A Receding Horizon-Based Mixed-Integer Linear Programming Approach for ESS Charge/Discharge Control in Virtual Power Plants

최근 전력산업은 탄소중립 사회 구현과 재생에너지 확대를 위한 정책적 요구에 따라, 다양한 규모의 재생에너지 자원들이 기존 전력계통에 빠르게 연계되고 있다. 그러나 이러한 분산자원은 대부분 비계량형 소규모 발전원으로 구성되어 있으며, 이들에 대한 실시간 모니터링 및 제어 체계가 미흡한 상황이다. 이로 인해 재생에너지의 출력 간헐성과 예측 불확실성이 확대되면서, 전압 불균형, 주파수 불안정, 전력 품질 저하 등 배전계통의 운영에 부담을 가중시키고 있다. 이를 해결하기 위해 계통운영자는 분산된 재생에너지 자원을 효율적으로 통합하고, 시장 기반에서 효과적으로 관리할 수 있는 방안으로 가상발전소(Virtual Power Plant, VPP)의 도입을 권장하고 있으며 VPP 사업자의 수익성을 보장해주기 위해 다양한 인센티브 제도를 운영하고 있다. 본 논문에서는 이러한 인센티브 기반의 시장구조를 활용하여, VPP 사업자의 수익을 극대화할 수 있는 ESS(Energy Storage System) 기반 운영 전략을 제안한다. 제안 기법은 발전 예측값과 실제 입찰량 간의 차이에 대해 ±오차 허용 바운더리를 설정하고, 해당 오차 범위 내에서 전략적으로 ESS 충·방전을 수행함으로써, SMP(System Marginal Price)가 높은 구간에서는 방전을, 낮은 구간에서는 충전을 유도하여 수익성을 높인다. 제안된 운영 알고리즘은 Receding Horizon 기반의 혼합정수계획(MILP) 최적화 기법으로 구성되어 있으며, 실시간 시장 운영 단위인 15분 간격으로 반복 수행됨으로써, 실시간성, 반응성, 경제성을 모두 확보한다.