[논문]전력 시스템의 동요 억제를 위한 TCSC용 안정화 장치 설계

정형환; 허동렬; 왕용필; 박희철; 이동철

doi:10.5207/jieie.2002.16.2.104

전력 시스템의 동요 억제를 위한 TCSC용 안정화 장치 설계
A Design of Power System Stabilization of TCSC System for Power system Oscillation Damping 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.16 no.2, 2002년, pp.104 - 112

정형환 (동아대 공대 전기·전자·컴퓨터공학부 교수·공박) , 허동렬 (동아대 정보기술연구소 특별연구원) , 왕용필 (동아대 정보기술연구소 특별연구원) , 박희철 (동 대학원 전기공학과) , 이동철 (부경대 공대 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 FACTS 기기의 일종인 전력조류 극대화 및 제어 기능과 함께 외란에 의한 과도시의 전력계통 안정화 기능을 수행할 수 있는 TCSC용 전력시스템 안정화 장치 설계에 대하여 연구하였다. TCSC용 전력시스템 안정화 장치 설계시 파라미터 선정은 복잡한 수식이 필요 없고 계산시간을 감소시키며 적은 반복횟수로도 최적해를 찾을 수 있는 자연 생태계의 진화를 모의한 유전 알고리즘을 이용하였다. 전력 시스템의 저주파 진동에 강인성을 갖는 TCSC는 TCR(Thyristor Controlled Reactor)과 커패시터의 병렬구조에 의해 용량성과 유도성에 걸친 범위가지 연속적으로 제어할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 제안된 방법의 강인성을 검증하기 위해 여러 가지 운전조건에 대해 전력계통 안정도 및 고유치를 해석하여 기존의 안정화 장치를 적용한 경우와 비교함 으로써 유용성을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, it is suggested that the selection method of parameter of Power System Stabilizer(PSS) with robustness in low frequency oscillation for Thyristor Controlled Series Capacitor(TCSC) using Geletic Algorithm(GA). A TCSC meddle consists of a stories capacitor and a parallel path with a thyristor valve and a series inductor. Also in in parallel, as is typical with series capacitor applications, is a metal-oxide varistor(MOV) for overvoltage protection. The proposed PSS parameters are optimized using GA in order to maintain optimal operation of TCSC which is expected to be applied in transmission system to achieve a number of benefits under the various operating conditions. In order to verify the robustness of the proposed method, we considered the dynamic response of angular velocity deviation and terminal voltage deviation under a power fluctuation and rotor angle variation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 자연 생태계의 진화를 모의한 유전알고리즘(GA : Genetic Algorithm) 을 이용하여 전력시스템의 동요 억제를 위하여 TCSC용 안정화 장치의 최적 파라미터를 선정하였다. 그러나 기존의 유전 알고리즘은 변수들을 유한 길이의 2진 스트링(string)으로 코딩(coding)하므로 인해 많은 계산 시간을 필요로 하고 정확성을 상실할 수도 있다.
본 논문에서는 FACTS 설비의 일종인 전력조류 극대화 및 제어 기능과 함께 외란에 의한 과도시의 전력계통 안정화 기능을 수행할 수 있는 TCSC용 전력 시스템 안정화 장치 설계에 대하여 연구하였다. 또한 제어기 파라미터 설정시 기존의 일반적인 방법인 경험 및 시행착오에 의존하는 반복수행과는 달리, 복잡한 수식이 필요 없고 계산시간을 감소시키며 적은 반복 횟수로도 최적해를 찾을 수 있는 자연 생태계의 진화를 모의한 유전 알고리즘을 이용하여 설계하였다.

제안 방법

이 문제점은 돌연변이 확률을 높임으로서 어느 정도 극복할 수 있으나, 이를 극복하는 데에는 한계점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 제안한 엘리트주의 유전 알고리즘은 이 후손의 목적 함수 값이 원래의 집단 안에서 가장 열성인 유전자의 적합도 값과 비교하여 그 값보다 크면 그 집단에 가입시키고 이전 유전자는 버린다. 따라서 엘리트주의(以itism)는 기존 알고리즘의 문제점 중 선택과 교배시의 한계점을 극복하고자 하는 시도이다.
수 있다고 알려져 왔다. 따라서, 본 논문에서는 안정도 해석에 여자기의 효과를 고려하여 IEEE Type 1 의 여자기를 채택하였다口2]. 이 모델의 블록선도가 그림 I과 같으며, 모델 방정식은 식 ⑸~⑺과 같다
또한 제어기 파라미터 설정시 기존의 일반적인 방법인 경험 및 시행착오에 의존하는 반복수행과는 달리, 복잡한 수식이 필요 없고 계산시간을 감소시키며 적은 반복 횟수로도 최적해를 찾을 수 있는 자연 생태계의 진화를 모의한 유전 알고리즘을 이용하여 설계하였다. 제안한 기법의 타당성을 검증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용하여 다양한 부하 외란에 적용하였다.
본 논문에서 적용한 TCKSC는 TCR(Thyristar CCTitrolled Reactor)과 커패시터의 병렬구조에 의해 용량성과 유도성에 걸친 범위까지 연속적으로 제어할 수 있다. TCSC는 정상상태에서의 전력조류 극대화 및 제어 기능과 함께 외란에 의한 과도시의 전력계통 안정화 기능을 수행할 수 있다.
본 논문에서는 TCSC에 의한 영향을 분석하는 첫 단계로서 1기 무한대 계통의 선로에 TCSC가 부착된 경우의 선형화 모델을 유도하였다. 1기 무한대 계통의 상태 변수는 8개가 되며, 이 중 TCSC의 임피던스인 Xc를 제외한 나머지는 발전기와 그에 부착되어있는 여자기의 상태 변수이다.
본 논문에서는 부하외란을 초기 기계적인 토크가 3[%] 변동한 경우 및 초기 회전자각 편차가 0.03[pu] 변동한 경우로 하여 시뮬레이션을 하였다. 제안한 제어기의 우수성을 입증하기 위해 Yu의 PSS 제어기와 본 논문에서 설계한 PSS의 주파수 응답을 그림 8에서 비교.
본 논문에서는 안정도 해석에 가장 널리 사용되는 2축 모델을 사용하여 발전기 모델을 수식화 하였으몌11], 이 모델은 과도 리액턴스 동특성을 가지는 내부전압을 상태변수로 나타내고 여자권선과 댐핑 권선의 효과를 고려하며, 고전적 모델에서의 접근 방식을 적용하기 용이한 다음 식 (1)~(4)와 같다.
또한 국부값에서 조기 수렴하는 현상이 발생하는 구조적인 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 변수의 코딩 절차 없이 실 변수(Real Variable) 로 최적화 함으로써 코딩 시간을 감소하고 정확성을 유지하는 방법과 양질의 유전자를 보존하며 열성 유전자를 제거하여 보다 적은 반복 횟수로도 좋은 해를 찾아 나갈 수 있는 엘리트주의(Eitism)를 이용하였다. 즉 이상과 같이 기존의 유전 알고리즘을 개선한 방법으로 실 변수 엘리트주의 유전 알고리즘 (RVEGA : Real Variable Elitism Genetic Algorithm) 을 이용하였다.
또한 제어기 파라미터 설정시 기존의 일반적인 방법인 경험 및 시행착오에 의존하는 반복수행과는 달리, 복잡한 수식이 필요 없고 계산시간을 감소시키며 적은 반복 횟수로도 최적해를 찾을 수 있는 자연 생태계의 진화를 모의한 유전 알고리즘을 이용하여 설계하였다. 제안한 기법의 타당성을 검증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용하여 다양한 부하 외란에 적용하였다. 시스템의 고유 진동 모드에 대한 고유치 및 제동비를 조사하였으며, 시뮬레이션을 통하여 시스템 웅답특성을 비교하여 제안한 방법의 우수성을 입증하였다.

데이터처리

고찰하였다. 또한 시스템의 동적웅답을 제어기 없는 개루프 시스템과 고전적인 제어기를 적용한 시스템과 비교 . 고찰하였다.
03[pu] 변동한 경우로 하여 시뮬레이션을 하였다. 제안한 제어기의 우수성을 입증하기 위해 Yu의 PSS 제어기와 본 논문에서 설계한 PSS의 주파수 응답을 그림 8에서 비교. 고찰하였다.

이론/모형

이러한 과정을 통하여, 좋은 유전 배열을 가진 해들은 계속 보존되므로 이들이 선택 과정 시 탈락되는 것을 방지하며, 교배시에 더 열성의 후손이 생성될 경우 이를 배제시키는 것이다. 따라서 본 논문에서는 이상의 방법을 결합한 실 변수 엘리트주의 유전 알고리즘(RVEGAQ을 이용하였다.
이러한 문제점을 해결하고자 변수의 코딩 절차 없이 실 변수(Real Variable) 로 최적화 함으로써 코딩 시간을 감소하고 정확성을 유지하는 방법과 양질의 유전자를 보존하며 열성 유전자를 제거하여 보다 적은 반복 횟수로도 좋은 해를 찾아 나갈 수 있는 엘리트주의(Eitism)를 이용하였다. 즉 이상과 같이 기존의 유전 알고리즘을 개선한 방법으로 실 변수 엘리트주의 유전 알고리즘 (RVEGA : Real Variable Elitism Genetic Algorithm) 을 이용하였다.

성능/효과

있다. 그림에서 보는 바와 같이 제안한 제어기를 적용한 경우(5.535[%])가 고유진동 모드의 제동비가 개루프 고유치(0.762[%]) 보다는 약 7배 향상되었으며, 고전적인 PSS 제어기를 적용한 경우(2.456[%]) 보다는 약 2배 향상되었음을 확인할 수 있다.
긴 스트링에 대한 코딩 절차는 많은 계산 시간을 필요로 하고 수렴 정도를 감소시킨다. 따라서 본 연구에서 변수를 유한 길이로 코딩하는 절차가 필요 없이 변수 그 자체로 최적화 하는 방법을 사용함으로써 코딩 시간을 감소하고 정확성을 유지할 수 있다.
78[sec]로 나타났다. 또한 단자전압의 편차 특성 역시 제안한 제어기가 1.16[sec]로 고전적인 제어기 1.72[sec]보다 우수하게 나타났다. 그림 10에서 보는 것처럼 초기 회전 자각 편차가 0.
제안한 기법의 타당성을 검증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용하여 다양한 부하 외란에 적용하였다. 시스템의 고유 진동 모드에 대한 고유치 및 제동비를 조사하였으며, 시뮬레이션을 통하여 시스템 웅답특성을 비교하여 제안한 방법의 우수성을 입증하였다.
이러한 제안된 방법의 강인성을 검증하기 위해 여러 가지 운전조건에 대해 전력계통 안정도를 해석하여 기존의 안정화 장치를 적용한 경우와 비교함으로써 유용성을 입증하였다.
고찰하였다. 초기 기계적인 토크가 3[%] 변동한 경우의 그림 9와 같이 각속도 편차 특성을 살펴보면 제안한 제어기의 정정 시간이 1.00[sec]이고 고전적인 제어기(Yu-PSS)를 적용한 경우의 정정시간이 1.78[sec]로 나타났다. 또한 단자전압의 편차 특성 역시 제안한 제어기가 1.

후속연구

하겠다. 또한 다양한 부하 외란 및 시스템 파라미터에 대한 연구가 있어야 할 것으로 사료된다.
향후 제안한 기법이 효과적으로 실 계통에 적용하기 위해서는 다기 및 대규모 시스템에 대한 응용이 뒤따라야 하겠다. 또한 다양한 부하 외란 및 시스템 파라미터에 대한 연구가 있어야 할 것으로 사료된다.

참고문헌 (17)

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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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