[논문 리뷰] Suppressing the non-Gaussian statistics of Renewable Power from Wind and Solar

Mehrnaz Anvari, Gerald M. Lohmann외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 07.

Energy Load and Power Forecasting인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 고주기 모니터링 데이터를 활용하여 풍력 및 태양광 발전 출력의 비정규 분포 변동을 억제하기 위해 시간 지연 피드백 제어 방법을 제안한다. 이 방법은 시스템의 번갈아가며 발생하는 불규칙한 행동에서 확산적이고 더 예측 가능한 동역학으로 전이시켜, 국가 규모의 구현에서도 극단적인 출력 변동을 크게 감소시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 대규모 풍력 및 태양광 설치에서 간헐적이고 비정규 분포의 출력 변동 문제를 해결하기 위해.
• 현장 크기와 모니터링 주파수에 기반하여 재생 가능 에너지 출력의 번갈아가며 발생하는 행동과 확산적 행동 사이의 전이점을 규명하기 위해.
• 강한 비정규 분포 통계를 억제함으로써 재생 가능 에너지 출력을 안정화하는 제어 메커니즘을 개발하기 위해.
• 시간 지연 피드백이 국가 수준의 재생 가능 에너지 시스템에서 단기 출력 간헐성 문제를 완화하는 데 효과적인지 입증하기 위해.

제안 방법

• 초기 분석을 위해 풍력 및 태양광 발전 출력의 고주기 모니터링을 수행하여 밀리초에서 1초 수준의 시간스케일에서 번갈아가며 발생하는 행동의 시작을 탐지한다.
• 출력 신호에 시간 지연 피드백 제어 메커니즘을 적용하여 기저의 확률과정을 변화시킨다.
• 피드백 방법은 출력 변동의 시간적 상관관계 구조를 수정하여 시스템이 확산적 행동으로 이동하도록 한다.
• 국가 수준의 설치를 포함한 대규모 풍력 및 태양광 현장의 누적 출력 데이터를 기반으로 방법을 평가한다.
• 현장 크기와 모니터링 해상도에 따라 번갈아가며 발생하는 행동과 확산적 행동 사이의 전이를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 현장 크기와 모니터링 주파수에서 출력이 번갈아가며 발생하는 행동에서 확산적 행동으로 전이되는가?
• RQ2 국가 규모의 풍력 및 태양광 에너지에서 누적 출력에 강한 비정규 분포 변동이 얼마나 지속되는가?
• RQ3 시간 지연 피드백이 재생 가능 에너지 출력의 강한 비정규 분포 변동을 억제할 수 있는가?
• RQ4 피드백 방법은 재생 가능 에너지 시계열의 통계적 성질을 어떻게 변화시키는가?

주요 결과

• 국가 규모에서도 누적 풍력 및 태양광 출력의 비정규 분포 변동과 간헐성이 지속됨을 확인하여, 전력망 통합에 있어 근본적인 과제임을 시사한다.
• 고주기 모니터링을 통해 현장 크기에 따라 명확한 번갈아가며 발생하는 행동에서 확산적 행동으로의 전이가 관측됨을 확인하였다.
• 시간 지연 피드백 방법은 기저의 확률과정을 수정함으로써 강한 비정규 분포 변동을 성공적으로 억제하였다.
• 이 방법은 간헐적이고 폭발적인 출력에서 더 안정적이고 확산적인 행동으로의 전이를 가능하게 하여 예측 가능성 향상을 이뤘다.