풍력발전기 출력 안정화를 위한 BESS 운영에 관한 연구 = A Study on BESS Operation for Wind Generator Output Smoothing

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The renewable energy sources have huge advantages which are infinite and clean. For these reasons, development of the renewable energy sources has shown rapid growth over the world and the connection of large capacity of the renewable energy sources to existing network has been getting increase. However, the renewable energy sources have characteristics that are intermittent and low quality of power and those disadvantages have an effect on disturbance of renewable energy sources spread.
Introduction of energy storage system has been started to solve many problems which occur by connecting renewable energy sources to existing system. It shows that high quality of power from renewable energy sources can be supplied through charge and discharge operation of energy storage system.
In this thesis, effectively ESS(Energy Storage System) application method is studied to operate existing system connected renewable energy sources which has been shown fastest growth among the renewable energy sources in the world with stable condition.
First, this thesis introduces output smoothing method to mitigate unstable system with renewable energy sources and then simple average method is proposed to set target output. Output smoothing algorithm considering constraint of BESS is presented and coded by MATLAB. Also the result of renewable energy sources output smoothing is analyzed through application of proposed operation algorithm which is considering constraint of BESS.

국문 초록 (Abstract)

신재생에너지원은 무한정한 청정에너지라는 장점을 가진다. 이러한 이유로 최근에는 신재생에너지원은 세계적으로 빠르게 성장하고 있고, 기존의 계통에 대용량 신재생에너지원의 연계가 계속해서 증가하고 있다. 그러나 신재생에너지원은 출력의 간헐성 및 생산되는 전력의 품질이 낮다는 단점은 보급 확대에 장애요소로 작용하고 있다.
기존의 계통에 많은 신재생에너지원이 연결됨에 따라서 발생하는 문제점을 해결하기 위해서 에너지저장장치의 도입이 시작 되었다. 에너지저장장치의 충․방전을 통해서 신재생에너지원의 불안정한 출력을 안정화하여 고품질의 전력공급을 할 수 있다.
본 논문에서는 신재생에너지원 중에서 세계적으로 가장 빠르게 성장하고 있는 풍력발전기를 안정적으로 기존의 계통에 연계하여 운영할 수 있도록 BESS를 도입하여 운영하는 방법을 연구하였다. 풍력발전기를 연계하였을 때 불안정한 출력을 완화시키기 위한 출력 안정화기법을 소개하고, 목표 출력을 설정하기 위한 방법론을 제시하였다. BESS의 제약조건을 고려한 출력 안정화 알고리즘을 제시하고, 이를 프로그래밍 언어인 MATLAB으로 구현하였다. 또한 BESS의 제약조건을 고려한 운영 알고리즘의 적용 유, 무에 따른 출력변동률에 따른 풍력발전기 출력 안정화의 효과를 분석하였다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅵ
• 영문초록 ⅷ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 1
• 1.2 연구동향 2
• 1.3 연구내용 및 구성 3
• 제 2 장 풍력발전기의 계통연계 및 출력 안정화 4
• 2.1 풍력발전기의 계통연계 4
• 2.1.1 풍력발전기의 도입 4
• 2.1.2 풍력발전기의 계통연계에 따른 문제점 5
• 2.2 풍력발전기 출력 안정화를 위한 BESS 운영 8
• 2.2.1 풍력발전기의 출력변동에 따른 연계규정 8
• 2.2.2 BESS의 도입 10
• 2.2.3 풍력발전기 출력 안정화 11
• 제 3 장 풍력발전기 출력 안정화를 위한 BESS의 운영방안 13
• 3.1 출력 안정화를 위한 목표 출력 설정방법 13
• 3.1.1 이동평균법 13
• 3.1.2 출력 안정화를 위한 이동평균법의 변수 설정방법 14
• 3.2 출력 안정화를 위한 BESS 가동 제약조건 16
• 3.2.1 BESS 가동 전 제약조건 및 운영 알고리즘 16
• 3.2.2 BESS 가동 후 제약조건 및 운영 알고리즘 17
• 3.3 풍력발전기 출력 안정화를 위한 BESS 운영 알고리즘 23
• 제 4 장 운영 알고리즘의 효과 분석을 위한 시뮬레이션 25
• 4.1 시뮬레이션을 위한 계통구성 및 풍력발전량 25
• 4.2 출력 안정화의 목표 출력값 설정을 위한 Case study 27
• 4.2.1 BESS의 최대 출력제한 확인 31
• 4.2.2 BESS의 용량 제한 확인 36
• 4.2.3 Case study의 결과 36
• 4.3 운영 알고리즘의 사용 전․후에 따른 출력 안정화의 결과 38
• 4.3.1 운영 알고리즘의 효과분석 38
• 4.3.2 운영 알고리즘의 사용 전․후에 따른 출력 안정화의 결과분석 43
• 제 5 장 결론 45
• 참고문헌 46