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AVR의 응답속도개선을 위한 제어기법에 관한 연구
Control techniques for improving response of the AVR 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.19 no.11, 2015년, pp.2534 - 2539  

이형기 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Pukyong National University) ,  김송현 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Pukyong National University) ,  김현수 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Pukyong National University) ,  김기량 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Pukyong National University) ,  김관형 (Department of Computer Engineering, Tongmyong University)

초록
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발전기의 전압조정장치(AVR)를 이용하여 전압을 조절하는 방식은 기존 아날로그방식과 교체중인 디지털방식을 나눌 수 있다. 일반적으로 브러쉬레스형의 여자시스템을 이용하여 전압을 조절할 경우 전부하에 대하여 전압변동을 작게 하여야 한다. AVR의 제어방법으로 PID(비례-적분-미분)제어방식이 많이 사용되고 있다. 그러나 이 제어기법은 제어대상에 대하여 제어기의 파라미터를 조절하여 과도응답을 줄이고 있다. 따라서 제어대상이 달라질 경우 다시 제어기의 파라미터를 다시 설정해야하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 제어대상의 파라미터 변동에 대하여 제어기의 파라미터를 재설정 필요없이 iPID(intelligent PID)제어기를 이용하여 발전기 AVR시스템에 적용하여 전부하 시에도 전압변동이 작은 응답을 얻도록 설계하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 과도응답을 개선하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Method for regulating voltage using a generator voltage regulating device (AVR) is divided in an existing analog system and a digital replacement. Typically, to adjust the voltage by using a brushless excitation system of the type to be reduced for a voltage change under all. The control method of t...

주제어

#자동전압조정기   #여자시스템   #역률   #제어기  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • AVR의 설정전압은 정격전압의 ±10%를 외부에서 설정할 수 있도록 외부에 전압조정용 볼륨을 설계하였다.
  • Fig.6에서 Kp = 10, Ki = 0.0078, Kd = 125이며 α = 2,β = 1,h는 180usec를 이용하여 600[kW]발전기의 부하 시험을 통하여 iPID의 유효성을 실험하였다.
  • iPID제어프로그램 Labview를 이용하여 sbrio-9636보드의 FPGA에 저장하여 리얼타임으로 구동할 수 있도록 하였다. Fig.
  • 이장치를 이용하여 비상발전기의 저항 부하(역율1)일 경우는 부하의 변동은 기존의 AVR에 비하여 전압변동이 적었다. 그리고 지상부하(역율 0.2)에 대하여 전부하시와 부하차단시의 응답특성을 기존의 제품과 비교 하였다.
  • AVR의 설정전압은 정격전압의 ±10%를 외부에서 설정할 수 있도록 외부에 전압조정용 볼륨을 설계하였다. 또한 계자전류를 궤환시키기 위하여 ACS712-20전류센서를 통하여 계자전류를 검출할 수 있도록 하였다.
  • 이러한 장점을 이용하여 기존의 PID 제어기를 대체할 수 있는 제어기법 중 하나이다. 본 연구에서는 iPID를 이용하여 비상발전기의 AVR장치에 적용하였다[6-8].
  • 사용된 비상발전기는 Brushless exitation system으로 AC exiter의 계자전압을 PWM으로 제어하여 전부하시에 과도응답을 개선하였다. 연구한 iPID제어기는 NI사의 sbrio 9636을 이용하여 구현 하였다.
  • 연구한 iPID제어기는 NI사의 sbrio 9636을 이용하여 구현 하였다. 시뮬레이션을 통하여 iPID의 실효성을 고찰하고 iPID를 이용한 AVR을 600[kW] 비상발전기의 부하시험(역율 0.2)을 하여 기존의 AVR(TD_SX440.GB)와 비교 고찰하였다.

대상 데이터

  • iPID제어기를 이용한 AVR시스템은 3상 상전압을 검출하여 실효치로 변환하여 제어기에 궤환 시키고 설정치와 비교하여 편차를 연산한다. 사용한 PWM신호의 주파수는 8[㎑]를 사용하였으며 이 신호는 IGBT 드라이버 회로를 통하여 여자기의 계자코일 전압을 제어한다. 계자전압의 전원은 220[V] 상전압을 브릿지 회로와 콘덴서 평활회로를 이용하고 IGBT로 계자전압을 제어한다.
  • 사용된 비상발전기는 Brushless exitation system으로 AC exiter의 계자전압을 PWM으로 제어하여 전부하시에 과도응답을 개선하였다. 연구한 iPID제어기는 NI사의 sbrio 9636을 이용하여 구현 하였다. 시뮬레이션을 통하여 iPID의 실효성을 고찰하고 iPID를 이용한 AVR을 600[kW] 비상발전기의 부하시험(역율 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
iPID 제어기법의 특징은? 이 제어기법의 특징은 제어대상의 모델링이 필요하지 않는다. 구조는 일반적인 PID제어기와 같이 단순지만 제어대상의 파라미터 변동에 대하여 제어기의 파라미터를 재조정 할 필요가 없다. 이러한 장점을 이용하여 기존의 PID 제어기를 대체할 수 있는 제어기법 중 하나이다.
AVR시스템에서 주로 사용하는 제어기법은 무엇인가? 비상발전기용 AVR시스템에서 일반적으로 많이 사용되는 고전적인 제어기법으로 PID제어기가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 이러한 제어기법은 조절해야할 파라미터 수가 적으며, 비례이득, 적분시간 및 미분시간을 최적으로 조절하는 방식이며 그 사용이 용이하다는 특징이 있다.
PID제어기의 장단점은? 비상발전기용 AVR시스템에서 일반적으로 많이 사용되는 고전적인 제어기법으로 PID제어기가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 이러한 제어기법은 조절해야할 파라미터 수가 적으며, 비례이득, 적분시간 및 미분시간을 최적으로 조절하는 방식이며 그 사용이 용이하다는 특징이 있다. 그러나 제어대상의 파라미터 변동 등에 대하여 제어기의 파라미터를 재조정해야하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PID제어기의 파라미터조정에서 오토튜닝에 관한 연구가 진행 되어 왔다.
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참고문헌 (9)

  1. H. Panagopoulos, K. Astrom &T.Hagglund, "Design of PID controller based on constrained optimization." IEE Proceedings of Control Theory Application, vol. 149, no.1, pp.32-40, 2002. 

    상세보기 crossref

  2. N. J. Killingworth and M.Krstic, "PID tunning using extremum seeking", IEEE Control Systems Magazine 26-2, pp.70-79, 2006. 

  3. M. Fliess and C. Join, "Intelligent PID controllers", Proceeding of the 16th Mediterranean Conference on Control and Automation, pp.326-331, 2008. 

  4. S. Inagaki, I. Muruta and Toshiharu, "On Stabilization by Intelligent PID Controlle", SICE, vol.49, no.7, pp.727-732, 2013. 

    상세보기 crossref

  5. M. Fliess and C.Join, "Model-Free control and intelligent PID controllers:Towards a possible trivialization of nonlinear Identification," pp.1531-1541, 2009. 

  6. Fliess, M., Join, C., Mboup, M., Sira-Ramirez, H., Vers une commande multivariable sans modele, Actes Conf. Francoph. Automat. (CIFA-2006), Bordeaux, 2006. Available at http://hal.inria.fr/inria-00001139/en/. 

  7. Fliess, M., Join, C., Sira-Ramirez, H., Complex continuous nonlinear systems: their black box identification and their control, Proc. 14th IFAC Symp. System Identif. (SYSID- 2006), Newcastle, Australia, 2006. Available at http:// hal.inria.fr/inria-00000824/en/. 

  8. H. K. Lee, S. H. Kim, Y. W. Choe, Y. J. An, H. S. Kim and G. R. Kim,"Improving Transient Response of Emergency Generator AVR System", CICS, pp.256-257, 2015. 

  9. H. K. Lee, S. H. Kim, Y. W. Choe, Y. J. An, H. S. Kim and G. R. Kim, "lmprovement on the responsiveness of Digital AVR System ,"in Proceeding of the conference on information and communication engineering,Sinra University, pp.246-247, 2015. 

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