[논문]EMTP를 이용한 전압 불안정 현상의 동적 시뮬레이션

허정용; 김철환

EMTP를 이용한 전압 불안정 현상의 동적 시뮬레이션
A Dynamic Simulation of Voltage Instability Using EMTP 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. A / A, 전력기술부문, v.52 no.6, 2003년, pp.295 - 300

허정용 (성균관대 공대 정보통신공학부) , 김철환 (성균관대 공대 정보통신공학부)

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Voltage instability has been studied for some decade now. But, There is not generally accepted definition of voltage instability because of the complex phenomenon and the variety of ways in which it can manifest itself. Both IEEE and CIGRE have the respective definitions. The areas of voltage instability research are the analysis, simulation and countermeasure of voltage instability. It needs to model the components of the power system to simulate the voltage instability and voltage collapse. At the beginning, the static simulation was used. This method provides the voltage stability indices and it requires less CPU resource and gives much insight into the voltage and power problem. However, it is less accurate than the dynamic simulation peformed in the time domain simulation. So, when it appears difficult to secure the voltage stability margin in a static stability, it is necessary to perform the dynamic simulation. To perform time-domain simulation, we have to model the dynamic component of the power system like a generator and a load. The dynamic simulation provides the accurate result of the voltage instability. But, it is not able to provide the sensitivity information or the degree of stability and it is time consuming and it needs much CPU resource. In this Paper, we perform a dynamic simulation of voltage instability and voltage collapse using EMTP MODELS. The exponential load model is designed with MODEIS and this load model is connected with test power system. The result shows the process of voltage change in time domain when the voltage instability or voltage collapse occurs.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 시스템 안정도를 고려한 보호 계전기 설계를 위한 목적으로 EMTP MODELS를 사용하여 전압 불안정을 발생시키는 부하를 모델링하고 전압 불안정 현상과 전압 붕괴의 동적 시뮬레이션을 수행하였다. 부하전압을 MODELS의 입력으로 하고 부하 전압, 상태 변수와 부하전력의 관계식을 MODELS로 구현하여 동적 특성을 가지는 부하를 구현하였다.

제안 방법

EMTP MODELS를 이용하여 부하를 모델링하여 그림 7 와 같은 모델 계통에 연결하여 시뮬레이션 하였다. 모델 계통 전원의 전압은 154[kV]이고 선로는 250[km]길이의 2회선 선로 2개가 직렬로 연결되어 있다.
EMTP MODELS를 이용하였다. EMTP MODELS를 이용하여 지수 부하 모델을 구현하였고, 구현된 부하 모델을전력 계통과 연결하여 전력 계통에서의 선로가 제거되었을때의 전압의 변화를 보였다. 시뮬레이션 결과 부하 상태에 따라 외란에 의한 전압 붕괴 여부가 결정됨을 알 수 있었다.
필요했다. 그리고, 한 번의 시뮬레이션 결과로는 안정도 여유를 정확히 알 수가 없기 때문에 부하 모델의 파라미터와 조건을 바꿔가며 여러 번의 시뮬레이션을 수행하였다. 이것은 동적 시뮬레이션의 대표적인 단점들이지만 보호 제어 동작과 연계하기 위해서는 동적 시뮬레이션이 필요하며, 보다 효율적인 시뮬레이션을 위해서는 정적 시뮬레이션이나 QSS(Quasi-Steady-State) 방법과 병행하여야 할 것이다.
는 l[s]로 설정하였다. 모선 2와 모선 3의 고장에 의해 한 선로가 제거되었을 때 P₀의 값에 따라 전력 계통의 전압의 변화를 시뮬레이션 하였다.
선로는 ACSR 477MCM 240° 이고 선로와 전원의 데이터는 표 1과 같고 부하는 표 2와 같다. 부하 모델에서의 급격한 상태 변화에 의해 시뮬레이션 중 결과가 수렴하지 않고 발산하는 현상을 막기 위해서부하 모델과 병렬로 커패시터를 추가하였다.
부하전압을 MODELS의 입력으로 하고 부하 전압, 상태 변수와 부하전력의 관계식을 MODELS로 구현하여 동적 특성을 가지는 부하를 구현하였다. EMTP는 전력 계통의 과도 현상을 시뮬레이션하는 데 사용되고 있는 도구로써, 현재까지 EMTP를 이용한 전압 불안정 현상의 시뮬레이션은 국내 또는 국외에서 발표되지 않았다.

대상 데이터

양단의 전원 측에 각각 고정된 부하가 연결되어 있고 선로의 중앙에 고정된 부하와 부하 모델이 연결되어 있다. 선로는 ACSR 477MCM 240° 이고 선로와 전원의 데이터는 표 1과 같고 부하는 표 2와 같다. 부하 모델에서의 급격한 상태 변화에 의해 시뮬레이션 중 결과가 수렴하지 않고 발산하는 현상을 막기 위해서부하 모델과 병렬로 커패시터를 추가하였다.

이론/모형

하지만, 계통이 공급할 수 있는 최대 전력을 넘어서게 되면 부하 전력과 전압 모두가 줄어들기 시작하고, 결국 전압 붕괴가 발생한다. 본 논문에서는 식 (6), (7)의 일반 집합 부하의 multiplicative generic load model을 사용한 부하 모델을 적용하였다.
본 논문에서는 전압 불안정과 전압 붕괴 현상 시뮬레이션을 위해서 EMTP MODELS를 이용하였다. EMTP MODELS를 이용하여 지수 부하 모델을 구현하였고, 구현된 부하 모델을전력 계통과 연결하여 전력 계통에서의 선로가 제거되었을때의 전압의 변화를 보였다.

성능/효과

둘째, 전력 계통의 부하단에서 소비할 수 있는 최대 전력과 그 때의 부하단에서의 전압은 curve의 nose point이다.
셋째, curve의 위쪽에서는 소비전력의 증가에 의해 전압이 감소하지만, 아래쪽에서는 소비전력의 감소에 의해 전압도 함께 감소하다.
EMTP MODELS를 이용하여 지수 부하 모델을 구현하였고, 구현된 부하 모델을전력 계통과 연결하여 전력 계통에서의 선로가 제거되었을때의 전압의 변화를 보였다. 시뮬레이션 결과 부하 상태에 따라 외란에 의한 전압 붕괴 여부가 결정됨을 알 수 있었다.
첫째, curve 모양과 크기는 부하단을 제외한 나머지 계통의 상태에 따라 달라진다.

후속연구

EMTP는 전력 계통의 과도 현상을 시뮬레이션하는 데 사용되고 있는 도구로써, 현재까지 EMTP를 이용한 전압 불안정 현상의 시뮬레이션은 국내 또는 국외에서 발표되지 않았다. EMTP상에서 전압 불안정 현상을 시뮬레이션 함으로써, EMTP를 사용하여 전압 불안정시의 과도 현상을 해석하거나, MODELS로 구현된 보호 계전 알고리즘과 연계하여 전압 불안정 상태에서의 보호 계전 분야의 연구 등을 보다 효율적으로 수행할 수 있을 것이다.
이것은 동적 시뮬레이션의 대표적인 단점들이지만 보호 제어 동작과 연계하기 위해서는 동적 시뮬레이션이 필요하며, 보다 효율적인 시뮬레이션을 위해서는 정적 시뮬레이션이나 QSS(Quasi-Steady-State) 방법과 병행하여야 할 것이다. 아울러, 전압 불안정 현상 및 전압 붕괴를 EMTP로 시뮬레이션한 국내외 최초의 결과이며, 이러한 연구 결과는 EMTP에서 보호 계전기의 동적 응동 연구 수행에 기여 할것이다.

참고문헌 (11)

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Prabha, Kundur 'Voltage Stability Assessment Procedures and Guides', Power system Stability Subcommittee Special Publication, Apr. 1999
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Badrul H. Chowdhury, Carson W. Taylor 'Voltage Stability Analysis : V-Q Power Flow Simulation Versus Dynamic Simulation', IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 15, No. 4, pp. 1354-1359, Nov. 2000

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Ragu Balanathan, Nalin C. Pahalawaththa, Udaya D. Annakkage, 'Modeling induction motor loads for voltage stability analysis', Electrical Power and Energy Systems, Vol. 24, No. 6, pp. 469-480, 2002

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