Power Smoothening Control of Wind Farms Based on Inertial Effect of Wind Turbine Systems

Thanh Hai Nguyen,Dong-Choon Lee,Jong-Ho Kang 대한전기학회 2014 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.9 No.3

This paper proposes a novel strategy for attenuating the output power fluctuation of the wind farm (WF) in a range of tens of seconds delivered to the grid, where the kinetic energy caused by the large inertia of the wind turbine systems is utilized. A control scheme of the two-level structure is applied to control the wind farm, which consists of a supervisory control of the wind farm and individual wind turbine controls. The supervisory control generates the output power reference of the wind farm, which is filtered out from the available power extracted from the wind by a low-pass filter (LPF). A lead-lag compensator is used for compensating for the phase delay of the output power reference compared with the available power. By this control strategy, when the reference power is lower than the maximum available power, some of individual wind turbines are operated in the storing mode of the kinetic energy by increasing the turbine speeds. Then, these individual wind turbines release the kinetic power by reducing the turbine speed, when the power command is higher than the available power. In addition, the pitch angle control systems of the wind turbines are also employed to limit the turbine speed not higher than the limitation value during the storing mode of kinetic energy. For coordinating the de-rated operation of the WT and the storing or releasing modes of the kinetic energy, the output power fluctuations are reduced by about 20%. The PSCAD/EMTDC simulations have been carried out for a 10-MW wind farm equipped with the permanent-magnet synchronous generator (PMSG) to verify the validity of the proposed method.

한국형 재생에너지 3020 이행계획 달성을 위한 해상풍력발전의 현재와 전망

박민규,박성준,성병철,최연정,정석희 대한환경공학회 2021 대한환경공학회지 Vol.43 No.3

본 논문은 풍력에너지의 중장기 계획으로 새롭게 개발되고 있는 부유식 해상풍력발전에 종합적으로 리뷰했다. 메가와트(MW)당 투자 관점에서 보면 해상풍력은 여전히 육상풍력보다 50% 정도 비싸다. 그럼에도 불구하고 많은 선진국이 개발 및 투자에 발을 담그는 이유와, 우리가 알던 육상풍력과 다르게 바닷가에 설치된 해상풍력시설, 바다 한가운데에 세워지는 부유식 해상풍력에 대한 궁금증이 생겨 자료를 조사하기 시작했다. 해상풍력발전의 기본적인 원리와 시설에 사용된 기술들을 살펴보고, 육상풍력발전과 비교하여 해상풍력발전이 가지고 있는 장단점과 고정식 해상풍력시설과 부유식 해상풍력시설은 어떤 차이점이 있는지 조사했다. 해상풍력 설비 설치 시 발생하는 주민들의 반대, 개발의 어려움, 높은 운영관리비 등 상용화 가능성, 경제성에 대한 시설 설치의 타당성을 검증하고, 재생에너지 3020 이행계획의 중장기 목표로 부유식 해상풍력을 선정한 것이 현실성 있는 계획인가에 대해 조사하였다. 더불어 해상풍력이 발달한 외국사례와 국내에 운영 중인 해상풍력 발전단지, 운영 예정인 단지를 비교하고, 최초의 부유식 해상풍력인 스코틀랜드의 하이윈드와 우리나라 울산에서 진행 중인 부유식 해상풍력과 비교하여 시설설치에 따른 어려움을 극복하는 방안과 국내 해상풍력 발전 사업이 나아갈 방향을 제시하였다. 또한, 해외와 다르게 풍력발전에 적합한 국토가 많지 않은 대한민국에서 풍력에너지 발전량을 계획한 대로 늘릴 수 있는지, 부유식 해상풍력이 그 해답이 될 수 있는지 조사해 보기로 하였다. 정부가 태양광 풍력 등 신재생 에너지에 투자를 추진하는 이유는 태양으로부터 비롯된 에너지원이 친환경적이라는 이유 때문이다. 하지만 풍력발전 사업을 일찍 시작한 미국과 유럽에서는 풍력발전기 날개 처리에 곤란을 겪고 있다. 에너지원은 친환경적이지만 폐기물 처리에서 발생하는 환경 오염에 따른 모순적인 모습을 살펴보고, 해외에서는 폐기물을 어떤 방법으로 처리 및 활용하는지 조사하였다. 상대적으로 일찍 해상풍력사업에 뛰어든 해외와 비교하여, 국내의 발전사업은 걸음마 단 This review comprehensively reviewed floating offshore wind power generation technology, which is being newly developed as a mid- to long-term plan for wind energy. From the perspective of investment per megawatt (MW), offshore wind power is still about 50 percent more expensive than land wind power. Nevertheless, many advanced countries began to investigate the data because they wondered why they were immersed in development and investment, and why offshore wind facilities installed on the beach and floating offshore wind installed in the middle of the sea, unlike the land wind we knew. We looked at the basic principles of offshore wind power generation and the technologies used in facilities, and looked at the advantages and disadvantages of offshore wind power generation compared to land wind power generation, and what differences between fixed offshore wind farms and floating offshore wind farms. It is investigated whether it is a realistic plan to verify residents’ opposition to the installation of offshore wind power facilities, the possibility of commercialization such as high operational management costs, and the feasibility of installing facilities for renewable energy 3020 as mid- to long-term goals. In addition, it compares foreign cases with offshore wind power development complexes in Korea, marine wind power generation complexes in operation, and high wind power in Scotland, the first floating offshore wind power in Ulsan, Korea, to overcome difficulties in installing facilities and suggest directions for domestic offshore wind power development. In addition, in Korea, where there are not many countries suitable for wind power generation unlike overseas, it was decided to investigate whether floating offshore wind power could be the answer as planned. The reason why the government is pushing for investment in renewable energy such as solar power and wind power is because energy sources from the sun are eco-friendly. However, the U.S. and Europe, which started the wind power project early, are having difficulty in handling the wings of wind power generators. The energy source looked at the contradictions caused by environmental pollution in the treatment of waste, although it was environmentally friendly, and investigated how waste was treated and utilized overseas. Compared to other countries that entered the offshore wind power business earlier, domestic power generation projects are in their infancy and should focus on developing technology and co-prosperity with neighboring residents rather than on excessive expansion.

신재생에너지 확대와 미래 환경변화 대응을 위한 중장기 발전방향 : 육상풍력 발전사업의 현황과 추진방향

이영준,김현구,박원서,박성우,박종윤,강유진 한국환경정책평가연구원 2020 기본연구보고서 Vol.2020 No.-

Ⅰ. 서론 1. 연구 배경 및 목적 □ 한국환경정책·평가연구원(KEI)이 2019년 9월 26~27일에 개최한 “신재생 에너지 확대와 미래 환경변화 대응을 위한 대토론회”에서 분야별 전문가들이 발표한 내용을 정리함 ㅇ 육상풍력 발전사업과 관련하여 우리나라 재생에너지 보급 정책의 성공적 추진에 필요한 관련 연구 현황 및 산업계의 입장에 대한 내용을 포함하여 정리함 - 제1장: 육상풍력발전의 기본적인 현황 및 환경적 쟁점 사항 - 제2장: 육상풍력 발전사업의 기술적 입지조건 분석을 통한 잠재량 산정 - 제3장: 육상풍력발전의 국내외 시장 및 기술동향 - 제4장: 지자체 주도형 계획입지의 필요성 및 도입방안 ㅇ 자연 보존과 청정에너지의 확대와 관련하여, 다각적 측면에서의 논의와 객관적 사실에 근거한 올바른 인식개선을 통해 이 두 가지가 상호 공존할 수 있는 방안을 살펴보고자 함 2. 육상풍력 발전사업의 환경적 쟁점 사항 □ 육상풍력 발전시설이 주로 입지하는 고지대 능선부는 식생이 우수하고 산림생태계가 잘 보전되고 있는 지역이 대부분임 ㅇ 주요 능선축에 인접한 육상풍력사업의 입지와 관련하여 지역 및 광역생태축과 이를 이루고 있는 우수한 자연생태환경의 보존이 환경적 관점에서 핵심 검토사항임 ㅇ 산줄기를 따라 설치되는 풍력기와 관리도로에 의해 생태계 단절 및 교란, 지형 훼손, 토사 유출, 생태계 생물종 변화 등 우려됨 ㅇ 풍력터빈이나 송전선로보다 풍력기 관리를 위해 설치되는 관리도로에서 가장 심각한 환경적 영향이 발생하며, 자연 서식지 상실, 숲 또는 기타 자연 서식지의 파괴, 토양 침식 및 산사태와 같은 영향이 큰 것으로 나타남 Ⅱ. 육상풍력 발전사업의 기술적 입지조건 및 시장 잠재량 1. 국내 풍력발전 현황 □ 우리나라 신재생에너지 보급은 1997년 12월에 「대체에너지개발 및 이용·보급촉진법」이 제정되면서 본격적으로 시작됨 ㅇ 2002년 5월부터 발전차액지원제도(FIT: Feed-In-Tariff)가 시행되었고, 2004년 12월 개정된 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」(약칭 「신재생에너지법」)으로 제도적 뒷받침이 강화됨에 따라 풍력단지(wind farm)가 본격적으로 개발되기 시작함 ㅇ 우리나라의 최근 10년간(2009∼2018년)의 풍력발전 연간 이용률은 22.6±2.0%로, 일본 19.5%, 중국 22.6%, 독일 18.7%에 비해 높은 수준이나 덴마크 27.2%, 스페인 25.2%, 영국 27.1%에 비해서는 낮은 수준임 2. 국내 풍력발전 잠재량 □ 우리나라 재생에너지 자원 잠재량은 산업통상자원부 산하 한국에너지공단이 신재생에너지 백서를 통하여 격년으로 발표하고 있음 ㅇ 시장 잠재량은 기술적 잠재량에 경제적 요인과 지원정책 및 규제정책 영향요인을 추가로 부과하여 산정함 ㅇ 우리나라 풍력발전의 평균 이용률은 IEA Wind 회원국 중 중위권인 22% 수준으로, 이는 우리나라의 풍력자원이 풍력발전에 부적합할 정도로 빈약하지 않다는 것을 반증함 ㅇ 하지만 풍력발전사업 인허가 과정에서 환경영향평가 및 주민동의 절차 등에 지나치게 많은 시간과 비용이 소모되어 경제성이 해외에 비해 상대적으로 떨어지고 있어 이를 개선할 수 있는 정책적인 수단이 필요함 Ⅲ. 육상풍력발전의 국내외 시장 및 기술동향 1. 해외 풍력발전 시장 동향 □ 2018년 현재, 세계 풍력시장의 누적 설치규모는 약 591GW에 달하며, 전 세계 총 전력공급의 약 5.6%를 담당하고 있음 ㅇ 풍력발전기 설치에 소요되는 건설공사 관련 투자비용을 합산하면 전체 풍력시장 규모는 약 1,000억 달러(한화 약 120조 원)에 달할 것으로 보임 2. 해외 풍력발전 기술 동향 □ 2000년대에 들어와서 1MW급의 풍력터빈이 개발되었고, 2010년 이후 2~3MW급으로 커졌으며, 2019년 현재 육상풍력 기준으로 4MW 및 5MW 발전용량의 신규 모델들이 출시됨 ㅇ 풍력발전의 발전단가는 지속적으로 하락하여, 2010년에 육상풍력의 발전단가는 MWh당 약 90달러이었으나, 2018년에는 약 50달러 밑으로 낮아지고 있음 ㅇ 유럽퓽력발전협회 자료에 따르면, 유럽지역에 설치된 풍력터빈은 평균 용량이 2014년에 약 2.8MW급이었으나, 2018년 현재 약 3.6MW급으로 대형화되고 있음 3. 국내 육상풍력 현황 및 과제 □ 2000년대 초부터 시작된 국내 풍력발전의 보급실적은 약 20년간 누적된 실적임에도 불구하고 총 1.3GW에 불과한 실정임 ㅇ 세계 시장에서의 점유율이 0.2%에 그쳐 하나의 산업으로 성장할 수 있는 기반이 매우 취약한 상태임 ㅇ 국내 설치된 풍력발전기 중 국산 터빈의 점유율은 2010년에 5.9%에 불과하였으며 나머지는 모두 외산 수입 터빈을 사용하였으나, 2018년 말에는 국산 비중이 52.3%까지 높아짐 ㅇ 풍력발전의 보급 확대를 위해서는 풍력발전을 둘러싼 환경적 가치에 대한 인식의 전환 등을 통하여 입지를 확보하는 것이 가장 중요함 Ⅳ. 지자체 주도형 계획입지의 필요성 및 도입방안 1. 재생에너지 보급 목표 및 현황 □ 우리나라의 재생에너지 보급을 촉진하기 위한 지자체 주도형 계획입지 도입방안을 제안함 ㅇ 국내 재생에너지의 보급 현황 및 장애요인을 파악하고, 국내외 유사 사례를 통해 시사점을 도출함 ㅇ 풍력발전은 입지규제 및 주민 수용성 문제 등으로 인해 2018년 보급 규모가 목표대비 84% 수준인 168MW, 2019년 상반기에도 목표대비 20.4%인 133MW에 그치는 등 원활한 보급·확산이 지체되고 있음 ㅇ 주요 육상풍력사업 80건의 장애요인을 분석한 결과, 입지 문제가 45%, 주민 수용성 확보의 어려움이 20%로 큰 비중을 차지하는 것으로 나타남 ㅇ 이와 관련하여 부지를 계획적으로 조성하여 수용성과 환경성을 사전에 확보하고자 「신재생에너지법」을 개정하여 지자체가 주도적으로 참여하는 계획입지제도 도입을 추진하고 있음 2. 국내외 사례 □ 외국의 사례를 살펴보면, 국가 또는 전담기관에서 발전개발예정지구를 지정하고, 공모를 통해 사업자를 선정하는 등 국가 주도의 계획입지제도를 도입하여 운영하고 있음 ㅇ 이들 국가는 계획입지제도를 통해 체계적인 신규 풍력발전사업을 발굴하여 난개발을 방지하고, 사업자가 안정적인 사업을 진행할 수 있게 함 ㅇ 인허가 절차 간소화 및 계통연계 지원 등을 통해 사업 추진을 촉진하고, 입찰을 통해 재정부담을 완화하며, 환경적 영향을 최소화하고, 주민들의 수용성이 높은 풍력발전 단지를 개발하여 운영하려는 노력을 하고 있음 ㅇ 국내에서는 제주특별자치도가 「제주특별자치도 설치 및 국제자유도시 조성을 위한 특별법」 제303조 및 제304조에 근거하여 계획입지제도와 유사한 풍력발전지구 지정제도를 운영하고 있음 3. 계획입지제도 도입방안 □ 계획입지제도는 풍력, 태양광 등 대규모 재생에너지 발전시설을 지자체 주도로 체계적으로 설치·운영할 수 있도록 지원하는 제도로서, 주민 수용성 및 환경성을 사전검토하며, 사업자의 개발이익이 지자체·지역주민과 공유되도록 설계하여야 함 ㅇ 지역주민 참여가 가능한 마을공모 방식을 병행하고, 지구개발 기본계획 심의 전에 전략환경영향평가를 실시하고, 지구개발 실시계획 승인 전에는 환경영향평가를 실시하여 사전에 환경성을 검토하여야 함 Ⅴ. 결론 및 제언 □ 향후 정부의 신재생에너지 확대 정책을 지속가능하게 추진하기 위해서는 산능선부를 따라 집중되는 육상풍력사업의 입지 타당성 검토 시 환경가치, 경제성, 사회적 수용성 등을 종합적으로 고려한 체계적인 검토가 이루어져야 함 ㅇ 정부의 재생에너지 정책의 성공적 이행을 위해서는 녹색가치 간의 충돌 문제를 해결할 수 있는 다양한 정책 및 해법이 필요함 ㅇ 산림 및 생태계를 훼손하는 재생에너지사업이 지속가능한 재생에너지 발전사업의 모델이 될 수 없다는 사회적 공감대도 확산되고 있음 ㅇ 국내 풍력 보급실적은 세계 시장 점유율 0.2%로 신규 설치 규모도 매년 약 100~200MW에 불과하여 사실상 하나의 산업으로 성장할 수 있는 기반이 매우 취약한 상태임 □ 정부는 산업통상자원부와 환경부를 중심으로 그동안 불거진 후유증과 문제점을 해결하기 위한 다양한 제도를 마련하고 있음 ㅇ 산업통상자원부, 환경부 등 관련 부처를 통하여 ‘육상풍력 입지지도’를 마련하고 발전사업 허가 이전에 입지컨설팅 실시를 의무화하도록 함 □ 환경 보존과 신재생에너지 확대가 상호 공존할 수 있는 다양한 정책 및 해법이 필요함 ㅇ 환경적 영향을 고려하여 가용한 입지와 규모를 파악하여 보급 목표를 설정한 후, 영향이 낮은 지역부터 우선적으로 사업을 추진하는 것이 필요함 ㅇ 계획입지제도 등을 도입하여 개발가능지역을 대상으로 자연보존 등급이 상대적으로 낮은 지역부터 입지의 우선순위를 정하여 사업을 확대 추진하는 전략이 필요함 Ⅰ. Introduction 1. Background and aims of research □ This report summarizes the presentations made by experts at the ‘Great Discussion on Future Changes Related to Expansion of Renewable Energy’ held on September 26, 2019 organized by the Korea Environment Institute (KEI). ㅇ to present the current status of related research and the industry’s position necessary to successfully implement the nation’s renewable energy supply policy in relation to onshore wind power ㅇ to discuss various aspects of nature conservation vs. expansion of clean energy and improve awareness based on objective facts. 2. Environmental issues in onshore wind power □ Most of the high-altitude mountain ridges where onshore wind power are located have excellent vegetation and well-preserved forest ecosystem. ㅇ Major mountain ridges correspond to the regional ecological axes related to the preservation of the excellent natural ecological environment. ㅇ Concerns about the disruption of ecosystems due to wind turbines and management roads installed along mountain ridges that would cause damage to the terrain, soil runoff, and changes in local species are the major issue. Ⅱ. Technical Requirement for Location and Market Potential of Onshore Wind Power 1. Status of domestic onshore wind power □ The supply of renewable energy in Korea began in earnest in December 1997 with the enactment of the Alternative Energy Development and Utilization and Dissemination Promotion Act. ㅇ The FIT (Feed-In-Tariff) has been in effect since May 2002. ㅇ The annual utilization rate of wind power generation in Korea for the last 10 years (2009-2018) is 22.6 ± 2.0%. 2. Potential of domestic onshore wind power □ New and Renewable Energy White Paper published every other year ㅇ Market potential is calculated by adding economic and support policy influences and regulatory policy impacts to the technical potential. ㅇ In the process of licensing the wind power project, the economic feasibility is relatively low due to excessive time and cost required by environmental impact assessment and procedures for residents' consent. Ⅲ. Trends in Domestic and Foreign Markets and Technology in Onshore Wind Power 1. Trend of foreign markets □ As of 2018, the cumulative installed capacity of wind power worldwide is about 591 GW, accounting for about 5.6% of the total global power supply. ㅇ The total wind power market will be approximately $100 billion (about 120 trillion won) if construction-related investment costs for installing wind turbines are added. 2. Trend of technology □ In the 2000s, 1 MW was first developed. Since 2010 and it has grown to 2 MW to 3 MW. As of 2019, new models with 4 MW and 5 MW power generation capacity had been released. ㅇ The unit price of wind power generation continues to decrease. In 2010 it was about $90 per MWh, but in 2018, it is fell below $50. 3. Status and issue of domestic onshore wind power □ The supply of domestic wind power, which began in the early 2000s, is only 1.3 GW in total. ㅇ Domestically produced turbines accounted for only 5.9% of the whole wind turbines were installed in Korea in 2010, but at the end of 2018 the proportion of domestic products increased to 52.3%. ㅇ It is important to secure sites for wind farms by changing the perception on environmental values of wind power. Ⅳ. Introduction of a Planned Location System Led by Local Governments 1. Goal and status of renewable energy supply □ The introduction of a planned location system led by local governments is proposed to promote the supply of renewable energy in Korea in order to secure residents’ acceptance and environmental feasibility in advance ㅇ The supply in 2018 was only 168 MW, 84% of the target. In the first half of 2019, it was only 133 MW(20.4% of the target). ㅇ According to the analysis of 80 major onshore wind power projects, 45% had location problems and 20% had difficulty in securing residents' acceptance. 2. Domestic and foreign examples □ In foreign cases, the government or state agencies designate a planned development zone and select a developer through a public offering. ㅇ They find new wind power projects systematically through the planned location system to prevent reckless development as well as enable developers to secure project stability. ㅇ Jeju Province operates a system for designating wind power zones similar to the planned location system. 3. Introduction of a planned location system □ It is designed to review the environmental feasibility and residents’ acceptability in advance and to share the benefits of development with local governments and local residents. Ⅴ. Conclusion and Suggestions □ In connection with the government's policy to expand renewable energy in the future, it is necessary to conduct a systematic review of the feasibility of the location of onshore wind power projects along the mountain area in consideration of environmental value, economic suitability, and social acceptability. □ The government is preparing various systems to solve the problems related to renewable energy mentioned above with the Ministry of Trade, Industry and Energy and the Ministry of Environment as the center. □ Various policies and solutions are needed to ensure that environmental conservation and renewable energy expansion coexist. □ An expansion strategy is needed to promote the wind power project by prioritizing regions which are classified as relatively lower grade zones by introducing a planned location system.

발전변동량을 고려한 SVR기반 제주도지역의단기풍력발전량예측

손남례,양승학 한국차세대컴퓨팅학회 2018 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.14 No.2

In recent years, sustainable electricity production is essential for low-carbon green growth in Korea, and wind power generation is potentially unlimited, and is rapidly growing worldwide. However, due to intermittency and volatility, wind power generators have difficulties in efficiently storing and integrating wind power generation with current electric power grids. In order to cope with that, many studies are being carried out to predict wind speed and power. The models used to predict wind energy are divided into three categories: Numerical Weather Prediction, statistical methods, and Artificial Intelligence methods. In this paper, we propose a method to efficiently estimate short-term wind power generation of wind turbine by extracting features of wind direction and wind speed, characteristics of wind, selecting variables based on time-series data characteristics, and learning machine based on SVR. To verify the accuracy and feasibility of the proposed method, we estimate the power generation using the wind farm data of A, B, C region in Jeju Island. Experimental results show that the prediction method of short-term wind power generation using the proposed method is superior to the conventional method. 최근 한국의 저탄소 녹색 성장을 위해서는 지속 가능한 전기 생산이 필수적이고, 특히 풍력발전에너지는 잠재적으로무제한이므로 전 세계적으로 빠르게 성장하고 있다. 그러나 풍력발전기는 간헐성 및 변동성으로 인하여 풍력발전에너지를 효율적으로 저장하고, 전기전력그리드와 통합하는 데 어려움이 있다. 이를 대처하기 위해 풍속과 전력 예측을 위한 많은 연구가 수행중이다. 풍력발전에너지를 예측하는데 사용되는 모델은 NWP(Numerical Weather Prediction), 통계적 방법, 인공지능 방법 같이 3가지로 구분된다. 본 논문은 바람의 특성인 풍향과 풍속의 특징을추출하고, 시계열데이터 특성을 반영하여 변수를 선택한 후, SVR 기반으로 기계학습하여 풍력발전기의 단기풍력발전량을 효율적으로 예측하는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 정확도와 타당성을 검증하기 위하여 제주도 A, B, C 지역의 풍력발전단지 데이터를 사용하여 발전량을 예측한다. 실험결과, 제안한 방법을 이용한 단기풍력발전예측 방법이 기존 방법보다 우수하였다.

Operation Scheme for a Wind Farm to Mitigate Output Power Variation

이성은,원동준,정일엽 대한전기학회 2012 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.7 No.6

Because of the nature of wind, the output power of wind turbines fluctuates according to wind speed variation. Therefore, many countries have set up wind-turbine interconnection standards usually named as Grid-Code to regulate the output power of wind farms to improve power system reliability and power quality. This paper proposes three operation modes of wind farms such as maximum power point tracking (MPPT) mode, single wind turbine control mode and wind farm control mode to control the output power of wind turbines as well as overall wind farms. This paper also proposes an operation scheme of wind farm to alleviate power fluctuation of wind farm by choosing the appropriate control mode and coordinating multiple wind turbines in consideration of grid conditions. The performance of the proposed scheme is verified via simulation studies in PSCAD/EMTDC with doubly-fed induction generator (DFIG) based wind turbine models.

Ordinal Optimization Theory Based Planning for Clustered Wind Farms Considering the Capacity Credit

Yi Wang,Ning Zhang,Chongqing Kang,Qianyao Xu,Hui Li,Jinyu Xiao,Zhidong Wang,Rui Shi,Shuai Wang 대한전기학회 2015 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.10 No.5

Wind power planning aims to locate and size wind farms optimally. Traditionally, wind power planners tend to choose the wind farms with the richest wind resources to maximize the energy benefit. However, the capacity benefit of wind power should also be considered in large-scale clustered wind farm planning because the correlation among the wind farms exerts an obvious influence on the capacity benefit brought about by the combined wind power. This paper proposes a planning model considering both the energy and the capacity benefit of the wind farms. The capacity benefit is evaluated by the wind power capacity credit. The Ordinal Optimization (OO) Theory, capable of handling problems with non-analytical forms, is applied to address the model. To verify the feasibility and advantages of the model, the proposed model is compared with a widely used genetic algorithm (GA) via a modified IEEE RTS-79 system and the real world case of Ningxia, China. The results show that the diversity of the wind farm enhances the capacity credit of wind power.

Power Dispatch Capability of Wind-Battery Hybrid Power System

Cong-Long Nguyen,Hong-Hee Lee 전력전자학회 2015 ICPE(ISPE)논문집 Vol.2015 No.6

This paper focuses on determining the power dispatch capability of wind-battery hybrid power system (WBHPS). To cooperate with the transmission system operator (TSO) in the modern electric power market, the power dispatch capability of the WBHPS must be defined primarily at beginning of each dispatching time interval. Based on the wind power available and the battery capacity status, the power dispatch capability which means the power level of the WBHPS can dispatch to grid is determined. The proposed determination method aims to satisfy two crucial constraints while the wind power is being integrated into grid. The first constraint associated with the battery capacity is to guarantee the battery power lower than its rating. And, the second one is to keep the state of charge (SOC) of the battery within a safe range. In order to determine the maximum and minimum range of the power dispatch, the availability level of the wind power in each dispatching time interval is estimated based on the wind speed forecast. To evaluate the proposed determination method, we perform a numerical study using a 3-MW wind turbine generator with a real wind speed data measured on Jeju Island.

파워 조절 방법에 따른 풍력 터빈의 방사 소음 특성

정철웅(Cheong, Cheol-Ung),정완섭(Cheung, Wan-Sup),신수현(Shin, Su-Hyun),전세종(Chun, Se-Jong),최용문(Choi, Yong-Moon),정성수(Jung, Sung-Soo) 한국소음진동공학회 2006 한국소음진동공학회 논문집 Vol.16 No.8

In the development of electricity generating wind turbines for wind farm application, only two types have survived as the methods of power regulation; stall regulation and full span pitch control. The main purpose of this paper is to experimentally identify the characteristics of noise emission of wind turbines according to the power regulation types. The sound measurement procedures of IEC 61400-11 are applied to field test and evaluation of noise emission from each of 1.5 MW and 660 kW wind turbines (WT) utilizing the stall regulation and the pitch control for the power regulation, respectively. Apparent sound power level, wind speed dependence, third-octave band levels and tonality are evaluated for both of WTs. It is observed that equivalent continuous sound pressure levels (ECSPL) of the stall control type of WT continue to increase with increasing wind speed whereas those of the pitch control type of WT show less correlation with wind speed. These observed characteristics are believed to be due to the different airflow patterns around the blade between the stall regulation and the pitch control types of WT; the airflow on the suction side of blade in the stall types of WT are separated at the high wind speed. It is also found that the 1.5 MW WT using the stall control emits lower sound power than 660 kW one using the pitch control at wind speeds below 8m/s, whereas sound power of the former becomes higher than that of the latter in the wind speed over 8m/s. This wind-speed dependence of sound power leads to the very different noise omission characteristics of WTs depending on the seasons because the average wind speed in summer is lower than 8m/s whereas that in summer is higher. Based on these experimental observations, it is proposed that, in view of environmental noise regulation, the developer of wind farm should give enough considerations to the choice of power regulation of their WTG based on the weather conditions of potential wind farm locations.

Power Smoothening Control of Wind Farms Based on Inertial Effect of Wind Turbine Systems

Nguyen, Thanh Hai,Lee, Dong-Choon,Kang, Jong-Ho The Korean Institute of Electrical Engineers 2014 Journal of Electrical Engineering & Technology Vol.9 No.3

This paper proposes a novel strategy for attenuating the output power fluctuation of the wind farm (WF) in a range of tens of seconds delivered to the grid, where the kinetic energy caused by the large inertia of the wind turbine systems is utilized. A control scheme of the two-level structure is applied to control the wind farm, which consists of a supervisory control of the wind farm and individual wind turbine controls. The supervisory control generates the output power reference of the wind farm, which is filtered out from the available power extracted from the wind by a low-pass filter (LPF). A lead-lag compensator is used for compensating for the phase delay of the output power reference compared with the available power. By this control strategy, when the reference power is lower than the maximum available power, some of individual wind turbines are operated in the storing mode of the kinetic energy by increasing the turbine speeds. Then, these individual wind turbines release the kinetic power by reducing the turbine speed, when the power command is higher than the available power. In addition, the pitch angle control systems of the wind turbines are also employed to limit the turbine speed not higher than the limitation value during the storing mode of kinetic energy. For coordinating the de-rated operation of the WT and the storing or releasing modes of the kinetic energy, the output power fluctuations are reduced by about 20%. The PSCAD/EMTDC simulations have been carried out for a 10-MW wind farm equipped with the permanent-magnet synchronous generator (PMSG) to verify the validity of the proposed method.

Optimal Scheduling Algorithm for Residential Energy Consumption Considering the Wind-Photovoltaic Power and the Electricity Price of Purchase/Selling Electricity

Zhen Liu,Wen-zhu Li,Xin Liu 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Smart Home Vol.10 No.11

According to extensive development of renewable resources, such as wind power and photovoltaic power, and on the basis of wind-photovoltaic-energy storage hybrid power system, an optimal scheduling algorithm for residential energy consumption scheduling considering the wind -photovoltaic power and the electricity price of purchase/selling electricity is proposed. Firstly, in order to reduce the electricity cost of user and the burden of power supply, the appliances is arranged in the time-slot with purchase price more than selling price and higher wind -photovoltaic power based on the wind -photovoltaic power and the electricity price of purchase/selling electricity; Then, with the constraint conditions that purchase/selling electricity, the coordination strategy of wind-photovoltaic-energy storage grid is proposed. Simulation results show that the proposed optimization can decrease the electricity cost of user and peak-to-average.