[논문]전력계통의 안정도 향상을 위한 TCSC의 GA-퍼지 제어기 설계

정문규; 정형환; 안병철; 왕용필

문제 정의

따라서 본 논문에서는 전력계통의 안정도 향상을 위해 TCSC의 보조장치로서 GA-퍼지 제어기를 설계하고자 한다. 제안한 방법의 유용성을 입증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용한 결과를 비선형 시뮬레이션을 통하여 다양한 외란이 발생하였을 경우에 외란 억제 성능과 강인성에 대하여 고찰하였으며, 제안한 PSS의 설계가 기존의 설계 방식 (Conventional PSS : CPSS)보다 효율적이며 전력계통 안정도 향상에 크게 기여함을 보이고자 한다.
1Hz에서 2Hz까지의 현상에 적합한 TCSC의 모델로서는 이러한 시지연을 1차 지연 요소로 표현할 수 있다. 본 논문에서는 이 모델을 채택하여 TCSC의 시지연을 간단한 1차 요소로 표현하였, 다. 여기서 채택한 모델은 식(5)와 같고, 그 블록 선도는 Fig.
본 논문에서는 전력계통의 안정도 향상을 위해 TCSC의 보조장치로 GA-퍼지 제어기를 설계하였다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같 다.
본 논문에서는 전력계통의 저주파 진동을 효율적으로 억제할 수 있는 GA-퍼지 제어기를 설계하였다. 제어기 설계시에는 먼저, 퍼지제어기의 입출력 요소인 e, #와 Utcsc에 대해서 3개의 퍼지변수(Negative, Zero, Positive)를 초기 설정하고.

제안 방법

둘째, 2가지 경우의 사례연구를 통하여 CPSS와 GA-퍼지 제어기의 성능을 비교, 고찰하였다. 제안한 제어기의 경우가 CPSS의 경우보다 최대 편차량 및 정정시간의 특성에서 정상부하 시 30~ 80%, 중부하시 4070%정도 우수함을 알 수 있었다.
5는 퍼지제어기의 각 구성 요소를 최적화하기 위한 염색체 구조이다. 본 논문에서 제안한 염색체는 실수 스트링을 사용하여 표현하였다. 염색체의 길이는 다음과 같다.
제어기 설계시에는 먼저, 퍼지제어기의 입출력 요소인 e, #와 Utcsc에 대해서 3개의 퍼지변수(Negative, Zero, Positive)를 초기 설정하고. 유전 알고리즘을 이용하여 퍼지제어기의 전건부 및 후건부의 중심치와 폭, 스케일링 계수와 제어 규칙을 계산하였다. 이 구성요소에 의한 제어 성능은 평가함수가 최소화될 때까지 반복 계산 하 게 된다.
제안한 제어기의 강인성을 평가하기 위해서 정상 부하 시 두 가지의 서로 다른 외란이 발생한 경우에 대하여 비선형 시뮬레이션을 수행하였다. Fig.
제안한 제어기의 강인성을 평가하기 위해서 정상 부하시(유효전력 Pe = 1.0[p.uJ, 무효 전력 Qe = 0.015[p.uJ, Xtcsc = 0.0〔p.u.〕) 외란으로서 회전자각 증가가 발생한 경우에 대하여 GA-퍼 지제어기를 설계하였다. 유전 알고리즘의 초기 파라미터는 Table 2와 같고, 멤버쉽 함수의 동조 과정은 Fig.
제안한 제어기의 강인성을 평가하기 위해서 중부하시 두 가지의 서로 다른 외란이 발생한 경우에 대하여 비선형 시뮬레이션을 수행하였다. Fig.
이 구성요소에 의한 제어 성능은 평가함수가 최소화될 때까지 반복 계산 하 게 된다. 제안한 제어기의 외란 억제 성능과 강인성을 입증하기 위하여 1기 무한대 모선 계통에 대해 다양한 부하변동이 발생한 경우에 대하여 비선형 시뮬레이션을 통하여 CPS아 #와 동특성을 비교, 고찰하였다. 본 논문에서 사용한 1기 무한대 모선 계통의 경우 동기기, 여자기 및 선로 정수와 계통의 정상 상태는 Table 1과 같다.
첫째, 퍼지제어기 설계시 최적화에 강인한 유전 알고리즘을 이용하였으며, 종래의 퍼지 제어 기의 구성요소(스케일링계수, 멤버쉽 함수, 제어규칙) 선정 시 사용되었던 시행착오법이나 부분적인 최적화와는 달리 자동으로 모든 퍼지 제어 기의 구성요소를 최적화시켰다. 또한 TCSC의 보조장치로 지능형 제어기법을 이용함으로서 불확실성이 항상 존재하는 전력계통에 적합함을 보였다.

대상 데이터

본 논문에서 적용한 TCSC는 사이 리스터 제 어 리액터 (Thyristor Controlled Reactor : TCR)와 고정된 커패시터의 병렬 구조로 이루어져 있다. TCSC는 정상 상태에서는 고정된 커패시터와 같이 동작하여 전력 조류를 제어하며, 과도시에는 선로의 조류를 변조함으로서 전력계통 안정화 효과를 가져올수 있다.
따라서 여자기는 전력계통의 안정도에 큰 영향을 미치므로 안정도 해석시에 여자기의 효과를 고려하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 Fig. 2와 같은 IEEE Type ST1 여자기를 채택하였고 식(4)로 나타낼 수 있다.
그러므로 계통의 형태와 해석 기준에 따라 적절한 모델링 방법을 선택해야 한다. 본 연구에서 사용된 TCSC를 포함한 1기 무한대 모선 계통은 Fig. 1과 같다.

이론/모형

일반적으로 퍼지제어 기의 최적화는 평가함수 값을 최소화시키는 퍼지제어기의 구성요소를 찾아내는 것이다. 본 논문에서 사용된 계통 모델은 식 (1)(5)를 이용하여 모델링하였고, 사용된 평가함수는 식(18)과 같이 선정하였다. 또한 사용된 외란은 회전자각을 0.
4와 같다. 여기서, 퍼지제어기의 각 구성 요소를 시행착오법이 아닌 자동으로 최적화하기 위해 유전 알고리즘을 이용하였다. 여기서, 최적화하고자 하는 퍼지제어기의 구성요소는 스케일링계수, 멤버쉽 함수, 제어 규칙이다.
이 중 퍼지제어기는 우수한 제어 성능을 나타내기 위해서 퍼지규칙과 퍼지변수의 소속 함수를 조정해야하는데, 종래에는 전문가의 경험과 시행착오법에 바탕을 두었기 때문에 시스템에 대한 전문적인 지식 없이는 시스템에 적합한 소속 함수를 결정하기가 어려웠다. 이러한 문제의 해결책으로 본 논문에서는 유전 알고리즘을 이용하였다. 유전 알고리즘은 문제를 나타내는 탐색공간에서 가능성 있는 후보 해들에 대해 자연의 적자 생존과 개체 선택 방법을 모방하여 유전연산을 적용시켜 해들을 진화시킴으로써 최적해를 찾는 탐색 알고리즘이다.

성능/효과

제안한 제어기의 경우가 기존의 PSS를 이용한 경우보다 발전기의 회전자각 및 단자 전압의 최대 편차량이 감소하였다. 그리고 오버슈트 면에서도 기존의 PSS보다 현저히 감소하였고 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어성능을 보였다.
제안한 제어기의 경우가 기존의 PSS를 이용한 경우보다 발전기의 회전자각 및 단자 전압의 최대 편차량이 감소하였다. 그리고 오버슈트 면에서도 기존의 PSS보다 현저히 감소하였고 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어성능을 보였다.
제안한 제어기의 경우가 CPSS의 경우보다 최대 편차량 및 정정시간의 특성에서 정상부하 시 30~ 80%, 중부하시 4070%정도 우수함을 알 수 있었다. 따라서 제안된 제어장치는 전력계통 안정화에 효과적임을 알 수 있었고, 또한 제어기의 강인성을 검증하였다.
첫째, 퍼지제어기 설계시 최적화에 강인한 유전 알고리즘을 이용하였으며, 종래의 퍼지 제어 기의 구성요소(스케일링계수, 멤버쉽 함수, 제어규칙) 선정 시 사용되었던 시행착오법이나 부분적인 최적화와는 달리 자동으로 모든 퍼지 제어 기의 구성요소를 최적화시켰다. 또한 TCSC의 보조장치로 지능형 제어기법을 이용함으로서 불확실성이 항상 존재하는 전력계통에 적합함을 보였다.
따라서 본 논문에서는 전력계통의 안정도 향상을 위해 TCSC의 보조장치로서 GA-퍼지 제어기를 설계하고자 한다. 제안한 방법의 유용성을 입증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용한 결과를 비선형 시뮬레이션을 통하여 다양한 외란이 발생하였을 경우에 외란 억제 성능과 강인성에 대하여 고찰하였으며, 제안한 PSS의 설계가 기존의 설계 방식 (Conventional PSS : CPSS)보다 효율적이며 전력계통 안정도 향상에 크게 기여함을 보이고자 한다.
] 로 제한하였다. 제안한 제어기의 경우가 CPSS를 이용한 경우보다 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보 다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어 성능을 보였다. Fig.
] 로 제한하였다. 제안한 제어기의 경우가 CPSS를 이용한 경우보다 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보 다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어 성능을 보였다. Fig.
둘째, 2가지 경우의 사례연구를 통하여 CPSS와 GA-퍼지 제어기의 성능을 비교, 고찰하였다. 제안한 제어기의 경우가 CPSS의 경우보다 최대 편차량 및 정정시간의 특성에서 정상부하 시 30~ 80%, 중부하시 4070%정도 우수함을 알 수 있었다. 따라서 제안된 제어장치는 전력계통 안정화에 효과적임을 알 수 있었고, 또한 제어기의 강인성을 검증하였다.
1〔rad〕만 큼 변동시켰을 경우 CPSS의 경우와 제안한 제어기를 이용한 경우에 대하여 발전기 회전자각, 단자전압의 동특성 응답을 나타내고 있다. 제안한 제어기의 경우가 기존의 PSS를 이용한 경우보다 발전기의 회전자각 및 단자 전압의 최대 편차량이 감소하였다. 그리고 오버슈트 면에서도 기존의 PSS보다 현저히 감소하였고 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어성능을 보였다.
1〔rad〕만 큼 변동시켰을 경우 CPSS의 경우와 제안한 제어기를 이용한 경우에 대하여 발전기 회전자각, 단자전압의 동특성 응답을 나타내고 있다. 제안한 제어기의 경우가 기존의 PSS를 이용한 경우보다 발전기의 회전자각 및 단자 전압의 최대 편차량이 감소하였다. 그리고 오버슈트 면에서도 기존의 PSS보다 현저히 감소하였고 정정시간 또한 우수하여 기존의 PSS보다 빠르게 정상 상태에 도달하였으며 저주파 진동을 억제하는데 매우 우수한 제어성능을 보였다.

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