KR20070072295A - Method for compensating reactive power and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래의 무효전력 보상방법에 따른 스윗칭 on/off 상태를 도시한 것이다.1A illustrates a switching on / off state according to a conventional reactive power compensation method.
도 1b는 종래의 무효전력 보상방법에 따른 무효전력의 수급상태를 도시한 그래프이다.1B is a graph illustrating supply and demand states of reactive power according to a conventional reactive power compensation method.
도 2는 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 블럭도이다.2 is a block diagram of a reactive power compensation device according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름도이다.3 is a flowchart according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흐름도이다.4 is a flowchart according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 흐름도이다.5 is a flowchart according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 3의 실시예에 따른 스위칭 on/off 상태를 도시한 것이다.6 illustrates a switching on / off state according to the embodiment of FIG. 3.
도 7은 도 3의 실시예에 따른 무효전력의 수습상태를 도시한 그래프이다.7 is a graph illustrating a probable state of reactive power according to the embodiment of FIG. 3.
도 8은 도 5의 실시예에 따라 5 %의 허용범위 내에서 과전압 값을 연산한 결과를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a result of calculating an overvoltage value within an allowable range of 5% according to the embodiment of FIG. 5.
도 9는 도 5의 실시예에 따른 스위칭 on/off 상태를 도시한 것이다.9 illustrates a switching on / off state according to the embodiment of FIG. 5.
도 10은 도 5의 실시예에 따른 무효전력의 수습상태를 도시한 그래프이다.10 is a graph illustrating a probable state of reactive power according to the embodiment of FIG. 5.
본 발명은 HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템에 관한 것으로 특히, 주 동작 범위를 고려한 무효전력 보상방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high voltage direct current (HVDC) system, and more particularly, to a method and apparatus for compensating reactive power in consideration of a main operating range.
HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 수전 받는 유효전력의 양에 따라 무효전력을 소모하게 된다. 따라서 무효전력을 공급해주는 조상설비(調相設備:phase modifying equipment)를 가지고 있거나 교류계통으로부터 공급받게 된다. 교류계통으로부터 공급받는 경우 교류계통의 무효전력 예비력이 충분하고 무효전력 공급원이 HVDC 시스템 근처에 존재하여 무효전력을 HVDC 시스템에 안정적으로 공급해 줄 수 있을 경우 문제가 없지만, 교류계통에서 발생한 외란으로 인하여 교류전압의 연동이 LTC(Load Tap Changer)의 대응 동작보다 빠르게 일어난다면 HVDC 컨버터는 직류 전압을 일정하게 유지하려고 점호각(firing angle)을 조정하게 된다.High voltage direct current (HVDC) systems consume reactive power depending on the amount of active power received. Therefore, they have phase modifying equipment to supply reactive power or they are supplied from AC systems. In case of receiving from AC system, there is no problem when the reactive power reserve of AC system is sufficient and the reactive power source exists near HVDC system, so that reactive power can be supplied to HVDC system stably. If the voltage coupling occurs faster than the corresponding action of the load tap changer (LTC), the HVDC converter adjusts the firing angle to keep the DC voltage constant.
교류전압의 강하가 매우 빠르고 순간적으로 일어나 컨버터의 점호각(α), 소호각(γ) 조절이 이에 대응하지 못하게 되면 전류실패(commutation failure)가 일어나게 된다. 전류실패가 일어나게 되면 직류 제어가 회복될 때까지 유효전력 전송이 중단된다. 유효전력 전송이 회복되는 동안 컨버터의 무효전력 요구량은 대략 증가되는 유효전력에 비례하여 증가하기 때문에 동적으로 제어되는 무효전력 공급 시스템이 HVDC 시스템의 동적특성에 중요한 요소가 된다.If the AC voltage drop is very fast and instantaneously, and the control of the firing angle α and the arc angle γ of the converter does not correspond to this, a current failure occurs. If a current failure occurs, active power transfer is interrupted until DC control is restored. During the recovery of active power transmission, the reactive power requirement of the converter increases in proportion to the increased active power, so that a dynamically controlled reactive power supply system is an important factor in the dynamic characteristics of the HVDC system.
이러한 무효전력 보상장치 중 가장 일반적인 것은 커패시터 뱅크로 값이 싸고 제어가 쉽다는 장점이 있다. 그러나 스위치 특히 기계적 스위치를 이용하는 커 패시터 뱅크의 경우 동적인 무효전력 보상장치는 될 수 없으며 공급 무효전력이 모선전압에 비례하므로 전압이 낮은 상태에서는 예정된 무효전력을 공급하지 못하게 된다.The most common of these reactive power compensation devices is the capacitor bank, which is inexpensive and easy to control. However, switches, especially capacitor banks using mechanical switches, cannot be dynamic reactive power compensators, and supply reactive power is proportional to the bus voltage, preventing the supply of scheduled reactive power at low voltages.
그러나, HVDC시스템에는 고조파 필터가 설치되어 있고 이는 전력 주파수 60㎐에서 무효전력을 공급하는 커패시터 뱅크로 동작하므로 이들 필터 뱅크와 필터 스윗칭에 의한 무효전력이 교류계통으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위한 리액터 뱅크가 유효전력 변화에 따라 무효전력을 공급한다.However, the HVDC system is equipped with a harmonic filter, which acts as a capacitor bank that supplies reactive power at a power frequency of 60 kHz, so that reactor banks to prevent reactive power from flowing through these filter banks and filter switching flow into the AC system. Supplies reactive power according to the change of active power.
도 1a는 종래의 무효전력 보상방법에 따른 스윗칭 on/off 상태를 도시한 것이다. 1A illustrates a switching on / off state according to a conventional reactive power compensation method.
도 1a에서, DTF(Dual Tuned Filter) 및 HPF(High Pass Filter)는 고조파를 제거하기 위한 필터들이다. 도 1a에서, SHNT.R은 커패시터 뱅크를 포함하는 스위치 션트 뱅크를 의미한다.In FIG. 1A, a dual tuned filter (DTF) and a high pass filter (HPF) are filters for removing harmonics. In FIG. 1A, SHNT.R means a switch shunt bank including a capacitor bank.
도 1a에서 보는 바와 같이, 주 운전구간(Pdc)가 변화함에 따라 모든 필터 및 스위치 션트 뱅크가 동작하게 된다. 즉, 필터에 설치된 스위치가 과도하게 스위칭된다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 1A, as the main operation section Pdc changes, all the filters and the switch shunt banks operate. In other words, it can be seen that the switch installed in the filter is excessively switched.
도 1b는 종래의 무효전력 보상방법에 따른 무효전력의 수급상태를 도시한 그래프이다.1B is a graph illustrating supply and demand states of reactive power according to a conventional reactive power compensation method.
도 1b에서, 평균적으로 유효전력이 20 메가 와트 변화할때마다 무효전력 공급량이 변화됨을 알 수 있다. 즉, 도 1a와 마찬가지로 필터에 설치된 스위치가 과도하게 스위칭된다는 것을 알 수 있다.In FIG. 1B, it can be seen that the reactive power supply amount changes every time the active power changes by 20 megawatts. That is, as in FIG. 1A, it can be seen that the switch installed in the filter is excessively switched.
따라서, 종래의 무효전력 보상방법은 필터의 스윗칭 포인트 근처에서 HVDC 시스템이 운전될 때, 발전기 출력이 잦은 변동으로 필터를 계통과 연결하는 스위치가 과다하게 동작하게 하고, 스위치에 과도한 스트레스를 주어 수명을 단축시키는 문제점이 있다.Therefore, in the conventional reactive power compensation method, when the HVDC system is operated near the switching point of the filter, the switch that connects the filter to the grid is excessively operated due to frequent fluctuations in the generator output, and the switch is subjected to excessive stress to give a lifetime. There is a problem of shortening.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 필터에 연결된 스위치의 스위칭 횟수를 최소화시키는 커패시터 뱅크의 용량을 결정하고, 계통에 적용하는 무료전력 보상방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above technical problem, the present invention is to provide a free power compensation method for determining the capacity of the capacitor bank to minimize the number of switching of the switch connected to the filter, and applied to the system.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기의 무효전력 보상방법이 적용된 무효전력 보상장치를 제공하는데 있다.In order to solve the above other technical problem, the present invention is to provide a reactive power compensation device to which the reactive power compensation method is applied.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 계통이 요구하는 무효전력량, 상기 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 상기 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산하는 단계, 상기 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 상기 커패시터 뱅크의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소스위칭 용량을 선택하는 단계 및 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크 용량을 상기 최소스위칭 용량으로 조절하는 단계를 포함한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes the steps of calculating the amount of reactive power required by the system, the maximum supply capacity of the additional invalid supply device existing in the system and the capacitor bank capacities satisfying the range of the main operating section of the system, Selecting a minimum switching capacity that minimizes the number of switching of the capacitor bank among the calculated capacitor bank capacities, and adjusting the capacitor bank capacity connected to the system to the minimum switching capacity.
또한, 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산하는 단계, 상기 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산하는 단계 및 상기 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 상기 커패시터 뱅크 용량을 증가시키는 단계를 포함한다.In addition, the present invention to solve the above technical problem, the step of calculating the sensitivity of each bus bar of the load bus connected to the grid, the reactive power of the capacitor bank connected to the grid using the sensitivity of each bus and a predetermined allowable voltage fluctuation range Calculating a maximum value and a minimum value of the change amount and increasing the capacitor bank capacity according to the maximum value and the minimum value of the reactive power change amount.
또한, 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 계통이 요구하는 무효전력량, 상기 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 상기 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산하는 단계, 상기 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 상기 커패시터 뱅크의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소스위칭 용량을 선택하는 단계, 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크 용량을 상기 최소스위칭 용량으로 조절하는 단계, 상기 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산하는 단계, 상기 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산하는 단계 및 상기 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 상기 커패시터 뱅크 용량을 증가시키는 단계를 포함한다.In addition, in order to solve the above technical problem, the present invention calculates the amount of reactive power required by the system, the maximum supply capacity of the additional invalid supply device existing in the system and the capacitor bank capacities that satisfy the range of the main operation section of the system. Selecting a minimum switching capacity that minimizes the number of switching of the capacitor bank among the calculated capacitor bank capacities, adjusting a capacitor bank capacity connected to the grid to the minimum switching capacity, a load bus connected to the grid Calculating a sensitivity of each bus bar of the circuit, calculating a maximum value and a minimum value of reactive power variation of the capacitor bank connected to the grid using the sensitivity of each bus and a predetermined allowable voltage variation range, and the maximum value of the reactive power variation And increase the capacitor bank capacity according to the minimum value. It comprises the step of.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 계통이 요구하는 무효전력량, 상기 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 상기 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산하는 후보용량 연산부, 상기 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 상기 커패시터 뱅크의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소스위칭 용량을 선택하는 최소스위칭용량 선택부, 상기 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산하는 감도 연산부, 상기 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산하는 무효전력 연산부 및 상기 계통에 연결된 커패시터 뱅크 용량을 상기 최소스위칭 용량으로 조절하고, 상기 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 상기 커패시터 뱅크 용량을 증가시키는 용량 조절부를 포함한다.In order to solve the above other technical problem, the present invention provides a candidate for calculating the amount of reactive power required by a system, a maximum supply capacity of an additional invalid supply device existing in the system, and capacitor bank capacities satisfying a range of the main operation section of the system. A capacitance calculating unit, a minimum switching capacity selecting unit selecting a minimum switching capacity that minimizes the switching frequency of the capacitor bank among the calculated capacitor bank capacities, a sensitivity calculating unit calculating a sensitivity of each bus bar of a load bus connected to the grid, A reactive power calculator for calculating a maximum and minimum value of the reactive power change amount of the capacitor bank connected to the grid using the selection sensitivity and a predetermined allowable voltage variation range, and adjusting the capacitor bank capacity connected to the grid to the minimum switching capacity, The maximum value of the reactive power change amount and Depending on the minimum value and includes a capacity control that increases the capacity of the capacitor bank.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 무효전력 보상장치의 블럭도이다.2 is a block diagram of a reactive power compensation device according to the present invention.
발전기(200)의 교류 전력은 HVDC 시스템에서는 직류로 변환되고, 부하(220)에서는 다시 교류로 변환된다.The alternating current power of the
커패시터 뱅크(210)는 필터(미도시)를 포함하는 무효전력 공급장치를 나타낸다.
후보용량 연산부(230)는 계통이 요구하는 무효전력량, 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산한다.The
최소스위칭용량 선택부(240)는 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 커패시터 뱅크(210)의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소스위칭 용량을 선택한다.The minimum
감도 연산부(250)는 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산한다.The
무효전력 연산부(260)는 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 계통에 연결된 커패시터 뱅크(210)의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산한다.The
용량 조절부(270)는 커패시터 뱅크(210)과 연결되고, 계통에 연결된 커패시터 뱅크(210)의 용량을 위에서 연산된 최소스위칭 용량으로 조절한다. 또한, 용량 조절부(270)는 위에서 연산된 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 커패시터 뱅크(210)의 용량을 증가시킨다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름도이다.3 is a flowchart according to an embodiment of the present invention.
먼저, 계통이 요구하는 무효전력량, 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산한다(300 과정).First, the capacitor bank capacity that satisfies the amount of reactive power required by the system, the maximum supply capacity of the additional reactive supply device existing in the system, and the main operating section of the system is calculated (step 300).
바람직하게는, 이 과정(300 과정)은 계통에서 커패시터 뱅크가 공급하는 무효전력량이 계통이 요구하는 무효전력량 이하가 되도록 하는 커패시터 뱅크 용량에 관한 제1방정식을 설정하는 과정을 포함한다.Preferably, the
바람직하게는, 이 과정(300 과정)은 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 무효전력량이 무효전력공급장치의 최대공급용량 이하가 되도록 하는 커패시터 뱅크 용량에 관한 제2방정식을 설정하는 과정을 포함한다.Preferably, this process (process 300) includes setting a second equation for the capacitor bank capacity such that the reactive power of the additional reactive supply present in the system is less than or equal to the maximum supply capacity of the reactive power supply. .
바람직하게는, 이 과정(300 과정)은 계통의 운전구간이 소정의 주 운전구간 범위내에 존재하도록 하는 커패시터 뱅크 용량에 관한 제3방정식을 설정하는 과정을 포함한다.Preferably, this
바람직하게는, 이 과정(300 과정)은 제1방정식, 제2방정식 및 제3방정식에 분기한정법(branch and bound method)을 적용하여 커패시터 뱅크 용량을 연산하는 과정을 포함한다.Preferably, this process (process 300) includes calculating a capacitor bank capacity by applying a branch and bound method to the first equation, the second equation, and the third equation.
이때, 분기한정법은 방정식의 모든 가능해를 계산하는 열거식의 일종이지만, 해를 분지하면서 상한(upper bound)과 하한(lower bound)을 사용하여 해의 타당성 을 신속하게 판별하고 가능한 가능해를 적게 열거하는 방법이다. 즉, 이 기법은 완전열거식이 아니라, 부분열거식이다.In this case, the branch limit method is a kind of enumeration that calculates all possible solutions of the equation, but the branching solution is used to quickly determine the validity of the solution using the upper bound and the lower bound and enumerate as few possible solutions as possible. That's how. In other words, this technique is not a full enumeration, but a partial enumeration.
다음, 위에서 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 커패시터 뱅크의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소 스위칭 용량을 선택한다(310 과정).Next, among the capacitor bank capacities calculated above, a minimum switching capacitance that minimizes the switching frequency of the capacitor bank is selected (operation 310).
마지막으로, 계통에 연결된 커패시터 뱅크 용량을 최소 스위칭 용량으로 조절한다(320 과정).Finally, the capacitor bank capacity connected to the grid is adjusted to the minimum switching capacity (step 320).
도 3의 과정을 수학식으로 설명하면 다음과 같다.Referring to the process of Figure 3 as an equation.
먼저, HVDC 시스템 인버터 단의 무효전력 수급 상태는 하기 수학식 1과 같이 쓸 수 있다.First, the reactive power supply state of the HVDC system inverter stage may be written as
이로부터 추가적인 무효전력 보상장치의 출력은 하기 수학식 2와 같이 정의된다.From this, the output of the additional reactive power compensation device is defined as in
HVDC 시스템이 소모하는 무효전력 Q1은 일반적으로 수전 유효전력의 50~65% 정도가 되며 교류계통에서 공급받거나 공급되는 Q4는 조류(electric power flow)계산을 통하여 구하게 된다.The reactive power Q 1 consumed by the HVDC system is generally about 50-65% of the active power of the faucet, and the Q 4 supplied or supplied from the AC system is obtained through electric power flow calculation.
따라서, 제어변수는 필터와 리액터가 공급하는 무효전력량과 추가적인 무효전력 보상장치의 공급량이 된다.Thus, the control variable is the amount of reactive power supplied by the filter and the reactor and the amount of additional reactive power compensation device supplied.
정수계획(Integer programming)의 분기한정법(Branch and Bound method)을 이용하여 상술한 무효전력 보상을 최적화한다.The reactive power compensation described above is optimized using the Branch and Bound method of integer programming.
이와 같은 과정의 예를 들면 다음과 같다.An example of such a process is as follows.
HVDC 시스템이 소모하는 무효전력 Q1은 수전 유효전력의 50~65% 정도가 되며 교류계통에서 공급받거나 공급되는 Q4는 조류계산을 통하여 구한다.The reactive power Q1 consumed by the HVDC system is about 50-65% of the active power of the faucet, and the Q4 supplied or supplied from the AC system is obtained through tide calculation.
따라서, 제어 변수는 필터와 리액터가 공급하는 무효전력량과 추가적인 무효전력 보상장치의 공급량이 된다.Thus, the control variable is the amount of reactive power supplied by the filter and the reactor and the amount of additional reactive power compensation device supplied.
최적화를 위한 목적함수로는 여러 가지가 가능하지만 여기서는 캐패시터 뱅크의 스위칭 최소화로 목적함수를 선택한 경우를 가정한다(식 (3)).Although there are many objective functions for optimization, it is assumed here that the objective function is selected to minimize switching of the capacitor bank (Equation (3)).
이러한 목적함수를 최소화 하면서 만족시켜야 하는 제약조건들이 존재하는데 식 (4)와 같이 캐패시터뱅크가 공급하는 무효전력이 HVDC 시스템이 필요로 하는 무효전력보다 많이 공급하면 않되고, 고조파 제거를 위해 기본적으로 2개의 필터는 항상 투입하여야 하며, There are constraints that must be satisfied while minimizing this objective function. As shown in Eq. (4), the reactive power supplied by the capacitor bank should not supply more than the reactive power required by the HVDC system. The filter should always be turned on
식 (5)와 같이 추가적인 무효전력 공급장치가 있다면 그로부터 공급받는 양도 그 장치의 공급용량내로 제한되어야 하며, If there is an additional reactive power supply as shown in Eq. (5), the amount supplied from it should also be limited to the supply capacity of the device.
마지막으로 식 (6)과 같이 주 운전구간이 원하는 범위를 만족시켜야 한다. Finally, as shown in Eq. (6), the main operating section must satisfy the desired range.
이러한 것들을 식으로 정리하면 아래 식 (3), (4), (5), (6)과 같다.These can be summarized as Equations (3), (4), (5), and (6) below.
이러한 최적화 문제를 정수계획(Integer programming)의 분기한정법(Branch and Bound method)을 이용하여 상술한 무효전력 보상을 최적화하면 도 6 및 도 7의 결과를 얻는다.The optimization problem is optimized by using the branch and bound method of integer programming to optimize the reactive power compensation described above, and the results of FIGS. 6 and 7 are obtained.
무효전력 보상을 위한 필터의 단위 용량결정은 단위 커패시터/리액터가 계통에 투입되거나 제거될 때 발생하는 과전압의 크기를 제한하기 위하여 하기 수학식 3과 같이 계통 단락용량의 5% 정도로 사용된다.Determination of the unit capacity of the filter for reactive power compensation is used to about 5% of the system short-circuit capacity as shown in
저단락비 계통의 경우 계통의 임피던스가 크고 필터를 무효전력 보상장치로 이용하는 경우 수전량 증가에 따라 유효 단락비(ESCR)는 낮아지고 dV/dQ 감도(sensitivity)는 커지기 때문에 스윗칭에 따른 전압 문제의 발생 가능성이 커진다. 따라서, 단위 커패시터의 용량을 산정할 때 저단락비 계통의 모선별 dV/dQ 감도(sensitivity)를 계산하여 단위 용량 결정시 고려하여야 한다. In the case of a low short-circuit ratio system, when the system has a large impedance and a filter is used as a reactive power compensator, the effective short-circuit ratio (ESCR) decreases and the dV / dQ sensitivity increases as the amount of power received increases. Is more likely to occur. Therefore, when estimating the capacity of a unit capacitor, dV / dQ sensitivity of each low bus ratio system should be calculated and considered in determining the unit capacity.
계통의 모선별 감도를 단위 용량 결정시 고려하는 실시예는 다음과 같다.Embodiments to consider the sensitivity of each line of the system when determining the unit capacity is as follows.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흐름도이다.4 is a flowchart according to another embodiment of the present invention.
먼저, 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산한다(430 과정). 바람직하게는, 이 과정(430 과정)은 계통에 대한 야코비안(Jacobian) 행렬을 이용하여 모선별 감도를 연산하는 과정을 포함한다.First, the sensitivity of each bus bar of a load bus connected to the grid is calculated (step 430). Preferably, this process (step 430) includes a step of calculating the sensitivity for each mother line using a Jacobian matrix for the line.
다음, 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 계통에 연결된 커패시터 뱅크의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산한다(440 과정). 바람직하게는, 이 과정(440 과정)은 소정의 허용 전압변동 범위가 계통의 전압 변화율이 0.05 이내가 되도록 하는 과정이다.Next, the maximum value and the minimum value of the reactive power change amount of the capacitor bank connected to the grid are calculated using the sensitivity of each bus and a predetermined allowable voltage variation range (step 440). Preferably, this process (step 440) is a process in which a predetermined allowable voltage variation range is within a voltage change rate of 0.05 within the system.
마지막으로, 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 커패시터 뱅크 용량을 증가시킨다(450 과정).Finally, the capacitor bank capacity is increased according to the maximum value and the minimum value of the reactive power change amount (step 450).
상술한 모선별 감도를 연산하는 과정을 수학시으로 설명내면 다음과 같다.The process of calculating the above-described sensitivity for each bus bar is explained as follows.
각 모선의 감도 매트릭스(sensitivity matrix)는 시스템의 야코비안 매트릭스(Jacobian matrix)로부터 하기 수학식 4 및 수학식 5와 같이 계산된다.The sensitivity matrix of each busbar is calculated from Equation 4 and Equation 5 below from the Jacobian matrix of the system.
상기 수학식 5에서 모든 상태변수를 우변으로, 종속변수를 좌변으로 옮기면 식을 하기 수학식 6과 같이 쓸 수 있다.In the above Equation 5, if all state variables are shifted to the right side and the dependent variable is shifted to the left side, the equation can be written as Equation 6 below.
상기 수학식 6은 다음의 수학식 7 및 수학식 8과 같이 두 부분으로 나눌 수 있다.Equation 6 may be divided into two parts as in Equation 7 and Equation 8 below.
여기서, tpq = p와 q모선 사이 변압기 tap 위치, S* = sensitivity matrix, 발전기 모선 = 1,2, ... , m, 그리고 부하모선 = m+1, ... , n 이다.Where t pq = transformer tap position between p and q busbars, S * = sensitivity matrix,
상기 수학식 7과 수학식 8의 종속변수인 ΔP, ΔV는 상기 수학식 1과 수학식 2를 만족시켜야 하므로 다음과 같이 수학식 9 및 수학식 10으로 쓸 수 있다.Since the dependent variables ΔP and ΔV of Equations 7 and 8 must satisfy
여기서, ΔQmini = Qmini - Qi, ΔQMaxi = QMaxi - Qi, Qmini, = 발전기 모선 i에서의 최소 무효전력 출력값, QMaxi = 발전기 모선 I에서의 최대 무효전력 출력값, Qi = 발전기 모선 i에서의 실제 무효전력 출력값, i = 발전기 모선(1,2, ... , m), 그리고 m+x = switched shunt 뱅크가 있는 모선(m ≤ m+x ≤ n)이다.Where ΔQmini = Qmini-Qi, ΔQMaxi = QMaxi-Qi, Qmini, = minimum reactive power output at generator bus i, QMaxi = maximum reactive power output at generator bus I, Qi = actual reactive power output at generator bus i , i = generator bus (1,2, ..., m), and m + x = bus with switched shunt bank (m ≤ m + x ≤ n).
결과적으로, 수학식 10에서부터 부하 모선 i의 dV/dQ를 구할 수 있다.As a result, dV / dQ of the load bus line i can be obtained from Equation (10).
또한, 5%의 허용 전압변동 하에서 스위치 션트(switched shunt) 뱅크의 무효전력 변화량의 최대/최소량을 결정할 수 있다.In addition, it is possible to determine the maximum / minimum amount of reactive power variation of the switched shunt bank under a 5% allowable voltage variation.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 흐름도이다.5 is a flowchart according to another embodiment of the present invention.
먼저, 계통이 요구하는 무효전력량, 계통에 존재하는 추가적인 무효공급장치의 최대공급용량 및 계통의 주 운전구간 범위를 만족시키는 커패시터 뱅크 용량들을 연산한다(500 과정).First, the capacitor bank capacity that satisfies the amount of reactive power required by the system, the maximum supply capacity of the additional reactive supply device existing in the system, and the main operating range of the system is calculated (step 500).
다음, 연산된 커패시터 뱅크 용량들 중 커패시터 뱅크의 스위칭 횟수를 최소화시키는 최소 스위칭 용량을 선택한다(510 과정).Next, a minimum switching capacity is selected among the calculated capacitor bank capacities to minimize the number of switching of the capacitor bank (operation 510).
최소 스위칭 용량이 선택되면, 계통에 연결된 커패시터 뱅크 용량을 최소 스위칭 용량으로 조절한다(520 과정).If the minimum switching capacity is selected, the capacitor bank capacity connected to the grid is adjusted to the minimum switching capacity (step 520).
다음, 계통에 연결된 부하 모선의 모선별 감도를 연산한다(530 과정).Next, the bus sensitivity of each load bus connected to the grid is calculated (step 530).
모선별 감도가 연산되면, 모선별 감도 및 소정의 허용 전압변동 범위를 이용하여 계통에 연결된 커패시터 뱅크의 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값을 연산한다(540 과정). 바람직하게는, 소정의 허용 전압변동 범위는 계통의 전압 변화율이 0.05 이내인 범위이다.When the bus sensitivity is calculated, the maximum and minimum values of the reactive power variation of the capacitor bank connected to the grid are calculated using the bus sensitivity and the predetermined allowable voltage variation range (operation 540). Preferably, the predetermined allowable voltage fluctuation range is a range in which the voltage change rate of the system is within 0.05.
마직막으로, 위에서 연산된 무효전력 변화량의 최대값 및 최소값에 따라 커패시터 뱅크 용량을 증가시킨다(550 과정).Finally, the capacitor bank capacity is increased according to the maximum and minimum values of the reactive power variation calculated above (step 550).
도 6은 도 3의 실시예에 따른 스위칭 on/off 상태를 도시한 것이다.6 illustrates a switching on / off state according to the embodiment of FIG. 3.
도 6에서, DTF(Dual Tuned Filter) 및 HPF(High Pass Filter)는 고조파를 제거하기 위한 필터들이다. 도 6에서, SHNT.R은 커패시터 뱅크를 포함하는 스위치 션트 뱅크를 의미한다.In FIG. 6, DTF (Dual Tuned Filter) and HPF (High Pass Filter) are filters for removing harmonics. In FIG. 6, SHNT.R means a switch shunt bank including a capacitor bank.
도 6에서 고조파 제거를 위한 필터인 두번째 DTF에서는 스위칭이 일어나지 않는다는 것을 알 수 있고, 전체적으로 스위칭 횟수가 도 1a에 비하여 줄어들었다 는 것을 알 수 있다.In FIG. 6, it can be seen that switching does not occur in the second DTF, which is a filter for removing harmonics, and that the number of switching is reduced as compared with FIG. 1A.
도 7은 도 3의 실시예에 따른 무효전력의 수습상태를 도시한 그래프이다.7 is a graph illustrating a probable state of reactive power according to the embodiment of FIG. 3.
도 7에서 유효전력 변화에 따른 무효전력 변화가 도 1b에 비하여 적어졌다는 것을 알 수 있다.In FIG. 7, it can be seen that the reactive power change according to the active power change is smaller than that in FIG. 1B.
도 8은 도 5의 실시예에 따라 5 %의 허용범위 내에서 과전압 값을 연산한 결과를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a result of calculating an overvoltage value within an allowable range of 5% according to the embodiment of FIG. 5.
수학식 10에서부터 부하 모선 i의 dV/dQ를 구하면, 5 %의 허용 전압변동 하에서 스위치 션트(switched shunt) 뱅크의 무효전력 변화량의 최대/최소량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터 뱅크 용량이 13.75MVAr, 27.5MVAr, 37.5MVAr일 때의 최대 과전압값이 도 8와 같이 계산되며 5 %가 변동 허용치 일 때 37.5MVAr까지 증가시킬 수 있다는 결론을 얻을 수 있다.By calculating dV / dQ of the load bus line i from
도 9는 도 5의 실시예에 따른 스위칭 on/off 상태를 도시한 것이다.9 illustrates a switching on / off state according to the embodiment of FIG. 5.
도 9에서, DTF(Dual Tuned Filter) 및 HPF(High Pass Filter)는 고조파를 제거하기 위한 필터들이다. 도 9에서, SHNT.R은 커패시터 뱅크를 포함하는 스위치 션트 뱅크를 의미한다.In FIG. 9, DTF (Dual Tuned Filter) and HPF (High Pass Filter) are filters for removing harmonics. In FIG. 9, SHNT.R means a switch shunt bank including a capacitor bank.
도 10은 도 5의 실시예에 따른 무효전력의 수습상태를 도시한 그래프이다.10 is a graph illustrating a probable state of reactive power according to the embodiment of FIG. 5.
도 9 및 도 10에서, 상술한 도 3 및 도 4의 방법을 동시에 적용하면 도 6과 도 7의 결과를 더 최적화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 캐패시터 뱅크의 크기를 늘림으로써 좀 더 최적화 할 수 있다는 것을 알 수 있다.9 and 10, it can be seen that the results of FIGS. 6 and 7 can be further optimized by simultaneously applying the methods of FIGS. 3 and 4 described above. In other words, it can be seen that by increasing the size of the capacitor bank can be further optimized.
도 9 및 도 10에서, 스윗칭 횟수가 2번으로 종래의 무효전력 보상방법에 비 해 적고, 4개의 필터 중 2개(DTF #2 및 HPF #2)는 사용되지 않으므로 필터가 이미 설치된 상태에서는 시스템의 신뢰도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, HVDC 주 운전 구간이 110~150㎿로 기존 것에 비해 수전량이 많을 때 수전량 변화시 스윗칭 횟수가 적은 장점이 있다는 것을 알 수 있다.In FIGS. 9 and 10, the number of switching is twice, which is less than that of the conventional reactive power compensation method, and since two of the four filters (
바람직하게는, 본 발명의 무효전력 보상방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 제공될 수 있다.Preferably, the reactive power compensation method of the present invention may be provided in the form of a computer-readable recording medium for executing on a computer.
본 발명은 소프트웨어를 통해 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. The invention can be implemented via software. When implemented in software, the constituent means of the present invention are code segments that perform the necessary work. The program or code segments may be stored on a processor readable medium or transmitted by a computer data signal coupled with a carrier on a transmission medium or network.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary and will be understood by those of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 계통의 강건도(strength)와 모든 무효전력 공급원을 고려하면서 계통과 필터를 연결하는 스위치의 스위칭 횟수를 최소화시키는 커패시터 뱅크의 용량을 결정하고 계통에 적용함으로써, 필터의 스윗칭 포 인트 근처에서 HVDC 시스템이 운전될 때, 발전기 출력이 잦은 변동으로 필터를 계통과 연결하는 스위치의 과도한 동작을 방지하고, 스위치의 수명을 연장시키고, HVDC 변환설비에 가해지는 전기적 충격을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the filter by determining the capacity of the capacitor bank to minimize the number of switching of the switch connecting the system and the filter while taking into account the strength of the system and all reactive power sources, When the HVDC system is operating near the switching point of the generator, the generator output will fluctuate frequently to prevent excessive operation of the switch connecting the filter to the grid, to prolong the life of the switch, and to protect the electrical shock from the HVDC converter. There is an effect that can be reduced.
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