[논문 리뷰] Capturing the Variabilities of Distribution Network Net-Load via Available Flexibility of Microgrids

Alireza Majzoobi, Amin Khodaei외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 24.

Microgrid Control and Optimization참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 분포망의 넷로드 변동성을 파악하기 위해 마이크로그리드의 내재된 유연성을 활용하는 새로운 방법을 제안하며, 시스템 유연성 요구사항을 마이크로그리드 최적 스케줄링에 통합하여 유연성 서비스를 가능하게 한다. 테스트 피더에서의 수치 결과는 최소한의 유틸리티 투자로 내시간대 및 시간 간 변동성 감소가 효과적으로 이루어짐을 보여준다.

ABSTRACT

Renewable energy has attracted significant attention over the last decade, conceivably due to its environmental benefits and the recent drops in the development and deployment cost of the technology. The increase in renewable generation, however, has resulted in new challenges in supply-load balancing, owing to its intermittent, non-predictable and volatile generation features. Several methods have been introduced to cope with negative impacts of the renewable generation deployment. In this paper, a novel method, i.e., the application of microgrids in capturing the variabilities of distributed renewable generation in distribution networks is proposed and investigated. Utilizing available flexibility of microgrids represents a local and viable solution which leads to lower investments from electric utilities for increasing their flexibility and providing more reserved power. It is investigated that how the system flexibility requirements can be integrated into the microgrid optimal scheduling model to enable microgrids in supporting the grid operators by offering flexibility services. Using the proposed flexibility constraints, intra-hour and inter-hour variabilities at the distribution feeder will be efficiently captured. Numerical simulations on a test distribution feeder, with one microgrid and several renewable-equipped consumers, show the effectiveness of the proposed model.

연구 동기 및 목표

• 분포망에서 간헐적인 재생 가능 에너지 발전으로 인한 넷로드 변동성 문제를 해결한다.
• 공급과 수요를 균형 잡기 위한 고비용의 그리드 측 투자 의존도를 줄인다.
• 시스템 유연성 요구사항을 마이크로그리드 스케줄링에 통합하여 유연성 서비스 제공을 가능하게 한다.
• 마이크로그리드가 실시간 균형 조정을 지원하는 현지 응답형 자원으로 기능할 수 있도록 한다.
• 마이크로그리드 유연성을 활용하여 내시간대 및 시간 간 넷로드 변동성을 캡처하는 것의 실현 가능성과 효과성을 입증한다.

제안 방법

• 시스템 유연성 제약 조건을 통합한 마이크로그리드 최적 스케줄링 모델을 수립한다.
• 분포피더 수준에서 넷로드의 내시간대 및 시간 간 변동성을 모두 포괄할 수 있도록 유연성 제약 조건을 정의한다.
• 마이크로그리드를 분포망에 규제 및 예비 서비스를 제공할 수 있는 탄력적 자원으로 모델링한다.
• 소비자의 재생 가능 에너지 발전 및 부하 프로파일을 마이크로그리드 스케줄링 프레임워크에 통합한다.
• 한 개의 마이크로그리드와 다수의 재생 가능 에너지 장착 소비자를 포함한 테스트 분포피더를 사용하여 접근 방식을 검증한다.
• 운영 비용을 최소화하면서도 유연성 요구사항과 시스템 제약 조건을 충족하도록 마이크로그리드 운영을 최적화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 마이크로그리드의 유연성을 활용하여 분포망에서의 내시간대 및 시간 간 넷로드 변동성을 캡처할 수 있는가?
• RQ2 그리드 운영자에 대한 효과적인 지원을 가능하게 하기 위해 마이크로그리드 스케줄링에 통합되어야 할 유연성 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 마이크로그리드는 얼마나 많은 고비용 그리드 측 투자 필요성을 줄일 수 있는가?
• RQ4 실제 재생 가능 에너지 및 부하 프로파일 하에서 제안된 모델은 넷로드 변동성을 얼마나 효과적으로 완화하는가?
• RQ5 마이크로그리드 참여가 분포망에서의 시스템 유연성과 운영 비용에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 유연성 제약 조건은 분포피더에서 내시간대 및 시간 간 넷로드 변동성을 효과적으로 캡처한다.
• 마이크로그리드는 현지에서 상당한 유연성 서비스를 제공할 수 있으며, 고비용 그리드 측 투자 필요성을 줄일 수 있다.
• 테스트 피더에서의 수치 시뮬레이션 결과, 변동성이 큰 재생 가능 에너지 발전 조건 하에서도 모델이 공급과 수요를 성공적으로 균형 잡는 것으로 나타났다.
• 마이크로그리드 스케줄링에 유연성 요구사항을 통합함으로써 시스템의 복원력과 운영 효율성이 향상된다.
• 모델은 마이크로그리드가 실시간 균형 조정을 지원하는 응답형 자원으로 기능할 수 있도록 하며, 주요 인프라 업그레이드 없이도 가능하다.
• 최적화된 마이크로그리드 디스패치를 통해 시스템 안정성과 신뢰성을 유지하면서도 운영 비용을 최소화한다.