TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.5, May 2014, pp . 3625 ~ 36 3 3   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i5.5096          3625     Re cei v ed  No vem ber 1 0 , 2013; Re vi sed  De cem ber 1 3 ,  2013; Accep t ed Jan uary 2 ,  2014   Economic Evaluation for Peak Shaving of Wind Power  Integrated Syst em      Tingting Ho u*, Suhua Lo u, Yao w Wu, Zhilei Wang, Lin Yi  S tate Ke y   Lab orator y of Adva nced El ectrom agn etic En g i ne erin g and T e ch nol og y, Col l e g e  of Electrical  and  Electron ic Engi neer ing, Hu azh ong U n iver s i t y   of Science a n d   T e chnol og y,   W uhan 4 3 0 074 , Hubei Prov inc e , Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-Ma i l : holtting @hus t.edu.cn       A b st r a ct   T he variab le a nd no n-dis patc hab le outp u t of w i nd  farms bri ngs gre a t difficulty to the qua ntitative   analysis  of the econom ic  operation f o r peak  shaving  of power system   int egrated  with high penetration of  w i nd pow er. F o r the r and o m  nature  of w i nd p o w e r,  the  pap er esta bl i s hes a  pe ak  shavi ng c apac ity  requ ire m e n t mode l for w i nd  pow er. Based  on the p eak  shavi ng ca pac ity requir e me n t  mod e l for w i n d   power, a  m o del for ec onom y   evaluation of  p eak shaving  of power system wi th a high  penetration of wind  pow er is pro p o sed. T he  mo del  mak e s it p o ssibl e to q u a n titatively  ana l y z e  th e i n flue n c es of w i nd p o w er  integr ation on the  pe ak  shav ing  ca pac ity requ ire m e n t an d oper atio n ec ono my. T he c a se studi es w e re   carried  out for  a system, a nd  the resu lts veri fied the  effectiveness and ac curacy  of  the prese n ted mo d e l.   Some c onclusions  are s u mmari z ed about the  econom y evaluation m e thod of  peak s h aving of system s   integr ated w i th signific ant w i nd     Ke y w ords   econ o m y eval u a tion of pe ak shavi ng, w i nd fa rm, peak sh avi ng cap a city re quir e ment sce nari o ,   backw ard scen a rio re ductio n      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  The diffe ren c e bet ween  pe ak l oad  and  valley load   of power grid   is gr o w ing  year  by year  with the  ch an ge of the  st ru cture  of el ectricity  dema nd,  and th e p e a k   shaving  of  power  syste m  is  increa singly  d i fficult. In pa rticula r , with  th e qui ck d e vel opment  of re newable  ele c tricity ge ne rati on   su ch as wind  power  and  so lar po wer  [1], esp e ci a lly the  progress of  wind  po we a r oun d th world   is  con s i s tentl y  impre s sive  be cau s e  of  its l o w cost , mature  te chnolo g y, ri ch  sto r and  f r ee   pollution, the  large - scal e integratio n of  wind p o we r beco m e s  a  global tre n d  of wind po wer  developm ent  [2-3]. As  re sult, the l a rg e-scal e in te gration of th stocha stic an d  unp redi ctabl power  will create  a much greater  chall e nge for peak  shaving  of  power system. Furthermore, the  eco nomi c  op eration fo r p eak  shavin g  of pow e r  system occu p i es an i m po rtant position  in  electri c ity p r o ductio n , an d i t s imp a ct  on  the e c on omic ben efits of  the  whol system is far mo re   than 1/3, th o ugh th e p e a k  sh aving  peri od a c cou n ts  f o r ju st 1/3  of  the total o peration p e rio d and  plays a de ci sive role i n  the ope ration  econ om y of powe r  sy ste m  [4]. So it’s impo rtant and   necessa ry to  study th chara c te risti c  of  pea k sh aving cap a city  requi rem ent of  po wer  sy stem  integrate d  wi th large - scal e wind  po we r and  pr e s e n t  the econ o m y evaluatio n model  of pea shavin g.  In Chi na, a ccordin g to th national  win d  po wer pla nni ng, seven  wi nd p o wer  ba ses  with   an installed  wind power  c apacity up to ten million  KW respecti vely will be built com p letel y  in  2020, an d they are respectively located at Ha m i  in Xinjiang  province, Ji uqua n in Ga nsu   provin ce, He bei province, Jian gsu  province , e a st ern in ner  M ongoli a , and  we stern i n ner  Mongoli a . The total installed wind p o wer ca pa city  of the seven  wind ba se s will be up to  5808 ×1 0 KW in 2015, and  9017×10 KW in 2020. T h is large-scal e and ce ntrall y explored wi nd  power will g r eatly incre a se the difficulty of  peak sh aving of power syste m  wi th wind po wer  integrate d I n  re cent  y e a r s,   con s ide r a b le re se ar ch  has  bee n co ndu cted o n  the integ r atio n of win d   power [5-9], and there is a gro w ing  co nce r n for  the  pressin g  issues fa cing p eak  shaving  of  power  syste m  integrate d  with  larg e-scale  wind p o w er [1 0-1 5 ]. Referen c e [1 1] analyze d  the   cha r a c teri stic of neg ative pea shaving  of co nventio nal ge ne rators an d p r op osed a m odel  t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3625 – 36 33   3626 cal c ulate the  limit of capability of negative  pea k shavin g ba sed on the d e termini s tic  unit  commitme n t and win d  po wer o u tput, ignori ng the stocha stic nat ure of wind p o we r. Refere nce   [12] presente d  a peak sha v ing sch eme  of therma l po wer for the in tegrated  Jiuq uan win d  po wer  base, com b in g its wi nd p o w er  ch aracte ristic.  Re fe re nce [1 3] pre s ented a m e th od to calcula t e   pea k shaving   ability  of  Northeast Chi na power grid   int egrate d   with l a rge - scale  wi nd farms ba sed  on the feature of Northea st China p o wer grid,  an d prop osed a prin ciple for  pea k shavin g  by  coo r din a ting hydro  p o wer and  the r mal power  for wi n d  farm s. Refe ren c e [14] an alyzed the  pe ak  shaving ability of Beijing-Tianjin-T angsan power  gri d  accordi ng t o   its l oad charac teri stic and  power so urce comp ositio n, and  p r ovi ded th a p p r oximate  ca p a city range   of win d  p o wer  integrate d  th at the power grid  can  ab sorb. Re fe re nce s  [12 - 14]  all analyzed t he pe ak  sha v ing  ability  the system  can supply  based on a  specifi c  sy st em. Ref e rence [15] eval uat ed the effect  of  wind p o wer  on the load  pea k-to -valle y difference of  powe r  sy stem integrate d  with large-scale   wind  po wer a c cordi ng to th e variatio n of  pea k-to -v alle y of net load,  based o n   chronolo g ical  lo ad   time  serie s  a nd chronol ogi cal  time  seri e s   of wi n d   p o w er  outp u t si mulated by Weib ull  di stri bution   function  of wi nd spee d. In fact, the pe ak  s havin g a b ility and op e r ation  econo my of the po we system  integ r ated  with  win d  po we are   clo s ely relate d to the  loa d  ch aracte risti c , po we so u r ce  comp ositio n and win d  po wer ch aracte ristic, only  analyzing wi nd po wer  cha r a c teristic or the p e a shaving abilit y of the power sy stem  int egrated with  wind power i s  incompl e te. Most of current  literature an a l yzed the  ch alleng e brou ght by integ r ated wi nd  p o we r fa cing  pea k shaving  of  power  syste m  macroly a nd roug hly, and the r e i s  a serio u s l a ck of a  ge neral  metho d  of   quantitative a nalysi s  and  modelin g of operation e c onomy of pe ak shaving.  So there i s  u r gent  need for in -d epth study o n  effect s of stocha stic na ture of  wind  power on p e a k shaving a nd  eco nomy eva l uation of pe ak shaving o f  power   syst em integrate d  with high penetration  wind  power.   The pea sh aving ca pa city requiremen t  is  the difference betwee n  the maximum loa d   and  minimum  load  du rin g   all the  ope rati on p e ri od, a s  a  re sult,  stu d y on  pe ak shaving  of po we system i n teg r ated  with la rge-sc ale  win d  po we r n e e d co ordi nati ng the  load  chara c te risti c   and  wind po we r output cha r a c teri stic du rin g  the w hole  operation pe riod. At the s a me time, the  stocha stic an d unpredi cta b le  nature of wind po wer output ma kes the pea shavin g cap a c ity  stocha stic  greatly, whi c h i s  the  key differen c e   of p e a sh aving i s sue  bet ween   traditional  po wer  system a nd o ne integrated  wi th larg e-scale win d  power.   For the sto c h a stic n a ture  of wind po we r, th is pap er  pre s ent s a p eak  shavin g cap a city   requi rem ent  model  of po wer sy stem i n tegrate d   wi th large-scale  wind  po we r, com b ing th e  load   cha r a c teri stic, and ch oo se s typical p e a k  shavi ng  ca pacity re quirement sce n a r ios to m odel  its  stocha stic n a t ure. Based o n   the pea shaving capa city requi re me nt model, the  pape r propo se a eco nomy e v aluation mo del of pea k shaving of po wer  system i n tegrate d  hig h  penet ration  wind   power. Ta kin g  into a c cou n t  the sto c ha st ic natu r of wind po we r, th e load  shed ding fee  be cau s e   of lack of po sitive pea shaving a b ility and p enal ty  fees fo r win d  spill age b e cau s of lack of  negative p e a k  shaving  abi lity also be co me a p a rt of  t he obj ective f unctio n  of the  model. Fin a ll y,  the ca se stu d ies  were ca rrie d  out for a system , an d the results  verified the e ffectiveness  and   accuracy  of  the presente d  mod e l. So me co n c lu sio n s a r su m m ari z ed  abo ut the e c on o m evaluation m e thod of pea k shaving of sy st em s integra t ed with sig n ificant wi nd.   This paper i s  divided into  t he followi ng  sections. Section III  presents the peak  shaving   cap a city  req u irem ent mo del of  po wer syste m   inte grated   with  high pen etrat i on wind   po wer.   Section IV formulates the  economy evaluation mo del  of peak shaving. Se ction V illustrates  the  methodol ogy usin g a test system. Sectio VI draws so me releva nt concl u si on s.      2. Peak Shav ing Capa cit y  Requireme n t  Model   The pea k sha v ing  capa city requi rem ent origin ates in  variation  of wind p o wer  out put an d   the differe nce bet ween  p eak load  an d  valley load,  and i s   clo s el y related  to t heir  ch ron o lo gical   correl ation. T o  model  the  pea k shaving  cap a city  req u irem ent of p o we system  integrate d  wit h   large - scale  wind  po we r, the pa pe use s  th e p r i n cipl e of  ch oosi ng typical load  curv e for  referen c e, according to  statistical a nal ysis  on the  pea k-to -valle y of net load and sce n a r io   redu ction  p r oce dure, a n d  obtai ns typical   wi nd  power outp u t  cu rves an d corre s po n d ing  prob ability for analy s is on  pea shaving  of po we s ystem integ r ate d  with  high  p enetratio n   wi nd   power.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Econom ic Evaluation for P eak Sha v in g of Wi nd Power Integrated  System  (Ting t ing Hou )   3627 2.1. Classific a tion of Pea k  Shav ing Capacity  Requirement Sc enarios   In ope ration  simulatio n  of  power  syste m  int egrated  with la rge  scale  win d  po wer, t o   absorb  re ne wable e n e r gy p r ioritly, win d   power  i s   con s ide r ed  a s  a  negative lo ad  and  obtain s  t he  net load. Th e  analysi s  o n   pea k shaving  cap a ci ty  re q u irem ent  is condu cted ba sed on  the n e load of  power system i n teg r ated  wi th la rge-scale  win d  po we r, wh i c h ta ke s into  accou n t both  the   pea k shaving  of origin al lo ad and va riati on of win d   po wer, b u t also their correlati on. The n e t lo ad  is formul ated  as follo ws:     ne t W LL P                                                                                           (1)     Whe r W P and  L  are respe c tively wind po wer  output a nd load of th e whol e ope ration   perio d, and  1 ,, , T T W W Wt WN PP P P    , 1 ,, , T T tN LL L L  , P Wt   and   L t  a r e re spe c tivel y  wind po we output and lo ad in peri od t, and  t =1 2 …… N T The pea k sh aving ca pa city requiremen t  of  power system integrated with large-scal e   wind p o wer i s  the differe n c e bet wee n  the maximum  net load and  minimum ne t load duri ng  all  the op eratio n  pe riod, th at  pea k-to -valle y of t he  net l oad.  Due  to  the un ce rtain  natu r of wi nd  power, the r e  may are  m any scen ario s of wi nd p o w er output,  so the  net l oad o b taine d  by  formulatio n (1) al so  ha s m any scen ario s. The  pea shaving  cap a city requireme nt of wind  po we output scen ario i is formula t ed as follo ws:    ma x ( ) m i n ( ) ii i p vn e t n e t PL L                                                                             (2)    Whe r ne t ii W LL P  i W P is th e win d  p o wer output  scena rio i, a n d   i=1,2,…… N s i p v P  a nd  i ne t L  are re spe c tively peak sha v ing capa city  r equi reme nt and net load  of the wind p o we r output  scena rio i,  ma x( )  and  mi n ( ) are  re spe c tively the max function an d min function.   From fo rmul a t ion (2 ), the  set of pea sh aving capa cit y  requi rem e n t  scena rio s   p v , can  be obtain ed  from the  set  of wind p o w er  output  scen ario 1 ,, iN s WW W W PP P   , and the  probability of  every scenari o  is  1 ,, p ro i N s pp p   , and  1 1 S N i i p , which i s  al so t h e probably   of the proba bi lity of corre sp ondi n g  wind  power outp u t scena rio.   Usi ng well-b e ing an alysi s  [16] for refe ren c e, the p eak  shavin cap a city re q u irem ent  scena rio s   ca n be  divided i n to thre e g r o ups  He althy, Margi nal a n d  Risk, a c cordi ng to the  effects  of wind  po we r integ r ation   on the  pea shavin g of  p o w er sy stem.  Cla ss  He alth y represents  tha t   the pe ak sha v ing capa city re quirement   is le ss tha n  t hat befo r e  wi nd p o wer inte gration,  L pv , that  is, wind p o wer integ r ation  improve s  the pea k sh aving of power  system . C l ass  R i s k  re pr ese n t that the pea k shaving  cap a city req u ire m ent is g r eat er than that t he syste m  ca n sup p ly by other  gene rato rs,  C pv , that is, the system  can  not meet the   pea k shaving  cap a city req u irem ent of t he  power sy ste m  integrate d  with win d  po wer. So,  cla s s Marginal re pre s ent s the scena rio s  except   that of the  two ab ove  cla s se s,  that  i s , wind po we r integratio n increa se s pea k shavin g pre s sure,   but the  C pv  can meet the pe ak shaving  ca pacity req u ire m ent of the powe r  syste m  integrate d  wit h   wind po wer.   The classifi cation rep r e s ent thre different effe ct situatio ns of wind  po wer  integratio n on  peak  shavin g, and distin g u ish e three  different pea k shaving  states cl early.   Based  o n  the  above   classif i cation  meth o d , the  set  of p eak shaving  capa city re quirement   scena rio s   p v  ca n be divide d i n to three  su b s ets,  , H pv , M pv  and  , R pv and thei r sce nario and corre s po nding p r ob abi lity are respe c tively formul ated as follo ws:       , , , 0, , 1 , 2 , , ,, 1 , 2 , , ,, 1 , 2 , , hh Hp v p v p v p v p v H jj M pv p v pv p v pv p v M kk Rp v p v p v p v p v R PP L h N PP L C j N PP C k N                                                    (3)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3625 – 36 33   3628 1 1 1 H M R N H h h N M j j N R k k pp pp pp                                                                                       (4)    Whe r , H pv , M pv  an , R pv  rep r e s ent  the  set of  pea shaving  ca pa city req u irem ent o f   Healthy  state ,  Margin al sta t e and  Risk  state, respecti vely;  h p v P j p v P  and  k p v P  repre s e n t sce nario   h j  an k  of   , H pv , M pv  an , R pv , respec tively N H N M   and   N R   are re sp ectiv e ly  the  total  numbe r of scenari o s of   , H pv , M pv  and  , R pv   2.2. Peak Shav ing Capac i t y  Requirem e nt Mod e For  comp utational compl e xity, it’s impo ssi ble to an a l yze and  eva l uate for eve r y pea k   shavin g ca p a city requi re ment scena ri o in det ail, so backward scena rio red u ction te chni que  based o n  Ka ntorovich di stance, KD, [1 7] is ap p lied  to trim do wn  the num ber  o f  peak  sh avin cap a city re qu ireme n t scen ario s, obtaini ng typi cal scenari o s and correspon ding   prob ability  while   kee p ing mo st of stochast i c informatio n embed ded  in these scenari o s. Backward  scena ri o   redu ction  techniqu e ba se d  on K D  is an  optimal  p r o c edure, an d el iminates the  scena rio  whi c h   has the mini mum pro babil i ty distance u n til the stoppi ng crite r io n h a s be en met.  Based  on the  cla ssifi cation  method of p eak  sh aving  cap a city re qu ireme n t scen ario a n d   scena rio redu ction techniq ue de sc ribe d above, the p eak  shavin g cap a city req u i reme nt mod e l is  as  follows :       ,1 , , ,1 , , ,1 , , ,, ,, ,, ll ll ll lp v p v p v i p v N lW lW lW i l W N lp r o l l i l N l PP P PP P pp p p                                                                          (5)    Whe r l = H M R rep r e s ents pe ak  shaving capa city requi re  state He althy, Marginal,  Risk,  respe c tively, and it has the same  meanin g  in  the followin g s lp v lW  and  lp ro  are  respe c tively obje c tive sce nario  sets of  pea k shaving  cap a city req u irem ent, win d  po we r outp u t   curve and correspon ding probabilities of state L.  , l lp v i P , l lW i P  and  , l li p are re spe c tively peak  shavin g ca pa city requi rem ent, wind po wer  output  cu rve and  corre s po ndin g  pro bability of typ i ca l   scena rio il in obje c tive sce nario  set of peak  shavin g state l.  The pe ak  sh aving ca pa city requireme n t  model  takes into accou n t the sto c ha sti c  natu r e   of wind p o wer a c cording  to choo sin g  typical pea k shavin g ca p a city req u ire m ent scen ari o s,   based on  whi c h the e c on o m y evaluati on of peak  sha v ing is co ndu cted.       3. Economic Ev aluation of Peak Sha v i ng of Po w e r Sy stem In tegra t ed  w i t h  Wind   3.1. Objectiv e Functio n   The go al of study on p e a shaving  e c on omy  of p o we r sy stem  integrate d   with high  penetration wind po wer i s  to minimize the expecte d cost (F ) in terms of ab sorbi ng win d  po we r in  prio rity and  meet corre s p ondin g  con s traints. Ta kin g  into a c count  the sto c h a sti c  natu r of wind  power, the lo ad sh eddi ng  fee becau se  of lack of  p o sitive peak sh aving ability and pe nalty fees  for wind  spill age be cau s e  of lack of negative pea shaving abili ty also beco m e a part of the   obje c tive function of the model.  Base  on  the  pea shavin g  ca pa city re q u irem ent  m o del a bove, th e obj ective fu nction  of  the eco nomi c  evaluation of  peak  shavin g is formul ate d  as follo ws:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Econom ic Evaluation for P eak Sha v in g of Wi nd Power Integrated  System  (Ting t ing Hou )   3629 , 1 l l l N lN li MinF p   ,, , , 11 () () () u T ll l N N ul i l i l i tu f tO tC t                            (6)    Whe r e,     , , 1 , , . ,, ,, 2 , , 2 () ( ) ( ) ( . ) ll l l l uli u li u t li ul i u li x f tf P S t f N O S O                  (7)    Whe r N u  is t he numb e r of  conventio nal  units,  ,, () l ul i f t  is fuel cost of unit u  in period t u nder the  typical wi nd  p o we r o u tput  scena rio  , l lW i P including ope rati onal co st  1, , . , , () ll ul i u tl i fP , s t art-up cos t   ,, () l ul i St  and emi ssi o n  co st of  SO 2  and  NO x   2, , 2 (. ) l ul i x f NO S O ., , l u tli P is po we r outp u t of unit  i  in   perio u n d e r the  typical wi nd  power o u tput  scenari o   , l lW i P , () l li Ot and , () l li Ct are l o a d   she ddin g  fee   becau se  of la ck of  po sitive pea k shavin g ability a n d   penalty fee s  for  win d   spilla ge  because of lack  of  negative peak  shavi ng ability in period  t under  the typica wind power out put  scena rio  , lW i P , respec tively.    , () l li Ot and , () l li Ct are form u l ated as follo ws:     ,. , () () ll li N S W l i Ot E t                                                              (8)    ,. , () () ll li N A W l i Ct E t                                                             (9)    Whe r γ   is the co st pe r l oad shed din g ρ  is the cost per wi nd  power energy spillage, and ., () l NS W l i E t ., () l NA W l i E t are  ele c tri c ity not su pplie d, wind  po we r en ergy  spill age in  pe riod  t unde the typical wi nd po wer o u tput scena rio , l lW i P , respec tively.    3.2. Cons trai nts     For eve r y typical  win d  p o w er outp u t scen ario , l lW i P the  f o llowin g  con s traints mu st be  sat i sf ie d.   a) System op eration  con s traints  1) Power bal ance co nstrai nt    ., , , , . 1 0, ( 1 , 2 , , ) ll U ut l i l W i t t L t T u PP L P t N                                             (10)    Whe r ,, lW i t P  is win d  power outp u t in period t of  the typical wind p o wer o u tput scena ri o , lW i P P L.t   is net loss in  period  t 2) Spinni ng rese rve co nst r aint    .m a x , , , . 1 l U uu t l W i t L t t t u Px P P L R                                                      (11)    Whe r P u .max   is rate capa city of unit  i R t  is  spi nning  re serve i n  pe riod t,  x u , t  is  0/ 1 variabl e whi c h   is equ al to 1 if unit  i  is online in scena rio  k  and p e rio d   t b) Co nventio nal units o peration co nstrai nts  1) Generation limits    .m i n . , , . m a x ,( 1 , 2 , , ) uu t l i u T PP P t N                                                           (12)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3625 – 36 33   3630 Whe r P u .min  is minimum  capa city of unit  i 2) Ramp rate  limits    .. 1 uu t u t u DP P U                                                                            (13)    Whe r U u  and   D are, resp ectively, up and do wn ra m p  rate limit of unit  u 3) Minimu m o n  and off time con s traint   .. . m i n .. . m i n () () on u o n u of f u of f u tt t tt t                                                                             (14)    c)  Wind farm operation con s traint 1) Generation limits    0 to ta l Wt W PP                                                                                             (15)    Whe r total W P  is rated ca pa city of wind farm.   2) Win d  po we r elect r icity co nstrai nts    ex p WE N A W E EE                                                                              (16)    Whe r E W  an E ENAW   are wind energy absorbed  and  wind  energy spillage, respectively.  E exp  is   expecte d ele c tri c ity of wind farm.      4.   Case Stud To analy z e th e impa ct of large - scal e win d  pow er o n  p eak  shavin g cap a city re qu ireme n and econo m y , the model is tested o v er a 24-h  hori z on o n  a real sy ste m  with its load   cha r a c teri stics and  gen erators  of 201 5. The dat for gen erato r s an d load  a r e, re sp ectiv e ly,  listed as T abl e 1, Table 2 and Tabl e 3. The ma ximu m load is 870 00MW, an d the rated  cap a city  of the wind fa rm integrated  is assign ed a s   174 00M W, whi c h is 2 0 % of the maximum load.       Table 1. Co n v entional Ge nerato r s  Dat a   Pmax  /MW  Pmin  /MW  Number   /   Coal consumption  at rated ou put   /g/KWh  SO2 emission  /g/Kg.Tce   1000  500  280  1.6  600 300  90  300  1.6  360 216  29  320  3.2  300 180  123  320  3.2  200 140  48  340  3.2  135 94.5  43  360  16  100 70  12  360  16  60 42  380  16  25 17.5  450  16    Table 2. Co n v entional Ge nerato r s  Ch a r acte ri stic of Coal  Con s um ption   Unit  Power Output Ra te  [0.5,0.6) [0.6,0.7) [0.7 ,0.8) [0.8,0.9) [0.9,1)  1000   1.0556  1.037  1.0185   1.0074   600  1.063   1.046   1.029   1.012   1.006   360  1.026   1.015   1.003   1.002   300  1.026   1.015   1.003   1.002   200  1.024   1.013   1.006   135  1.044   1.032   1.016   100  1.044   1.032   1.016   60 /  1.088   1.044   1.02  25 /  1.088   1.044   1.02  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Econom ic Evaluation for P eak Sha v in g of Wi nd Power Integrated  System  (Ting t ing Hou )   3631 Table 3. Loa d  Data   t/h Load/MW   t/h Load/MW   t/h  Load/MW   1 0.758  9 0.852   17  0.946   0.743  10 0.903  18  0.897   0.734   11 1 19  0.912   0.727  12 0.926  20  0.986   0.725  13 0.928  21  0.958   0.741  14 0.949  22  0.899   0.74  15 0.963  23  0.839   0.779  16 0.952  24  0.787       4.1. Analy s is  on Peak Shav ing Economy   Based  on typical wi nd po wer outp u t cu rves of  the sele cted sce n a r io s, the com p a r ison of   eco nomi c  ev aluation  re sul t s of pea k sh aving bet wee n  system s wi th wind p o we r integrated a n d   not is listed in  Table 4.   From Ta ble 4  it can be co nclu ded that  coal  con s um ption, SO2 e m issi on of the system   both de cre a se after wind  power integ r a t ion. Howe ve r, the coal co nsum ption pe r thermal p o w er  gene ration  in cre a ses for  that the va ri ation of   win d  po we r o u tput in cre a se s p e a k   shav ing  pre s sure of  convention a l u n its. Thi s  sho w s th at  wi nd  power i n tegra t ed save op eration a co st of  conve n tional  units, at the same time, increa se s pea shavin g co st for its variatio n. However, the   operational  cost save d is  more tha n  pe ak shav ing  co st increa sed  by wind po we r integrated.       Table 4. Indices of Eco nom ic Ope r ation f o r Pea k  sh aving   indices  no w i nd  po w e in tegrated   w i th w i nd po w e integrated   load shedding/MW  electricity  not su pplied/GWh   w i nd e nerg y  spillage/GWh   0.04  w i nd p o w er  abso r ption/%   99.97%   thermal po w e r g eneration/ GWh   1796   1673   coal consumptio n/104 t   56.10   52.29   thermal coal consumption/g/kWh  312.36   312.59   sy stem coal cons umption/g/kWh  312.36   291.13   SO2 emission/104 t  0.0172   0.0157   thermal SO2  emission/g/kWh   0.6530   0.6460   Peak shaving depth/%   36.1%   41.4%       4.2 Anal y s is  on the ability  to  absorb w i nd po w e To analyze t he ability to  absorb  wind  power  of the system, the  system  with  different  wind  power  p enetratio n  (proportio n  of th e maxi mum l oad) i n teg r at ed is  simul a ted ba se d mo dels  pre s ente d  ab ove.    Table 5. Re sults of Econo mic Op eratio n fo r Peak Sh aving with Dif f erent Wi nd Powe Penetratio n   w i nd  penetration   thermal po w e generation   /GWh   coal  consumption  /104 t   peak shaving  depth/%   thermal coal  consumption  /g/KWh  w i nd p o w er  absorption   /%   10%   1734   54.25   38.2%   312.80   100.0%   20%   1673   52.29   41.4%   312.59   99.4%   30%   1616   50.72   42.8%   313.82   96.7%   40%   1562   49.07   44.4%   314.18   94.5%   50%   1506   47.37   45.4%   314.56   93.6%   60%   1462   46.49   46.0%   317.89   89.7%   70%   1446   46.09   46.2%   318.73   80.6%   80%   1441   46.00   46.2%   319.15   71.5%       Table 5  p r e s ents re sults of  economi c  operati on fo r pea sh avin g with  differe nt win d   power pe netration. It can be se en that thermal  po we r gene ration  and coal co n s umptio n of the  system d e crease as  win d  power p e n e tration in cr e a se s,  whi c sho w s t hat  t he sy st e m  c an  absorb m o re  wind po we r based on  wind po wer p e netration 2 0 % , and the added  wind p o we integrate d  sa ves the r mal  power g ene ration but al so  coal  co nsum ption,  but the  amount  of them  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3625 – 36 33   3632 repla c e d  by the sam e  add ed wind po wer de cre a se  as win d  powe r  penetration  increa se s. At  the  same  time, the coal  co nsumption  per  thermal  po wer g ene ration  increa se s from wi nd p o w er  penetration 3 0 %, and the  rea s on i s  tha t  the peak  sh aving pressu re of thermal  units in crea ses  whe n  win d  po wer p enet rati on increa se s,  and their po wer o u tput rat e  decrea s e s .     4.3. Accur a c y   Verification of the Mo d e To verify th e  accu ra cy of  propo sed  m odel s,  all th e  win d  p o wer  output  scena rios a r evaluated by  enume r ation  method, and  compa r i s on  of  result s of the two different method s is  listed in Tabl e 6.  From t he  co mpari s o n  of  result s in  Tabl e 6, it  can  be  se en th at th e calculation  errors of   operational i n dice s of th ermal po we r a r e sm all,  and  all are smalle r than  1%, the large s t one  is  pea k shavin g depth  wit h  an e r ror  0.48%, in  a ddition, thermal po we gene ration,  coal  con s um ption,  co al  con s um ption p e r th ermal po we r g e neratio n,  SO 2  e m iss i on  and   SO 2  emi s si on   per the r mal  power g ene ration are, re spe c tive ly, 0%, -0.19%, -0.19%, -0.34 %  and -0.34 % Comp ared with operatio n a l indices of  thermal po wer, the cal c ulatio n errors of operatio nal  indices  of wi n d  po we r a r greate r . Th ou gh the  cal c ul ation e rro r of  wind  ene rgy i s   slightly gre a t,  it’s sm all a s   compa r ed  with  the total wi n d  ene rg y the   system  ab sorbs, an d the  calcul ation e r ror  of the total wind ene rgy the  system ab so rbs i s  0.01%.       Table 6. Co m pari s on of Re sults of the T w o Different Method indices  the proposed m o del enumeration met hod  load shedding/MW  electricity  not su pplied/GWh   w i nd e nerg y  spillage/GWh   0.04    0.02    w i nd p o w er  abso r ption/%   99.97%   99.98%   thermal po w e r g eneration/ GWh 1673    1673    coal consumptio n/104 t   52.29    52.39    thermal coal consumption/g/kWh 312.59    313.19    sy stem coal cons umption/g/kWh 291.13   291.69   SO2 emission/104 t  0.1081    0.1084    thermal  SO2 emission/g/kWh   0.6460   0.6482   Peak shaving depth/%   41.4%   41.2%       In a word, ba sed o n  the th ree  sele cted  wind  p o wer o u tput cu rves  usin g the pre s ente d   model,  th e calcul ation error  i s  sm aller than  1%   fr om  cal c ul ation  e rro rs of  ope rational i ndi ce s of  thermal  po wer a nd  wind   power. If increasi ng the   n u mbe r  of typi cal  scena rio s , the cal c ul ation   error will be smaller. In the practical  work, t he num ber of typical  sce nari o can be decided by  the accuracy  requi rem ent.      5. Conclusio n   The  sto c ha stic a nd  unp red i ctable  natu r e  of wi nd  po wer b r in gs gre a t ch allen ge t o  pe ak  shavin g ope ration of po we r syste m  inte grated  wi th la rge - scal e win d  power. Thi s  pape r propo se a pea k shavi ng capa city requireme nt model ta king  into acco unt sp e c ial cha r a c teri stics  of wind   power, u s ing  KD sce nari o red u ction  techni que t o  ch oo se ty pical  pea shaving  cap a c ity  scena rio s . Base d on th e  pea k shavi ng capa city  requi rem ent  model, the  p aper present s a  method  of e c onomi c   evalu a tion of  pea k sh aving.  F r o m  the  ca se  study, som e   concl u si on s a r summ ari z ed  as  foll ows: (1 ).  Wi nd po we integ r at io can  save o p e ration al  co st of conventio nal  units, at  the  same time,  it i n crea se s th co st of  pea shavin g fo r th at its  va riatio n st re sses pe ak  shavin g p r e s sure of th e p o we system.  (2 ). Th e r mal  power gen eration  an coa l  co nsumptio n of  the system repla c ed by the sa m e  ad ded win d  po wer d e crea se as win d  powe r  pen etra tion  increa se s, an d the coal co nsum ption pe r therma l po wer gen eratio n  incre a ses. T he optimal wi nd  power capa ci ty integrated sho u ld comp rehen sively  consi der o perational cost o f  thermal po wer  and wi nd p o w er  ab sorption indi ce s a nd so  on. (3). The p r e s ented mo del  for econom ic  evaluation of  peak  shavin g of powe r  system  integrated high p e netration  win d  power, whi c h   gives a hig h  cal c ulatio n accuracy, re du ces the co mp u t ational com p lexity greatly, what’s m o re,  it  make s it conv enient for po wer  system pl anne r to  anal yze the effect  of wind power integ r ation  on  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Econom ic Evaluation for P eak Sha v in g of Wi nd Power Integrated  System  (Ting t ing Hou )   3633 the pea k sha v ing cap a city  requi rem ent and e c on om y  of powe r  sy stem intuitively and cl early o n   the whol e, an d can b e  ea si ly applied to pra c tical p r oj ects.       Ackn o w l e dg ements   This  work was supp orted  by Key Project of  Nation al Natu ral Science Foun d a tion of   Chin a (No. 5 0937 002,Ba si c re se arch o n  theory an methodol ogy  of se cure op e r ation of mo d e rn   power  syste m s ba se d on  energy st ora ge), an d Fun d  of the Nati onal  Prio rity Basic  Re se arch of  Chin a (No. 2 012 CB215 10 0, Basi c scie nce  re se arch   on la rge - scal e win d  p o we r integration),  an d   the National  Natural S c ie nce  Fou ndati on of  Ch in a  (No. 51 207 062, O p timizi ng allo catio n  of  multiple energy storage units in  the  po wer  system  with hi gh  pen etration  of  wi nd p o wer). M r . Ho  Simon Wa ng  has p r ovide d  tutorial as si stance to impro v e the manuscript.       Referen ces   [1] Maeg aard   P.  W i nd e ner gy d e vel o p m e n t a n d  a ppl icatio p r ospects  of no n-grid-c on nect ed w i n d  p o w e r Procee din g of W o rld  No n-Grid-Co n n e cted   W i nd P o w e r  a nd E ner g y  C o nferenc e, W N W E C, Nan jin g,   Chin a. 20 09; 1 - 3.  [2]  Daut I, Ir w a nto  M, Su w a rno,   et al. P o tenti a l  of  W i n d  P o w e r Gener atio n i n  Perlis,  North e r n Mal a ysi a T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r al of Electrica l  Engin eeri ng.  2 011; 9(3): 5 75- 582.   [3]  F a rajia np our S ,  Mohamma di  A,  T a vakoli S,  et al.  Improv ed  Bacteria l F o ra gin g  Alg o rithm  for Optimu m   Econom ic Emi ssion D i spatc h   w i th W i n d  Po w e r.  T E LK OMNIKA Indonesi an Jo urna l of Electrica l   Engi neer in g . 2012: 10( 4): 640 -648.   [4]  Li Z h im in g, Ya ng W e i, Z han g  Jun y a ng,  Z h e ng M eng w e i.  E c onom ic p eak   avoi danc on  electric  po w e r   supp l y H e il on gjia ng e l ectric  pow er.  200 1; 23 (5): 315-3 18.   [5]  Driese n J, Bel m ans R.  Distri buted g e n e rati on: chal len ges  and poss i bl soluti ons . 2006 IEEE Pow e Engi neer in g Societ y Gener al  Meet in g, Montreal, Ca na da. 2 006.   [6]  H Bludszu w e it,  JA Domíngue z-Navarro,   A Ll ombart.  Stat isti cal  ana l y sis  of  w i nd  p o w e r for e cast err o r.   IEEE Transactions on power system s.  20 08; 23(3): 98 3-9 9 1   [7]  Li W e n y i, Z h a ng Bao h u i , Ba Gen.  Relia bi li ty imp a cts of large sca le  uti l i z a t i o n  of w i nd  energy  on   electric power system s.  Proc eed ings  of CSEE. 2008; 28 ( 1 ): 100-1 05.   [8]  Z hang J i etan,  Che ng H aozh o ng, Hu Z e ch un , et al.  Pow e r system pr ob ab ilistic pr oducti o n  si mul a tio n   inclu d i ng w i nd  farms.  Proce e d i ngs of the CS EE. 2009; 29( 2 8 ): 34-39.   [9]  Z hou W e i, Pe ng Yu, Su n H u i, W e i Qin g h a i.  Dyn a m ic e c ono mic dis p a t ch in w i nd  po w e r integrate d   system .  Proce edi ngs of the C SEE. 2009; 29( 25): 13-1 8 [10] Z hang L i yin g , Ye T i nglu, Xi Yaozh o n g , et al.  Probl e m s a nd meas ures o f  pow er grid ac commod a ting   larg e scale w i n d  pow er.  Proce edi ngs of the C SEE. 2010; 30( 25): 1-9.   [11]  Yang H o n g , Li u Jian xin, Yu a n  Jinsh a Res e arch of pe ak lo ad reg u l a ti on o f   conventi ona l gen erators  i n   w i nd pow er gri d . Proceedings  of the C SEE.  2010; 30(16): 26-31.   [12]  Xi ao C hua ng yi ng, W ang  Ni ng bo, Din g Kun,  et al . System  pow er regu lati on sche m e for Jiuqu an w i nd   pow er base.  Pr oceedings of the C SEE. 2010; 30(10): 1-7.   [13]  Yi Lid o n g , Z h u  Min y i, W e i Le i ,  et al. A comput ing met hod f o r peak  loa d  re gul ation  abi lit y   of North w est   Chin a po w e r g r id con necte d w i t h  lar ge-sca l e   w i n d  farms.  Pow e r System T e chnol ogy . 201 0;  34(2):   129- 132.   [14]  Li F u q i a ng, W ang B i n, T u  Shao lia ng, et  al.  Anal ys is o n  p eak l o a d  reg u l a tion  perform a n ce of B e ij ing- T i anjin-T angsh an Po w e r Grid   w i th  w i n d  farms connecte d.   Pow e r System T e ch nol ogy .  2010; 3 3 (18):   129- 132.   [15]  Z hang  Ni ng, Z hou  T i anrui,  D uan   Ch an gg an g, et a l . Impac t of lar ge-sc ale   w i n d  farm  co n nectin g   w i t h   po w e r grid o n  peak l o a d  regu latio n  dema nd.   Pow e r System T e chnol ogy . 2 010; 34( 1): 152 -159.   [16]  Dan ge Hu an g, Billio nt on R. Effects of  w i nd  po w e r on b u l k  s y stem ade q uanc y ev alu a ti on usi ng th e   w e ll- be ing a n a l ysis frame w o r k .   IEEE  Transac tions on power system s . 20 09;  24(3): 123 2-1 240.   [17]  Razal i  NMM,  Hashim A H Backw ard red u c t ion a ppl icati o n for mini mi z i ng w i nd  pow e r  scenari o s i n   stochastic pro g ra mmin g . Po w e r Eng i ne eri ng an d Optimizatio n  Confer ence (PEOCO ), 2010 4t h   Internatio na l. I EEE, 2010: 43 0-43 4.  [18] Rach ev  ST Proba bil i ty metric s and the st ab il ity of stochastic mod e ls . Ch ic hester, U.K.: Wile y, 19 91.   .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.