풍력단지의 출력 규제를 위한 하이브리드 ESS의 충방전 제어 알고리즘

Abstract

본 논문은 제주 풍력 발전 단지의 풍속 분포의 특성 분석과 풍력 발전 단지에서 생산된 전력량의 단기 예측 및 풍력 단지의 출력 규제를 위한 하이브리드 에너지 저장 장치(ESS)의 충방전 제어 알고리즘에 관한 것이다. 먼저, 제주 풍력 발전 단지의 풍력 데이터를 기반으로 풍속의 분포를 조사하였다. 일반적으로 와이블 분포는 풍속 분포를 설명하는데 있어 가장 적합하다고 알려져 있기 때문에 풍력 발전 단지의 풍속 분포는 와이블 분포를 따른다고 가정하였다. 세 가지의 서로 다른 접근법을 사용해 와이블 분포의 두 개의 매개 변수를 추정하였다: 최대가능도예측방법, 모멘트법, 최소자승법. 이 중 모멘트법이 다른 두 방법들보다 작은 오차를 나타내었다. 또한, 제주 풍력 데이터를 바탕으로 최적의 월별 와이블 파라미터 값을 구해 풍속 분포를 구하였다. 다음으로 1분 간격의 풍력 발전 단지의 발전량 데이터를 기반으로 서포트 벡터 머신 (SVM)을 사용해 단기 풍력 예측을 시행하였다. 5분, 15분, 30분 후의 풍력 발전 단지 발전량을 예측하였을 때, 결정계수 값은 각각 0.9775, 0.9539, 0.9208을 나타내었다. 마지막으로 풍력단지의 출력 규제를 위해 각 전지의 최대 충방전률과 가용 용량을 고려한 하이브리드 ESS의 충방전 제어 알고리즘을 제안한다. 네 종류의 단일 배터리 시스템(나트륨황, 납축전지, 레독스 흐름 전지, 리튬이온)과 세 종류의 하이브리드 배터리 시스템을 고려하였다. 나트륨황 전지와 리튬이온 전지를 조합해서 사용한 경우, 다른 종류들에 비해 시스템 비용이 가장 낮음을 확인할 수 있었다. 또한 출력 규제 변동률이 2%일 때, 나트륨황 전지와 리튬이온 전지를 조합해서 사용한 경우가 단일 리튬이온 배터리와 납축전지 배터리 시스템에 비해 각각 35%, 67%의 이익을 가짐을 확인할 수 있었다.