[논문]TCSC의 Damping 제어를 이용한 SSR 제어

전진홍; 전영환; 김지원; 김태현; 김학만; 국경수

문제 정의

본 논문에서는 SSR을 감쇄 시키기 위해 TCSC를 이용 하고 TCSC에 SSR 감쇄를 위한 보조 제어 신호를 인 가하는 보조 제어기를 설계를 목적으로 하였다. 따라서, TCSC의 주제어기 알고리즘은 모두 생략하였으며.
본 논문에서는 TCSC의 보조 제어기로서 감쇄 진동 제 어기를 설계하고 그 결과를 SSR 현상에 적용하여 성능을 검증하였다. SSR 현상을 모의하기 위하여 IEEE Benchmark model 을 이용하였으며.
위의 SSR 현상은 앞으로 각종 보상기가 설치될 우리나라 계통에서 충분히 고려해야 할 현상이며 이 현상을 모의 해석하기 위해 한국전기연구소에서는 축진동형 발전기를 제작하고 이를 전력계통 시뮬레이터에 연계하는 연구를 수행하고 있다. 이 연구의 결과로 본 논문에서는 EMTDC/PSCAD를 이용한 SSR 현상의 모의해석과 TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor)의 감쇄 진동 제어기 (보조 제어기) 설계와 설계된 제어기를 이용한 SSR 제어 효과의 모의해석에 대하여 설명하고자 한다. 감쇄 진 동 제어기는 공진 주파수의 크기와 위상을 고려하여 주 파수 영역에서 설계되었다.

제안 방법

이 연구의 결과로 본 논문에서는 EMTDC/PSCAD를 이용한 SSR 현상의 모의해석과 TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor)의 감쇄 진동 제어기 (보조 제어기) 설계와 설계된 제어기를 이용한 SSR 제어 효과의 모의해석에 대하여 설명하고자 한다. 감쇄 진 동 제어기는 공진 주파수의 크기와 위상을 고려하여 주 파수 영역에서 설계되었다. SSR 현상 모의를 위한 계통 모형은.
따라서, TCSC의 주제어기 알고리즘은 모두 생략하였으며. 또 한 모의 간략화를 위해 TCSC도 제어 가능한 임피던스 모형으로 간략히 모의하였다. 본 논문에서 설계된 제어기는 선로의 유효전력을 제어 입력으로 하여 선로에 흐 르는 유효전력에 진동이 발생할 때 진동을 감쇄하기 위한 임피던스 지령치를 TCSC에 인가하는 보조 제어기로 설계되었다.
또 한 모의 간략화를 위해 TCSC도 제어 가능한 임피던스 모형으로 간략히 모의하였다. 본 논문에서 설계된 제어기는 선로의 유효전력을 제어 입력으로 하여 선로에 흐 르는 유효전력에 진동이 발생할 때 진동을 감쇄하기 위한 임피던스 지령치를 TCSC에 인가하는 보조 제어기로 설계되었다.
본 연구에서 축의 전기-기계적 진동을 구형하기 위해 사용된 다관성 증기터빈 발전기 모형은 4개의 관성으로 구성된 터빈부. 여자기.
모의 해석은 EMTDC를 이용하였다. 제어기는 감쇄를 원하는 모드의 주파수 대역에서 적절한 이득과 위상지연을 인가하는 방법을 이용하였으며 그 결과를 모의해석에 적용하여 만족 할만한 결과를 얻을 수 있을 때까지 반복하여 원하는 제어기를 설계하였다. 제어기의 위상지연 정도를 얼마로 하느냐에 따라 제어기의 제어 출력형태와 제어효과가 변 하였다.
제어기 출력으로 발생한 임피던스 지령치는 TCSC가 임피던스 모형으로 구현되어 있으므로 각각 인덕턴스 모드인지 캐패시턴스 모드인지를 판별하는 부분과 이를 인덕터스와 캐패시턴스로 계통에 인가하는 부분으로 구성되어 있다. 제어기는 모의 대상 시스템의 SSR을 감쇄시킬 수 있도 록 SSR의 주요 모드 부근의 궤환이득 및 위상을 조절하여 설계하였다. 설계된 제어기의 Bode 선도는 그림 3과 같다.
제어기는 감쇄를 원하는 모드의 주파수 대역에서 적절한 이득과 위상지연을 인가하는 방법을 이용하였으며 그 결과를 모의해석에 적용하여 만족 할만한 결과를 얻을 수 있을 때까지 반복하여 원하는 제어기를 설계하였다. 제어기의 위상지연 정도를 얼마로 하느냐에 따라 제어기의 제어 출력형태와 제어효과가 변 하였다. 위상 지연양이 작은 경우 제어기의 제어 출력은 SSR의 주요모드와 같은 주파수로 응동하였으나 감쇄효과가 크지 .

대상 데이터

SSR의 제어를 위한 TCSC 모 형(서론에 언급했듯이 간략화된 제어 가능한 임피던스 모형)으로 구성되어 있다. 해석 대상 계통은 PSCAD/EMTDC로 구현하였으며 구현된 전체 계통도는 그림 1.과 같다.

이론/모형

SSR 현상 모의를 위한 계통 모형은. IEEE・Benchmark model 을 이용하였으며, TCSC는 제어 가능한 등가 임피던스 모형으로 간략화 하여 모의하였다.
본 논문에서는 TCSC의 보조 제어기로서 감쇄 진동 제 어기를 설계하고 그 결과를 SSR 현상에 적용하여 성능을 검증하였다. SSR 현상을 모의하기 위하여 IEEE Benchmark model 을 이용하였으며. 모의 해석은 EMTDC를 이용하였다.
0을 이용하였다. 모의 해석과 관련된 전력 계통의 각 파라메터들은 IEEE Benchmark model에서 제시된 파라메터를 이용하였다. 모의 해석에서 각 시스템 모델의 초기값 설정을 위해 발전기와 무한 모선의 전압은 0.
SSR 현상을 모의하기 위하여 IEEE Benchmark model 을 이용하였으며. 모의 해석은 EMTDC를 이용하였다. 제어기는 감쇄를 원하는 모드의 주파수 대역에서 적절한 이득과 위상지연을 인가하는 방법을 이용하였으며 그 결과를 모의해석에 적용하여 만족 할만한 결과를 얻을 수 있을 때까지 반복하여 원하는 제어기를 설계하였다.
여자기. 발전기 회전자로 구성되어 있으며 이들을 연결하는 축을 스프링으로 모의한 spring-mass 시스템 모형이 사용되었다. 모의에 사용된 각종 파라메터들은 참고문헌〔1)에 자세히 기록되어 있다.
본 논문에서 모의 해석은 PSCAD/EMTDC V3.0을 이용하였다. 모의 해석과 관련된 전력 계통의 각 파라메터들은 IEEE Benchmark model에서 제시된 파라메터를 이용하였다.
본 논문에서 사용된 해석 대상 계통 모형은 다관성 발전기 모형을 포함하는 1기 무한대 계통으로 IEEE SSR Working Group 에 의해 '제안된 IEEE First Benchmark 모델을 기본으로 하였다〔1〕. 해석 계통은 SSR 현상을 모의하기 위한 다관성 증기터빈 발전기 모형과 변압기.

성능/효과

그림 5의 제어 결과에서 나타난 것처럼 TCSC의 보조 제어 장치로 설계된 감쇄 진동 제어기는 시스템의 정상 상태에서는 제어 출력이 0으로 동작하고 있지 않음을 알 수 있으며 또한 모의 해석 시간을 좀 더 길게 지속시켜 확인해 본 결과 역시 SSR 현상이 모두 제거되고 난 이후에도 제어 출력은 0으로 됨을 확인하였다.

후속연구

이는 계통의 선로 임피던스의 변화에 의해 전체 시스템의 감쇄효과 가 증가하여 SSR 현상이 빠르게 감쇄된 것으로 생각되 어 진다. 추후 연구에서는 본 논문의 연구 결과를 바탕 으로한 시뮬레이터 적용 연구와 본 논문에서 제시한 제어 효과에 대한 이론적인 해석이 이루어질 계획이다.

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