KR20090054256A - Coordination control system and method of upfc and switched shunt capacitor/reactor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, UPFC와 조상설비를 구비한 전력계통에 있어서, 유전알고리즘을 이용하여 상기 전력계통의 상기 UPFC 또는 상기 조상설비의 투입량을 결정하는 협조 제어 시스템;을 포함하여 구성함으로서, 대표적인 비선형 최적화 기법인 유전알고리즘을 이용하여 UPFC의 제어값과 조상설비의 투입량을 최적으로 결정할 수 있게 되는 것이다.The present invention is to provide a cooperative control system and method of the UPFC and ancestor equipment, in the power system provided with the UPFC and the ancestor equipment, using the dielectric algorithm to adjust the input amount of the UPFC or the ancestor equipment of the power system By including a cooperative control system to determine, by using the genetic algorithm, which is a representative nonlinear optimization technique, it is possible to optimally determine the control value of the UPFC and the input amount of the ancestor equipment.
UPFC, 조상설비, 협조 제어, 유전알고리즘, 전력계통 UPFC, ancestor equipment, cooperative control, oilfield algorithm, power system
Description
본 발명은 전력계통에서 무효전력을 공급과 전압을 제어하는 UPFC(Unified Power Flow Controller, 종합 조류 제어기)와 콘덴서, 리액터 등의 조상설비에 대해서 협조 제어가 가능하도록 최적의 제어값을 결정하는 기술에 관한 것으로, 특히 대표적인 비선형 최적화 기법인 유전알고리즘을 이용하여 UPFC의 제어값과 조상설비의 투입량을 최적으로 결정하기에 적당하도록 한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention provides a technique for determining an optimal control value to enable cooperative control for ancestor facilities such as a unified power flow controller (UPFC), a condenser, and a reactor for supplying reactive power and voltage in a power system. In particular, the present invention relates to a cooperative control system and method for UPFC and ancestor equipment, which are suitable for optimally determining the control value of the UPFC and the input amount of ancestor equipment using a genetic algorithm, which is a representative nonlinear optimization technique.
일반적으로 전력계통(electric power system)은 발전소, 변전소, 송전선을 포함하여 넓은 지역에 걸쳐 있는 전기적인 연계를 말한다. 전력계통에서 전압의 적정 범위 유지를 위하여 무효전력을 제어하는데, 일반적으로 전력용 콘덴서나 리액터 등의 조상설비가 많이 활용되고 있으나, 최근 들어 UPFC의 도입으로 조상설비와 UPFC 사이의 협조제어가 요구되고 있다.In general, electric power systems are electrical connections that span a large area, including power plants, substations, and transmission lines. In the power system, reactive power is controlled to maintain a proper range of voltage. Generally, ancestor facilities such as power capacitors and reactors are widely used, but recently, cooperative control between ancestor equipment and UPFC is required due to the introduction of UPFC. have.
여기서 UPFC(Unified Power Flow Controller)는 직, 병렬형 FACTS(Flexible AC Transmission System, 유연송전시스템) 기기로써, 계통의 전압 및 유, 무효 전력 등 3가지의 변수를 동시에 제어할 수 있는 기기이다. UPFC는 설비별로 구분하면, 전력전자분야인 인버터와 이를 계통에 연계하는 변압기로 구성되어 있으며, UPFC에 사용되는 인버터는 전압형으로서 그 출력이 정현파에 가까운 전압원으로 이해할 수 있다.The UPFC (Unified Power Flow Controller) is a direct and parallel FACTS (Flexible AC Transmission System) device that can simultaneously control three variables: system voltage, active and reactive power. The UPFC is composed of inverters, which are the field of power electronics, and transformers connected to the grid. The inverters used in the UPFC are voltage type, and their output can be understood as a voltage source close to the sine wave.
또한 조상설비(phase modifying equipment)는 무효전력을 조정하는 전기기계기구를 말하는 것으로, 전력 손실을 경감하기 위하여 설치한 회전 기기 설비이다. 이러한 조상설비는 콘덴서, 리액터 등으로 구성된다. 또한 조상설비는 기계적으로 무부하 운전을 하면서 여자(excitation, 勵磁)를 가감하여 무효 전력의 조정을 통하여 전압 조정이나 역률 개선 따위를 행하여 손실을 줄인다.In addition, phase modifying equipment refers to an electromechanical apparatus for regulating reactive power, and is a rotary equipment installed to reduce power loss. Such ancestor equipment is composed of a condenser, a reactor, and the like. In addition, the ancestor equipment is mechanically no-load operation to reduce the loss by adjusting the excitation (excitation) to adjust the reactive power, such as voltage adjustment or power factor improvement.
그러나 종래의 조상설비만 있는 경우에 대해서도 최적의 투입량을 결정하는 것이 어려운 실정이다.However, even in the case where there is only a conventional ancestor equipment, it is difficult to determine the optimal input amount.
이런 실정에서 전력계통의 전압과 무효전력 제어를 위해서 UPFC와 조상설비의 협조 제어를 고려하여 조상설비의 투입량과 UPFC의 제어값을 결정하는 것에는 어려움이 있다.In this situation, it is difficult to determine the input amount of the ancestor equipment and the control value of the UPFC in consideration of the cooperative control of the UPFC and the ancestor equipment for controlling the voltage and reactive power of the power system.
또한 최적화 방법 적용에서 많은 최적화 기법이 있지만 비선형성이 강한 전력계통에 적용을 위해서 선형화를 하여 선형 최적화 기법을 적용하던지 아니면 비선형 최적화 기법을 적용하여야 하는데, 선형 최적화 기법은 최적해를 쉽게 구하는 반면 선형화 과정에서 실제 계통 상황을 정확하게 고려하기 힘든 문제점이 있으며, 비선형 최적화 기법인 경우는 모델링과 최적해를 구하는 과정이 복잡하다는 문제점이 있다.In addition, there are many optimization techniques in the application of the optimization method, but in order to apply the power system with strong nonlinearity, the linear optimization method should be applied by applying the linear optimization method or the nonlinear optimization method. In the linearization process, the linear optimization method is easily obtained. There is a problem that it is difficult to accurately consider the actual system situation, and in the case of the nonlinear optimization technique, there is a problem that the process of modeling and obtaining an optimal solution is complicated.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 모델링이 간단하고 강인한 최적화 기법인 유전알고리즘을 이용하여 전력계통의 전압과 무효전력 제어를 위한 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 최적으로 결정할 수 있는 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned general problems, and an object of the present invention is to use UPFC control values for controlling voltage and reactive power of a power system using a genetic algorithm that is a simple modeling and robust optimization technique. The present invention provides a cooperative control system and method for UPFC and ancestor equipment that can optimally determine the input amount of the ancestor equipment.
또한 본 발명의 다른 목적은 유전알고리즘의 적용에 필요한 수리적 모델링과 유전자, 염색체 구성 기술을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a mathematical modeling and gene, chromosome construction techniques required for the application of genetic algorithm.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a cooperative control system of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, UPFC(210)와 조상설비(220)를 구비한 전력계통(200)에 있어서, 유전알고리즘을 이용하여 상기 전력계통(200)의 상기 UPFC(210) 또는 상기 조상설비(220)의 투입량을 결정하는 협조 제어 시스템(100);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown here, in the
도 2는 도 1에서 협조 제어 시스템의 상세블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the cooperative control system in FIG. 1.
이에 도시된 바와 같이, 상기 협조 제어 시스템(100)은, 상기 UPFC(210)의 제어값과 상기 조상설비(220)의 투입량에 의해 염색체(300)를 구성하고, 상기 UPFC(210)의 제어값과 상기 조상설비(220)의 투입량 결정을 위한 유전알고리즘의 해집단을 초기화시키는 해집단 초기화부(110)와; 각 모선의 전압 분포와 선로의 손실을 구하여 상기 해집단 초기화부(110)에서 초기화된 해집단에 대한 해의 적합정도를 평가하는 적합도 계산부(120)와; 상기 적합도 계산부(120)를 통해 탐색 해집단의 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 조류계산의 값으로 입력받아 조류계산을 수행하여 상기 적합도 계산부(120)로 전압분포 결과를 전달하는 조류계산 수행부(130)와; 상기 조류계산 수행부(130)의 결과를 전달받고, 미리 설정한 종료조건에 만족하는지 판별하는 종료조건 판단부(140)와; 상기 종료조건 판단부(140)에서 종료하지 않는 것으로 판별하면, 상기 염색체(300)를 복제시키는 복제부(150)와; 상기 복제부(150)에서 복제된 상기 염색체(300)를 교배 및 돌연변이시켜 상기 적합도 계산부(120)로 그 결과를 전달하는 교배 및 돌연변이부(160);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown therein, the
상기 해집단 초기화부(110)는, 해집단을 초기화할 때 상기 UPFC(210)의 유효전력 제어값(UP), 무효전력 제어값(UQ), 전압 제어값(UV)과 상기 조상설비(220)가 설치된 모선의 조상설비 투입량(Si)을 유전자로 하는 상기 염색체(300)를 무작위로 탐색해 집단수 만큼 발생시키는 것을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.The solution
상기 해집단 초기화부(110)는, 다음의 수학식에 의해 목적함수식을 설정하고,The solution
여기서 X = [ ]는 조상설비 설치 모선들의 투입량과 UPFC 제어 값을 나타내는 벡터이며, 는 i 번째 모선의 조상설비의 투입량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 유효전력량[MW]이며, 는 UPFC에 의해서 제어되는 무효전력량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 전압[PU]을 나타내며, 는 UPFC의 유효전력 제어값, 무효전력 제어값, 전압 제어값, 조상설비 투입량으로 구성된 벡터 X에 대한 j 번째 모선의 전압 위반 정도를 나타내고, 는 UPFC 제어와 조상설비 투입에 따른 계통 유효 전력 손실[MW]을 나타내며,Where X = [ ] Is a vector representing the input amount of ancestor installation bus and UPFC control value, Is the input quantity [Mvar] of the ancestor facilities of the i th bus Is the effective power amount [MW] controlled by UPFC, Is the reactive power amount [Mvar] controlled by UPFC, Represents the voltage [PU] controlled by the UPFC, Represents the degree of voltage violation of the j-th bus for the vector X which consists of the active power control value, reactive power control value, voltage control value, and ancestor equipment input of the UPFC, Represents the system effective power loss [MW] due to UPFC control and ancestor installation.
상기 목적함수식을 만족시키기 위한 제약조건식은 다음과 같고,Constraints to satisfy the objective function equation is as follows,
상기 제약조건식에서 는 j 번째 모선 전압 [PU], 과 는 모선의 목표전압범위의 상하한치 [PU], 와 는 모선의 전압허용범위의 상하한치 [PU], 는 모선전압 위반에 따른 페널티 상수를 나타내는 것을 특징으로 한다.In the constraint expression Is the j th bus voltage [PU], and Is the upper and lower limit of the target voltage range of the bus [PU], Wow Is the upper and lower limit of the voltage allowable range of the bus [PU], Is characterized in that the penalty constant due to the bus voltage violation.
상기 적합도 계산부(120)는, 다음의 수학식에 의해 적합도(fitness function)를 평가하고,The
여기서 는 가중치를 나타내며, 는 임의의 상수를 나타내는 것을 특징으로 한다.here Represents the weight, Is characterized in that it represents an arbitrary constant.
상기 종료조건 판단부(140)는, 미리 설정한 일정한 반복 횟수에 의해 종료조건을 판별하는 것을 특징으로 한다.The termination condition determiner 140 determines the termination condition based on a predetermined number of repetitions.
상기 종료조건 판단부(140)는, 상기 적합도 계산부(120)에서 계산한 적합도 중에서 가장 우수한 적합도의 값이 변경되지 않을 경우 종료하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.The termination
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a cooperative control method of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, UPFC(210)의 제어값과 조상설비(220)의 투입량에 의해 염색체(300)를 구성하고, 상기 UPFC(210)의 제어값과 상기 조상설비(220)의 투입량 결정을 위한 유전알고리즘의 해집단을 초기화시키는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 각 모선의 전압 분포와 선로의 손실을 구하여 상기 제 1 단계에서 초기화된 해집단에 대한 해의 적합정도를 평가하는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계를 통해 탐색 해집단의 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 조류계산의 값으로 하여 조류계산을 수행하여 전압분포 결과에 의해 상기 제 2 단계가 재수행되도록 하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 2 단계 후 미리 설정한 종료조건에 만족하는지 판별하는 제 4 단계(ST4)와; 상기 제 4 단계에서 종료하지 않는 것으로 판별하면, 상기 염색체(300)를 복제시키는 제 5 단계(ST5)와; 상기 제 5 단계에서 복제된 상기 염색체(300)를 교배 및 돌연변이시킨 후 상기 제 2 단계로 리턴하는 제 6 단계(ST6);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown in the figure, the chromosome 300 is configured by the control value of the UPFC 210 and the input amount of the
상기 제 1 단계(ST1)는, 해집단을 초기화할 때 상기 UPFC(210)의 유효전력 제어값(UP), 무효전력 제어값(UQ), 전압 제어값(UV)과 상기 조상설비(220)가 설치된 모선의 조상설비 투입량(Si)을 유전자로 하는 상기 염색체(300)를 무작위로 탐색해 집단수 만큼 발생시키는 것을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.The first step ST1 may include an active power control value UP, a reactive power control value UQ, a voltage control value UV, and the
상기 제 1 단계(ST1)는, 다음의 수학식에 의해 목적함수식을 설정하고,In the first step ST1, an objective function equation is set by the following equation,
여기서 X = [ ]는 조상설비 설치 모선들의 투입량과 UPFC 제어 값을 나타내는 벡터이며, 는 i 번째 모선의 조상설비의 투입량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 유효전력량[MW]이며, 는 UPFC에 의해서 제어되는 무효전력량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 전압[PU]을 나타내며, 는 UPFC의 유효전력 제어값, 무효전력 제어값, 전압 제어값, 조상설비 투입량으로 구성된 벡터 X에 대한 j 번째 모선의 전압 위반 정도를 나타내고, 는 UPFC 제어와 조상설비 투입에 따른 계통 유효 전력 손실[MW]을 나타내며,Where X = [ ] Is a vector representing the input amount of ancestor installation bus and UPFC control value, Is the input quantity [Mvar] of the ancestor facilities of the i th bus Is the effective power amount [MW] controlled by UPFC, Is the reactive power amount [Mvar] controlled by UPFC, Represents the voltage [PU] controlled by the UPFC, Represents the degree of voltage violation of the j-th bus for the vector X which consists of the active power control value, reactive power control value, voltage control value, and ancestor equipment input of the UPFC, Represents the system effective power loss [MW] due to UPFC control and ancestor installation.
상기 목적함수식을 만족시키기 위한 제약조건식은 다음과 같고,Constraints to satisfy the objective function equation is as follows,
상기 제약조건식에서 는 j 번째 모선 전압 [PU], 과 는 모선의 목표전압범위의 상하한치 [PU], 와 는 모선의 전압허용범위의 상하한치 [PU], 는 모선전압 위반에 따른 페널티 상수를 나타내는 것을 특징으로 한다.In the constraint expression Is the j th bus voltage [PU], and Is the upper and lower limit of the target voltage range of the bus [PU], Wow Is the upper and lower limit of the voltage allowable range of the bus [PU], Is characterized in that the penalty constant due to the bus voltage violation.
상기 제 2 단계(ST2)는, 다음의 수학식에 의해 적합도(fitness function)를 평가하고,In the second step ST2, a fitness function is evaluated by the following equation,
여기서 는 가중치를 나타내며, 는 임의의 상수를 나타내는 것을 특징으로 한다.here Represents the weight, Is characterized in that it represents an arbitrary constant.
상기 제 4 단계(ST4)는, 미리 설정한 일정한 반복 횟수에 의해 종료조건을 판별하는 것을 특징으로 한다.In the fourth step ST4, the termination condition is determined by a predetermined number of repetitions.
상기 제 4 단계(ST4)는, 상기 제 2 단계에서 계산한 적합도 중에서 가장 우수한 적합도의 값이 변경되지 않을 경우 종료하는 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.The fourth step ST4 may be determined to end when the value of the best fit is not changed among the goodness of fits calculated in the second step.
본 발명에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템 및 그 방법은 유전알고리즘을 이용한 전압 및 무효전력 제어를 위해 UPFC와 조상설비를 모두 고려한 최적 제어값을 결정하는 것이 가능한 효과가 있다.The cooperative control system and method of the UPFC and the ancestor facilities according to the present invention have the effect of determining the optimum control value considering both the UPFC and the ancestor facilities for voltage and reactive power control using the dielectric algorithm.
또한 본 발명을 실제 현장에 활용한다면 효율적인 전압 및 무효전력 관리가 가능하며, 전력 손실을 최소화할 수 있어 궁극적으로 전기에너지의 효율적 관리와 절감 효과가 가능한 장점이 있다.In addition, if the present invention is used in actual field, efficient voltage and reactive power management is possible, and power loss can be minimized, and thus, there is an advantage in that efficient management and reduction of electric energy can be achieved.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.The preferred embodiment of the cooperative control system and method of the UPFC and the ancestor equipment according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or precedent of a user or an operator, and thus, the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout the present specification. will be.
먼저 본 발명은 대표적인 비선형 최적화 기법인 유전알고리즘을 이용하여 UPFC의 제어값과 조상설비의 투입량을 최적으로 결정하고자 한 것이다.First, the present invention is to optimally determine the control value of the UPFC and the input amount of the ancestor equipment by using the genetic algorithm which is a representative nonlinear optimization technique.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a cooperative control system of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
그래서 협조 제어 시스템(100)은 유전알고리즘을 이용하여 전력계통(200)의 UPFC(210) 제어값과 조상설비(220)의 투입량을 결정한다.Therefore, the
또한 전력계통(200)은 협조 제어 시스템(100)의 제어를 받고, UPFC(210)와 조상설비(220)를 구비하여 구성된다.In addition, the
여기서 유전알고리즘(Genetic Algorithm)이란 생물학에서 다루는 다윈의 진화론을 바탕으로 하여 컴퓨터를 이용하여 문제를 푸는 방법으로 제안된 것이다. 이러한 유전알고리즘은 다윈과 멘델의 법칙을 적용하여 문제를 풀기위한 알고리즘으로 적용된 것으로, 생물의 진화과정(자연선별, 유전법칙)을 모방해서 확률적으로 해를 탐색해가는 방법이다. 유전알고리즘은 1975년 홀랜드(Holland)에 의해 처음 소개되었다. 그의 논문 "Adaptation in Natural and Artifitial Systems"를 통해 생물의 진화과정을 추상화하여 인공시스템을 설계하려 하였다. 그 후 지금까지 유전알고리즘의 이론과 이를 이용한 응용 연구가 활발하게 진행되고 있다.Genetic Algorithm is based on Darwin's theory of evolution in biology, and has been proposed as a way of solving problems using computers. This genetic algorithm is applied as an algorithm to solve the problem by applying Darwin and Mendel's law. It is a method of probabilistically searching for solutions by mimicking the evolutionary process of the organism (natural selection, genetic law). Genetic algorithms were first introduced in 1975 by Holland. In his thesis "Adaptation in Natural and Artifitial Systems", he attempted to design artificial systems by abstracting the evolution of living things. Since then, the theory of genetic algorithm and applied research using it have been actively conducted.
도 2는 도 1에서 협조 제어 시스템의 상세블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the cooperative control system in FIG. 1.
그래서 협조 제어 시스템(100)은 해집단 초기화부(110), 적합도 계산 부(120), 조류계산 수행부(130), 종료조건 판단부(140), 복제부(150), 교배 및 돌연변이부(160)를 포함하여 구성할 수 있다.So, the
해집단 초기화부(110)는 UPFC(210)의 제어값과 조상설비(220)의 투입량에 의해 염색체(300)를 구성하고, UPFC(210)의 제어값과 조상설비(220)의 투입량 결정을 위한 유전알고리즘의 해집단을 초기화시킨다. 이때 해집단 초기화부(110)는 해집단을 초기화할 때 UPFC(210)의 유효전력 제어값(UP), 무효전력 제어값(UQ), 전압 제어값(UV)과 조상설비(220)가 설치된 모선의 조상설비 투입량(Si)을 유전자로 하는 염색체(300)를 무작위로 탐색해 집단수 만큼 발생시킨다.The solution
또한 적합도 계산부(120)는 각 모선의 전압 분포와 선로의 손실을 구하여 해집단 초기화부(110)에서 초기화된 해집단에 대한 해의 적합정도를 평가한다.In addition, the
또한 조류게산 수행부(130)는 적합도 계산부(120)를 통해 탐색 해집단의 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 조류계산의 값으로 입력받아 조류계산을 수행하여 적합도 계산부(120)로 전압분포 결과를 전달한다.In addition, the
또한 종료조건 판단부(140)는 조류계산 수행부(130)의 결과를 전달받고, 미리 설정한 종료조건에 만족하는지 판별한다.In addition, the termination
또한 복제부(150)는 종료조건 판단부(140)에서 종료하지 않는 것으로 판별하면, 염색체(300)를 복제시킨다.In addition, if the
또한 교배 및 돌연변이부(160)는 복제부(150)에서 복제된 염색체(300)를 교배 및 돌연변이시켜 적합도 계산부(120)로 그 결과를 전달한다.In addition, the hybridization and
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 방법을 보 인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a cooperative control method of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
그래서 UPFC(210)의 제어값과 조상설비(220)의 투입량에 의해 염색체(300)를 구성하고, UPFC(210)의 제어값과 조상설비(220)의 투입량 결정을 위한 유전알고리즘의 해집단을 초기화시킨다(ST1).Thus, the chromosome 300 is formed by the control value of the
또한 각 모선의 전압 분포와 선로의 손실을 구하여 제 1 단계에서 초기화된 해집단에 대한 해의 적합정도를 평가한다(ST2).In addition, the voltage distribution of each bus and the loss of the line are calculated to evaluate the suitability of the solution for the solution group initialized in the first step (ST2).
이때 탐색 해집단의 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 조류계산의 값으로 하여 조류계산을 수행하여 전압분포 결과에 의해 적합도 평가가 재수행되도록 한다(ST3).At this time, the algae calculation is performed by using the UPFC control value of the search solution group and the input amount of the ancestor equipment as the algae calculation value, and the fitness evaluation is performed again based on the voltage distribution result (ST3).
또한 미리 설정한 종료조건에 만족하는지 판별한다(ST4).Further, it is determined whether or not the preset termination condition is satisfied (ST4).
그래서 종료하지 않는 것으로 판별하면, 염색체(300)를 복제시키고(ST5), 복제된 염색체(300)를 교배 및 돌연변이시킨 후 다시 적합도 평가가 수행되도록 한다(ST6).Therefore, if it is determined that it does not end, the chromosome 300 is replicated (ST5), the cloned chromosome 300 is crossed and mutated, and then fitness evaluation is performed again (ST6).
이러한 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining the present invention in more detail as follows.
먼저 도 4는 본 발명에서 유전알고리즘의 적용을 위한 염색체의 구성도이고, 도 5는 본 발명에서 세대수에 따른 적합도의 수렴 예를 보인 그래프이다.First, Figure 4 is a block diagram of a chromosome for the application of the genetic algorithm in the present invention, Figure 5 is a graph showing a convergence example of the fitness according to the number of generations in the present invention.
본 발명의 유전알고리즘을 이용한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 방법은 아래의 목적함수식과 제약조건식을 이용하여 최적화 기법인 유전알고리즘을 활용하여 도 3과 같이 UPFC와 조상설비의 투입량의 최적해를 구하는 것으로, 목적함수식은 다음의 수학식 1과 같다.The cooperative control method of the UPFC and the ancestor equipment using the genetic algorithm of the present invention is to obtain the optimal solution of the input amount of the UPFC and the ancestor equipment as shown in FIG. 3 by utilizing the genetic algorithm as an optimization technique using the following objective function and constraint equation. The objective function equation is shown in Equation 1 below.
수학식 1에서 X = [ ]는 조상설비 설치 모선들의 투입량과 UPFC 제어 값을 나타내는 벡터이며, 여기서 는 i 번째 모선의 조상설비의 투입량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 유효전력량[MW]이며, 는 UPFC에 의해서 제어되는 무효전력량[Mvar]이고, 는 UPFC에 의해서 제어되는 전압[PU]을 나타낸다.In Equation 1, X = [ ] Is a vector representing the input amount of ancestor installation bus and UPFC control value, Is the input quantity [Mvar] of the ancestor facilities of the i th bus Is the effective power amount [MW] controlled by UPFC, Is the reactive power amount [Mvar] controlled by UPFC, Denotes the voltage [PU] controlled by the UPFC.
또한 는 UPFC의 유효전력 제어값, 무효전력 제어값, 전압 제어값, 조상설비 투입량으로 구성된 벡터 X에 대한 j 번째 모선의 전압 위반 정도를 나타내고, 는 UPFC 제어와 조상설비 투입에 따른 계통 유효 전력 손실[MW]을 나타낸다.Also Represents the degree of voltage violation of the j-th bus for the vector X which consists of the active power control value, reactive power control value, voltage control value, and ancestor equipment input of the UPFC, Shows the system effective power loss [MW] following UPFC control and ancestor input.
수학식 1의 목적함수는 결국 UPFC(210)와 조상설비(220)의 제어에 따른 각 모선의 전압 위반과 이 조건에 대한 선로의 손실을 최소화하는 식으로 구성된다.The objective function of Equation 1 is configured in such a way that the voltage violation of each bus line under the control of the
상기 목적함수식을 만족시키기 위한 제약조건식은 다음의 수학식 2 내지 수학식 9와 같다.Constraints for satisfying the objective function equation are as shown in Equation 2 to Equation 9 below.
이러한 제약조건식에서 는 j 번째 모선 전압 [PU], 과 는 모선의 목표전압범위의 상하한치 [PU], 와 는 모선의 전압허용범위의 상하한치 [PU], 는 모선전압 위반에 따른 페널티 상수를 나타낸다.In this constraint Is the j th bus voltage [PU], and Is the upper and lower limit of the target voltage range of the bus [PU], Wow Is the upper and lower limit of the voltage allowable range of the bus [PU], Denotes the penalty constant for the bus voltage violation.
수학식 2는 조상설비(220)의 투입량은 설비 용량 범위 내에서 가능해야함을 나타낸다. 실제 투입량은 조상설비(220)의 뱅크 단위로 뱅크 투입 수에 따라 불연속적인 값을 가진다.Equation 2 indicates that the input amount of the
수학식 3 ~ 수학식 5는 UPFC(210)의 제어가 제어가능 범위 내에 있어야한다 는 제약을 나타낸 것이다.Equations 3 to 5 illustrate a constraint that the control of the
그리고 모선 전압 크기에 따라 수학식 6 ~ 수학식 9와 같이 페널티 값으로 규정하여 계통의 모선 전압이 가능한 목표전압범위 내로 분포될 수 있도록 유도하였다. 즉, 수학식 7, 수학식 8의 모선전압 허용범위 안의 모선 전압크기에 대해서 선형적으로 페널티를 부가하였으며, 수학식 9는 모선전압 위반범위 안의 모선 전압 크기에 대해서는 임의의 큰 페널티 상수()를 부가하였다.In addition, according to the bus voltage magnitude, the bus voltage of the system was defined as a penalty value as shown in Equations 6 to 9 to induce distribution of the bus voltage within the target voltage range. That is, a penalty is linearly added to the bus voltage magnitude within the bus voltage tolerance range of Equation 7, Equation 9 is expressed by any large penalty constant for the bus voltage magnitude within the bus voltage violation range. ) Was added.
이러한 수학식 1의 목적함수식과 수학식 2 내지 수학식 9의 제약조건식에 의거하여 유전알고리즘으로 최적화를 푸는 것은 가장 먼저 해집단을 초기화하는데, 이는 UPFC의 유효전력 제어값(UP), 무효전력 제어값(UQ), 전압 제어값(UV)과 조상설비가 설치된 모선의 조상설비 투입량(Si)을 유전자로 하는 염색체(300)를 무작위로 탐색해 집단수 만큼 발생시킨다.On the basis of the objective function of Equation 1 and the constraints of Equation 2 to Equation 9, the optimization of the genetic algorithm is to first initialize the solution group, which is the active power control value (UP) and reactive power control of the UPFC. A chromosome 300 having a gene (UQ), a voltage control value (UV), and an ancestor input amount (Si) of a mother vessel provided with an ancestor facility is randomly searched for and generated as many as the number of populations.
그리고 탐색 해집단의 UPFC 제어값과 조상설비의 투입량을 조류계산의 값으로 입력하여 조류계산을 수행하고, 각 모선의 전압 분포와 선로의 손실을 구하여 각 가능해에 대해서 다음의 적합도(fitness function)에 대한 수학식 10에 의해서 해의 적합정도를 평가한다.In addition, the UPFC control value of the search solution group and the input amount of the ancestor equipment are inputted as the algae calculation value, and the algae calculation is performed. The voltage distribution and the line loss of each bus line are calculated and the following fitness function is obtained for each possible solution. The fit of the solution is evaluated by the following equation (10).
여기서 는 가중치를 나타내며, 는 임의의 상수를 나타낸다.here Represents the weight, Represents any constant.
이 과정이 수행되면 종료의 만족 여부를 확인하여 만족이 되면 연산을 종료 시키고, 만족되지 않는 경우는 복제와 교배 및 돌연변이 과정을 거친 후 다시 조류계산과 적합도를 구하는 반복과정을 수행하게 된다.When this process is performed, it checks whether the end is satisfied, and when it is satisfied, the operation is terminated. If it is not satisfied, it repeats, crosses, and mutates the process, and then repeats the process of calculating algae and goodness of fit.
종료 조건은 일정한 횟수로 지정할 수도 있으며, 적합도 중 가장 우수한 적합도의 값이 변경되지 않을 경우 종료하는 등 다양하게 설정할 수 있다. 유전알고리즘의 연산속도를 줄이기 위해서는 세대수를 수회로 하여 종료하는 것도 효율적인 방법인데, 이 경우는 도 5에서와 같이 10회 이내에서 근사적인 최적해에 수렴하므로 실 적용에서는 이 종료조건을 사용하는 것이 효과적이라 판단된다.The termination condition may be specified a certain number of times, and may be set in various ways such as terminating when the value of the best fit of the goodness of fit is not changed. In order to reduce the computational speed of the genetic algorithm, it is also an efficient way to terminate the number of generations. In this case, since this converges to an approximate optimal solution within 10 times as shown in Fig. 5, it is effective to use this termination condition in practical applications. Judging.
이처럼 본 발명은 대표적인 비선형 최적화 기법인 유전알고리즘을 이용하여 UPFC의 제어값과 조상설비의 투입량을 최적으로 결정하게 되는 것이다.As such, the present invention uses the genetic algorithm, which is a representative nonlinear optimization technique, to optimally determine the control value of UPFC and the input amount of ancestor equipment.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in more detail with reference to the examples, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a cooperative control system of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서 협조 제어 시스템의 상세블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the cooperative control system in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 UPFC와 조상설비의 협조 제어 방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a cooperative control method of an UPFC and an ancestor facility according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에서 유전알고리즘의 적용을 위한 염색체의 구성도이다.Figure 4 is a block diagram of a chromosome for the application of genetic algorithm in the present invention.
도 5는 본 발명에서 세대수에 따른 적합도의 수렴 예를 보인 그래프이다.5 is a graph showing an example of convergence of the goodness of fit according to the number of generations in the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 협조 제어 시스템100: cooperative control system
110 : 해집단 초기화부110: sea group initialization unit
120 : 적합도 계산부120: fitness calculation unit
130 : 조류계산 수행부130: bird calculation unit
140 : 종료조건 판단부140: end condition determination unit
150 : 복제부150: replica unit
160 : 교배 및 돌연변이부160: mating and mutation
200 : 전력계통200: power system
210 : UPFC210: UPFC
220 : 조상설비220: ancestor equipment
300 : 염색체300: chromosome
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