[논문]제주지역 풍력발전단지의 BESS 적용효과 분석

이도헌; 김일환; 김호민; 김승현

doi:10.7836/kses.2014.34.4.067

제주지역 풍력발전단지의 BESS 적용효과 분석
Analyzing effects of the BESS for wind farm in Jeju Island 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.34 no.4, 2014년, pp.67 - 74

이도헌 (제주대학교 풍력공학부) , 김일환 (제주대학교 전기공학과) , 김호민 (제주대학교 전기공학과) , 김승현 (제주대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The fluctuation of the output power of wind farms will be able to cause the impact on the Jeju power system such as power quality and stability. To settle the matter, many researchers have proposed the use of the BESS(Battery Energy Storage System) in the wind farm. In this paper, The BESS is applied to each wind farms for mitigating the fluctuation of wind power output. The BESS is controlled for smoothing the output of wind farms. Two kinds of simulation will be carried out. First, the simulation results by using PSCAD/EMTDC simulation program are compared to the measured data from the real power grid in Jeju Island. The other is to analyze the output of wind farms when the BESS is applied to the simulation works. The simulation results will demonstrate the effectiveness of using BESS to stabilize for power grid in Jeju Island.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 단시간 주기의 풍력발전단지 출력 변동을 평활화하여 제주계통에 안정적으로 공급하기 위한 목적으로 BESS를 적용하였다. BESS의 방전율(C-rate)은 최대4C로 제한하였다.
따라서. 본 논문에서는 단주기의 제주 지역 풍력발전단지의 출력 변동을 평활화하여 계통의 영향을 최소화하고자 한다. 평활화 제어를 위해 필요한 BESS의 용량은 2013년 2월 18일자로 제주특별자치도 에너지 저장장치 설치에 관한 세부사항에 의거하여 풍력발전단지 용량의 10% 시간으로 산정하였다[3].
본 논문에서는 제주도의 각 풍력발전단지별 BESS를 적용 시 제주계통에 적용효과를 분석하기 위하여 제주계통을 모델링하여 실제 데이터와 비교하여 타당성을 입증하고 BESS를 설치하였을 경우에 대한 분석 효과를 서술하였다.

제안 방법

평활화 제어를 위해 필요한 BESS의 용량은 2013년 2월 18일자로 제주특별자치도 에너지 저장장치 설치에 관한 세부사항에 의거하여 풍력발전단지 용량의 10% 시간으로 산정하였다[3]. BESS를 풍력발전단지에 적용 시 계통에 공급되는 전력은 출력 변동의 평활화 정도와 BESS적용 유 /무에 따른 발전 출력의 변동률에 대해 분석되었다. 제주계통의 영향을 분석하기 위해 제주계통을 모델링하였으며 실제 데이터와 비교분석을 통한 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 PSCAD/EMTDC 프로그램으로 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 입증하고자 한다.
제주계통 내의 각 풍력단지별 BESS를 적용하고 단지 출력을 평활화함으로써 계통에 미치는 영향을 분석하였다. BESS용량은 풍력발전단지의 10% 시간을 산정하여 평활화제어를 하였다. Fig.
PCS모델은 유·무효 전력의 제어가 가능한 전류원으로 등가화하여 모델링하였다.
여자시스템 그리고 조속기/터빈 등의 정수는 대부분 실제 값을 적용하였다. 그 외의 값은 실측된 결과를 토대로 유도하여 결정하였으며 실측된 결과와 비교하여 값들의 유효성을 확인하여 적용하였다[6].
풍력발전기 특성상 바람의 영향을 많이 받기 때문에 연 중 바람이 가장 심한 겨울철 중에서 2013년 11월 27일을 선정하여 실제 데이터를 분석하였다. 또한 시뮬레이션 결과와 비교를 위해 풍력발전단지와 계통이 연계되는 PCC(Point of Common Coupler)의 데이터를 기준으로 하여 분석하였다.
2와 같이 실제데이터 값을 적용하였다. 선로정수의 경우 정상분, 영상분, 어드미턴스을 고려하여 실제 데이터를 적용하였다. 또한 각 발전소는 각각의 특성시험을 통해 결정된 발전기.
시뮬레이션의 시간을 고려하여 동·서쪽으로 구분하여 모델링 하였다.
유효전력 및 무효전력, 전압이 실제 데이터와 유사한 특성을 갖는 것을 검증하였고. 이를 토대로 계통에 BESS적용 시 계통에 어떠한 영향을 주는지 분석하였다.
제주계통 내의 각 풍력단지별 BESS를 적용하고 단지 출력을 평활화함으로써 계통에 미치는 영향을 분석하였다. BESS용량은 풍력발전단지의 10% 시간을 산정하여 평활화제어를 하였다.
BESS를 풍력발전단지에 적용 시 계통에 공급되는 전력은 출력 변동의 평활화 정도와 BESS적용 유 /무에 따른 발전 출력의 변동률에 대해 분석되었다. 제주계통의 영향을 분석하기 위해 제주계통을 모델링하였으며 실제 데이터와 비교분석을 통한 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 PSCAD/EMTDC 프로그램으로 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 입증하고자 한다.
본 논문에서는 단주기의 제주 지역 풍력발전단지의 출력 변동을 평활화하여 계통의 영향을 최소화하고자 한다. 평활화 제어를 위해 필요한 BESS의 용량은 2013년 2월 18일자로 제주특별자치도 에너지 저장장치 설치에 관한 세부사항에 의거하여 풍력발전단지 용량의 10% 시간으로 산정하였다[3]. BESS를 풍력발전단지에 적용 시 계통에 공급되는 전력은 출력 변동의 평활화 정도와 BESS적용 유 /무에 따른 발전 출력의 변동률에 대해 분석되었다.
HVDC는 시뮬레이션 시간을 단축하기 위해 축약 모델로 등가화하여 실제 데이터를 Look-up table방식으로 나타냈으며, 피상전력 값으로 전류 기준값을 얻어 유·무효전력을 실제 출력과 유사하게 나타냈다. 풍력발전단지는 실제 출력과 유사한 특성을 가지기 위해서 풍력발전단지의 실제 데이터를 Look-up table화하여 가변전류원으로 모델링 하여 실제 출력과 유사한출력으로 표현하였고. 시뮬레이션의 시간을 고려하여 동·서쪽으로 구분하여 모델링 하였다.
풍력발전단지에 BESS 용량은 제주특별자치도에서 고시한 풍력발전단지의 10% 전력량으로 산정하였으며. 평활화 제어를 통해 풍력발전단지의 합성출력을 평활화함으로써 제주계통을 안정화시켰다.

대상 데이터

배터리 데이터는 Panasonic사의 정격 3.6V, 용량 830mAh인 CGR17500 리튬이온 배터리를 적용하였다[5]. Fig.
풍력발전기 특성상 바람의 영향을 많이 받기 때문에 연 중 바람이 가장 심한 겨울철 중에서 2013년 11월 27일을 선정하여 실제 데이터를 분석하였다. 또한 시뮬레이션 결과와 비교를 위해 풍력발전단지와 계통이 연계되는 PCC(Point of Common Coupler)의 데이터를 기준으로 하여 분석하였다.

이론/모형

ESS(Energy Storage System)로는 리튬이온 배터리로 구성된 BESS를 수학적으로 나타내기 위해 Shepherd non linear battery model을 적용하여 단순한 가변 전압 소스와 저항으로 구성하여 Fig. 2와 같이 모델링하였다. PCS모델은 유·무효 전력의 제어가 가능한 전류원으로 등가화하여 모델링하였다.

성능/효과

3은 제주계통의 실제 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교하였으며, 2013년 11월 27일의 24시간 데이터를 4주기로 분석한 결과이다. 실제 데이터와 시뮬레이션 분석결과가 유사한 특성을 나타냄을 확인하였다.
9와 같은 출력 파형을 확인 하였다. 유효전력 및 무효전력, 전압이 실제 데이터와 유사한 특성을 갖는 것을 검증하였고. 이를 토대로 계통에 BESS적용 시 계통에 어떠한 영향을 주는지 분석하였다.

후속연구

실제 계통은 풍력발전변동에 따라 발전소의 출력이 응동하는 것을 알 수 있는데 BESS적용 시 풍력발전단지 출력과 발전소의 출력이 거의 변동하지 않는 것을 볼 수 있다. 따라서 계통 공급 시 BESS를 이용하여 풍력발전단지를 안정적으로 운영할 수 있을 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최소화하며 안정적으로 풍력설비를 운영하는 방안으로 무엇이 제시되는가?	최소화하며 안정적으로 풍력설비를 운영하는 방안에 대한 수립이 요구됨으로써. 풍력발전단지에 BESS를 적용하여 단지 출력제어를 통해 계통을 안정화하는 방법이 현실적인 대안으로 부각되고 있다[2]. 따라서.
	제주계통에서는 부하 변동에 따라 빠르게 전력을 보상해야 하는데, 이 때 무엇을 사용하는가?	제주계통에서는 부하 변동에 따라서 빠르게 응답하여 전력을 보상해야 한다. 이에 따라 전력보상이 빠른 HVDC가 순간적으로 변동하는 용량에 맞게 보상한다. 반면 응답속도가 늦은 발전소의 경우일정시간 지난 후에 계통에 전력을 보상하게 된다.
	제주계통에서 운영되는 발전설비 현황은 어떠한가?	현재 제주계통에서 운영되는 발전설비는 총590MW로 발전기 10기로 운영되고 있으며, 기력발전기 4대가 기저부하를 담당하고 내연 및 가스 터빈 발전기는 첨두부하를 담당하고 있다. 제주도내 풍력발전단지는 총 109.

참고문헌 (6)

Report, Feasibility study on application of ESS for wind farms in Jeju ,Jeju Special Self-Governing Province Feb, 2013
Shimizukawa, J., Iba, K., Hida, Y., Yokoyama, R, Mitigation of intermittency of wind power generation using battery energy storage system, Universities Power Engineering Conference(UPEC), Cardiff, Wales, 2010
Report, Details about ESS for output wind turbines and stability of power grid in Jeju ,Jeju Special Self-Governing Province, Dec, 2013
Olivier Tremblay, Louis-A. Dessaint, Experimental Validation of a Battery Dynamic Model for EV Applications, World Electric Vehicle Journal Vol. 3, pp. 284-294, 2009
Panasonic battery manufacturer's data sheet. 2009
Report, IEEE Exciter Model Constants, GENERAL ELECTRIC COMPANY, May, 1997

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증