 트윈의 가상 시뮬레이션 데이터 연동을 통한 마이크로 그리드 제어 과정을 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing a microgrid control process through linking virtual simulation data of a digital twin according to an embodiment.
도 5를 참조하면, S460 단계에서는 모델링 데이터, 발전량, 부하량 예측 데이터 및 모니터링 데이터 분석 결과에 따른 시뮬레이션 결과를 기반으로 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 산출하고, 이를 기반으로 실시간간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성한다. S470 단계에서는 기준 레퍼런스를 통해 마이크로 그리드 제어를 시뮬레이션하고, S480 단계에서는 생성된 기준 레퍼런스에 따라 실증단지를 제어한다.Referring to Figure 5, in step S460, the energy saving rate, energy independence rate, and energy sharing rate through peak load reduction are calculated based on simulation results based on modeling data, power generation, load forecast data, and monitoring data analysis results, and based on this, creates a standard reference for real-time control. In step S470, microgrid control is simulated using the standard reference, and in step S480, the demonstration complex is controlled according to the generated standard reference.
도 6은 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템에서 제공하는 기능을 설명하기 위한 도면이다. Figure 6 is a diagram for explaining the functions provided by the digital twin-based convergence village-level microgrid operating system according to an embodiment.
도 6은 참조하면, 실시예에 따른 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 실시간 제어를 위한 피크부하 저감량, 에너지 공유율 및 에너지 자립율에 대한 기준 레퍼런스를 생성하고, 기준 레퍼런스를 통해 디지털 트윈으로 실증단지의 마이크로 그리드를 제어할 수 있도록 한다. 이상에서와 같은 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템 및 방법은 피크시간대가 상이한 유형별 마을이나 단지의 발전원 및 부하의 전력 패턴 분석하여, 에너지 이용 효율과 안정성을 향상할 수 있다. 또한, 실시예를 통해 피크부하 및 에너지절감 분석에 따른 실증사이트의 유형별 전력운영과 잉여전력을 공유할 수 있도록 하여, 전력 구매 비용을 절감하고 유형별 실증 단지 간의 전력 운영을 연계할 수 있다.Referring to FIG. 6, the digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method according to the embodiment generates a standard reference for peak load reduction amount, energy sharing rate, and energy independence rate for real-time control, and the standard reference It is possible to control the microgrid of the demonstration complex with a digital twin. The digital twin-based convergence village-level microgrid operation system and method as described above can improve energy use efficiency and stability by analyzing the power patterns of power generation sources and loads in villages or complexes of different types with different peak times. In addition, the embodiment allows sharing of power operation and surplus power by type of demonstration site according to peak load and energy saving analysis, thereby reducing power purchase costs and linking power operation between demonstration complexes by type.
또한, 실시예를 통해, 소규모 실증 사이트의 내부 전력운영과 유형별 단지 간의 에너지 공유를 통한 에너지 이용률 향상 및 전력망 안정화 기여하는 등 디지털 트윈을 통한 마이크로그리드의 운영 고도화 방안을 제공한다. In addition, through examples, we provide a plan to enhance the operation of the microgrid through digital twins, such as improving energy utilization and contributing to power grid stabilization through internal power operation of small-scale demonstration sites and energy sharing between complexes of each type.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed content is merely an example and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art without departing from the gist of the claims, so the scope of protection of the disclosed content is limited to the above-mentioned specific scope. It is not limited to the examples.
Claims (7)
실증단지 유형별 전력데이터를 수집하고, 수집된 전력데이터에서 에너지원 및 부하를 추출하고 추출된 에너지원 및 부하를 모델링하여 상기 실증단지의 디지털 트윈을 생성하는 데이터 서버;
유형별 실증단지의 에너지원 및 부하의 모델링 결과에 기반하여 실증단지의 발전량 및 부하량을 예측하고, 실증단지 각각에 대한 실측 데이터 기준의 실시간 모니터링 데이터를 분석하는 디지털 트윈; 을 포함하고,
상기 실시간 모니터링 데이터는 발전량, 부하량, 피크부하(Peak Load)를 포함하고,
상기 디지털 트윈; 은
상기 실시간 모니터링 데이터의 분석 결과를 시뮬레이션 하고, 시뮬레이션 결과를 기반으로 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 산출하고 실시간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성하고, 생성된 기준 레퍼런스에 따라 실증단지를 제어하고,
상기 디지털 트윈; 은
피크 부하 발생 시간대가 상이한 유형별 마을 또는 실증단지의 발전원 및 부하의 전력 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템.
In the digital twin-based convergence village-level microgrid operation system,
A data server that collects power data by type of demonstration complex, extracts energy sources and loads from the collected power data, models the extracted energy sources and loads, and creates a digital twin of the demonstration complex;
A digital twin that predicts the power generation and load of the demonstration complex based on modeling results of energy sources and loads of each type of demonstration complex, and analyzes real-time monitoring data based on actual measurement data for each demonstration complex; Including,
The real-time monitoring data includes power generation, load, and peak load,
The digital twin; silver
Simulate the analysis results of the real-time monitoring data, calculate the energy saving rate, energy independence rate, and energy sharing rate through peak load reduction based on the simulation results, generate a standard reference for real-time control, and according to the generated standard reference. Control the demonstration complex,
The digital twin; silver
A digital twin-based convergence village-level microgrid operation system characterized by analyzing the power patterns of power generation sources and loads in villages or demonstration complexes of different types with different peak load generation times.
피크부하 및 에너지 절감 분석에 따른 실증단지 별 잉여 전력량에 따라 실증단지 간의 전력 운영을 연계하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템.
The method of claim 1, wherein the digital twin; silver
A digital twin-based convergence village-level microgrid operation system characterized by linking power operation between demonstration complexes according to the amount of surplus power for each demonstration complex according to peak load and energy saving analysis.
에너지 자립율이 일정 수준 미만인 연계 필요 실증단지를 추출하고, 상기 추출된 연계 필요 실증 단지를 잉여 전력량이 일정 수준을 초과하는 실증단지와 연계하여 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템.
The method of claim 3, wherein the digital twin; silver
A digital twin-based convergence-type village unit characterized by extracting demonstration complexes requiring linkage whose energy self-sufficiency rate is below a certain level, and controlling the extracted demonstration complexes requiring linkage in connection with demonstration complexes whose surplus power amount exceeds a certain level. Microgrid operating system.
전력 사용 패턴에 따라 전력 사용 스케쥴을 생성하고, 생성된 전력 사용 스케쥴 각각에 따른 에너지 절감율을 분석하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템.
The method of claim 1, wherein the digital twin; silver
A digital twin-based convergence village-level microgrid operation system that generates a power use schedule according to the power use pattern and analyzes the energy saving rate according to each generated power use schedule.
생산공장, 관광단지, 주거단지, 레저단지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 시스템.
According to claim 1, the type of demonstration complex is
A digital twin-based convergence village-level microgrid operation system that includes a production factory, a tourist complex, a residential complex, and a leisure complex.
(A) 데이터 서버에서 실증단지 유형별 전력데이터를 수집하고, 수집된 전력데이터에서 에너지원 및 부하를 추출하고 추출된 에너지원 및 부하를 모델링하여 상기 실증단지의 디지털 트윈을 생성하는 단계;
(B) 디지털 트윈에서 유형별 실증단지의 에너지원 및 부하의 모델링 결과에 기반하여 실증단지의 발전량 및 부하량을 예측하고, 실증단지 각각에 대한 실측 데이터 기준의 실시간 모니터링 데이터를 분석하는 단계;
(C) 디지털 트윈에서 상기 실시간 모니터링 데이터의 분석 결과를 시뮬레이션 하고, 시뮬레이션 결과를 기반으로 피크부하 절감을 통한 에너지 절감율, 에너지 자립율 및 에너지 공유율을 산출하고 실시간 제어를 위한 기준 레퍼런스를 생성하는 단계; 및
(D) 디지털 트윈에서 생성된 기준 레퍼런스에 따라 실증단지를 제어하는 단계; 를 포함하고
상기 실시간 모니터링 데이터는 발전량, 부하량, 피크부하(Peak Load)를 포함하고
상기 (B)의 단계; 는
피크 부하 발생 시간대가 상이한 유형별 마을 또는 실증단지의 발전원 및 부하의 전력 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 기반 융복합형 마을단위 마이크로그리드 운영 방법.
In the digital twin-based convergence village-level microgrid operation method,
(A) collecting power data by type of demonstration complex from a data server, extracting energy sources and loads from the collected power data, and modeling the extracted energy sources and loads to create a digital twin of the demonstration complex;
(B) predicting the power generation and load of the demonstration complex based on the modeling results of the energy source and load of the demonstration complex by type in the digital twin, and analyzing real-time monitoring data based on actual measurement data for each demonstration complex;
(C) Simulating the analysis results of the real-time monitoring data in the digital twin, calculating the energy savings rate, energy independence rate, and energy sharing rate through peak load reduction based on the simulation results, and generating a standard reference for real-time control. ; and
(D) controlling the demonstration complex according to the standard reference generated from the digital twin; includes
The real-time monitoring data includes power generation, load, and peak load.
Step (B) above; Is
A digital twin-based convergence village-level microgrid operation method characterized by analyzing the power patterns of power generation sources and loads in villages or demonstration complexes of different types with different peak load generation times.
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