This paper deals with the construction and operation of facilities for charging infrastructure in consideration of the power system and the characteristics of electric vehicle users in the actual power market. In the past decade, the penetration rate of electric vehicles has increased rapidly due to the fall in the price of lithium-ion batteries and raw materials. In contrast, there remains a problem that the supply of charging infrastructure is insufficient which could occur based on two reasons: i) a complex electricity pricing, and ii) the existing complexity factors that need to be considered in a charging infrastructure. Here, we try to determine the contract power capacity that minimizes the overall monetary loss by conducting a probabilistic analysis of the various rate systems and the transferring consideration factors (i.e., loss of opportunity cost, maintenance cost) into the monetary aspect. To consider various complexity factors in electric vehicle charging facility, this paper deals with the power operation scheme with the introduction of an energy storage system. In order to determine proper contract power in electric vehicle charging facility, opportunity cost according to the setting of contract power is mathematically modeled by analyzing the relation between the power sales price and electric vehicle's willingness-to-charge energy that is gathered from the actual statistics data. In addition, by considering the peak power distribution in the charging infrastructure, we analyzed probabilistically the situation in which charging facilities pay penalty charges or excessive charges that occur due to the set of contract power. By using the proposed approach, it is possible to formulate the utility function of electric vehicle charging facility to minimize the overall monetary cost and derive the optimal contract power in the facility. Furthermore, this paper proves the effectiveness of the proposed technology through the set up of test bed which is organized with actual data set. By proposing the proper power operation scheme, this paper tries to maximize the overall profit and solve the uncertainty issues that occur due to the electric vehicle users. In addition, it is possible to supply the sufficient power to individual electric vehicle to satisfy it's requirement and minimize the problems caused by the uncertainty of vehicle by introducing the energy storage system. Here, verification of the proposed power operation method is conducted using the charging data of individual electric vehicle. In this way, this paper proposes a scheme to manage power supplement to individual electric vehicle considering the requirements and uncertainty issues that could occur in the actual power system. By proposing a way to determine contract power and power operation scheme, it is possible to maximize the overall profits of electric vehicle charging facility by considering various factors in actual environment. Through the proposed schemes, it is possible to induce the expansion of electric vehicle charging infrastructure in private businesses by maximizing monetary benefit of facility and considering the requirements of electric vehicle users in the system.
본 논문에서는 실제 전력 시장에서의 요금 제도 및 전기자동차 사용자의 특성을 고려한 충전 인프라의 시설 구축 및 운영방안에 대한 내용을 다루고 있다. 지난 10년간, 전기자동차는 리튬이온 배터리 및 원자재 가격의 하락에 따른 보급률이 급격히 증가해왔다. 이와 달리, 전기자동차에 충분한 전력을 공급하기 위한 충전 인프라는 다양한 이유으로 인해 보급이 미비하다는 문제가 존재한다. 본 논문에서는 충전 인프라 보급의 미비함이 크게 두 가지 원인으로 인해 발생한다고 판단하였다: i) 복잡한 요금 제도, ii) 기존 차량과는 다른 충전 인프라에서 고려해야 하는 요소들의 복잡성. 이와 같은 문제들을 해결하고자, 본 논문에서는 실제 환경에서 계약전력의 설정에 따라 충전 인프라가 부과하게 되는 다양한 요금 및 전기자동차의 이탈률을 확률적으로 분석함으로써, 해당 손실을 최소화 하는 계약 전력 용량 설정 기술을 제안하고자 한다. 뿐만 아니라, 전기자동차 사용자들의 만족도를 고려하고, 충전 속도의 보장을 위해 에너지 저장장치 (Energy storage system)의 도입을 통한 충전 인프라에서의 전력 운영 방안을 다루고 있다. 본 논문에서는, 제안된 기술의 실효성을 입증하고자 실제 통계 데이터에 기반을 둔 전기자동차 사용자들의 유입률 및 평균 충전 전력량을 분석하고, 계약전력의 설정에 따른 기회비용의 발생을 수학적으로 모델링하였다. 또한, 충전 인프라에서의 피크 부하 분포를 분석함으로써, 계약전력의 설정에 따른 패널티와 초과 요금의 발생을 확률적으로 모델링하였다. 이와 같은 분석 결과를 바탕으로, 전기자동차 충전 인프라의 계약 전력에 따른 발생 비용을 수학적으로 모델링 하였으며, 전체 비용을 최소화 할 수 있는 최적 용량값을 결정할 수 있었다. 뿐만 아니라, 본 논문에서는 에너지 저장장치의 도입을 통한 전기자동차 충전 인프라의 유동적인 전력 운영 기술을 제안하고있다. 해당 기술은 전기자동차 충전 시설의 수익성을 극대화 함과 동시에, 전기자동차 사용자의 불확정한 행동으로 인해 발생 가능한 문제들을 사전에 판단하여 안정적인 전력 공급을 가능케 하는 이점을 갖고 있다. 이와 같이 제안된 기술들은 실측 데이터와 실제 전력 시스템, 정책 환경을 바탕으로 다각도적인 실험을 진행함으로써 실효성을 증명하였다. 이처럼 본 논문은 전기자동차 충전 인프라와 관련된 다양한 이슈 및 해결책을 제시하고 있으며, 향후 민간 사업에서의 전기자동차 충전 인프라의 확대를 용이하게 하는 계약전력 용량 결정 기술과 전력 운영 방안 전반에 대한 내용을 다루고 있다.
