KR101899052B1 - Real-Time Demand Bidding method and system for Energy Management in Discrete Manufacturing Facilities - Google Patents
Real-Time Demand Bidding method and system for Energy Management in Discrete Manufacturing Facilities Download PDFInfo
- Publication number
- KR101899052B1 KR101899052B1 KR1020170030315A KR20170030315A KR101899052B1 KR 101899052 B1 KR101899052 B1 KR 101899052B1 KR 1020170030315 A KR1020170030315 A KR 1020170030315A KR 20170030315 A KR20170030315 A KR 20170030315A KR 101899052 B1 KR101899052 B1 KR 101899052B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- machine
- manufacturing system
- event
- maximum profit
- discrete manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q30/00—Commerce
- G06Q30/06—Buying, selling or leasing transactions
- G06Q30/08—Auctions
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/04—Manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Economics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Marketing (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Accounting & Taxation (AREA)
- Finance (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
본 발명은 이산 제조 시설에서 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 각 기계가 일정 시간 간격에서 독립적인 동작을 처리하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법으로서, 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 상기 이산 제조 시스템이 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 상기 이산 제조 시스템은 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하여 최적 부하 감소량으로 입찰하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 이산 제조 시스템은 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 포함한다.The present invention provides a real time demand bidding method and system for energy management in a discrete manufacturing facility. To this end, the present invention provides a real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes an independent operation at a predetermined time interval, comprising the steps of: Calculating a first optimal machine operation schedule indicating whether each machine is in operation at a first maximum profit and time interval; and when the real time demand bidding event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system Calculating a second maximum profit and a second optimal machine operation schedule; if the second maximum profit is greater than the first maximum profit, the discrete manufacturing system participates in a real-time demand bidding event and bids with an optimal load reduction amount; If the bid is approved by the utility company, The acid manufacturing system includes operating each machine with the second optimal machine operation schedule.
Description
본 발명은 이산 제조 시설에서 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. The present invention provides a real time demand bidding method and system for energy management in a discrete manufacturing facility.
수요 입찰(Demand Bidding; DB)은 스마트 그리드(Smart Grid)에서 수요 곡선을 평탄하게 하는 가장 효율적인 수요응답(Demand Response; DR) 방식이다. DR은 수요 측 소비에 변화를 유도하여 전력 생산과 소비의 불균형에 기인하는 그리드 불안정성 및 큰 전압 변동을 방지한다. DR은 인센티브 기반 DR과 가격 기반 DR로 분류될 수 있다. 인센티브 기반 DR은 전력 시스템의 피크 기간에 부하를 줄이면 소비자에게 인센티브를 제공한다. 가격 기반 DR(시간 기반 DR)은 시간에 따라 변하는 전기료에 반응하여 소비자가 에너지 사용 패턴을 변경하도록 한다. Demand Bidding (DB) is the most efficient Demand Response (DR) method to flatten the demand curve in the Smart Grid. DR induces changes in demand side consumption to prevent grid instability and large voltage fluctuations due to unbalanced power generation and consumption. DR can be classified as incentive-based DR and price-based DR. Incentive-based DR provides incentives to consumers by reducing the load on the power system's peak period. Price-based DR (time-based DR) allows consumers to change energy usage patterns in response to time-varying charges.
DR 관련 선행 연구는 대부분 주택지나 상업지역의 가격 기반 DR에 초점을 맞추어 왔다. 그러나 전 세계 전기의 42.6%는 산업체에서 소비되므로 산업 부문의 DR은 파워 그리드의 피크 수요를 줄이는데 특히 중요하다. 선행 논문은 산업 시설에서 DR 시행을 가로막는 장애요소를 언급했는데, 이 장애요소를 두 측면으로 분류했다. 첫 번째, 산업 부문에서 DR 문제를 모델링 할 때 생산 라인의 기계간 상호 의존성을 고려해야 한다. 예를 들어, 원료 공급 기계가 원료를 공급하지 않으면 기계는 동작을 시작할 수 없다. 기계간 상호의존성을 모델링 하면 주택지나 상업지역의 DR과 비교할 때 수학적 모델의 복잡성이 증가하게 된다. 두 번째, 다른 산업적 응용 중에서 산업적 프로세스와 부하의 변화가 상당히 많다. 따라서 산업용 DR를 위한 표준 모델을 설계하는 것은 어렵다. 현재 존재하는 산업용 DR은 응용이 특정화되어 있는데, 산업적 냉동 시스템, 육류 산업, 시멘트 산업, 식품 산업 등에 대해 특정화된 모델이 보고되었다. 이러한 모든 방식은 수동 DR 즉, DR 이벤트에 응답하는 수동 결정으로서 부하 감소 규칙을 최적화하고 생산 및 에너지 계획을 능동적으로 조정하거나 실시간 부하 차단을 실행할 수 있는 범위를 제한한다. Previous research on DR has focused on price-based DR in most residential and commercial areas. However, since 42.6% of the world's electricity is consumed by the industry, DR in the industrial sector is particularly important in reducing peak demand for the power grid. The preceding article cited obstacles to DR practices in industrial facilities, which were categorized into two aspects. First, when modeling the DR problem in the industrial sector, machinery interdependencies of the production line must be considered. For example, if the raw material supply machine does not supply the raw material, the machine can not start operation. Modeling machine-to-machine interdependencies increases the complexity of mathematical models when compared to DRs in residential and commercial areas. Second, among other industrial applications, there are significant changes in industrial processes and load. Therefore, it is difficult to design a standard model for industrial DR. Current industrial DRs have specific applications, and specific models have been reported for industrial refrigeration systems, meat industry, cement industry, and food industry. All of these approaches are manual DR, a manual decision to respond to DR events, to optimize load reduction rules, actively adjust production and energy planning, or limit the scope of real-time load blocking.
2013년에 정유공장의 자동 DR 방식이 하루 전 실시간 가격(DA-RTP)에 근거하여 제안되었고 여기서 프로세스의 동작 제약의 상호의존성이 고려되었다. 그러나, 생산 모델은 중간재 저장을 고려하지 않아 실제로는 현실적이지 않다. 2014년에는 처리 태스크를 스케줄 조정 불가 태스크와 스케줄 조정 가능 태스크로 분류한 자동 DR 방식이 발표되었다. 여기서 DA-RTP에 근거한 산소 생산을 예로 들어 DR 방식을 평가하였다. 한가지 제한은 수학적 모델이 연속 프로세스에 맞추어져 있고 기계의 동작 순서를 고려하지 않았다는 것이다. 또한 현재 DA-RTP의 문제점은 전기료가 한 시간 이내로 떨어진다면 다수의 소비자가 갑자기 에너지를 소비하여 수요 측의 새로운 피크로 이어진다는 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 벌칙 메커니즘을 포함하여 소비자의 비협력적 행동을 방지하는 협력적 DR 방식이 제안되었고, 이러한 방식이 산업적 냉동창고에 적용되었다. In 2013, the automatic DR method of the refinery was proposed based on the day-to-day real-time price (DA-RTP), where the interdependence of the operating constraints of the process was considered. However, the production model is not realistic because it does not consider storing intermediate goods. In 2014, an automatic DR method that classifies a processing task as a non-scheduleable task or a schedule-adjustable task has been announced. Here, the DR method was evaluated by taking oxygen production based on DA-RTP as an example. One limitation is that the mathematical model is tailored to the continuous process and does not take into account the machine's sequence of operations. The problem with current DA-RTP is that if the electricity cost falls within an hour, many consumers suddenly consume energy, leading to a new peak on the demand side. In order to overcome these problems, a cooperative DR method to prevent non - cooperative behavior of consumers including penalty mechanisms has been proposed and applied to industrial refrigeration warehouses.
현재 방식에는 3가지 제한이 있다. 첫 번째, 대부분의 연구는 연속 프로세스에 맞추어져 있고, 이산 제조를 위한 범용의 자동 DR 모델은 없다. 두 번째, 대부분의 산업 DR 방식은 하루 전(day-ahead) DR을 고려하나, 실시간 DR이 생산의 동작 제약과 예측의 불확실성 때문에 파워 그리드 균형을 유지하는데 더 잠재력이 있다. 세 번째, 가격 기반 DR에 초점을 둔 산업 DR에 대한 이전 모든 보고서는 미국 통계이지만 인센티브 기반 DR은 피크 부하의 93%를 감소시키는데 기여하나 가격 기반 DR은 7% 감소에 그친다는 것을 보여준다. 심리학이나 경제학에 근거한 종합적 모델을 사용하여 연구진은 가격 기반 DR에 대한 소비자의 반응과 인센티브 기반 DR에 대한 소비자의 반응이 상당히 다르며 인센티브 기반 DR이 소비자 행동에 더 큰 영향을 준다는 것을 확인하였다. 비교적 가격 기반 DR에 대한 많은 연구가 있었던 반면 인센티브 기반 DR에 대한 연구는 적었다. 따라서 산업적 소비자를 위한 응용을 가진 인센티브 기반 DR에 대한 폭넓은 조사가 요구된다. There are three limitations to the current approach. First, most of the studies are tailored to continuous processes, and there is no universal automatic DR model for discrete manufacturing. Second, most industrial DR schemes take day-ahead DR into account, but real-time DR has more potential to maintain power grid balance due to operational constraints in production and uncertainty in forecasts. Third, all previous reports on industry DR focusing on price-based DR are US statistics, but show that incentive-based DR contributes to 93% of the peak load, while price-based DR is only 7%. Using a comprehensive model based on psychology or economics, the researchers found that consumers 'responses to price-based DR and consumers' responses to incentive-based DR are significantly different, and incentive-based DRs have a greater impact on consumer behavior. While there have been a lot of studies on price - based DR, there have been few studies on incentive - based DR. Therefore, a broad survey of incentive-based DRs with applications for industrial consumers is required.
수요 입찰(DB: Demand Bidding)은 인센티브 기반 DR의 중요한 형태이다. 도매 및 소매 전기 시장에는 도 1과 같이 두 종류의 수요가 존재한다. Demand Bidding (DB) is an important form of incentive-based DR. There are two types of demand in the wholesale and retail electricity markets, as shown in Figure 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 독립 시스템 운영자(ISO: Independent System Operator)(40)는 도매 전기 시장에서 유틸리티 회사(10)와 발전회사(30) 간의 에너지 수요 공급을 중개한다. 도매 전기 시장에서 수요 입찰은 유틸리티 회사(10)가 에너지 확보를 위해 도매 시장에 수요 입찰을 제안하는 프로세스를 말한다. 소매 시장에서 수요 입찰은 하루 전 가격(Day-ahead price)에 근거한 인센티브 기반 DR 알고리즘을 말하며, 여기서 유틸리티 회사가 대규모 소비자(20)에게 인센티브를 제공하여 용량 축소 입찰을 제안하고 부하 감소를 실행하도록 유도한다. 이러한 두 종류의 수요 입찰은 목적과 응용 범위 측면에서 상당히 다르다. As shown in FIG. 1, an independent system operator (ISO) 40 intermediates the supply and demand of energy between the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 소비자가 실시간으로 수요 입찰 이벤트를 통지 받아 신속하게 수요 입찰에 참여할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method and system in which a power consumer can receive a demand bidding event in real time and quickly participate in a demand bidding.
본 발명의 다른 목적은 수요 입찰 이벤트에 참가한 이산 제조 시스템의 생산 이익을 최대화할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and system that can maximize the production profit of a discrete manufacturing system participating in a demand bidding event.
이를 위하여, 본 발명에 따른 실시간 수요 입찰 방법은 각 기계가 일정 시간 간격에서 독립적인 동작을 처리하는 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 수요 입찰 방법으로서, 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 상기 이산 제조 시스템이 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 상기 이산 제조 시스템은 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하는 단계와, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하여 최적 부하 감소량으로 입찰하는 단계와, 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 이산 제조 시스템은 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 포함한다. To this end, the real-time demand bidding method according to the present invention is a real-time demand bidding method for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes an independent operation at a predetermined time interval, Calculating a first optimal machine operation schedule indicating the presence or absence of an operation of each machine at a first maximum profit and time interval in the absence of the discrete manufacturing system; Wherein the system comprises: calculating a second maximum profit and a second optimal machine operation schedule for event participation; if the second maximum profit is greater than the first maximum profit, the discrete manufacturing system participates in a real- Bidding at a reduced rate, If the bid is approved from the discrete manufacturing system includes the steps of operating each machine to the second optimum machine operation schedule.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템은 일정 시간 간격마다 독립적인 동작을 처리하여 결과물을 출력하는 복수의 기계와, 각 기계로부터 원자재, 중간재 또는 최종 산출물을 저장하는 복수의 버퍼와, 상기 각 기계의 독립적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 이산 제조 시스템으로서, 상기 제어장치는 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 제1 최대 이익과 시간 간격에서 각 기계의 동작 유무를 나타내는 제1 최적 기계 동작 스케줄을 산출하고, 상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 이벤트 참가를 위해 제2 최대 이익과 제2 최적 기계 동작 스케줄을 산출하여, 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 실시간 수요 입찰 이벤트에 최적 부하 감소량으로 입찰한 후, 상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면, 상기 각 기계는 상기 제2 최적 기계 동작 스케줄에 따라 동작하는 것을 특징으로 한다. In addition, the discrete manufacturing system according to the present invention includes a plurality of machines for performing independent operations at predetermined time intervals to output a resultant, a plurality of buffers for storing raw materials, intermediate materials, or final products from each machine, A discrete manufacturing system comprising a control device for controlling independent operation, the control device being operable to determine whether the machine is operating in a first maximum profit and time interval in the absence of a real time demand bidding event from a utility company supplying power, Calculating a first optimal machine operation schedule and calculating a second maximum profit and a second optimal machine operation schedule for event participation when a real time demand bidding event is notified from the utility company, If it is bigger than profit, it bids with the optimal load reduction amount for real-time demand bidding event, And when the bidding is approved by the utility company, each of the machines operates according to the second optimal machine operation schedule.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 실시간 자동 수요 입찰 방법은 전력을 공급하는 유틸리티 회사가 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 이산 제조 시스템에 통지하는 단계와, 상기 이산 제조 시스템이 상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하는 단계와, 상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템이 수요 입찰 이벤트에 참여하는 단계를 포함한다. Also, in the real-time automatic demand bidding method for energy management of the discrete manufacturing system according to the present invention, a utility company that supplies power supplies a demand bidding event including an event time, a minimum energy reduction amount, and an incentive ratio at a time interval of 1 hour or less The discrete manufacturing system calculating the maximum profit for determining the participation of the demand bidding event in consideration of the event time, the minimum energy reduction amount and the incentive ratio; And the discrete manufacturing system participates in the demand bidding event if it is greater than the maximum profit calculated before the event.
또한, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 시스템은 1시간 이하의 시간 간격으로 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 포함한 수요 입찰 이벤트를 통지하는 유틸리티 회사와, 상기 이벤트 시간, 최소 감축 에너지량 및 인센티브 비율을 고려하여 수요 입찰 이벤트 참여를 결정하기 위한 최대 이익을 산출하고 상기 최대 이익이 수요 입찰 이벤트 전에 산출한 최대 이익보다 크면 상기 유틸리티 회사의 수요 입찰 이벤트에 참여하는 이산 제조 시스템을 포함한다. In addition, the automatic demand bidding system for energy management in the discrete manufacturing system according to the present invention includes a utility company that notifies a demand bidding event including an event time, a minimum energy reduction amount and an incentive ratio at a time interval of one hour or less, The maximum profit for determining participation in the demand bidding event is calculated in consideration of the time, the minimum energy reduction amount, and the incentive ratio, and if the maximum profit is larger than the maximum profit calculated before the demand bidding event, Manufacturing system.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 실시간 자동 수요 입찰 방법에 의해 유틸리티 회사는 예측 오류로 인한 불확실성을 방지하고 전력 공급의 안정성을 실시간으로 확보할 수 있다. As described above, according to the real-time automatic demand bidding method of the discrete manufacturing system according to the present invention, the utility company can prevent the uncertainty due to the prediction error and secure the stability of the power supply in real time.
또한, 이산 제조 시스템의 소비자는 실시간으로 에너지 사용 스케줄을 조정하면서 최대 이익이 확보될 때만 자동으로 수요 입찰을 할 수 있으므로, 이산 제조 시스템의 생산 이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다. In addition, the consumer of the discrete manufacturing system can automatically bid the demand only when the maximum profit is secured while adjusting the energy use schedule in real time, thereby maximizing the production profit of the discrete manufacturing system.
도 1은 전기 도매 시장과 소매 시장에서의 에너지 수요를 나타낸 도면.
도 2는 DA-DB에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 RT-DB에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 이산 제조 시스템의 에너지 관리를 위한 자동 수요 입찰 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 사례 연구로서 제시한 리튬-이온 배터리 모듈의 구성을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 사례 연구로서 제시한 리튬-이온 배터리 모듈의 조립 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 8은 RT-DB 이벤트가 없는 경우 기계 동작 스케줄을 나타낸 도면.
도 9는 RT-DB 이벤트가 없는 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.
도 10은 RT-DB 이벤트가 있는 경우 기계 동작 스케줄을 나타낸 도면.
도 11은 RT-DB 이벤트의 인센티브 비율이 0.54$/kWh인 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.
도 12는 RT-DB 이벤트의 인센티브 비율이 0.45$/kWh인 경우 전기 가격과 에너지 소비량을 나타낸 그래프.
도 13은 인센티브 비율에 따른 이익을 나타낸 그래프.
도 14는 인센티브 비율에 따른 부하 감소를 나타낸 그래프.
도 15는 인센티브 비율에 따른 생산량을 나타낸 그래프.
도 16은 본 발명에 따른 이산 제조 시스템에서 기계의 전력 소비 패턴을 나타낸 도면.Fig. 1 shows the energy demand in the electric wholesale market and the retail market. Fig.
FIG. 2 is a diagram showing an interaction between a utility company and a consumer in a DA-DB; FIG.
3 is a diagram illustrating interaction between a utility company and a consumer in an RT-DB according to the present invention.
4 is a view showing a configuration of a discrete manufacturing system according to the present invention.
5 is a flowchart showing an automatic demand bidding process for energy management in a discrete manufacturing system according to the present invention.
6 is a view showing a configuration of a lithium-ion battery module presented as a case study of the present invention.
7 is a view showing a configuration of an assembling system of a lithium-ion battery module as a case study of the present invention.
8 is a diagram illustrating a machine operation schedule in the absence of an RT-DB event;
FIG. 9 is a graph showing electricity price and energy consumption in the absence of an RT-DB event.
10 is a diagram showing a machine operation schedule in the presence of an RT-DB event;
11 is a graph showing the electricity price and energy consumption when the incentive rate of the RT-DB event is 0.54 $ / kWh.
12 is a graph showing the electricity price and energy consumption when the incentive rate of the RT-DB event is 0.45 $ / kWh.
FIG. 13 is a graph showing profit according to an incentive ratio; FIG.
14 is a graph showing the load reduction according to the incentive ratio.
15 is a graph showing the production amount according to the incentive ratio.
16 is a diagram showing a power consumption pattern of a machine in a discrete manufacturing system according to the present invention.
본 발명은 소매 시장에서 인센티브 기반 DR을 의미하는 DB 프로그램을 제안한다. 본 발명에 따른 DB 프로그램은 인센티브 기반 DR이므로 가격 기반 DR과 다르다. 인센티브 기반 DR은 보상 기반 프로그램이나 가격 기반 DR은 벌칙 기반 프로그램일 수 있다. 보상 기반 프로그램은 부하 감소로 인해 비용이 줄고 보상을 제공할 수 있어서 특히 산업적 소비자에게 더 매력적이다. 최근 DA-DB가 PG&E와 서던 캘리포니아 에디슨에서 출시되었으나 인센티브 기반 DR을 실행하기 위한 DB는 비교적 새로운 것이라서 DB에 대해서는 거의 보고된 것이 없다. DA-DB 관련 보고는 호텔 에너지 관리와 주택지 에너지 관리에 초점을 맞추고 있다. The present invention proposes a DB program which means incentive-based DR in the retail market. Since the DB program according to the present invention is an incentive-based DR, it differs from the price-based DR. Incentive-based DR can be a compensation-based program or price-based DR can be a penalty-based program. Compensation-based programs are more attractive to industrial consumers, especially because they can reduce costs and provide compensation because of reduced load. Recently, DA-DB was released at PG & E and Southern California Edison, but the DB for implementing incentive-based DR is relatively new and little has been reported for DB. DA-DB related reports focus on hotel energy management and residential energy management.
본 발명은 실시간 DB(RT-DB) 프로그램을 개시한다. 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램은 하루 전 통지에 사용된 시간을 10분으로 줄여 통지한다. 이에 따라 예측 오류로 인한 불확실성을 방지하여 수요 측 에너지 소비 관리와 그리드 안정성에 있어서 실시간 운영이 가능하게 된다. 유틸리티 회사는 피크 부하나 그리드 비상사태 시에 RT-DB를 발표하고 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참여할지 이익 극대화를 위해 어느 정도의 부하 감축 입찰을 할지를 결정한다. 유틸리티 회사가 입찰을 승인하면 산업적 소비자는 그들의 생산 및 에너지 계획을 조정하여 부하를 감축한다. The present invention discloses a real-time DB (RT-DB) program. The RT-DB program according to the present invention notifies the time spent in the day before notification to 10 minutes. This prevents uncertainty due to forecast errors and enables real-time operation of demand side energy consumption management and grid stability. Utility companies will announce RT-DBs in peak and grid outages and industrial consumers will decide whether to participate in RT-DB events or how much to reduce their bids to maximize profits. When a utility company approves a bid, industrial consumers adjust their production and energy plans to reduce the load.
본 발명에 따른 자동 RT-DB는 최적 부하 감축 입찰 결정과 생산 및 에너지 계획의 능동적 조정을 수행할 수 있도록 설계된다. 본 발명에 따른 자동 RT-DB는 일반적 이산 제조 생산 모델에 근거하여 개발되었다. 에너지 비용을 최소화하는 동시에 생산자 이익을 극대화하기 위한 최적화 문제가 공식화된다. 최적화 문제는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제로 변형되어, MILP 문제를 풀게 되면 자동 RT-DB 알고리즘이 생산 및 에너지 계획을 조정하여 최적 입찰을 결정할 수 있다. 알고리즘 성능은 리튬 이온 배터리 모듈 제조공장을 예로 들어 평가한다. 시뮬레이션 결과는 자동 RT-DB 알고리즘이 RT-DB 이벤트 동안 부하를 효과적으로 감소시키는 한편 제조사의 이익을 극대화시키는 것을 보여준다. The automatic RT-DB according to the present invention is designed to perform optimal load reduction bidding decision and active adjustment of production and energy planning. The automatic RT-DB according to the present invention was developed based on a general discrete manufacturing production model. Optimization problems are formulated to maximize producer profit while minimizing energy costs. The optimization problem is transformed into the MILP (Mixed Integer Linear Programming) problem, and when the MILP problem is solved, the automatic RT-DB algorithm can adjust the production and energy planning to determine the optimal bid. Algorithm performance is evaluated using a lithium ion battery module manufacturing plant as an example. The simulation results show that the automatic RT-DB algorithm effectively reduces the load during RT-DB events while maximizing the benefit of the manufacturer.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 현재의 DA-DB 프로그램을 소개하고 어떻게 RT-DB 프로그램으로 확대될 수 있는지 설명한다. 일반적으로 DA-DB 프로그램은 피크 부하 기간 동안 부하 감축의 대가로 인센티브를 받을 수 있는 기회를 제공하는 자발적 DR 방식이다. First, introduce the current DA-DB program and explain how it can be extended to RT-DB program. In general, the DA-DB program is a voluntary DR scheme that provides the opportunity to receive incentives in return for load reductions during peak load periods.
도 2는 유틸리티 회사(Utility Company)와 대규모 소비자 간의 상호 작용을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the interaction between a utility company and a large consumer.
도 2를 참조하면, 특정 회사를 예를 들어 유틸리티 회사(10)가 전날 12시 정오에 다음 조건 중 적어도 하나를 만족하면 소비자(20)에게 DA-DB 이벤트를 공지한다. 2, if the
(1) 다음 날의 발전 자원이 충분하지 않다고 예상되는 경우(1) If the next day's development resources are not expected to be sufficient
(2) 다음 날에 송전 또는 배분 신뢰성 문제가 발생될 경우 (2) If transmission or distribution reliability problems arise on the next day
(3) 시스템 운영자의 다음 날 예측 부하가 43,000MW를 초과할 경우 (3) If the system operator's predicted load exceeds 43,000MW the next day
(4) 시스템 운영자가 경고 통지를 발행하거나 다음 날 경고 또는 높은 레벨의 통지를 발행할 것으로 예상될 경우 (4) If the system operator is expected to issue a warning notice or issue a warning or high level notice the next day
(5) 다음 날의 예보 온도가 일정 값을 초과하는 경우 (5) If the predicted temperature of the next day exceeds a certain value
DA-DB 이벤트 통지는 DA-DB 이벤트 기간(예를 들어, 오후 4-6시), 참가 시 요구되는 최소 부하 감축(예를 들어, 매시간 10kW 감축), 인센티브 비율(예를 들어, 시간당 1kW 부하 감축 시 0.5달러) 등 3개의 요소를 포함한다. The DA-DB event notification may include a DA-DB event duration (e.g., 4-6 pm), a minimum load reduction required at entry (e.g., 10 kW reduction every hour), an incentive rate And $ 0.5 when reduced).
DA-DB 이벤트 공지 이후, 소비자는 DA-DB 프로그램에 참가할 지 그리고 유틸리티 회사에 얼마큼의 부하 감축 입찰을 할지를 결정한다. 입찰은 12:00에서 오후 4:00 동안 할 수 있다. 소비자가 오후 5시 이후 입찰 승인 또는 거절을 수신한다. 다음 날, 그리드의 예상 조건이 만족되고 그리드의 안정성에 문제가 발생하게 되면, 유틸리티 회사는 입찰 등록된 소비자를 호출하여 부하 감축 입찰 계약에 따라 부하를 감소시킬 것을 요구한다. 소비자는 실제 부하 감축에 다른 보상액을 수신할 것이다. 그러나 부하 감축에 실패하면 비용적 벌칙은 없다. 시간 t에서 부하 감축은 수학식 1과 같이 주어진다. After the DA-DB event notification, the consumer decides whether to participate in the DA-DB program and how much to reduce the utility bids for utility companies. Bidding can be done from 12:00 to 4:00 pm. The consumer receives a bid approval or rejection after 5 pm. The next day, when the expected conditions of the grid are met and there is a problem with the stability of the grid, the utility company calls the bidding registered consumer to reduce the load according to the load reduction bidding contract. The consumer will receive another amount of compensation for the actual load reduction. However, there is no cost penalty if the load reduction fails. At time t , the load reduction is given by Equation (1).
여기서, CB(t)는 소비자 기본값으로 지난 10일간 대응하는 시간 동안의 평균 에너지 소비량이다. E(t)는 실제 에너지 소비량이다. Where CB (t) is the average energy consumption over the last 10 days corresponding to the consumer default. E (t) is the actual energy consumption.
시간 t 동안 소비자 보상은 수학식 2와 같이 주어진다. Consumer compensation during time t is given by Equation (2).
여기서 I(t)는 인센티브 비율이다. Where I (t) is the incentive rate.
DA-DB 프로그램의 명백한 제한 중의 하나는 그 효율성이 그리드 예측 기술에 달려 있다는 것이다. 예측이 빗나간 부하 피크나 그리드 비상사태가 발생하면, DA-DB 이벤트를 생성하는데 너무 늦어 버린다. 이러한 제한을 극복하고 거의 실시간(즉, 10-15분)으로 DB 프로그램을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램을 제안한다. One of the obvious limitations of the DA-DB program is that its efficiency depends on the grid prediction technique. If a missed load peak or grid emergency occurs, it will be too late to generate a DA-DB event. To overcome these limitations and realize a DB program in near real time (i.e., 10-15 minutes), an RT-DB program according to the present invention is proposed.
도 3은 본 발명에 따른 RT-DB 프로그램에서 유틸리티 회사와 소비자 간의 상호작용을 나타낸 것이다. FIG. 3 shows the interaction between a utility company and a consumer in an RT-DB program according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 RT-DB는 공지 시간과 결정 시간을 10분으로 줄일 수 있다. Referring to FIG. 3, the RT-DB according to the present invention can reduce the known time and the determination time to 10 minutes.
10분이란 시간은 실시간 통신능력과 자동 제어 시스템 그리고 본 발명에 따른 자동 RT-DB 알고리즘을 이용함으로써 산업적 소비자가 RT-DB 프로그램에 응답하여 최적의 부하 감축 입찰을 결정하는데 충분하다. 또한, 본 발명에 따른 RT-DB 알고리즘은 약간의 변형을 통해 종래 DA-DB에도 적용될 수 있다. The time of 10 minutes is sufficient for the industrial consumer to determine the optimal load reduction bidding in response to the RT-DB program by using the real time communication capability, the automatic control system and the automatic RT-DB algorithm according to the present invention. Also, the RT-DB algorithm according to the present invention can be applied to a conventional DA-DB through a slight modification.
이산 제조 시스템 모델Discrete Manufacturing System Model
본 발명에 따르면 이산 제조 조립 시설에 적용할 수학적 모델을 구성한다. 조립 라인은 처리(processing) 및 파트 결합(parts merging)을 포함하는 생산 시스템이다. The present invention constitutes a mathematical model to be applied to a discrete fabrication facility. The assembly line is a production system that includes processing and parts merging.
도 4는 실제 제조 환경에서 사용되는 이산 제조 조립 시스템의 구조를 나타낸 것이다. Figure 4 shows the structure of a discrete manufacturing assembly system used in an actual manufacturing environment.
도 4를 참조하면, m ij 는 기계이고, i는 i번째 직렬 생산 라인 가지(branch)이다. j는 j번째 직렬 생산 라인 가지에서 j번째 기계를 나타낸다. 기계 m ij, i>0는 구성요소 기계이다. 기계 m 01 는 조립 기계이다. 기계 m ij , i=0; j>1 는 조립 제품을 위한 추가 처리 기계이다. B ij 는 기계 m ij 가 제공하는 중간 생산물을 저장하는 버퍼이다. 4, m ij is a machine and i is an i th serial production line branch. j represents the jth machine in the jth serial production line branch. The machine m ij, i> 0 is a component machine. Machine m 01 is an assembly machine. Machine m ij , i = 0; j> 1 is an additional processing machine for assembled products. B ij is a buffer that stores the intermediate product provided by the machine m ij .
이러한 이산 제조 조립 시스템에서, 각 기계 m ij 는 시간 축에서 스케줄 조정(즉, 온 또는 오프)이 가능하다. 여기서, 시간 축은 동일한 동작 시간 간격으로 나뉘어진다. 기계의 두 연속 동작 사이에서, 시간 간격의 길이는 T S 이다. 시간 간격의 길이는 응용마다 특정된다. 다른 산업적 응용에 대해 시간 간격의 길이는 10분, 15분, 60분 등이 될 수 있다. 본 발명에서는 T S =10분인 것으로 한다. 시간 간격이 너무 짧으면 어떤 기계는 동작 처리를 완료하지 못할 수 있다. 그러나 시간 간격이 너무 길면, 실시간으로 에너지 사용 스케줄을 조절할 수 없게 되므로 RT-DB 이벤트에 응답하는데 실패할 수 있다. 스케줄 직선 축에서 시간 간격의 총 개수는 S로 표기한다. 24시간 스케줄 직선 축에서 T S =10분인 경우, S는 수학식 3과 같다. In this discrete manufacturing assembly system, each machine m ij can be scheduled (i.e., on or off) on the time axis. Here, the time axes are divided into the same operation time intervals. Between two successive operations of the machine, the length of the time interval T S. The length of the time interval is specified for each application. For other industrial applications, the length of the time interval can be 10 minutes, 15 minutes, 60 minutes, and so on. In the present invention, T S = 10 minutes. If the time interval is too short, some machines may not complete the operation processing. However, if the time interval is too long, it may fail to respond to the RT-DB event because the energy usage schedule can not be adjusted in real time. The total number of time intervals on the schedule linear axis is denoted by S. In the case of T s = 10 minutes in the 24-hour schedule linear axis, S is expressed by Equation (3).
다음, 조립 시스템 모델을 설명한다. 조립 시스템 모델은 두 개의 모델, 즉 생산 모델 및 에너지 모델을 고려한다. Next, the assembly system model will be described. The assembly system model considers two models, the production model and the energy model.
A. 생산 모델A. Production model
기계machine
i) 각 기계 m ij 는 한 파트를 처리하데 드는 고정 시간을 가지며 이를 사이클 시간 CT ij 라고 한다. i) Each machine m ij has a fixed time to process one part and is called the cycle time CT ij .
ii) 이산 제조에서, 각 기계는 최고 효율성을 고려하여 임펄스 모드(impulse mode)로 동작한다. 즉, 필요할 때는 100%로 동작하고, 필요하지 않을 때는 0% 동작하지 않는다. t번째 시간 간격에서 기계 m ij 의 결정 변수 x ij (t)에 의해 수학식 4로 표현될 수 있다. ii) In discrete manufacturing, each machine operates in an impulse mode taking maximum efficiency into account. That is, it operates at 100% when needed and 0% when it is not needed. can be expressed by the following equation (4 ) by the decision variable x ij (t) of the machine m ij at the tth time interval.
버퍼buffer
각 버퍼 B ij 는 용량 CAP ij 을 가진다. Each buffer B ij has a capacity CAP ij .
고갈 규칙(Starvation Rule)Starvation Rule
i) 버퍼 B ij , i= 0,...,S ; j= 1,...,M i -1가 비어 있으면, 기계 m i ( j +1)는 고갈된다. i) Buffer B ij , i = 0, ..., S ; If j = 1, ..., M i -1 is empty, the machine m i ( j +1) is exhausted.
ii) 기계 m i1 , i=1,..., S는 고갈되지 않는다.ii) The machines m i1 , i = 1, ..., S are not exhausted.
iii) 버퍼 B iM , i=1,...,S의 적어도 하나가 비어 있으면 조립 기계 m 01는 고갈된다. iii) If at least one of the buffers B iM , i = 1, ..., S is empty, then the assembly machine m 01 is depleted.
iv) 고갈된 기계는 처리 동작을 중단하고 에너지 절약을 위한 저 전력 상태로 들어간다. iv) The depleted machine stops processing operations and enters a low-power state for energy conservation.
차단 규칙(Blockage Rule)Blocking Rule
i) 버퍼 B ij , i=0,...,S; j=1,...,M i 가 가득 차면, 기계 m ij 는 동작 차단된다. i) Buffer B ij , i = 0, ..., S; j = 1, ..., M i Is full, the machine m ij is shut off.
ii) 차단된 기계는 동작 처리를 중단하고 버퍼의 넘침(overflow)을 막기 위해 저 전력 상태로 들어간다. ii) The blocked machine enters the low power state to stop the operation processing and prevent buffer overflow.
B. 생산 모델 제약조건 B. Production Model Constraints
주어진 시간 간격 동안, 기계 m ij 는 수학식 5와 같이 여러 파트의 양 n ij 을 처리한다. During a given time interval, the machine m ij processes the quantities n ij of the various parts as shown in equation (5).
시간 간격 t의 마지막에 버퍼 저장은 수학식 6 내지 8과 같이 주어진다. The buffer storage at the end of the time interval t is given by Equations (6) to (8).
여기서, α ij 는 버퍼 B ij 뒤의 기계가 하나의 파트를 생산하는데 필요한 파트 개수를 나타내는 계수이다. Here, α ij is the buffer B ij It is a factor that indicates the number of parts required for the machine behind to produce one part.
고갈 규칙(Starvation Rule)Starvation Rule
시간 간격 t 동안, 버퍼는 수학식 9를 만족하며, 여기서 N 0 은 0을 포함하는 자연수 집합이다. During the time period t, the buffer satisfies the equation (9), where N 0 is a natural number set including zero.
또한, 시간 간격 (t-1)의 마지막에 B ij (t-1)가 비어 있고 기계 m i(j+1) 에 재료를 공급할 수 없으면 기계 m i(j+1) 는 시간 간격 t 동안 고갈될 것이다. 즉, 이다. 이 규칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. A time interval is empty and the last B ij (t -1) If supplying the material to the machine m i (j + 1) machine m i (j + 1) of the (t -1) is exhausted during the time interval t Will be. In other words, to be. This rule can be expressed as:
이것은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. This can be expressed by Equation (10).
이면 이다. 이면 수학식 9로부터 이다. 이면 수학식 10으로부터 이다. 이로부터 수학식 4의 에 근거하여 값을 결정할 수 있다. If to be. From equation (9) to be. From equation (10) to be. From this, On the basis of Value can be determined.
시간 간격 (t-1)의 마지막에, 가 비어 있고 조립 기계 m 01 에 재료를 제공할 수 없으면, 조립 기계 m 01 는 시간 간격 t 동안 고갈될 것이다. 즉, 이다. 이 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. At the end of the time interval ( t- 1) If there is blank and to provide the material to the assembly machine 01 m, 01 m assembly machine will run out during a time period t. In other words, to be. This rule can be expressed as:
이것은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다. This can be expressed by Equation (11).
차단 규칙(Blockage Rule)Blocking Rule
시간 간격 t 동안 버퍼는 수학식 12와 같은 조건이다. During the time interval t , the buffer has the same condition as in equation (12).
시간 간격 (t-1)의 마지막에, 가 가득 차면 기계 m ij 는 동작 차단된다. 즉, 이다. 이 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. At the end of the time interval ( t- 1) The machine m ij is shut off. In other words, to be. This rule can be expressed as:
이것은 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다. This can be expressed by Equation (13).
C. 에너지 모델C. Energy model
이산 제조 시설에서 전형적인 기계의 전력 소비 패턴은 도 16과 같다. A typical power consumption pattern of a machine in a discrete manufacturing facility is shown in FIG.
도 16은 기계의 전형적인 전력 소비 패턴을 보여준다. 처음에 기계가 동작을 시작하여(①) 저 전력 상태로 들어간다(②). 첫 번째 시간 동안 기계가 가공재료를 처리하도록 스케줄이 되어 있다면 동작이 상승하여(③) 동작 상태로 들어간다(④). 이러한 동작 상태에서, 기계는 가공재료를 반복 처리한다. 가공재료를 처리하기 위한 평균 시간을 사이클 시간이라고 한다. 두 번째 시간 동안 기계는 가공재료를 처리하도록 스케줄이 되어 있지 않다면 동작이 하강하여(⑤) 저전력 상태로 들어간다(②). 본 발명에서 첫 번째 시간을 "기계 온"이라고 하고, 두 번째 시간을 "기계 오프"라고 한다. "기계 온" 시간 간격 동안, 기계의 전체 전기 소비는 Eon으로 측정될 수 있다. "기계 오프" 시간 간격 동안, 기계의 전체 소비는 Eoff으로 측정될 수 있다. 도 16의 오른쪽 부분은 균등한 전력 소비를 나타낸 것으로, 왼쪽의 회색 부분과 동일하다. Figure 16 shows a typical power consumption pattern of a machine. Initially, the machine starts operating (1) and enters a low-power state (2). If the machine is scheduled to process the machining material during the first time, the operation will rise (③) and enter the operating state (④). In this operating state, the machine repeats the processing material. The average time for processing the material to be processed is called the cycle time. During the second time, if the machine is not scheduled to process the processing material, the operation will fall (⑤) and enter the low power state (②). In the present invention, the first time is referred to as "machine ON" and the second time is referred to as "machine OFF". During the "machine on" time interval, the total electrical consumption of the machine can be measured as Eon . During the "machine off" time interval, the total consumption of the machine can be measured as Eoff . The right part of FIG. 16 shows the equivalent power consumption, which is the same as the gray part on the left.
기계 m ij 가 시간 간격 t 동안 "온" 스케줄이면, 기계 m ij 의 시간 간격 당 전기 소비는 Eon ij 이다. 만약 기계 m ij 가 시간 간격 t 동안 "오프" 스케줄이면, 저 전력 상태로 들어가 기본 기능만을 유지하게 되고 이때 기계 m ij 의 시간 간격당 전기 소비는 Eoff ij 이다. 시간 간격 t 동안 기계 m ij 의 에너지 소비는 이다. 이 공식에서 (기계 m ij "온")이면 Eon ij 이 되고, (기계 m ij "오프")이면 Eoff ij 가 된다. If the machine m ij is an " on " schedule for a time interval t , The electrical consumption per time interval of the machine m ij is Eon ij . If the machine m ij is the " off " schedule for the time interval t , It enters the low power state and maintains only the basic function, where the electrical consumption per time interval of the machine m ij is Eoff ij . The energy consumption of machine m ij over time interval t is to be. In this formula (Machine m ij " on "), Eon ij , (Machine m ij " off "), it becomes Eoff ij .
시간 간격 t 동안 생산라인의 모든 기계의 전체 에너지 소비는 이다. 시간 간격 t 동안 생산라인의 총 전기 비용은 이다. 여기서 p(t)는 시간 간격 t 동안 전기 값이다. 스케줄 직선 축(T)에서 총 전기 비용은 이다.During the time interval t , the total energy consumption of all machines in the production line is to be. The total electricity cost of the production line during the time interval t to be. Where p (t) is an electrical value during the time interval t . The total electricity cost on the schedule linear axis (T) to be.
D. 에너지 모델 제약조건 D. Energy Model Constraints
시간 간격 t 동안 공장에서 소비하는 총 에너지는 한계 E max 이하로 유지된다. 즉, 수학식 14와 같다. The total energy consumed by the plant during the time interval t is kept below the limit E max . That is,
여기서, E max > 0 는 지역의 송전 라인의 제한에 의해 결정된다. Where E max > 0 is determined by the limit of the transmission line in the area.
최적화 문제 및 RT-DB 알고리즘Optimization problems and RT-DB algorithms
A. 최적화 문제의 공식화A. Formulation of optimization problem
미시경제학 이론은 원자재 소비자와 마찬가지로 전기 소비자는 끌어낼 수 있는 이익이 이를 위해 추가적으로 드는 비용과 동일하게 되는 지점까지 수요를 증가시킨다. 예를 들어, 생산자는 생산에 드는 전기 비용으로 인해 판매 수익이 나지 않는다고 하면 제품을 생산하지 않을 것이다. 즉, 공장은 이익이 극대화되는 방향으로 생산을 할지 말아야 할지 그리고 언제 어떻게 생산할지를 결정할 것이다. 여기서 사용되는 공장의 최적화 목적은 이익을 극대화하는 것이다. The microeconomic theory, like commodity consumers, increases demand to the point where electricity consumers are equal to the additional costs that they can derive. For example, a producer would not produce a product if it does not generate sales revenue because of the electricity cost of production. In other words, the factory will decide whether to produce in the direction of maximizing profits and when and how to produce it. The optimization objective used here is to maximize profits.
이익은 총 수입에서 비용을 뺀 것이다. 공장이 n개의 출력 단위를 생산하고 m개의 입력 단위를 사용한다고 가정한다. 출력제품의 값이 이고 입력 비용이 이라고 하면, 회사가 얻는 이익 π은 수학식 15와 같다. Profit is the total income minus costs. The factory has n output units And m input units . The value of the output product And input costs , The profit π obtained by the company is expressed by Equation (15).
여기서, 는 출력제품의 총 수입이고, 는 총 입력 비용이다. 생산 출력물의 가격은 시장 가격으로 책정된다. 입력 비용은 원자재, 에너지 및 인건비를 포함하여 생산과 관련된 모든 비용을 포함한다. here, Is the total revenue of the output product, Is the total input cost. The prices of production output are set at market prices. Input costs include all costs associated with production, including raw materials, energy and labor costs.
공장이 RT-DB 프로그램에 참여한다고 가정한다. RT-DB 이벤트가 없다면 최적화 목적 함수는 수학식 16과 같다. It is assumed that the factory participates in the RT-DB program. If there is no RT-DB event, the optimization objective function is as shown in equation (16).
첫 번째 항은 수입액이고, 두 번째 항은 전기비용을 제외한 입력 비용이고, 세 번째 항은 전기 비용이다. The first term is the import amount, the second term is the input cost excluding the electricity cost, and the third term is the electricity cost.
이러한 최적화 문제는 수학식 4 내지 14의 제약을 따른다. 이러한 제약들과 수학식 16의 최적화 목적 함수는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제를 만든다. MILP 해법을 통해, 결정 변수 를 이용하여 목적(즉, 이익)이 최대화될 수 있다. This optimization problem follows the constraints of equations (4) to (14). These constraints and the optimization objective function of equation (16) create a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem. Through the MILP solution, the decision variable Can be used to maximize the purpose (i. E., Profit).
RT-DB 이벤트가 발생하고 공장이 RT-DB 이벤트에 참여하면, 최적화 목적 함수는 수학식 17과 같이 된다. When an RT-DB event occurs and the factory participates in the RT-DB event, the optimization objective function is as shown in equation (17).
첫 번째 내지 세 번째 항은 수학식 16과 동일하고, 네 번째 항은 RT-DB 이벤트의 인센티브를 나타낸다. 여기서, 는 RT-DB 이벤트 T' 동안의 부하 감소이고, 는 기본 부하이고, 는 RT-DB 이벤트 동안 스케줄 조정되는 에너지 소비이다. The first through third terms are the same as in
RT-DB 이벤트는 또한 최소 부하 감소 LR min 를 특정하기 때문에, 제약은 수학식 4 내지 14와 같지 않고 수학식 18과 같다. Since the RT-DB event also specifies the minimum load reduction LR min , the constraint is not equal to
수학식 4 내지 14, 18의 제약과 수학식 17의 최적화 목적 함수는 MILP(Mixed Integer Linear Programming) 문제를 만든다. MILP 해법을 통해, RT-DB 이벤트 동안 결정 변수 와 입찰할 부하 감소 를 변경함으로써 이익이 최대화되도록 최적화 목적 함수를 최적화한다. The constraints of equations (4) through (14) and (18) and the optimization objective function of (17) produce a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem. Through the MILP solution, the decision variable during the RT-DB event Reduce the burden to bid with To optimize the optimization objective function to maximize profits.
B. 자동 RT-DB 알고리즘B. Automatic RT-DB Algorithm
상술한 수학적 모델에 근거하여, 본 발명은 도 5와 같은 자동 RT-DB 알고리즘을 제안한다. 본 발명에 따른 알고리즘은 제조 동작 관리 시스템(MOMS)을 사용하여 구현되었으며, 산업적 소비자가 RT-DB 이벤트에 참여할지를 결정하고 유틸리티 회사에 최적의 감축 용량 입찰과 생산 및 에너지 계획에 대한 조정을 제출할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 알고리즘은 산업적 소비자가 RT-DB 이벤트에 응답하여 유틸리티 회사와 지능적으로 상호 작용할 뿐만 아니라 이익을 최대화하는 기계의 최적 동작 스케줄을 능동적으로 생성할 수 있도록 한다. Based on the above mathematical model, the present invention proposes an automatic RT-DB algorithm as shown in Fig. The algorithm according to the present invention was implemented using a Manufacturing Operations Management System (MOMS), which allows an industrial consumer to determine whether to participate in RT-DB events and to submit utilities optimal tuning capacity bids and adjustments to production and energy plans. . The algorithm in accordance with the present invention enables an industrial consumer to actively generate an optimal operation schedule of a machine that intelligently interacts with utility companies in response to RT-DB events as well as maximizing profits.
상술한 도 3은 RT-DB 이벤트에서 유틸리티 회사(10)와 소비자(20) 간의 상호 작용을 나타내고 있는데, 도 5에 도시된 자동 RT-DB 알고리즘을 설명할 때 도 3의 소비자(20)는 이산 제조 시스템이 된다. 또한 구체적으로 RT-DB 알고리즘을 실행하여 RT-DB 이벤트를 처리하는 주체는 유틸리티 회사(10)와 이산 제조 시스템의 제어장치, 컴퓨터나 하드웨어 장치가 될 수 있으나 설명의 편의상 유틸리티 회사(10)와 이산 제조 시스템으로 한다. 3 illustrates the interaction between the
도 5에서, 하루가 시작되면 이산 제조 시스템은 RT-DB 이벤트가 없는 상태에서 MILP 문제(수학식 4-14, 16)를 풀어, 가장 큰 목적 함수 값 π1(최대 이익)과 결정 변수 집합 S1(24시간 최적 기계 동작 스케줄)을 구한다(S10). In FIG. 5, when the day begins discrete manufacturing system RT-DB offers a MILP problem in the absence of Eq. (4-14, 16) released, the biggest objective function value of π 1 (maximum profit) and the set of decision variables S 1 (24-hour optimum machine operation schedule) (S10).
이산 제조 시스템은 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되는지 확인하여(S12), 만약 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되면 이산 제조 시스템은 MILP 문제(수학식 4-14, 17-18)를 풀어, 가장 큰 목적 함수 값 π2(최대 이익), 결정 변수 집합 S2, 최적 부하 감소량 LR을 구한다(S14). The discrete manufacturing system checks whether the RT-DB event is notified from the utility company (S12). If the RT-DB event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system solves the MILP problem (Equations 4-14, 17-18) , The largest objective function value π 2 (maximum profit), the set of decision variables S 2 , and the optimal load reduction amount LR (S14).
다음 이산 제조 시스템은 RT-DB 이벤트 참가를 위해 구한 최대 이익 π2과 RT-DB 이벤트가 없는 상태에서 구한 최대 이익 π1을 비교하여(S16), 만약 π2가 π1보다 크면 RT-DB 이벤트에 참가하고 최적 부하 감소량 LR을 제출하여 유틸리티 회사에 입찰한다(S18).The next discrete manufacturing system compares the maximum profit π 2 obtained for the RT-DB event participation and the maximum profit π 1 obtained without the RT-DB event (S 16). If π 2 is larger than π 1 , the RT- And submits the optimal load reduction amount LR and bids the utility company (S18).
이산 제조 시스템은 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되었는지 확인하여(S20), 입찰이 승인되면 결정 변수 집합 S2 (최적 기계 동작 스케줄)에 따라 생산 시스템이 동작되도록 한다(S22). Discrete manufacturing system when the confirmation that the bid has been approved by the utility company (S20), the bid is approved, so that the production system operating in accordance with the determined set of variables S 2 (optimum machine operation schedule) (S22).
만약 유틸리티 회사로부터 RT-DB 이벤트가 통지되지 않았거나, π2이 π1보다 작거나, 입찰이 승인되지 않으면 이산 제조 시스템은 결정 변수 집합 S1(최적 기계 동작 스케줄)에 따라 생산 시스템이 동작되도록 한다(S24). If the RT-DB event is not notified by the utilities company, or if π 2 is less than π 1 , or if the bid is not approved, the discrete manufacturing system is set to operate the production system according to the decision variable set S 1 (S24).
다음, 이산 제조 시스템은 하루가 끝났는지 확인하여(S26), 하루가 끝났으면 RT-DB 알고리즘을 종료하고, 아직 하루가 끝나지 않았으면 일정 시간(10분)마다 RT-DB 이벤트의 통지를 확인한다. Next, the discrete manufacturing system checks whether the day is over (S26). If the day is over, the RT-DB algorithm is terminated. If the day is not over yet, the discrete manufacturing system checks the RT-DB event notification every fixed time (10 minutes) .
시뮬레이션simulation
본 발명은 대용량 리튬-이온 제조 공장을 상정하여 RT-DB 이벤트에 참여하는 이산 제조 시스템을 위한 모델링을 제시한다. The present invention proposes modeling for a discrete manufacturing system participating in an RT-DB event assuming a large capacity lithium-ion manufacturing plant.
A. 사례 연구: 리튬-이온 배터리 제조 A. Case Study: Lithium-Ion Battery Manufacturing
대용량 리튬-이온 배터리 제조는 전형적인 이산 제조의 한 예로서, 조립, 주입, 형성, 등급 평가 등 4가지 제조 과정을 가진다. The manufacture of large capacity lithium-ion batteries is an example of typical discrete manufacturing and has four manufacturing processes, including assembly, injection, formation, and rating.
조립: 배터리 모듈은 도 6과 같이, 복수의 배터리 셀(A), 보조 구성요소 즉, 중간 프레임(B), 냉각 핀(fin)(C), 압축 폼(foam)(D), 프레임(E)으로 구성된 계층적 구조를 가진다. 이러한 구성요소는 연속적인 동작을 통해 배터리 모듈 안으로 조립 및 결합된다. 6, the battery module includes a plurality of battery cells A, auxiliary components, namely, an intermediate frame B, a cooling fin C, a foam D, a frame E ). These components are assembled and coupled into the battery module through continuous operation.
주입: 셀은 전해질로 채워지고 봉인된다. Injection: The cell is filled with electrolyte and sealed.
형성: 셀은 적어도 한번 정밀 제어된 충전 또는 방전을 통해 순환되면서 동작 물질을 활성화시키고 사용 가능한 형태로 변형시킨다. Formation: The cell is cycled through at least once precisely controlled charge or discharge to activate the working material and transform it into a usable form.
등급 평가: 방전, 저항 및 용량 측정에 근거하여 성능에 따라 배터리 모듈에 대한 등급이 평가된다.Rating: The rating for the battery module is evaluated according to performance based on discharge, resistance and capacity measurements.
이러한 공정은 10개의 태스크로 분류될 수 있으며, 각 태스크에 대해 표 1과 같이 적절한 장비가 할당된다. This process can be classified into 10 tasks, and appropriate equipment is assigned to each task as shown in Table 1.
도 7은 각 기계의 전력, 사이클 시간, 버퍼 용량과 함께 배터리 모듈 조립 시스템의 배치구조를 나타낸다. 저 전력 상태에서 각 기계의 전력은 0.5W이다. 일부 기계는 프로세스의 일부 파트의 생산 용량을 늘리기 위해 병렬로 배치되어 있다. 표 2는 산출물의 시장 가격뿐만 아니라 원재료 및 노동 비용을 나열한다. 7 shows the arrangement structure of the battery module assembly system together with the power, cycle time, and buffer capacity of each machine. In the low power state, the power of each machine is 0.5W. Some machines are arranged in parallel to increase the production capacity of some parts of the process. Table 2 lists raw materials and labor costs as well as the market price of the output.
이 사례 연구에 사용 된 다른 매개 변수는 표 3에 나열되어 있다. Other parameters used in this case study are listed in Table 3.
B. 결과 B. Results
MILP 솔루션인 Lingo 12.0은 본 발명에 따른 최적화 문제를 푸는데 사용된다. 우선, RT-DB 이벤트가 없는 시나리오에 대해 설명한다. The MILP solution, Lingo 12.0, is used to solve the optimization problem according to the present invention. First, a scenario without an RT-DB event will be described.
시나리오 1: RT-DB 이벤트가 없는 경우 Scenario 1: There is no RT-DB event
하루의 시작에서, 수학식 4-14, 16으로 표현되는 MILP 문제는 도 8과 같이, 최적화된 24시간 기계 동작 스케줄을 얻기 위해 풀어야 한다. 도 8에서, 수평 축은 24시간 동안의 스케줄 시간을 나타낸다. 본 사례 연구에서 시간 슬롯이 10분이므로 각 시간에서 6개의 시간 슬롯이 존재한다. 수직 축은 생산라인에 있는 모든 기계를 나타낸다. 여기서 회색으로 되어 있는 칸은 해당 기계가 그 시간 슬롯에서 "온" 상태라는 것을 의미한다. 흰색으로 되어 있는 칸은 해당 기계가 "오프" 상태라는 것을 의미한다. 이러한 스케줄에 따라 시간당 생산라인의 에너지 소비가 도 9에 도시되어 있다. 피크 시간(14-17번째 시간) 동안 에너지 소비는 더 낮았다. 이에 따라 피크 부하 시간 동안 그리드 부하가 경감되고 소비자의 전기 비용이 절약된다. 이러한 최적화 생산 스케줄에 근거한 24시간 생산량과 최대 이익이 표 4의 두 번째 열에 기재되어 있다. At the beginning of the day, the MILP problem, represented by equations (4), (16), must be solved to obtain an optimized 24 hour machine operation schedule, as shown in FIG. 8, the horizontal axis represents the schedule time for 24 hours. In this case study, there are six time slots at each time because the time slot is 10 minutes. The vertical axis represents all machines in the production line. A gray box means that the machine is "on" in that time slot. A white box means that the machine is "off". The energy consumption of the production line per hour in accordance with this schedule is shown in Fig. Energy consumption was lower during peak times (14-17 th time). This alleviates the grid load during peak load times and saves consumers electricity costs. The 24 hour production and maximum profit based on this optimized production schedule are shown in the second column of Table 4.
() Load reduction bid
( )
-
-
17th hour: 35.316 th hour: 212
17 th hour: 35.3
17th hour: 12.8 16 th hour: 22.5
17 th hour: 12.8
시나리오 scenario 2: 162: 16 -17번째 시간에 RT-DB 이벤트가 있는 경우(If there is RT-DB event at the -17th time ( 인센티브incentive 비율 ratio 0.54$/kWh0.54 $ / kWh ))
이제는 RT-DB 이벤트를 고려한다. 16번째 시간이 시작되면 RT-DB 이벤트가 발생한다. RT-DB 이벤트 통지는 RT-DB 이벤트 시간(16-17번째 시간), RT-DB 프로그램에 참여하기 위한 최소 부하 감축(10kW), 인센티브 비율(0.54$/kWh) 등 3개의 요소를 포함한다. 수학식 4-14, 17-18에 따른 MILP 문제를 풀어 도 10과 같이 16-24번째 시간 동안 새로운 최적 스케줄을 획득한다. RT-DB 이벤트(즉, 16-17번째 시간) 동안, 대부분의 기계가 중단되어 부하 감축을 제공한다. 새로운 스케줄로부터 생산라인의 시간당 에너지 소비가 도 11과 같이 계산된다. 적색 선은 RT-DB 이벤트에 참가한 것을 나타낸다. 16-17번째 시간 동안 청색 선으로 표시된 원래 에너지 계획에 비해 부하가 상당히 감소되었다. 새로운 최적 부하 감축 입찰, 생산량, 이익이 표 4의 세 번째 열에 기재되어 있다. 새로운 스케줄의 이익은 $2,780.51이었고, 이는 원래 스케줄의 $2,776.86보다 크다. 공장은 이익이 증가되므로 새로운 스케줄로 RT-DB 이벤트에 참가해야 한다. Now consider RT-DB events. When the 16th time starts, the RT-DB event occurs. RT-DB event notification includes three elements: RT-DB event time (16th to 17th time), minimum load reduction to participate in RT-DB program (10kW), and incentive rate (0.54 $ / kWh). Solving the MILP problem according to equations (4-14) and (17-18), a new optimal schedule is obtained for the 16th to 24th time as shown in FIG. During RT-DB events (ie, 16-17th time), most machines are stopped and provide load reduction. The energy consumption per hour of the production line from the new schedule is calculated as shown in FIG. The red line indicates that the RT-DB event has participated. During the 16th and 17th hours, the load was significantly reduced compared to the original energy scheme, shown in blue. New optimal load reduction bids, yields, and profits are listed in the third column of Table 4. The benefit of the new schedule was $ 2,780.51, which is larger than the original schedule of $ 2,776.86. The factory is expected to participate in the RT-DB event with a new schedule as the profits increase.
시나리오 scenario 3: 163: 16 -17번째 시간에 In the seventeenth hour 인센티브incentive 비율 ratio 0.45$/kWh0.45 $ / kWh 을 가진 RT-DB 이벤트 RT-DB events with
시나리오 3은 인센티브 비율이 낮다는 것을 제외하고 시나리오 2와 동일하다. 기계의 최적 동작 계획은 동일하게 획득되며 시간당 에너지 소비는 도 12와 같다. 도 12에서 RT-DB 이벤트 동안 새로운 스케줄에서 에너지 소비가 조금 감소되었음을 알 수 있다. 표 4의 마지막 열에 부하 감축 입찰, 새로운 생산량, 이익이 기재되어 있다. 시나리오 3에서, 산업적 소비자는 재조정된 계획의 이익($2,776.10)이 원래 계획의 이익($2,776.86)보다 작기 때문에 RT-DB 이벤트에 참가하지 말아야 한다.
인센티브 비율과 산업적 소비자의 응답 간의 관계를 결정하기 위해, 0.05$/kWh 스텝으로 0.35-0.7$/kWh 범위에서 변하는 인센티브 비율에 따라 추가적 시뮬레이션을 수행하였다. In order to determine the relationship between the incentive rate and the response of the industrial consumer, additional simulations were performed according to incentive rates varying from 0.35-0.7 $ / kWh with 0.05 $ / kWh steps.
도 13은 인센티브 비율의 함수로서 RT-DB 이벤트 참가를 위한 재조정 에너지에 대한 이익을 나타낸다. 인센티브 비율이 클수록 RT-DB 이벤트 참가에 따른 이익이 더 커진다. 적색 점으로 표시된 것처럼 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때 RT-DB 참가에 따른 이익은 원래 에너지 계획의 이익($2,776.86)보다 적다. 따라서 RT-DB 이벤트에 참가하는 것은 비경제적이다. Figure 13 shows the benefit for the rebalancing energy for RT-DB event participation as a function of the incentive rate. The larger the incentive rate, the greater the benefit from participating in the RT-DB event. When the incentive rate is less than 0.51 $ / kWh, as shown by the red dot, the profit from RT-DB participation is less than the original energy plan profit ($ 2,776.86). Therefore, participating in RT-DB events is uneconomical.
도 14는 인센티브 비율의 함수로서 산업적 소비자의 부하 감소를 나타낸다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때, RT-DB 이벤트에 참가하는 것은 비경제적이므로 소비자는 원래의 에너지 계획을 수행해야 하며, 이것은 부하 감소가 없다는 것을 의미한다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh을 초과할 때, 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가해야 하며 부하 감소는 인센티브 비율의 함수로서 16-17번째 시간 동안 더 이상의 감축 용량이 없는 한계에 도달할 때까지 증가할 것이다. Figure 14 shows the load reduction of the industrial consumer as a function of the incentive rate. When the incentive rate is less than 0.51 $ / kWh, it is uneconomical to participate in the RT-DB event, so the consumer must perform the original energy plan, which means there is no load reduction. When the incentive rate exceeds 0.51 $ / kWh, the industrial consumer must participate in the RT-DB event and the load reduction increases until the limit of no reduction capacity is reached for the 16th to 17th hour as a function of the incentive rate something to do.
도 15는 인센티브 비율의 함수로서 생산량을 나타낸다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh 이하일 때, 생산량이 표 4의 두 번째 열에 기재된 원래 에너지 계획(828 단위)과 비교할 때 변화가 없어서 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가하지 말아야 한다. 인센티브 비율이 0.51$/kWh을 초과할 때, 산업적 소비자는 RT-DB 이벤트에 참가해야 하며, 이 때 생산량은 감소될 것이다. 인센티브 비율이 0.55$/kWh보다 큰 경우 16-17번째 시간 동안 재조정된 부하가 최소량으로 감소되어 더 이상 생산량을 줄일 수 없게 된다. Figure 15 shows the yield as a function of the incentive rate. Industrial consumers should not participate in RT-DB events when the incentive rate is less than 0.51 $ / kWh, as production is unchanged compared to the original energy plan (828 units) listed in the second column of Table 4. When the incentive rate exceeds 0.51 $ / kWh, industrial consumers will have to participate in the RT-DB event, which will reduce production. If the incentive rate is greater than 0.55 $ / kWh, the rebalanced load is reduced to the minimum amount during the 16th to 17th hours, and the output can no longer be reduced.
표 5는 PC 상의 Lingo 12.0 소프트웨어를 이용하여 최적화 문제를 풀기 위해 필요한 계산 시간을 나타낸 것이다. Table 5 shows the computation time required to solve the optimization problem using Lingo 12.0 software on the PC.
problem without the
RT-DB event Solve the optimization
problem without the
RT-DB event
problem with an
RT-DB event Solve the optimization
problem with an
RT-DB event
( Max: 119; Min: 21 ) Average: 91.4
(Max: 119, Min: 21)
RT-DB 이벤트가 없을 때 최적화 문제를 푸는데 필요한 시간은 56초이고, RT-DB 이벤트가 있을 때 최적화 문제를 푸는데 필요한 시간은 평균 91.4초였다. 이것은 RT-DB 프로그램의 실시간 요구(즉, 10분전 통지)를 만족시키는데 적절한 시간으로 수학적 문제를 풀 수 있다는 것을 보여준다. The time required to solve the optimization problem when there was no RT-DB event was 56 seconds, and the time required to solve the optimization problem was 91.4 seconds on average with the RT-DB event. This shows that mathematical problems can be solved in a timely manner to satisfy the real-time demands of RT-DB programs (ie, 10 minutes prior notification).
지금까지 이산 제조 생산 모델과 자동 RT-DB 알고리즘에 대해 설명하였다. 제조 이익의 극대화를 목적으로 최적화 문제를 공식화하였다. 이러한 최적화 문제를 풀어 자동 RT-DB 알고리즘을 실행함으로써 최적의 부하 감축 입찰을 결정하고 조정된 생산 및 에너지 계획을 생성하게 된다. 알고리즘의 성능은 리튬-이온 배터리 모듈 생산 공장의 사례 연구를 통해 검증되었다. 시뮬레이션 결과는 본 발명에 따른 알고리즘이 RT-DB 이벤트 동안 효율적으로 부하를 감소시키는 한편 제조사의 이익을 최대화시키는 것을 보여준다. 본 발명은 전기 사용자와 유틸리티 회사에게 모두 윈-윈 전략으로 고려할 수 있는 것이다. 또한, 생산량과 이익의 변화 분석을 포함하여 인센티브 비율과 소비자의 수요 탄력성 간의 관계를 설명하였다. The discrete manufacturing production model and automatic RT-DB algorithm have been described so far. Optimization problems have been formulated to maximize manufacturing profits. By solving these optimization problems, an automatic RT-DB algorithm is executed to determine optimal load reduction bids and generate adjusted production and energy plans. The performance of the algorithm was verified through a case study of a lithium-ion battery module manufacturing plant. The simulation results show that the algorithm according to the present invention maximizes the benefit of the manufacturer while effectively reducing the load during RT-DB events. The present invention can be considered as a win-win strategy for both electric users and utility companies. We also discussed the relationship between incentive ratios and consumer demand elasticities, including analysis of changes in output and profit.
한편, 본 발명에 따른 실시간 수요 입찰 방법은 소프트웨어적인 프로그램으로 구현하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 소정 기록 매체에 기록해 둘 수 있다. Meanwhile, the real-time demand bidding method according to the present invention can be implemented by a software program and recorded in a predetermined recording medium readable by a computer.
예컨대, 기록 매체는 각 재생 장치의 내장형으로 하드 디스크, 플래시 메모리, RAM, ROM 등이거나, 외장형으로 CD-R, CD-RW와 같은 광디스크, 콤팩트 플래시 카드, 스마트 미디어, 메모리 스틱, 멀티미디어 카드일 수 있다. For example, the recording medium may be a hard disk, a flash memory, a RAM, a ROM, or the like embedded in each reproduction apparatus, or an external optical disk such as a CD-R or a CD-RW, a compact flash card, a smart media, have.
본 발명의 명세서에서 설명하는 기능적 동작과 구현물은 디지털 전자회로로 구현되거나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 명세서에서 설명하는 구현물은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위하여 또는 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다.The functional operations and implementations described in the present specification may be embodied in digital electronic circuitry, computer software, firmware, or hardware, or a combination of any of the foregoing. The implementations described in the present disclosure may be implemented as one or more computer program products, that is, one or more modules associated with computer program instructions encoded on a program storage medium of the type for control of, or for execution by, Lt; / RTI >
본 발명의 도면은 동작과정을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 특정한 순서로 그러한 동작들을 수행해야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해해서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 처리가 유리할 수 있다. While the drawings of the present invention depict operational processes, it should be understood that such operations should be performed in the order shown, in order to obtain the desired results, or that all illustrated operations should be performed. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 유틸리티 회사 20: 소비자
30: 발전 회사 40: 독립 시스템 운영자 10: Utility company 20: Consumer
30: Generation company 40: Independent system operator
Claims (21)
전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 상기 이산 제조 시스템이 출력제품 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값이 최대가 되도록 제1 최대 이익을 산출하고, 제1 최대 이익이 나오도록 고갈규칙 및 차단규칙에 따라 각 기계의 동작 유무를 결정하는 결정변수를 조정하여 제1 기계 동작 스케줄을 생성하는 단계와,
상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 상기 이산 제조 시스템은 이벤트 참가를 위해 출력제품 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값에 에너지 감소량에 따른 인센티브를 더한 값이 최대가 되도록 제2 최대 이익을 산출하고, 제2 최대 이익이 나오도록 고갈규칙 및 차단규칙에 따라 각 기계의 동작 유무를 결정하는 결정변수를 조정하여 제2 기계 동작 스케줄을 생성하는 단계와,
상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하여 상기 제2 최대 이익을 산출하는데 사용된 부하 감소량으로 입찰하는 단계와,
상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면 상기 이산 제조 시스템은 상기 제2 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 포함하는 방법. A method for real-time demand bidding for energy management of a discrete manufacturing system in which each machine processes independent operation at a predetermined time interval,
The discrete manufacturing system calculates the first maximum profit so that the value obtained by subtracting the input cost and the input cost including the raw material cost and the labor cost from the output product import amount is maximized in a state where there is no real time demand bidding event from a utility company that supplies electric power Generating a first machine operation schedule by adjusting a determination variable that determines whether each machine is operating according to a depletion rule and a shutdown rule so that a first maximum profit is generated;
When the real-time demand bidding event is notified from the utility company, the discrete manufacturing system calculates the maximum value obtained by subtracting the input cost including the raw material cost and the labor cost from the output product import amount plus the incentive based on the energy reduction amount And generating a second machine operation schedule by adjusting a determination variable that determines whether or not each machine operates according to a depletion rule and a shutdown rule so that a second maximum profit is generated;
If the second maximum profit is greater than the first maximum profit, the discrete manufacturing system participates in a real time demand bidding event and bids with a load reduction amount used to calculate the second maximum profit,
And when the bidding is approved by the utilities company, the discrete manufacturing system includes operating each machine with the second machine operation schedule.
상기 고갈규칙은 상기 이산 제조 시스템을 구성하는 각 기계가 이전에 위치한 버퍼가 비어 있는 경우 동작을 중단하고 에너지 절약을 위해 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the depletion rule stops operation when each buffer that is previously located in each machine constituting the discrete manufacturing system is empty and switches to a low power state for energy saving.
상기 고갈규칙은 상기 이산 제조 시스템을 구성하는 조립 기계가 이전에 위치한 복수의 버퍼 중 어느 하나라도 비어 있으면 동작을 중단하고 에너지 절약을 위해 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the depletion rule stops operation if any of the plurality of buffers previously located in the assembling machine constituting the discrete manufacturing system is empty and switches to a low power state for energy saving.
상기 차단규칙은 상기 이산 제조 시스템을 구성하는 각 기계가 다음에 위치한 버퍼가 가득 차 있으면 동작을 중단하고 버퍼의 넘침을 방지하기 위해 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the blocking rule switches to a low power state to stop operation if each buffer next to each machine constituting the discrete manufacturing system is full and to prevent overflow of the buffer.
상기 전기 비용은 상기 제1 기계 동작 스케줄 또는 제2 기계 동작 스케줄과 시간 간격에서의 전기 가격에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the electricity cost is determined by the electricity price in the first machine operation schedule or the second machine operation schedule and the time interval.
상기 에너지 감소량은 상기 이산 제조 시스템의 기본 에너지 사용량에서 상기 제2 기계 동작 스케줄에 의해 조정된 에너지 사용량을 감산한 값인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the energy reduction amount is a value obtained by subtracting the energy usage amount adjusted by the second machine operation schedule from the basic energy usage amount of the discrete manufacturing system.
상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없거나 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 작거나 상기 유틸리티 회사가 입찰을 승인하지 않은 경우 상기 이산 제조 시스템은 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하지 않고 상기 제1 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. The method according to claim 1,
Wherein the discrete manufacturing system does not participate in a real time demand bidding event and the first discretionary bidding event does not participate in a real time demand bidding event when the utility company does not have a real time demand bidding event or the second maximum profit is less than the first maximum profit, Further comprising operating each machine with a machine operation schedule.
상기 제어장치는 전력을 공급하는 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없는 상태에서 출력제품 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값이 최대가 되도록 제1 최대 이익을 산출하고, 제1 최대 이익이 나오도록 고갈규칙 및 차단규칙에 따라 각 기계의 동작 유무를 결정하는 결정변수를 조정하여 제1 기계 동작 스케줄을 생성하고,
상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 통지되면 이벤트 참가를 위해 출력제품 수입액에서 원자재 비용 및 인건비를 포함하는 입력 비용과 전기 비용을 뺀 값에 에너지 감소량에 따른 인센티브를 더한 값이 최대가 되도록 제2 최대 이익을 산출하고, 제2 최대 이익이 나오도록 고갈규칙 및 차단규칙에 따라 각 기계의 동작 유무를 결정하는 결정변수를 조정하여 제2 기계 동작 스케줄을 생성하여,
상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 크면 실시간 수요 입찰 이벤트에 상기 제2 최대 이익을 산출하는데 사용된 부하 감소량으로 입찰한 후,
상기 유틸리티 회사로부터 입찰이 승인되면, 상기 각 기계는 상기 제2 기계 동작 스케줄에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템. A plurality of machines for performing independent operations at predetermined time intervals to output the results, a plurality of buffers for storing raw materials, intermediate materials or final products from the respective machines, and a control device for controlling independent operations of the respective machines In the discrete manufacturing system,
The controller calculates a first maximum profit so that a value obtained by subtracting an input cost and an input cost including a raw material cost and a labor cost from an output product import amount in a state where there is no real time demand bidding event from a utility company that supplies power, Generating a first machine operation schedule by adjusting a determination variable that determines whether or not each machine operates in accordance with a depletion rule and a blocking rule so as to obtain a first maximum profit,
When the real-time demand bidding event is notified from the utilities company, in order to participate in the event, the second maximum value is set such that the value obtained by subtracting the input cost including the raw material cost and labor cost from the output product import amount plus the incentive based on the energy reduction amount, Generating a second machine operation schedule by adjusting a determination variable that determines whether or not each machine operates in accordance with a depletion rule and a blocking rule so as to calculate a profit and a second maximum profit,
If the second maximum profit is greater than the first maximum profit, bid with a load reduction amount used to calculate the second maximum profit in a real time demand bidding event,
And if the bidding is approved by the utility company, each machine operates according to the second machine operation schedule.
상기 유틸리티 회사로부터 실시간 수요 입찰 이벤트가 없거나 상기 제2 최대 이익이 상기 제1 최대 이익보다 작거나 상기 유틸리티 회사가 입찰을 승인하지 않은 경우, 상기 제어장치는 실시간 수요 입찰 이벤트에 참가하지 않고 상기 제1 기계 동작 스케줄로 각 기계를 동작시키는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템. 10. The method of claim 9,
If there is no real time demand bidding event from the utility company or if the second maximum profit is less than the first maximum profit or the utility company does not approve the bidding, Wherein each machine is operated on a machine operation schedule.
상기 각 기계는 이전에 위치한 버퍼가 비어 있거나 다음에 위치한 버퍼가 가득 차 있으면 동작을 중단하고 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein each machine stops operation and switches to a low power state if the previously located buffer is empty or the next located buffer is full.
상기 복수의 기계 중에서 여러 출력물을 모아 복합체를 만드는 조립 기계는 이전에 위치한 복수의 버퍼 중 어느 하나라도 비어 있으면 동작을 중단하고 저전력 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 이산 제조 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the assembling machine for collecting a plurality of output materials from the plurality of machines stops the operation and switches to a low power state if any of the plurality of previously located buffers is empty.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/616,475 US20180082373A1 (en) | 2016-09-19 | 2017-06-07 | Real-time demand bidding for energy management in discrete manufacturing system |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160119343 | 2016-09-19 | ||
| KR1020160119343 | 2016-09-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180031550A KR20180031550A (en) | 2018-03-28 |
| KR101899052B1 true KR101899052B1 (en) | 2018-09-14 |
Family
ID=61619619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170030315A Active KR101899052B1 (en) | 2016-09-19 | 2017-03-10 | Real-Time Demand Bidding method and system for Energy Management in Discrete Manufacturing Facilities |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101899052B1 (en) |
| WO (1) | WO2018052175A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109344895B (en) * | 2018-09-28 | 2021-06-29 | 合肥工业大学 | A Reliability Evaluation Method of User Response under Incentive Demand Response |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014096946A (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | Power saving type power storage and heat storage optimization device, optimization method and optimization program |
| US20140277792A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Systems and methods for determining energy information using an organizational model of an industrial automation system |
| JP2016057972A (en) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 株式会社東芝 | Device operation set value determination device, device operation set value determination method, and device operation set value determination program |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8564543B2 (en) | 2006-09-11 | 2013-10-22 | Apple Inc. | Media player with imaged based browsing |
| KR20120071170A (en) * | 2010-12-22 | 2012-07-02 | 주식회사 케이티 | System and method for energy managing service |
| KR20140069737A (en) * | 2012-11-29 | 2014-06-10 | 엘에스산전 주식회사 | power bidding system and method for bidding thereof |
-
2017
- 2017-03-10 KR KR1020170030315A patent/KR101899052B1/en active Active
- 2017-04-28 WO PCT/KR2017/004557 patent/WO2018052175A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014096946A (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | Power saving type power storage and heat storage optimization device, optimization method and optimization program |
| US20140277792A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Systems and methods for determining energy information using an organizational model of an industrial automation system |
| JP2016057972A (en) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 株式会社東芝 | Device operation set value determination device, device operation set value determination method, and device operation set value determination program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018052175A1 (en) | 2018-03-22 |
| KR20180031550A (en) | 2018-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Real-time demand bidding for energy management in discrete manufacturing facilities | |
| US20180082373A1 (en) | Real-time demand bidding for energy management in discrete manufacturing system | |
| Choobineh et al. | Optimal energy management in an industrial plant using on-site generation and demand scheduling | |
| Voice et al. | Decentralised control of micro-storage in the smart grid | |
| Ma et al. | Economic and low-carbon day-ahead Pareto-optimal scheduling for wind farm integrated power systems with demand response | |
| Du et al. | Hierarchical coordination of two-time scale microgrids with supply-demand imbalance | |
| CN116191505A (en) | A method and device for adjusting the overall dynamic interaction of source, load, storage and charge in a low-pressure platform area | |
| Makhdoomi et al. | Optimal Scheduling of Electrical Storage System and Flexible Loads to Participate in Energy and Flexible Ramping Product Markets | |
| Pei et al. | Industrial multi‐energy and production management scheme in cyber‐physical environments: a case study in a battery manufacturing plant | |
| CN115001042B (en) | Multi-type energy storage optimal configuration method and system considering electric power and electric quantity cooperative support | |
| KR101899052B1 (en) | Real-Time Demand Bidding method and system for Energy Management in Discrete Manufacturing Facilities | |
| CN115130739A (en) | Optimized scheduling under risk constraints of energy storage and wind farms in the electric power spot market | |
| CN118898387B (en) | Energy load dynamic adaptation method and system considering production maintenance plan | |
| Wang et al. | Microgrid multi-time scale rolling optimization and modification scheduling considering the decision of air conditioning users | |
| CN113629781A (en) | An EMPC-based multi-VPP day-to-day coordination optimization method and device | |
| Shehzad et al. | Optimal operation of renewable energy microgrids considering lifetime characteristics of battery energy storage system | |
| Zaidi et al. | Demand response for industrial facilities | |
| CN120013117A (en) | Ladder-type carbon trading and low-carbon economy optimization scheduling system and method based on master-slave game | |
| CN114418453B (en) | A multi-time scale energy management system for microgrids based on power market | |
| Zhu et al. | Low-carbon and robust economic scheduling of virtual power plants considering multiple uncertainties | |
| Zhao et al. | Economic and low-carbon dispatch of a data center microgrid considering laddering carbon trading | |
| Qi et al. | Multiobjective Optimal Dispatch Strategy for Virtual Power Plants With Environmental Value of Energy Storage Systems | |
| Nasiri et al. | A Bi-Level Day-Ahead Market-Clearing Mechanism for Coordinated Regional-Local Multi-Carrier Systems in Presence of Energy Storage Technologies | |
| Cao et al. | IoT based manufacturing system with a focus on energy efficiency | |
| CN120995056B (en) | Key factor identification method for influencing flow industrial load participation demand response and computer equipment thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20170310 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20171212 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20180629 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20180910 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20180910 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210630 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220809 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240821 Start annual number: 7 End annual number: 7 |









