KR100298867B1 - Method for enhancing the damping of the generator and stabilizing the frequency control system by using a modified PID control - Google Patents

Method for enhancing the damping of the generator and stabilizing the frequency control system by using a modified PID control Download PDF

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Abstract

수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법에 관한 것이다. 주파수 궤환 이득 상수(1/R)배를 한 주파수 편차를 피드백받아(S1) 비례 궤환 이득 상수 Kp=1로 비례 제어를 실행하고(S2), 적분 궤환 이득 상수(KI)로 적분 제어를 실행하며(S3) 미분 궤환 이득 상수(KD)로 미분 제어를 실행하고(S4) 밸브의 위치 변위의 미분값()을 제공하는 단계; 논와인드업 리미터가 설치된 조속기에서 XGV=XGVMAX이고 -XGV+ Pc0 를 체크하여(S5) 조건을 만족하지 않으면 XGV=XGVMIN이고 -XGV+ Pc< 0를 체크하여(S6) 조건을 만족하지 않으면으로 조속기 모델링하고(S7), S5, S6 조건을 만족하는 경우=0으로 조속기 모델링하여(S8) 스팀 밸브의 위치 변위(ΔXGV)를 제공하는 단계;으로 터빈 모델링 단계(S9); 발전량(ΔPm) 출력 단계(S10); 부하요구량(ΔPD)을 인가받아 ΔPm-ΔPD를 제공하는 단계(S11);으로 발전기 모델링 단계(S12); 및 주파수 편차(Δω) 출력 단계(S13)로 구성된다.The present invention relates to a method for improving the stabilization of a frequency control system and the damping of a generator by a modified PID control method. In response to the frequency deviation multiplied by the frequency feedback gain constant (1 / R) (S1), proportional control is performed with the proportional feedback gain constant K p = 1 (S2), and the integral control is performed with the integral feedback gain constant (K I ). (S3) execute derivative control with the differential feedback gain constant (K D ) and (S4) the derivative of the position displacement of the valve ( Providing; In a governor with a non-wind-up limiter, check X GV = X GVMAX and -X GV + P c 0 (S5) .If the condition is not satisfied, check X GV = X GVMIN and -X GV + P c <0 (S6). ) If the condition is not met Model the governor with (S7) and satisfy the conditions of S5 and S6 Modeling the governor with = 0 (S8) to provide a positional displacement ΔX GV of the steam valve; Turbine modeling step (S9); Power generation amount ΔP m output step S10; Providing a ΔP m −ΔP D by receiving a load demand amount ΔP D (S11); Generator modeling step (S12); And frequency deviation [Delta] [omega] output step S13.

Description

수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법{Method for enhancing the damping of the generator and stabilizing the frequency control system by using a modified PID control}Method for enhancing the damping of the generator and stabilizing the frequency control system by using a modified PID control}

본 발명은 수정된 PID 주파수 제어계에 의한 발전기의 댐핑(damping)을 증진시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 발전기 조속기(speed governor) 제어에 있어서 주파수의 미분 신호를 피드백시켜 제어입력으로 사용함으로써 발전기 댐핑 효과를 얻는 방안을 제시하는 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for enhancing damping of a generator by a modified PID frequency control system. In particular, in the generator governor control, a differential signal of frequency is fed back and used as a control input so that the damping effect of the generator is used. The present invention relates to a method for improving the stabilization and damping of a generator by a modified PID control method.

일반적으로, 종래의 주파수 제어기의 제어 방법으로는 여러 가지 방식이 제안되어 있으나 일반적으로 발전소에서 채택하고 있는 제어방식은 대개 2가지 방식으로 분류할 수 있다. 첫째 방식은 단순 궤환 제어방식으로 주파수 편차만 궤환시키는 방식이며, 둘째 방식은 적분제어를 실시하는 경우로서 주파수 편차와 주파수 편차 적분치를 적당한 이득 상수를 사용하여 궤환시키는 방식이다.In general, various methods have been proposed as a control method of a conventional frequency controller, but generally, a control method adopted by a power plant can be generally classified into two methods. The first method is a simple feedback control method in which only the frequency deviation is fed back. The second method is an integral control method in which the frequency deviation and frequency deviation integrated values are fed back using an appropriate gain constant.

도 1은 종래의 주파수 제어계를 나타낸 블록도이다. 적분 제어 방식의 주파수 제어계는 도 1과 같은 제어 방식을 택하고 있으며 그 응답 특성은 주파수 궤환 이득의 변화에 대한 근궤적도(root locus)를 사용하면 쉽게 파악될 수 있다. 위 블록선도에서 부하 변동이 입력변수 역할을 하고 있으므로외란(Disturbance)와 주파수 편차사이의 개방 루프(open loop) 전달함수를 계산하면 다음 수학식 (1)과 같이 주어진다.1 is a block diagram showing a conventional frequency control system. The frequency control system of the integral control method adopts the control method as shown in Fig. 1, and its response characteristic is the frequency feedback gain. The root locus of the change in can be easily identified. Disturbance due to load fluctuations acting as input variables in the block diagram above And frequency deviation Calculating the open loop transfer function between them is given by the following equation (1).

상기 주파수 궤환 이득에 대한 제어계 응답 특성을 알아보기 위해 상기 개방 루프(open loop) 전달함수를 변형하면 상기 주파수 제어기 시스템의 특성 방정식은 다음 수학식 (2)와 같다.The frequency feedback gain If the open loop transfer function is modified to determine the response characteristics of the control system, the characteristic equation of the frequency controller system is given by Equation (2).

위 식에서 주파수 궤환 이득에 관한 특성방정식으로 변형하면 다음 수학식 (3)과 같다.Frequency feedback gain in the above equation When transformed into the characteristic equation for, the following equation (3) is obtained.

특성방정식으로부터 수학식 (4)와 같은 새로운 개방 루프(open loop) 전달함수를 얻을 수 있는데 상기 전달함수는 원래 전달함수와 동일한 특성을 갖는 root locus를 갖는다.New open loop transfer function from Equation (4) You can get the transfer function is the original transfer function It has a root locus with the same characteristics as

도 2는에 대하여의 변화에 따른 root locus를 나타낸다. 이 때, 사용된 발전기 파라미터를 표 1에 나타내었다.2 is about It represents the root locus according to the change of. At this time, the generator parameters used are shown in Table 1.

Inertia constantInertia constant HH 55 조속기 시정수Governor time constant TH T H 0.1s0.1 s 댐핑 계수Damping factor DD 2 p.u2 p.u 터빈 시정수Turbine time constant TT T T 10s10s 주파수frequency ff 60 Hz60 Hz 적분궤환 이득 상수Integral feedback gain constant KT K T 20/ωs 20 / ω s RegulationRegulation RR 0.050.05 미분궤환 이득 상수Differential feedback gain constant KD K D 50/ωs 50 / ω s

도 2(a)는 적분 제어 회로가 포함된 경우 도 2(b)는 적분 제어 회로가 포함되지 않은 경우 종래의 주파수 제어계에 대한 root locus이다.Figure 2 (a) is when the integral control circuit is included Figure 2 (b) is the root locus of the conventional frequency control system when the integral control circuit is not included.

도 2에 도시된 바와 같이, 어느 경우의 제어방식에서나 속도 조절(speed regulation) R의 작은 변화에도 시스템이 불안해질 수 있는 위험성이 있다. 이것 때문에 R값의 조정에 제약을 받고 있으며, 보통은 5에 셋팅되어 있다. 만일, 운전원이 R값을 1로 셋팅하여 운전한다면 시스템 안정도는 보장할 수 있지만 오랜 동요(oscillation)가 나타날 것이며 이점 때문에 더욱 R의 조절에 제약이 가해진다.As shown in FIG. 2, there is a risk that the system may become unstable even with a small change in speed regulation R in any of the control schemes. Because of this, the adjustment of R value is limited and is usually set to 5. If the operator operates with the R value set to 1, the system stability can be guaranteed but long oscillation will occur, which further restricts the adjustment of R.

조속기(speed governor) 제어기술은 수력 발전기 제어에서 출발하여 기술이 개발되었고 그 결과가 화력 발전기에 그대로 사용되고 있다. 발전기 제어에 있어서 주파수를 일정하게 유지하기 위하여 기존에는 발전기의 주파수편차()와 그의 적분값(), 발전기 단자전압 편차(), 여자권선 자속()만을 피드백(feedback)시킴으로써 도 1과 같은 제어 방법을 일반적으로 사용하여 왔으며 이로서 완벽한 발전기 제어구조를 갖출 수 있다고 확신해 왔다.Speed governor control technology has been developed from the control of hydro generators, and the results are being used in thermal power generators. In order to keep the frequency constant in the generator control, the frequency deviation of the generator ) And its integral value ( ), Generator terminal voltage deviation ( ), Female winding ), The control method as shown in FIG. 1 has been generally used by only feeding back a), thereby ensuring that a complete generator control structure can be provided.

한편, 일부에서는 PID 제어 이론을 도입하여 주파수의 미분신호를 제어 입력 변수로 사용하는 방안을 연구한 바 있으나, 이것은 오히려 계통 안정성을 해친다는 결론을 제시한 바 현재는 미분제어를 도입함은 금기시 되고 있는 실정이다.On the other hand, some have studied the method of using differential signal of frequency as a control input variable by introducing PID control theory. However, this suggests that this undermines the system stability. It's happening.

따라서, 발전기 댐핑 효과를 얻기 위해서 전력 계통 안정화기(Power System Stabilizer:PSS)라는 제어 루프(loop)를 고안하여 사용하고 있다.Therefore, in order to obtain a generator damping effect, a control loop called a power system stabilizer (PSS) is devised and used.

그러나, 고장시 계통 동요의 주 원인인 계통에 축적된 에너지를 효과적으로 제어할 수 제어수단으로 조속기를 활용할 수 있으나 기존의 조속기는 스팀밸브의 기계적 제한과 궤환이득 상수 범위의 제약으로 실제적으로 활용할 수 없는 상황이다. 종래의 발전기 댐핑(damping) 효과를 얻기 위한 방법으로는 입력신호를 여자기쪽에 입력시키는 상기 전력 계통 안정화기(PSS)를 사용하고 있으나 여자기 계통의 제어 루프(loop)는 시정수Tdo '가 매우 크기 때문에 응답(response)이 매우 늦어 큰 효과는 얻지 못하고 있는 실정이다.However, although the governor can be used as a control means to effectively control the energy accumulated in the system, which is the main cause of system fluctuations in case of failure, the existing governor cannot be practically utilized due to the mechanical limitation of the steam valve and the constraint of the feedback gain constant range. Situation. Conventional generator damping effect is to use the power system stabilizer (PSS) to input the input signal to the exciter side, but the control loop (loop) of the exciter system has a time constant T do ' Because the response is very large, the response is very late so that a large effect is not obtained.

현재, 발전기 댐핑(damping)을 효과적으로 얻어낼 수 있는 방법이 없어 대부분의 계통에서 장기간 동요(long-term oscillation), 지역간 동요(inter-area oscillation), 저 주파수 동요(low frequency oscillation) 등의 문제를 해결하지 못하는 단점이 있다.('94년 12월과 '96년 7월 2일, 8월 10일 등 3차에 걸친 미국WSCC 대정전 사고에 기존 방법으로는 효과적인 동요 억제가 이루어지지 못하였음이 큰 문제로 지적된 바 있음) 또한, 주파수 편차()의 피드백 이득(feedback gain)을 증가시킬 경우 계통이 불안하게 될 문제점이 있다.Currently, there is no way to effectively obtain generator damping, so long-term oscillation, inter-area oscillation, and low frequency oscillation in most systems There was a disadvantage that could not be solved. As well as frequency deviations, Increasing the feedback gain of the system may cause the system to become unstable.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 발전기 주파수 제어계에 미분 제어 루프를 포함하는 수정된 PID제어를 도입함으로써 발전기 댐핑(damping) 효과를 획기적으로 개선시키고, 종래 방법의 주파수 제어에서는 주파수 피드백 이득(feedback gain)을 증가시킬 경우 계통이 불안하게 될 염려가 있었으나 이득(gain)의 증감에 상관없이 항상 안정성을 보장하여 주파수 제어계에서 전압 보상 루프(compensator loop)에 해당하는 역할을 수행할 수 있는 주파수 안정화기(stabilizer)로 활용될 수 있고, 개별 발전기의 댐핑(damping) 효과를 개선시킴으로써 전체 계통 안정화를 달성하기 위한 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법을 제공한다.An object of the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, by introducing a modified PID control including a differential control loop to the generator frequency control system to significantly improve the generator damping effect, In the frequency control of the method, if the frequency feedback gain is increased, the system may become unstable, but stability is always guaranteed regardless of the increase or decrease of the gain, so that it corresponds to the voltage compensator loop in the frequency control system. It can be used as a frequency stabilizer (stabilizer) that can play a role, and the stabilization and generator of the frequency control system by a modified PID control method to achieve the overall system stabilization by improving the damping effect of the individual generator Provides a way to promote damping.

도 1은 종래의 주파수 제어계를 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing a conventional frequency control system.

도 2(a)는 적분 제어 회로가 포함된 경우 도 2(b)는 적분 제어 회로가 포함되지 않은 경우 종래의 주파수 제어계에 대한 근궤적도(root locus).Figure 2 (a) is when the integral control circuit is included Figure 2 (b) is a root locus diagram for a conventional frequency control system when the integral control circuit is not included.

도 3은 본 발명에 의한 PID 주파수 제어계를 나타낸 블럭도.3 is a block diagram showing a PID frequency control system according to the present invention.

도 4는 수정된 스팀 밸브 시스템의 (a) 기계적 구조 (b) 블록선도.4 is a (a) mechanical structure (b) block diagram of a modified steam valve system;

도 5는 도 3에 제안된 주파수 제어기에 대한 root locus(KI= 0).5 is the root locus (K I = 0) for the frequency controller proposed in FIG.

도 6(a) 내지 도 6(b)는 도 3에 제안된 주파수 제어기에 대한 root locus(KI≠0).6 (a) to 6 (b) show the root locus (K I ≠ 0) for the frequency controller proposed in FIG.

도 7(a) 내지 도 7(b)는 적분 궤환 이득 상수에 대한 root locus.7 (a) to 7 (b) show the root locus for the integral feedback gain constant.

도 8(a) 내지 도 8(c)는 스팀 밸브 위치 리미터 및 기계적 구조.8 (a) to 8 (c) show the steam valve position limiter and the mechanical structure.

도 9는 기계 유압 제어(Mechanical Hydraulic Control:MHC) 조속기의 주파수 응답.9 is a frequency response of a Mechanical Hydraulic Control (MHC) governor.

도 10은 4기 10 모선의 계통도(Kundur 계통).10 is a schematic diagram of a four-phase 10 busbar (Kundur system).

도 11은 도 10의 발전기 #4의 주파수(ω), 전기적 출력(Pe) 응답.11 is a frequency (ω), electrical output (P e ) response of generator # 4 of FIG. 10.

도 12(a)는 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기와 도 12(b)는 기존의 PI 제어기의 조속기 속도조절상수(speed regulation) R값에 따른 주파수 응답.12 (a) is a frequency response according to the speed regulation constant R value of the PID frequency controller proposed in the present invention and Figure 12 (b) is a conventional PI controller.

도 13은 도 10의 발전기 #2의 주파수(ω), 전기적 출력(Pe) 응답.FIG. 13 is a frequency (ω), electrical output (P e ) response of generator # 2 of FIG. 10.

도 14는 조속기 속도조절상수(speed regulation) R값에 따른 주파수 응답.14 is a frequency response according to the governor speed regulation R value.

도 15는 본 발명에서 제안한 PID 주파수 제어계에 의한 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법을 나타낸 흐름도.15 is a flowchart illustrating a method for enhancing damping of a generator by a PID frequency control system proposed in the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

H : 관성 상수(Inertia constant) D : 댐핑(Damping) 계수H: Inertia constant D: Damping coefficient

f : 주파수(frequency) R : 속도 조절상수(speed regulation)f: frequency R: speed regulation

TH: 조속기 시정수 TT: 터빈 시정수T H : governor time constant T T : turbine time constant

KD: 미분 궤환 적분 상수 KD,crit: 임계 미분 궤환 적분 상수K D : differential feedback integration constant K D, crit : critical differential feedback integration constant

KI: 적분 궤환 적분 상수 KI,crit: 임계 적분 궤환 적분 상수K I : Integral feedback integration constant K I, crit : Critical integral feedback integration constant

ΔXGVmax: 밸브의 최대 위치 ΔXGVMIN: 밸브의 최소 위치ΔX GVmax : Maximum position of the valve ΔX GVMIN : Minimum position of the valve

ΔXGV: 밸브의 위치 변위 ΔPD: 외란(Disturbance)ΔX GV : Positional displacement of valve ΔP D : Disturbance

ΔPm: 기계적 발전량(mechanical power)ΔP m : mechanical power

Δω: 주파수 편차 P1, P2, P3, P4: 극(pole)Δω: frequency deviation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 : pole

Z1, Z2, Z3: 영점(zero)Z 1 , Z 2 , Z 3 : Zero

PID : 비례 적분 미분(Proportional and Integral and Derivative)PID: Proportional and Integral and Derivative

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 조속기(speed governor) 속도조절상수(R)의 역수인 주파수 궤환 이득 상수(1/R)배를 한 주파수 편차를 피드백(feedback)받아(S1) 비례 궤환 이득 상수 Kp=1에 의해 비례 제어를 실행하고(S2), 적분 궤환 이득 상수(KI)에 의해 적분 제어를 실행하며(S3) 미분 궤환 이득 상수(KD)에 의해 미분 제어를 실행하고(S4) 합산하여 밸브의 위치 조절을 위한 제어 입력()을 제공하는 단계; 스팀 밸브 위치 제한 모델링을 위하여 스팀 밸브의 위치 변위(XGV)가 최대값(XGV=XGVMAX)이고 -XGV+ Pc0 인지를 체크하여(S5) 조건을 만족하지 않으면 상기 밸브의 위치 변위(XGV)가 최소값(XGV=XGVMIN)이고 -XGV+ Pc< 0 인지를 체크하여(S6) 조건을 만족하지 않으면 스팀 밸브 위치를로 모델링하고(TH:조속기 시정수, Pc: 위치 조정자)(S7), 상기 S5, S6 조건을 만족하는 경우=0으로 조속기를 모델링하여(S8) 상하한선 범위내에서 왕복운동하는 밸브의 기계적인 구조를 정확하게 모델링할 수 있는 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)로 모델링하여 스팀 밸브의 위치 변위(ΔXGV)를 제공하는 단계;(TT:터빈 시정수, Pm:발전량(mechanical power))으로 1차 근사화된 터빈 모델링 단계(S9); 발전량(ΔPm)(MW)을 출력하는 단계(S10); 외란에 해당하는 부하요구량(ΔPD)을 인가받아 ΔPm-ΔPD를 제공하는 단계(S11); 발전기 운동 방정식인(D:댐핑 계수,PD:외란) 스윙 방정식(Swing Equation)을 사용하여 발전기를 모델링하여 발전기의 댐핑(Damping) 효과를 개선시켜 시스템의 안정화를 달성하는 단계(S12); 및 시스템을 빨리 안정화시키는 주파수 편차(Δω)를 피드백시키고 출력하는 단계(S13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수정된PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention receives feedback of a frequency deviation multiplied by a frequency feedback gain constant (1 / R), which is an inverse of the speed governor speed control constant (R) (S1). The proportional control is executed by the constant K p = 1 (S2), the integral control is performed by the integral feedback gain constant (K I ) (S3) and the derivative control is performed by the differential feedback gain constant (K D ) ( S4) Control input for adjusting valve position by adding up Providing; For modeling the steam valve position limit, it is checked if the position displacement (X GV ) of the steam valve is the maximum value (X GV = X GVMAX ) and -X GV + P c 0 (S5). If the displacement (X GV ) is the minimum value (X GV = X GVMIN ) and -X GV + P c <0 (S6), check the steam valve position (T H : governor time constant, P c : position adjuster) (S7), and satisfy the conditions S5 and S6 By modeling the governor with = 0 (S8), the nonwindup limiter can accurately model the mechanical structure of the valve reciprocating within the upper and lower limits, providing a positional displacement (ΔX GV ) of the steam valve. step; A turbine modeling step (S9) first approximated by (T T : turbine time constant, P m : mechanical power); Outputting a generation amount ΔP m (MW) (S10); Providing a ΔP m -ΔP D by receiving a load requirement ΔP D corresponding to the disturbance (S11); Generator kinematic equation (D: damping coefficient, P D : disturbance) modeling a generator using a swing equation to improve the damping effect of the generator to achieve stabilization of the system (S12); And a step (S13) of feeding back and outputting the frequency deviation (Δω) for stabilizing the system quickly, and providing a method for improving the stabilization of the frequency control system and damping of the generator by the modified PID control method.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 조속기(Speed governor) 제어에서 주파수 미분 신호를 피드백(feedback) 시킴으로써 발전기 댐핑(damping) 효과를 획기적으로 개선시키는 방안을 제시한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The present invention proposes a method of dramatically improving the damping effect of a generator by feeding back a frequency differential signal in a speed governor control.

도 3은 본 발명에 의한 수정된 PID 주파수 제어계를 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram showing a modified PID frequency control system according to the present invention.

도 3을 참조하면, 수정된 PID 주파수 제어계에서 안정 영역은 각각의 피드백 이득(feedback gain) 크기보다는 이득(gain)간의 비율에 의존한다 점에 착안하여 플라이볼형 조속기(flyball speed governor)의 출력을 이득 상수배 한 후 미분 및 적분하여 궤환시키는 수정된 PID 제어구조를 가진다.Referring to FIG. 3, in the modified PID frequency control system, the stable region gains the output of a flyball speed governor in view of the fact that the stability region depends on the ratio between gains rather than the magnitude of each feedback gain. It has a modified PID control structure that gives a constant, then derivatives, integrates and feeds back.

수정된 PID 제어기는 주파수의 미분 신호를 피드백(feedback) 시킴으로 시스템의 모든 극(pole)이 주파수 평면의 좌반면에 위치하도록 보장할 수 있어 폭넓은 범위의 안정 영역을 확보하게 된다. 통상 5로 셋팅하여 운전하고 있는 주파수 궤환 이득상수의 운전 범위를 넓힐 수 있다.The modified PID controller feeds back the differential signal of the frequency to ensure that all poles of the system are located in the left half of the frequency plane, ensuring a wide range of stable areas. It is possible to widen the operation range of the frequency feedback gain constant which is normally set by setting 5.

도 4는 수정된 스팀 밸브 시스템의 (a) 기계적 구조 및 (b) 블록선도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 큰 외란에 대해 스팀 밸브는 넒은 범위에서 왕복 운동을 하기 때문에 밸브 위치의 제한조건을 고려하여 모델링한 후 제어성능을 고찰한다. 수정된 PID 제어기와 스팀밸브 위치 제한을 반영하여 모의 실험을 한 결과 발전기 댐핑(damping)이 획기적으로 개선되는 것을 확인할 수 있다.4 shows (a) mechanical structure and (b) block diagram of a modified steam valve system. Referring to FIG. 4, since the steam valve reciprocates in a large range for a large disturbance, the control performance is considered after modeling in consideration of the constraint of the valve position. Simulation results reflecting the modified PID controller and steam valve position limitations show that the damping of the generator is significantly improved.

기존의 주파수 제어기는 궤환 이득 상수들이 개별적으로 조절하도록 되어 있다. 그러나, 이들 상수들의 크기보다 상수간의 비율에 더 많은 정보가 들어있음에 주목하여 미분 및 적분 궤환 회로를 갖는 수정된 PID 제어기를 갖는 새로운 주파수 제어기를 제안하였다.Existing frequency controllers allow the feedback gain constants to be adjusted individually. However, noting that the ratio between constants contains more information than the magnitude of these constants, a new frequency controller with a modified PID controller with differential and integral feedback circuits is proposed.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 새로운 PID 주파수 제어기는 넓은 범위의 궤환 이득 상수에 대하여 주파수제어 안정도를 갖도록 보장된 주파수 제어기이다.Referring to Fig. 3, the novel PID frequency controller according to the present invention is a frequency controller that is guaranteed to have frequency control stability over a wide range of feedback gain constants.

여기서, 주목할 점은 궤환 신호는 조속기(speed governor)의 플라이볼(flyball) 출력을 측정함으로서 쉽게 얻을 수 있으며 미분 및 적분 궤환 회로 또한 쉽게 구현할 수 있다는 점이다.It should be noted that the feedback signal can be easily obtained by measuring the flyball output of the speed governor, and the differential and integral feedback circuits can also be easily implemented.

CASE 1 적분 제어회로를 포함하지 않는 경우( ) When not including CASE 1 integral control circuit ( )

이 경우에 대한 개방 루프(open loop) 전달함수는 다음 수학식(5)와 같다The open loop transfer function for this case is expressed by the following equation (5).

표 1의 발전기 파라미터를 사용하여 주파수 제어기에 대한 MATLAB 안의 근궤적도 툴(root locus tool)을 사용하여 근 궤적도(root locus)를 도 5에 나타내었다. 도 5(a)는일 때 근 궤적도(root locus)를 나타낸다. 극(pole)의 수가 Np, 영점(Zero)의 수가 Nz일때, 점근선의 각도(θ0, θ1), 실수축과의 교차점(σA) 그리고 분기점(σc)은 다음과 같이 계산된다.The root locus is shown in FIG. 5 using the root locus tool in MATLAB for the frequency controller using the generator parameters of Table 1. 5 (a) is Indicates the root locus. When the number of poles is N p and the number of zeros is N z , the angles of the asymptotes (θ 0 , θ 1 ), the intersection with the real axis (σ A ) and the branching point (σ c ) are calculated as follows: do.

실수축과 교차점 : Real axis and intersection:

분기점 : Junction:

도 5(b)는일 때 근궤적도(root locus)를 나타낸다. 극(pole)의 수가 Np, 영점(Zero)의 수가 Nz일때, 점근선의 각도(θ0, θ1), 실수축과의 교차점(σA) 그리고 분기점(σc)은 다음과 같이 계산된다.5 (b) shows Indicates the root locus. When the number of poles is N p and the number of zeros is N z , the angles of the asymptotes (θ 0 , θ 1 ), the intersection with the real axis (σ A ) and the branching point (σ c ) are calculated as follows: do.

실수축과 교차점 : Real axis and intersection:

분기점 : Junction:

여기서, 주목할 점은 극(pole)과 영점(zero)이 서로 상쇄되는 특이한 경우이라는 점이다.Note that the pole here And zero This is an unusual case of offsetting each other.

도 5에 도시한 바와 같이, 모든 점근선이 s-평면의 좌반면에서 실수축과 수직으로 교차하고 있다. 이것으로부터 미분 궤환 루프를 추가함으로 근 궤적도(root locus)가 우반면으로 움직이지 못하도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 도 5의 근 궤적도(root locus)와 도 2의 근궤적도와 비교하면 속도 조절상수(speed regulation) R이 어떤 값을 갖더라도 시스템 안정도를 절대적으로 보장할 수 있다는 사실을 알 수 있다. 여기서, 미분 궤환 이득상수는 시스템의 안정도에 큰 영향을 준다.As shown in Fig. 5, all asymptotes intersect the real axis perpendicularly to the left half of the s-plane. From this it is possible to add a differential feedback loop to prevent the root locus from moving to the right side. Comparing the root locus of FIG. 5 and the root locus of FIG. 2, it can be seen that the system stability can be absolutely guaranteed no matter what the speed regulation R has. Where differential feedback gain constant Has a big impact on the stability of the system.

만일,를 점점 줄여간다면 도 5의 점근선은 점점 오른쪽으로 이동하다가 어느 결정적인 값인 임계 미분 궤환 이득 상수에 대하여 점근선은 허수축과 일치하게 될 것이다. 상기 임계 미분 궤환 이득 상수값을 다음 수학식 (8)과 같이 계산할 수 있다.if, 5, the asymptote of FIG. 5 gradually shifts to the right, and a critical differential feedback gain constant, which is a critical value. With respect to the asymptotes will be coincident with the imaginary axis. The critical differential feedback gain constant The value can be calculated as in Equation (8) below.

상기 임계 미분 궤환 이득 상수가 안정도를 보장할 수 있는 최소 마진이다. 그러므로, 시스템의 안정성을 보장하기 위해서는 상기 미분 궤환 이득 상수를 적어도 임계 미분 궤환 이득 상수보다 큰 값으로 정해야 한다.The critical differential feedback gain constant Is the minimum margin to ensure stability. Therefore, in order to ensure the stability of the system, the differential feedback gain constant At least the critical differential feedback gain constant It must be set to a larger value.

CASE 2 적분 제어회로를 포함한 경우( ) When the CASE 2 integral control circuit is included ( )

이 경우에 대한 개방 루프(open loop) 전달함수는 다음과 같다.The open loop transfer function for this case is

표 1의 발전기 파라미터를 사용하여 수학식 (9)의 전달함수에 대한 근궤적도(root locus)를 도 6에 나타내었다. 도 6(a)와 6(b)는 도 3에 제안된 주파수 제어기에 대한 root locus(KI≠0)를 나타낸다. 이 경우에, 미분 및 적분 궤환 루프는 단순 궤환 시스템에 1개의 극(pole)과 2개의 영점(zero)를 추가하여 시스템의 어느 root도 우반면으로 이동하지 않도록 한다.The root locus for the transfer function of Equation (9) is shown in FIG. 6 using the generator parameters of Table 1. FIG. 6 (a) and 6 (b) show the root locus (K I ≠ 0) for the frequency controller proposed in FIG. In this case, the differential and integral feedback loop adds one pole and two zeros to the simple feedback system so that no root of the system moves to the right half.

상기 CASE 1에서 언급한 바와 같이, 시스템 안정도는 상기 미분 궤환 이득 상수의 값에 주로 의존한다. 상기 미분 궤환 이득 상수가 감소할수록 수직 점근선은 오른쪽으로 이동하게 되어 시스템을 불안하게 만들 수 있다. 모든 조속기 속도조절상수(speed regulation) R값에 대한 절대적인 안정도를 보장할 수 있는 상기 미분 궤환 이득 상수를 계산하면 다음 수학식 (10)과 같이 표현된다.As mentioned in CASE 1, system stability is the differential feedback gain constant. Mainly depends on the value of. The differential feedback gain constant As the decreases, the vertical asymptotes move to the right, making the system unstable. The differential feedback gain constant that can guarantee absolute stability for all governor speed regulation R values Is calculated as Equation (10).

여기서, 시스템 안정도는 상기 적분 궤환 이득 상수에도 의존한다는 점이다. 만일, 상기 적분 궤환 이득 상수가 커진다면, 예를 들어이면 근궤적도(root locus)는 도 7에 도시된 바와 같이 오른쪽으로 이동하여 시스템이 불안하게 된다. 마찬가지로, 모든 조속기 속도조절상수 R값에 대한 절대적인 안정도를 보장하도록 상기 적분 궤환 이득 상수를 어느 결정적인 값인 임계 적분 궤환 이득 상수보다 작게 선택해야 한다. 상기 임계 적분 궤환 이득 상수를 Routh-Hurwitz 평가법에 의해 다음과 같이 계산할 수 있다.Where system stability is the integral feedback gain constant It also depends on. If the integral feedback gain constant If becomes large, for example The root locus is moved to the right as shown in FIG. 7 and the system becomes unstable. Likewise, the integral feedback gain constant to ensure absolute stability for all governor speed control constants R values. Is the critical value of the critical integral feedback gain constant You must choose a smaller one. The critical integral feedback gain constant Can be calculated as follows by the Routh-Hurwitz method.

결론적으로, 적분 제어 회로를 포함하는 본 발명에 의한 PID 주파수 제어기에서는 상기 미분 궤환 이득상수를 상기 임계 미분 궤환 이득 상수보다 큰 값으로 선택하고 상기 적분 궤환 이득상수를 상기 임계 적분 궤환 이득 상수보다 작은 값으로 선택한다면 절대적인 안정도를 보장할 수 있다.In conclusion, in the PID frequency controller according to the present invention including an integral control circuit, the differential feedback gain constant The critical differential feedback gain constant Select a larger value and the integral feedback gain constant The critical integral feedback gain constant Selecting a smaller value will ensure absolute stability.

한편, 스팀 밸브 위치에 대한 고찰에 대해 다음에 설명한다. 밸브 위치 제한 모델링은 기계 유압 제어(Mechanical Hydraulic Control:MHC) 조속기 모델링에서 주의 깊게 다루어져야 한다. 큰 외란이 발생하였을 때, 밸브 위치 제한 모델링은 광범위하고 오래 지속되는 동요 제어에 큰 영향을 주기 때문이다.On the other hand, the consideration about a steam valve position is demonstrated next. Valve position limiting modeling should be carefully handled in Mechanical Hydraulic Control (MHC) governor modeling. When large disturbances occur, valve position limit modeling has a large impact on widespread and long lasting fluctuation control.

밸브 위치 제한은 크게 와인드업 리미터(Windup Limiter)와 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)로 모델링할 수 있다. 두 경우에 대해 주파수 동요문제의 제어효과를 분석한 결과 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)가 가장 우수한 제어 성능을 갖는 것으로 결론을 얻었다.The valve position limit can be largely modeled as a windup limiter and a nonwindup limiter. As a result of analyzing the control effect of the frequency fluctuation problem in both cases, it was concluded that the Nonwindup Limiter had the best control performance.

도 8은 밸브위치 제한 모델의 각 경우를 보여준다. 도 8(a) 내지 도 8(c)는 스팀 밸브 위치 리미터 및 기계적 구조를 나타내며, 도 8(a)는 와인드업 리미터(Windup Limiter), 도 8(b)는 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter), 및 도 8(c)는 피스톤과 같은 밸브 시스템(Piston-like Valve System)의 기계적 구조를 나타낸다.도 8(a)는 와인드업 리미터(Windup Limiter)로써신호를 피드백(feedback)시키고 있어 도 8(c)와 같은 기계적 구조를 모델링하는데 약간의 오류가 있다. 도 8(b)와 같은 상기 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)는 이 오류를 올바로 수정한 모델로 도 8(c)의 기계적 구조를 정확히 반영한다. 상기 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)에 대한 상태방정식을 유도하면 다음과 같다.8 shows each case of the valve position limiting model. 8 (a) to 8 (c) show a steam valve position limiter and a mechanical structure, FIG. 8 (a) shows a windup limiter, FIG. 8 (b) shows a nonwindup limiter, and Fig. 8 (c) shows the mechanical structure of a piston-like valve system. Fig. 8 (a) shows a windup limiter. There is some error in modeling the mechanical structure as shown in Fig. 8 (c) due to the feedback of the signal. The nonwindup limiter as shown in FIG. 8B accurately corrects the error and accurately reflects the mechanical structure of FIG. 8C. Derivation of the state equation for the nonwindup limiter is as follows.

위 두 모델에 대한 차이를 알아보기 위해 Kundur 4기 10모선 계통에 적용하여 모의 실험을 하였다. 모델 계통을 도 10에 나타내었고, 모선 #9에 3상 단락사고를 발생하였을 때 발전기 #4의 기계 유압 제어(MHC) 조속기에 제안된 PID 주파수 제어기를 설치하였을 때 주파수 응답을 구하여 도 9에서 비교하였다.In order to find out the difference between the two models, the simulation was applied to the Kundur 4th 10 bus system. The model system is shown in FIG. 10 and the frequency response is obtained when the proposed PID frequency controller is installed in the mechanical hydraulic control (MHC) governor of generator # 4 when a three-phase short circuit occurs in bus # 9. It was.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)가 상기 상기 와인드업 리미터(Windup Limiter)보다 더 나은 제어성능을 보이고 있다. 따라서, 본 발명에서는 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)를 채택하여 모의 실험을 하였다.As shown in FIG. 9, the nonwindup limiter shows better control performance than the windup limiter. Therefore, in the present invention, a simulation using a nonwindup limiter was performed.

본 발명에 의한 수정된 PID 주파수 제어기를 전력 계통(Power System)에 응용하여 미분 궤환 루프에 의한 댐핑(damping)효과가 계통에 미치는 영향을 살펴보고, 시스템 파라미터의 변화에 따른 안정도 변화를 설명한다. 샘플 계통으로 Kundur 4기 10모선 계통과 New England 39Bus 계통을 선택하였다.The modified PID frequency controller according to the present invention is applied to a power system to examine the effect of the damping effect of the differential feedback loop on the system, and to describe the stability change according to the change of the system parameter. As the sample strains, the Kundur 4th 10 busbar strain and the New England 39Bus strain were selected.

(1)Kundur 4기 10모선 계통(1) Kundur four 10 bus system

각 발전기는 round-rotor synchronous machine이고모델로 모델링하였다. 도 10을 참조하면, 발전기 #1에는 자여자 방식 DC 여자기(self-excited DC exciter)가 장착되었고 나머지 발전기(Generator:G)에는 사이리스터 여자기(thyristor exciter)가 장착되어 있으며 발전기 #4에만 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기가 설치되어 있다.Each generator is a round-rotor synchronous machine Modeled as a model. Referring to FIG. 10, generator # 1 is equipped with a self-excited DC exciter, and the remaining generator (G) is equipped with a thyristor exciter and is seen only in generator # 4. The PID frequency controller proposed in the present invention is installed.

큰 외란을 가정하기 위해 모선 #9에서 3상 지락사고가 0.1초간 발생한 것으로 간주하였다. 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기의 성능을 관찰하기 위해 전력 계통 안정화기(Power System Stabilizer:PSS)와 기존의 비례 미분(PI) 제어기가 장착되었을 경우와 비교하였다. 도 11은 도 10의 발전기 #4의 주파수(ω), 전기적 출력(Pe) 응답을 나타낸다. 도 11으로부터 제안된 제어기가 전력 계통 안정화기(PSS)나 기존의 PI 제어기보다 월등히 시스템 댐핑(damping)을 향상시킴을 확인할 수 있다.In order to assume a large disturbance, a three-phase ground fault occurred in mothership # 9 for 0.1 second. In order to observe the performance of the proposed PID frequency controller, a power system stabilizer (PSS) and a conventional proportional derivative (PI) controller are installed. FIG. 11 shows the frequency ω, electrical output Pe response of generator # 4 of FIG. It can be seen that the proposed controller from FIG. 11 significantly improves system damping than the power system stabilizer (PSS) or the existing PI controller.

파라미터 / 제어기Parameter / Controller 본 발명The present invention 기존existing Speed Regulation RSpeed Regulation R 55 55 미분궤환 이득상수 KD Differential feedback gain constant K D 0.30.3 0.00.0 적분궤환 이득상수 KI Integral feedback gain constant K I 0.20.2 20.020.0

(2) 조속기 속도조절상수(speed regulation) R의 영향(2) Effect of governor speed regulation R

기존 제어기에서 주파수 궤환이득상수가 증가하면 시스템은 불안정해지기 때문에 상기 조속기 속도조절상수(speed regulation) R의 조절 범위에 상당한 제약이 가해져있고 보통은 5에 셋팅되어 있다. 본 발명의 수정된 PID 주파수 제어기는 어떤 조속기 속도조절상수(speed regulation) R에 대해서도 시스템 안정도가 보장된다.Frequency Feedback Gain Constant in Conventional Controllers If is increased, the system becomes unstable, so that there is a significant restriction on the regulation range of the governor speed regulation R and is usually set at 5. The modified PID frequency controller of the present invention ensures system stability against any governor speed regulation R.

본 발명에 의한 수정된 PID 주파수 제어기와 기존 제어기에 대한 상기 조속기 속도조절상수(speed regulation) R의 영향을 알아보기 위해 값을 5, 1, 0.1로 변화시켰을 때 주파수 응답을 도 12에 나타내었다. 도 12(a)는 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기와 도 12(b)는 기존의 PI 제어기의 상기 조속기 속도조절상수 R값에 따른 주파수 응답을 나타낸다.The frequency response is shown in FIG. 12 when the value is changed to 5, 1, 0.1 to determine the effect of the governor speed regulation R on the modified PID frequency controller and the existing controller according to the present invention. 12 (a) shows the PID frequency controller proposed in the present invention and Figure 12 (b) shows the frequency response according to the governor speed control constant R value of the conventional PI controller.

도 12(a)를 참조하면, 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기는 상기 조속기 속도 조절상수 R값이 작아짐에 따라 시스템 댐핑(damping)이 증가하고 있음을 확인할 수 있고, 도 12(b)를 참조하면, 기존의 PI 제어기는 R값이 작아짐에 따라 시스템의 동요가 점점 커지고 있음을 확인할 수 있다. 근궤적도(root locus) 분석 상에서 보면 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기에서 모든 시스템 극(pole)들이 s평면의 좌반면에 위치시키기 때문에 어떤 상기 조속기 속도조절상수 R값에 대해서 시스템이 안정화되고 있는 반면에 기존 제어기에서는 상기 R값이 작아짐에 따라 시스템 극(pole)들이 우반면쪽으로 이동을 하게되어 점점 동요가 커지게 된다.Referring to FIG. 12 (a), the PID frequency controller proposed in the present invention can confirm that system damping increases as the governor speed control constant R decreases. Referring to FIG. 12 (b). In this case, the existing PI controller can confirm that the shaking of the system is increasing as the R value decreases. In the root locus analysis, in the PID frequency controller proposed in the present invention, since all system poles are located on the left half of the s plane, the system is stabilized with respect to the governor speed regulation constant R value. On the other hand, in the conventional controller, as the R value decreases, the system poles move toward the right half surface, and the fluctuation increases.

(3) New England 39모선 계통(3) New England 39 Mothership System

본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기를 New England 39모선 계통에 적용하여 성능을 측정하고자 한다. 각 발전기는 2축 모델로 모델링하였고 발전기 #1을 제외한 모든 발전기에 IEEE Type 1 여자기(exciter)가 장착되어 있다.The PID frequency controller proposed in the present invention is applied to the New England 39 bus system to measure the performance. Each generator is modeled as a two-axis model and all generators except generator # 1 are equipped with an IEEE Type 1 exciter.

큰 외란을 가정하기 위해 모선 #6에서 3상 단락 사고가 0.1초간 발생한 것으로 간주하였다. 상기 단락 사고는 사고 지점 근처에 있는 발전기를 불안하게 만들고 계통내의 다른 발전기와의 탈조를 유발하게 된다.To assume a large disturbance, a three-phase short circuit accident in bus # 6 was assumed to occur for 0.1 second. The short circuit accident makes the generator near the accident point unstable and causes outage with other generators in the system.

그러므로, 사고지점에 가까운 발전기 #2에 제안된 제어기를 설치하고, 또한 발전기 #1, #3, #7, #9에도 장착하였다. 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기와 기존의 제어기에 대한 발전기 #2의 주파수(ω) 및 전기적 출력(Pe) 응답을 도 13에 나타내었다. 본 발명에 의한 수정된 PID 주파수 제어기(도 3)와 기존 주파수 제어기(도 1)에 대한 조속기 속도조절상수(speed regulation) R의 영향을 알아보기 위해 값을 5, 10.1로 변화시켰을 때 주파수 응답을 도 14에 나타내었다. 도 14는 조속기 속도조절상수(speed regulation) R값에 따른 주파수 응답을 나타낸다.Therefore, the proposed controller was installed in generator # 2 near the accident site, and also mounted on generators # 1, # 3, # 7, and # 9. The frequency (ω) and electrical output (P e ) responses of generator # 2 for the PID frequency controller and the conventional controller proposed in the present invention are shown in FIG. 13. In order to examine the effect of the governor speed regulation R on the modified PID frequency controller (FIG. 3) and the conventional frequency controller (FIG. 1) according to the present invention, the frequency response was changed to 5 and 10.1. 14 is shown. 14 shows the frequency response according to the governor speed regulation R value.

도 14를 참조하면, 상기 조속기 속도조절상수 R값이 작아짐에 따라 본 발명에 의한 PID 주파수 제어기가 시스템 댐핑(damping)을 크게 증가시킨다.Referring to FIG. 14, as the governor speed control constant R decreases, the PID frequency controller according to the present invention greatly increases system damping.

결과적으로, 본 발명에서 제안된 PID 주파수 제어기는 종래의 전력 계통 안정화기(PSS)를 대신하여 시스템 댐핑(damping)을 향상시킬 수 있는 유용한 수단으로 활용될 수 있으며, 본 발명에 의한 주파수 제어기의 특징은 상기 전력 계통 안정화기(PSS)와는 달리 복잡한 파라미터 튜닝 과정이 필요없다는 점이다.As a result, the PID frequency controller proposed in the present invention can be utilized as a useful means for improving system damping in place of the conventional power system stabilizer (PSS), and the characteristics of the frequency controller according to the present invention. Unlike the power system stabilizer (PSS), a complicated parameter tuning process is not required.

도 15는 PID 주파수 제어계에 의한 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법을 나타낸 흐름도이다. 상기 조속기(speed governor) 속도조절상수(R)의 역수인 주파수 궤환 이득 상수(1/R)배를 한 주파수 편차를 피드백(feedback)받아(단계 S1) 비례 궤환 이득 상수 Kp=1에 의해 비례 제어를 실행하고(단계 S2), 적분 궤환 이득 상수(KI)에 의해 적분 제어를 실행하며(단계 S3) 미분 궤환 이득 상수(KD)에 의해 미분 제어를 실행하고(단계 S4) 합산하여 밸브의 위치 조절을 위한 제어 입력()을 제공한다. 스팀 밸브 위치 제한 모델링을 위하여 스팀 밸브의 위치 변위(XGV)가 최대값(XGV=XGVMAX)이고 -XGV+ Pc0 인지를 체크하여(단계 S5) 조건을 만족하지 않으면 상기 밸브의 위치 변위(XGV)가 최소값(XGV=XGVMIN)이고 -XGV+ Pc< 0 인지를 체크하여(단계 S6) 조건을 만족하지 않으면 스팀 밸브 위치를로 모델링하고(TH:조속기 시정수, Pc: 위치 제어 입력)(단계 S7), 상기 S5, S6 조건을 만족하는 경우=0으로 조속기를 모델링하여(S8) 상하한선 범위내에서 왕복운동하는 밸브의 기계적인 구조를 정확하게 모델링할 수 있는 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)로 모델링하여 스팀 밸브의 위치 변위(ΔXGV)를 제공한다.(TT:터빈 시정수, Pm:발전량(mechanical power))으로 1차 근사화된 터빈 모델링을 하고(단계 S9), 발전량(ΔPm)(MW)을 출력하며(단계 S10) 외란에 해당하는 부하요구량(ΔPD)을 인가받아 ΔPm-ΔPD를 제공한다(단계 S11). 발전기 운동 방정식인(D:댐핑 계수,PD:외란) 스윙 방정식(Swing Equation)을 사용하여 발전기를 모델링하여 발전기의 댐핑(Damping) 효과를 개선시켜 시스템의 안정화를 달성하고(단계 S12), 시스템을 빨리 안정화시키는 주파수 편차(Δω)를 피드백시키고 출력한다(단계 S13).15 is a flowchart illustrating a method of enhancing damping of a generator by a PID frequency control system. A feedback of the frequency deviation obtained by multiplying the frequency feedback gain constant (1 / R), which is the inverse of the speed governor speed control constant (R), is fed back (step S1), proportional to the proportional feedback gain constant K p = 1. The control is executed (step S2), the integral control is executed by the integral feedback gain constant K I (step S3) and the differential control is executed by the differential feedback gain constant K D (step S4) and summed Control input for position adjustment ). For modeling the steam valve position limit, check whether the position displacement (X GV ) of the steam valve is the maximum value (X GV = X GVMAX ) and -X GV + P c 0 (step S5). If the position displacement (X GV ) is at the minimum value (X GV = X GVMIN ) and -X GV + P c <0 (step S6), then the steam valve position is (T H : governor time constant, P c : position control input) (step S7), and the conditions S5 and S6 are satisfied. By modeling the governor with = 0 (S8) and modeling it with a nonwindup limiter that can accurately model the mechanical structure of the valve reciprocating within the upper and lower limits, it provides a positional displacement (ΔX GV ) of the steam valve. . (T T : Turbine time constant, P m : Mechanical power) approximates the first-order turbine modeling (step S9), outputs power generation (ΔP m ) (MW) (step S10) and corresponds to disturbance The load demand ΔP D is applied to provide ΔP m −ΔP D (step S11). Generator kinematic equation (D: Damping Coefficient, P D : Disturbance) Model the generator using Swing Equation to improve the damping effect of the generator to achieve system stabilization (step S12) and to stabilize the system quickly. The frequency deviation Δω is fed back and output (step S13).

따라서, 본 발명에 의한 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법은 폭넓은 범위의 주파수 피드백 이득(feedback gain)에서 안정성을 보장하고, 발전기의 댐핑(damping) 효과를 증가시킴으로써 계통 전체의 안정화를 달성할 수 있다.Therefore, the method of improving the stabilization of the frequency control system and the damping of the generator by the modified PID control method according to the present invention ensures stability at a wide range of frequency feedback gain, and the damping effect of the generator Stabilization of the entire system can be achieved by increasing.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법은 폭넓은 범위의 주파수 피드백 이득(feedback gain)에서 안정성을 보장하고, 발전기의 댐핑(damping) 효과를 증가시킴으로써 계통 전체의 안정화를 달성하며, 고장시 시스템에 축적된 잉여 에너지를 효과적으로 조절할 수 있는 수단을 제공하여 잉여 에너지의 효과적인 제어로 장기간 동요(long-term oscillation), 지역간 동요(inter-area oscillation), 저 주파수 동요(low frequency oscillation) 등의 문제 해결을 제시하여 주파수 제어계에서 전압 보상기 루프(compensator loop)에 해당하는 역할을 수행할 수 있는 주파수 안정화기(stabilizer)로 활용될 수 있는 효과가 있다.As described above, the method of improving the stabilization of the frequency control system and the damping of the generator by the modified PID control method according to the present invention ensures stability at a wide range of frequency feedback gain, and the damping of the generator ( Stabilization of the entire system is achieved by increasing the damping effect, and it provides a means to effectively control the surplus energy accumulated in the system in the event of a failure. It can be used as a frequency stabilizer that can serve as a voltage compensator loop in a frequency control system by presenting problems such as -area oscillation and low frequency oscillation. It works.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (2)

조속기(speed governor) 속도조절상수(R)의 역수인 주파수 궤환 이득 상수(1/R)배를 한 주파수 편차(Δω)를 피드백(feedback)받아(S1) 비례 궤환 이득 상수 Kp=1에 의해 비례 제어를 실행하고(S2), 적분 궤환 이득 상수(KI)에 의해 적분 제어를 실행하며(S3) 미분 궤환 이득 상수(KD)에 의해 미분 제어를 실행하고(S4) 합산하여 밸브의 위치 조절을 위한 제어 입력()을 제공하는 단계;A frequency deviation Δω multiplied by a frequency feedback gain constant (1 / R) times the inverse of the speed governor speed control constant (R) is fed back (S1) by the proportional feedback gain constant K p = 1 The proportional control is executed (S2), the integral control is executed by the integral feedback gain constant (K I ) (S3) and the derivative control is executed by the differential feedback gain constant (K D ) (S4) and summed to position the valve. Control input for adjustment Providing; 스팀 밸브 위치 제한 모델링을 위하여 스팀 밸브의 위치 변위(XGV)가 최대값(XGV=XGVMAX)이고 -XGV+ Pc0 인지를 체크하여(S5) 조건을 만족하지 않으면 상기 밸브의 위치 변위(XGV)가 최소값(XGV=XGVMIN)이고 -XGV+ Pc< 0 인지를 체크하여(S6) 조건을 만족하지 않으면 스팀 밸브 위치를로 모델링하고(TH:조속기 시정수, Pc: 위치 조정자)(S7), 상기 S5, S6 조건을 만족하는 경우=0으로 조속기를 모델링하여(S8) 상하한선 범위내에서 왕복운동하는 밸브의 기계적인 구조를 정확하게 모델링할 수 있는 논와인드업 리미터(Nonwindup Limiter)로 모델링하여 스팀 밸브의 위치 변위(ΔXGV)를 제공하는 단계;For modeling the steam valve position limit, it is checked if the position displacement (X GV ) of the steam valve is the maximum value (X GV = X GVMAX ) and -X GV + P c 0 (S5). If the displacement (X GV ) is the minimum value (X GV = X GVMIN ) and -X GV + P c <0 (S6), check the steam valve position (T H : governor time constant, P c : position adjuster) (S7), and satisfy the conditions S5 and S6 By modeling the governor with = 0 (S8) and modeling it with a nonwindup limiter that can accurately model the mechanical structure of the valve reciprocating within the upper and lower limits, it provides a positional displacement (ΔX GV ) of the steam valve. step; (TT:터빈 시정수, Pm:발전량(mechanical power))으로 1차 근사화된 터빈 모델링 단계(S9); A turbine modeling step (S9) first approximated by (T T : turbine time constant, P m : mechanical power); 발전량(ΔPm)(MW)을 출력하는 단계(S10);Outputting a generation amount ΔP m (MW) (S10); 외란에 해당하는 부하요구량(ΔPD)을 인가받아 ΔPm-ΔPD를 제공하는 단계(S11);Providing a ΔP m -ΔP D by receiving a load requirement ΔP D corresponding to the disturbance (S11); 발전기 운동 방정식인(D:댐핑 계수,PD:외란) 스윙 방정식(Swing Equation)을 사용하여 발전기를 모델링하여 발전기의 댐핑(Damping) 효과를 개선시켜 시스템의 안정화를 달성하는 단계(S12); 및Generator kinematic equation (D: damping coefficient, P D : disturbance) modeling a generator using a swing equation to improve the damping effect of the generator to achieve stabilization of the system (S12); And 시스템을 빨리 안정화시키는 주파수 편차(Δω)를 피드백시키고 출력하는 단계(S13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법.And a step (S13) of feeding back and outputting a frequency deviation [Delta] [omega] that quickly stabilizes the system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비례 미분 적분(PID) 주파수 제어기에서 시스템의 안정성을 보장하기 위해서To ensure the stability of the system in the proportional differential integral (PID) frequency controller 개방 루프(Open loop) 전달함수의 미분 궤환 이득 상수(KD)를 안정도를 보장할 수 있는 최소 마진인 임계 미분 궤환 이득 상수(KD,crit) 보다 큰 값으로 선택하고, 조속기 속도조절상수(governor droop) R값에 대한 절대적인 안정도를 보장하도록 적분 궤환 이득 상수(KI)를 임계 적분 궤환 이득 상수(KI,crit) 보다 작은 값으로 선택하면 시스템의 안정성을 보장하고, 조속기 속도조절상수(Governor droop) R값이 작아짐에 따라 상기 PID 주파수 제어기가 시스템 댐핑(damping)을 크게 증가시키는 것을 특징으로 하는 수정된 PID 제어 방법에 의한 주파수 제어계의 안정화 및 발전기의 댐핑을 증진시키는 방법.Select the differential feedback gain constant (K D ) of the open loop transfer function to a value greater than the critical differential feedback gain constant (K D, crit ) , which is the minimum margin to ensure stability, and adjust the governor speed control constant ( governor droop) Integral feedback gain constant (K I ) is chosen to be less than critical integral feedback gain constant (K I, crit ) to ensure absolute stability to R value, which ensures the stability of the system and Governor droop) A method of improving the stabilization of the frequency control system and the damping of the generator by the modified PID control method, characterized in that the PID frequency controller increases the system damping (Damping) significantly as the R value decreases.
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