지난 10 년 동안 미국의 풍력 에너지 성장이 급격히 증가했습니다. 전세계 CO
전기 그리드는 소량의 다양한 전력 생산 만 처리하도록 설계 되었으므로이 문제는 점점 더 큰 풍력 발전 단지가 건설됨에 따라 다루기가 더 어려워 질 것입니다. 이 간헐적은 주로 천연 가스 발전소에서 에너지 생산이 증가함에 따라 바람이 감소하는 기간을 채워서 현재 완화되고 있으며, 이는 석탄과 석유보다 깨끗하지만 여전히 Co 2 의 중요한 공급원입니다. 배출.
버몬트 대학교 (University of Vermont)의 한 연구 팀은 차세대 전기 그리드의 공공 정책, 행동 및 기술적 측면을 해결하기위한 대규모 국립 과학 재단 자금 지원 프로그램의 일환 으로이 간헐적 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 그들은보다 고급 제어 시스템을 사용함으로써 풍력 발전 단지는 전기 그리드에 꾸준하고 제어 가능한 전력 입력을 공급할 수 있다고 생각합니다. Journal of Wind Energy에 발표 된 연구에서 팀은 생산 된 에너지를 극대화하기 위해 일하는 동시에 풍력 발전 단지의 전력 변동을 최소화하는 동시에 풍력 농장 컨트롤러에 대한 여러 시간 척도의 영향을 조사했습니다.
.풍력 터빈을 극대화하기 위해 모델 예측 제어를 사용하는
전통적인 풍력 농장 제어 기술은 비례 적분-유도 (PID) 컨트롤러를 통해 개별 풍력 터빈 에너지 출력을 극대화하는 데 중점을 둡니다. 이 시스템은 인접한 풍력 터빈에 의해 생성 된 에너지를 고려할 수 없거나 향후 풍속이 어떻게 변할 수 있는지 설명 할 수 없습니다. 이러한 전통적인 제어 기술 대신에 팀은 연구에 MPC (Model Predictive Control)라는 기술을 사용하기로 결정했습니다. MPC 기술은 여러 목표를 처리하고 시간 지평을 솔루션에 통합 할 수있는 능력을 가지고 있으며, 단일 컨트롤러가 미래 풍속이 어떻게 변할 것인지에 대한 예측에 따라 풍력 발전 전력 생산의 변화를 설명하기 위해 단일 컨트롤러가 여러 풍력 터빈에 의해 생성 된 순간 전력을 모두 고려할 수 있습니다.
.팀은 풍력 발전 단지의 전력 변동이 바람 돌풍이 하나의 터빈에서 하류 터빈으로 이동하는 데 걸리는 시간의 비율에 크게 의존한다는 것을 발견했습니다. 이 비율의 특정 값에 대해, 개별 터빈의 전력 출력은 건설적인 간섭을 생성하여 단일 터빈보다 큰 농장 수준의 전력 변동을 초래합니다. 다른 값의 경우, 개별 터빈 전력 출력은 파괴적인 간섭을 생성하여 농장 수준의 전력 변동이 개별 터빈의 변동보다 상당히 작게 만듭니다.
.그런 다음이 팀은 풍력 발전소의 전기 에너지 출력을 동시에 극대화하고 전력 변동을 최소화하기 위해 Wind Farm Controller가 앞으로 풍속이 어떻게 변할지 예측할 때 총 농장 전력 출력으로 최소한의 감소로 전력 변동을 크게 줄일 수 있음을 발견했습니다. 이러한 전력 감소를 달성하는 데 사용 된 방법은 컨트롤러 내의 목적 함수의 형태에 민감했습니다. 전력 변동의 시간 파생을 최소화하기 위해 목적 함수가 공식화되면, 컨트롤러는 개별 풍력 터빈의 전력 곡선을 부드럽게 하였다. 객관적인 기능이 평균 전력 출력에 비해 농장 전력의 차이를 최소화하기 위해 공식화 된 경우, 컨트롤러는 개별 풍력 터빈 사이의 건설적이고 파괴적인 간섭 효과를 활용하여 총 농장 전력을 평활화했습니다.
.이 연구의 결과는 모델 예측 제어 기술이 풍력 발전 단지를 전기 생성을위한보다 신뢰할 수 있고 제어 가능한 자원으로 만들 수있는 잠재력을 가지고 있음을 나타냅니다. 풍력 발전소와 관련된 다양한 시간 척도의 효과를 이해하는 것은 효과적인 컨트롤러를 설계하는 데 중요합니다. 풍속 예측 방법과 풍력 농장 컨트롤러에 사용되는 수학적 모델을 개선하면 풍력 발전 단지에서 더 많은 양의 에너지가 생산 되면서이 기술을 신뢰할 수 있고 실용적으로 만드는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
이 연구, 비선형 모델 예측 제어를 통한 풍력 발전 전력 변동성에 대한 타임 스케일의 효과는 최근 Journal Wind Energy 에 발표되었습니다. .
