[論文レビュー] Suppressing the non-Gaussian statistics of Renewable Power from Wind and Solar

Mehrnaz Anvari, Gerald M. Lohmann+6 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2015

Energy Load and Power Forecasting被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、高周波モニタリングデータを活用して、風力および太陽光発電出力の非ガウス的揺らぎを抑制するためのタイムデリーフィードバック制御手法を提案する。この手法により、システムはちらつきや間欠的行動から拡散的でより予測可能なダイナミクスに移行し、国規模の導入においても極端な出力変動が顕著に低減される。

ABSTRACT

The power from wind and solar exhibits a nonlinear flickering variability, which typically occurs at time scales of a few seconds. We show that high-frequency monitoring of such renewable powers enables us to detect a transition, controlled by the field size, where the output power qualitatively changes its behaviour from a flickering type to a diffusive stochastic behaviour. We find that the intermittency and strong non-Gaussian behavior in cumulative power of the total field, even for a country-wide installation still survives for both renewable sources. To overcome the short time intermittency, we introduce a time-delayed feedback method for power output of wind farm and solar field that can change further the underlying stochastic process and suppress their strong non- gaussian fluctuations.

研究の動機と目的

• 大規模な風力および太陽光発電施設における間欠的で非ガウス的出力揺らぎの課題に対処すること。
• フィールドサイズおよびモニタリング周波数に基づいて、再生可能エネルギー出力におけるちらつき行動と拡散的確率的行動の遷移点を特定すること。
• 強い非ガウス的統計を抑制することで、再生可能エネルギー出力を安定化する制御機構を開発すること。
• タイムデリーフィードバックが国全体の再生可能エネルギーシステムにおける短期的出力の間欠性をどのように緩和できるかを実証すること。

提案手法

• 風力および太陽光発電出力の高周波モニタリングを用いて、ミリ秒から1秒程度の時間スケールでちらつき行動の発生を検出する。
• 時間遅れフィードバック制御機構を出力信号に適用し、その背後にある確率的過程を変更する。
• フィードバック手法は、出力揺らぎの時間的相関構造を変更し、システムを拡散的行動へとシフトさせる。
• 大規模な風力および太陽光フィールドの累積出力データ、ならびに国レベルのインストール事例を用いて、手法を評価する。
• フィールドサイズおよびモニタリング分解能を関数として、ちらつきと拡散的レジーム間の遷移を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのフィールドサイズおよびモニタリング周波数で、出力がちらつきから拡散的行動に遷移するか？
• RQ2 国レベルでの風力および太陽光エネルギーの累積出力において、非ガウス的揺らぎはどの程度持続するか？
• RQ3 タイムデリーフィードバックは、再生可能エネルギー出力における強い非ガウス的揺らぎを抑制できるか？
• RQ4 フィードバック手法は、再生可能エネルギー時系列の統計的性質をどのように変更するか？

主な発見

• 累積的な風力および太陽光発電出力における非ガウス的揺らぎと間欠性は、国規模でも持続しており、グリッド統合における根本的課題を示している。
• 高周波モニタリングを用いることで、フィールドサイズの関数としてちらつきから拡散的行動への明確な遷移が観測される。
• タイムデリーフィードバック手法は、背後にある確率的過程を変更することで、強い非ガウス的揺らぎを効果的に抑制した。
• この手法により、間欠的でバースト的な出力から、より安定的で拡散的のような行動へのシフトが可能となり、予測可能性が向上する。