KR20110067946A - Nonlinear feedback control method for statbility of the internal dynamics in static synchronous compensator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nonlinear feedback control method for stabilizing the inner dynamics of a static synchronous compensator is provided to increase the lifetime of a capacitor by decreasing impact applied to the capacitor. CONSTITUTION: A reactive current outputted from a static synchronous compensator is fed back and is added to a reactive current reference value(Iqref). The added value multiplied by the gain of a proportional controller is inputted to a static synchronous compensator. A firing angle of a voltage controlling the inverter of the input and output linearized static synchronous compensator is added to a derivative term. The derivative term is the time of an active current multiplied by a variable gain coefficient to damp a control signal.

Description

정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법{Nonlinear Feedback Control Method for statbility of the internal dynamics in Static Synchronous Compensator}Nonlinear Feedback Control Method for Stabilization of Internal Dynamics in Stationary Synchronous Ancestors

본 발명은 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정지형 동기 조상기(Static Synchronous Compensator:이하 STATCOM이라 한다)에서 폐루프 궤환 제어 방법을 통해 제어신호에 비선형 댐핑(damping)을 추가함으로서 내부 다이너믹스의 안정도를 향상시킬 수 있는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-linear feedback control method for stabilizing internal dynamics in a stationary synchronous throttle, more specifically, to a control signal through a closed loop feedback control method in a static synchronous throttle (hereinafter referred to as STATCOM). The present invention relates to a nonlinear feedback control method for stabilization of internal dynamics in a stationary synchronous throttle that can improve the stability of internal dynamics by adding nonlinear damping.

STATCOM은 발전기처럼 작용하는 동기전압원으로 3상 인버터가 교류계통과 병렬로 연결된 구조이며 시스템의 안전성과 효용성을 유지하면서 기존 선로의 전송능력의 극대화를 위하여 교류 송전 계통에서 무효전력을 보상하는 비선형 특성을 갖는 장치이다. STATCOM is a synchronous voltage source that acts like a generator. The 3-phase inverter is connected in parallel with the AC system. It is designed to compensate for reactive power in the AC transmission system to maximize the transmission capacity of existing lines while maintaining the safety and efficiency of the system. It is a device having.

상기 비선형 시스템인 STATCOM을 해석함에 있어 입출력 선형화 기법을 통해 유효전류(Id)와 DC전압(Vdc)으로 구성되는 2차의 내부 다이너믹스가 나타난다. STATCOM의 전압제어방법과 과도 안정도 향상 기법은 오랫동안 연구되어 왔으며, 또한 STATCOM의 내부 다이너믹스의 불안정성에 대한 연구는 추종성능과 폐루프 시스템의 안정화 측면에서 연구되어왔다. In analyzing STATCOM, which is a non-linear system, a second internal dynamic of the active current (Id) and the DC voltage (Vdc) appears through the input / output linearization technique. STATCOM's voltage control method and transient stability improvement method have been studied for a long time, and STATCOM's internal dynamics instability has been studied in terms of tracking performance and stabilization of closed loop system.

여기서 폐루프 궤환을 통한 입출력 선형화를 기본으로 하는 비선형 제어기는 고정된 게인을 사용하는 비례적분 제어기보다 향상된 성능을 가져오나, 입출력 선형화 기법을 이용한 비선형 제어기는 STATCOM의 전체 동작범위에서 안정된 출력특성을 보장하지만 내부 다이너믹스는 큰 진동을 가질 수 있다.Here, nonlinear controller based on I / O linearization through closed loop feedback has improved performance than proportional integral controller using fixed gain, but nonlinear controller using I / O linearization technique guarantees stable output characteristics over the entire operating range of STATCOM. But internal dynamics can have large vibrations.

이하 STATCOM의 시스템의 특성들을 살펴보도록 한다.Let's take a look at the characteristics of STATCOM system.

도 1은 STATCOM의 등가 회로를 나타내는 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of STATCOM.

도 1에서 보는 바와 같이, STATCOM(100)은 전압형 인버터(10)를 이용하여 입력단의 DC전압을 조절함으로써 3상의 출력 전압을 변환한다. 여기서 AC선로와 직렬로 연결된 저항(Rs)은 전압형 인버터(10)와 변압기 사이의 전도 손실을 나타내며, 인덕턴스(Ls)는 변압기의 누설 임피던스를 나타낸다. 또한 커패시터(C)와 병렬로 연결된 저항(Rp)은 인버터의 스위칭 손실을 나타낸다.As shown in FIG. 1, the STATCOM 100 converts an output voltage of three phases by adjusting a DC voltage of an input terminal using the voltage inverter 10. Here, the resistor Rs connected in series with the AC line represents the conduction loss between the voltage inverter 10 and the transformer, and the inductance Ls represents the leakage impedance of the transformer. In addition, the resistor Rp connected in parallel with the capacitor C represents the switching loss of the inverter.

STATCOM 시스템의 인버터 제어방식 중 PWM 방식에서는 전압의 점호각(이하 α라 한다)과 DC전압-AC전압단의 피크 전압 사이의 크기 관계를 나타내는 요소 K를 동시에 조절하나, 여기서는 인버터 방식으로 상기 α만을 고려함을 토대로, 도 1의 등가 회로를 이용하여 STATCOM의 수학적 상태방정식 모델은 아래 수식1과 같다.Among the inverter control methods of the STATCOM system, the PWM method simultaneously adjusts the factor K indicating the magnitude relationship between the firing angle of the voltage (hereinafter referred to as α) and the peak voltage of the DC voltage to the AC voltage stage, but here only the α is used as the inverter method. Based on the considerations, the mathematical state equation model of STATCOM using the equivalent circuit of FIG. 1 is given by Equation 1 below.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112009077471010-PAT00001
Figure 112009077471010-PAT00001

여기서 here

[A] = [A] =

Figure 112009077471010-PAT00002
Figure 112009077471010-PAT00002

상기 수식 1에서 보듯이, STATCOM 시스템은 α에 대한 삼각함수 항으로 인해 비선형성을 가지고 있지만 입출력 선형화 기법을 이용하여 Iq 추종 제어 문제를 선형화하여 해결할 수 있다. As shown in Equation 1, the STATCOM system has nonlinearity due to the trigonometric term for α, but it can be solved by linearizing the Iq following control problem using the input / output linearization technique.

도 2a는 입출력 선형화 기법을 적용한 내부 다이너믹스를 갖는 STATCOM의 시 스템 구조도이며, 도 2b는 추종 폐루프 구조를 갖는 STATCOM의 시스템 구조도이다.FIG. 2A is a system structure diagram of a STATCOM having an internal dynamics using an input / output linearization technique, and FIG. 2B is a system structure diagram of a STATCOM having a following closed loop structure.

도 2a에서 보는 바와 같이, 입출력 선형화 기법을 적용한 STATCOM 시스템은 상대차수(relative degree)가 1이므로 새로운 입력 υ와 출력 Iq과의 관계를 한개의 적분기를 통하여 나타낼수 있으며, 이 경우 STATCOM의 시스템은 내부 다이너믹스 유효전류 Id와 DC전압 Vdc를 포함하는 2차의 서브시스템을 갖는다. 여기서 상기 내부 다이너믹스는 STATCOM의 출력인 무효전류(Iq)에서 관측 불가능하며, 출력에 영향을 미치지 않는다. As shown in FIG. 2A, since the STATCOM system to which the input / output linearization technique is applied has a relative degree of 1, the relationship between the new input υ and the output Iq can be represented through a single integrator. It has a secondary subsystem that includes the dynamic active current Id and the DC voltage Vdc. The internal dynamics are not observable at the reactive current Iq, which is the output of STATCOM, and do not affect the output.

도 2b의 추종 폐루프를 갖는 STATCOM에서 수식 1에서의 인버터 제어입력인 전압의 점호각 α는 수식2와 같다.In STATCOM having the following closed loop of FIG. 2B, the firing angle α of the voltage which is the inverter control input in Equation 1 is equal to Equation 2.

[수식2][Equation 2]

Figure 112009077471010-PAT00003
Figure 112009077471010-PAT00003

여기서 새로운 입력 υ는Where the new input υ is

Figure 112009077471010-PAT00004
이다.
Figure 112009077471010-PAT00004
to be.

여기서 상기 L = 변압기 누설 인덕턴스, Id = 유효전류, Vdc = 입력단의 DC전압, Rs = 인번터와 변압기 사이의 전도손실, C = DC단의 커패시터, Iq = 무효전류, λ = 비례제어기 게인, Iqref = 무효전류 기준값, Wb = 주파수, k = DC전압-AC 전압단의 피크 전압 사이의 크기 관계를 나타내는 값이다.Where L = transformer leakage inductance, Id = active current, Vdc = DC voltage at the input terminal, Rs = conduction loss between the inverter and transformer, C = capacitor at DC stage, Iq = reactive current, λ = proportional controller gain, Iqref = Reactive current reference value, Wb = frequency, k = value indicating magnitude relationship between peak voltage of DC voltage and AC voltage terminal.

여기서는 수식의 간단한 전개를 위해 게인을 λ를 갖는 비례(P) 제어기를 적용하여 입출력 선형화된 STATCOM 시스템의 방정식은 아래 수식 3과 같다.Here, the equation of the STATCOM system where the input / output linearization is applied by applying a proportional (P) controller having a gain of λ for simple development of the equation is shown in Equation 3 below.

[수식 3][Equation 3]

Figure 112009077471010-PAT00005
Figure 112009077471010-PAT00005

수식 3의 정확한 수학적 모델은 아래 참고 수식에서 설명된다. The exact mathematical model of Equation 3 is described in the reference formula below.

[참고 수식][Reference Formula]

Figure 112009077471010-PAT00006
Figure 112009077471010-PAT00006

도 2b의 추종 폐루프 구조를 갖는 STATCOM의 시스템에 적용되는 상기 수식 2의 비례 제어기는 입출력 선형화된 STATCOM 시스템이 원하는 Iq를 추정할 수 있도록 하지만, 수식 2의 비례 제어기는 내부 다이너믹스(Id,Vdc)의 안정화에는 영향을 미치지 못한다.The proportional controller of Equation 2 applied to the system of the STATCOM having the following closed loop structure of FIG. 2b allows the input / output linearized STATCOM system to estimate the desired Iq. However, the proportional controller of Equation 2 has internal dynamics (Id, Vdc). ) Does not affect stabilization.

즉 내부 다이너믹스의 리플은 DC단의 커패시터(도 1의 C)의 전류 리플에 해 당되어, 상기 전류 리플의 큰 오버슈트(overshoot)와 느린 응답 속도는 상기 DC단의 커패시터(C)의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.In other words, the ripple of the internal dynamics corresponds to the current ripple of the capacitor (C in FIG. 1) of the DC stage, so that the large overshoot and slow response speed of the current ripple is the lifetime of the capacitor C of the DC stage. There is a problem that shortens.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정지형 동기 조상기(STATCOM)에서 폐루프 궤환 제어 방법을 통해 제어신호에 비선형 댐핑(damping)을 추가함으로서 내부 다이너믹스의 안정도를 향상시킬 수 있는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to improve the stability of the internal dynamics by adding nonlinear damping to the control signal through the closed loop feedback control method in the STATCOM It is an object of the present invention to provide a non-linear feedback control method for stabilization of internal dynamics in a stationary synchronous ancestor.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법은 입출력 선형화 기법을 적용한 폐루프 제어방법을 갖는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법에 있어서, 정지형 동기 조상기의 출력인 무효전류(Iq)를 피드백하여 무효전류 기준값(Iqref)과 가산(Iqref-Iq)하는 단계; 가산값(Iqref-Iq)에 비례제어기 게인(λ)을 곱한 값(υ)를 정지형 동기 조상기에 입력하는 단계; 및 입출력 선형화된 정지형 동기 조상기의 인버터를 제어하는 전압의 점호각(α2)은 제어신호에 댐핑을 주기 위하여 가변이득을 갖는 계수를 곱한 유효전류(Id)의 시간에 대한 미분항(dId/dt)을 추가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Nonlinear feedback control method for stabilization of the internal dynamics in the stationary synchronous ancestor of the present invention for achieving the above object is for stabilization of the internal dynamics in the stationary synchronous ancestor having a closed loop control method applying the input and output linearization technique A nonlinear feedback control method comprising the steps of: feeding back a reactive current (Iq) which is an output of a stationary synchronous ancestor to add an reactive current reference value (Iqref) to an addition (Iqref-Iq); Inputting a value (υ) obtained by multiplying the addition value (Iqref-Iq) by the proportional controller gain (λ) to the stationary synchronous ancestor; And the firing angle α 2 of the voltage controlling the inverter of the input / output linearized stationary synchronous compensator is a derivative of the effective current (Id) multiplied by a coefficient having a variable gain to damp the control signal (dId / dt). It characterized in that it comprises a step of adding).

또한 상기 입출력 선형화된 정지형 동기 조상기의 인버터를 제어하는 전압의 점호각(α2)은 아래 수식5에 의하여 계산되어지며, 상기 유효전류의 시간에 대한 미분항의 가변이득은 g(Iq-Iqx)인 것을 특징으로 한다. Also, the firing angle α 2 of the voltage controlling the inverter of the input / output linearized stationary synchronous compensator is calculated by Equation 5 below, and the variable gain of the derivative with respect to the time of the active current is g (Iq−Iqx). It is characterized by.

[수식5][Equation 5]

Figure 112009077471010-PAT00007
Figure 112009077471010-PAT00007

여기서here

Figure 112009077471010-PAT00008
이다.
Figure 112009077471010-PAT00008
to be.

여기서 상기 L = 변압기 누설 인덕턴스, Id = 유효전류, Vdc = 입력단의 DC전압, Rs = 인번터와 변압기 사이의 전도손실, C = DC단의 커패시터, Iq = 무효전류, g = 실수상수, Iqx = Vdc의 값에 따라 변하는 값, Wb = 주파수, k = DC전압-AC전압단의 피크 전압 사이의 크기 관계를 나타내는 값이다.Where L = transformer leakage inductance, Id = active current, Vdc = DC voltage at input, Rs = conduction loss between inverter and transformer, C = capacitor at DC, Iq = reactive current, g = real constant, Iqx = The value varies depending on the value of Vdc, Wb = frequency, and k = a value representing the magnitude relationship between the peak voltage of the DC voltage and the AC voltage terminal.

또한 상기 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법은 상기 가변이득을 갖는 계수를 곱한 유효전류(Id)의 시간에 대한 미분항(dId/dt)이 추가된 전압의 점호각(α2)에 의해 제어되어 내부 다이너믹스의 극점을 좌반면(LHP)으로 이동시킴으로써 내부 다이너믹스의 안정도를 향상시키는 것 을 특징으로 한다. In addition, the nonlinear feedback control method for stabilizing the internal dynamics in the stationary synchronous squirrel includes a firing angle of the voltage to which the derivative term dId / dt is added to the time of the effective current Id multiplied by the coefficient having the variable gain. α 2 ) to improve the stability of the internal dynamics by moving the poles of the internal dynamics to the left half surface LHP.

본 발명에 따른 에 의하면, 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법에 의하면, 유효전류의 시간에 대한 미분 값에 각 동작점에 대해 변화하는 게인값을 적용함으로써 Id와 Vdc의 정착시간이 짧아지고 오버슈트가 감소함을 알 수 있다. 즉 DC단의 커패시터의 리플이 감소됨에 따라 커패시터에 미치는 충격을 줄여줌으로써 커패시터의 수명을 증가시키는 장점이 있다. According to the present invention, according to the non-linear feedback control method for stabilizing the internal dynamics in a stationary synchronous squirrel, by applying the gain value varying for each operating point to the derivative value with respect to the time of the active current, It can be seen that the settling time is shortened and overshoot is reduced. In other words, as the ripple of the capacitor in the DC stage is reduced, it has the advantage of increasing the life of the capacitor by reducing the impact on the capacitor.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the same reference numerals will be used for the same components as the prior art.

여기서는 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)을 먼저 살펴보고, 본 발명의 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)을 상기 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)와 비교함으로써 설명하도록 한다. Here, the nonlinear feedback control method (II) will be described first, and the nonlinear feedback control method (III) for stabilization of the internal dynamics in the stationary synchronous ancestor of the present invention will be described by comparing with the nonlinear feedback control method (II).

비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)은 아래 수식4에 의하여 표현되며, 이는 수식 2의 전압의 점호각(α)의 유효전류(ld)의 시간에 대한 미분항에 상수게인(δ)이 곱한 값이 추가된다. The nonlinear track control method (II) is expressed by Equation 4 below, which is obtained by multiplying the derivative of the effective current ld of the firing angle α of the voltage of the formula 2 by the product of the constant gain δ. do.

[수식4][Equation 4]

Figure 112009077471010-PAT00009
Figure 112009077471010-PAT00009

여기서 here

Figure 112009077471010-PAT00010
이다.
Figure 112009077471010-PAT00010
to be.

상기 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)은 상수게인(δ)의 크기가 클수록 동작점의 변화에 따른 내부 다이너믹스의 극점의 이동범위가 커진다. 동작점에 따라 상수게인(δ)의 크기가 클수록 내부 다이너믹스는 더욱 안정해 질 수도 있고 불안정해 질 수도 있다. 예를 들면 인덕티브 모드(inductive mode) 영역에서는 상수게인(δ)이 클수록 내부 다이너믹스가 더욱 불안정해진다.In the nonlinear feedback control method (II), the larger the gain of the constant gain δ, the larger the movement range of the pole of the internal dynamics according to the change of the operating point. Depending on the operating point, the larger the constant gain δ, the more stable or unstable the internal dynamics may be. For example, in the inductive mode region, the larger the constant gain δ, the more unstable the internal dynamics.

이하 본 발명의 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)이 개시된다.Hereinafter, a non-linear feedback control method (III) for stabilizing internal dynamics in a stationary synchronous precipitator of the present invention is disclosed.

본 발명의 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)은 아래 수식5와 같이 정의된다.The nonlinear feedback control method (III) for stabilizing the internal dynamics in the stationary synchronous ancestor of the present invention is defined as in Equation 5 below.

[수식5][Equation 5]

Figure 112009077471010-PAT00011
Figure 112009077471010-PAT00011

여기서here

Figure 112009077471010-PAT00012
이다.
Figure 112009077471010-PAT00012
to be.

여기서 상기 L = 변압기 누설 인덕턴스, Id = 유효전류, Vdc = 입력단의 DC전압, Rs = 인버터와 변압기 사이의 전도손실, C = DC단의 커패시터, Iq = 무효전류, g = 실수상수, Iqx = Vdc의 값에 따라 변하는 값, Wb = 주파수, k = DC전압-AC전압단의 피크 전압 사이의 크기 관계를 나타내는 값이다.Where L = transformer leakage inductance, Id = active current, Vdc = DC voltage at input, Rs = conduction loss between inverter and transformer, C = capacitor at DC, Iq = reactive current, g = real constant, Iqx = Vdc The value varies depending on the value of Wb = frequency, k = the value representing the magnitude relationship between the peak voltage of the DC voltage and the AC voltage terminal.

본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)에 의한 제어기 출력은 수식2와 비교하여보면 추가된 항을 가지고 있다. 즉 ld의 시간에 대한 미분항(dId/dt term)에 동작점에 따라 변화하는 게인 g(Iq-Iqx)이 곱해진다. 여기서 g는 실수의 상수이며, Iqx는 Vdc의 값에 따라 변화하는 값이다.The controller output according to the nonlinear feedback control method (III) of the present invention has an added term compared with Equation 2. In other words, the derivative term (dId / dt term) with respect to the time of ld is multiplied by a gain g (Iq-Iqx) that varies depending on the operating point. Where g is a real constant and Iqx is a value that changes with the value of Vdc.

상기 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)과 비교하여 보면 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)은 ld의 시간에 대한 미분항에 대하여 고정된 상수게인(δ)을 가지나, 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)은 변화하는 게인 g(Iq-Iqx)이 곱해짐에 따라 내부 다이너 믹스의 극점을 허수축으로부터 좀 더 좌평면으로 이동시킨다. 한편 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)은 응답의 댐핑(damping)을 향상시키기 위한 것인 반면에, 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)은 내부 다이너믹스의 안정도를 위한 것이다.Compared with the nonlinear feedback control method (II), the nonlinear feedback control method (II) has a fixed constant gain (δ) with respect to the derivative term with respect to the time of ld, but the nonlinear feedback control method (III) of the present invention As the varying gain g (Iq-Iqx) is multiplied, it moves the pole of the internal diner mix from the imaginary axis to the left plane. On the other hand, the nonlinear feedback control method (II) is for improving the damping of the response, while the nonlinear feedback control method (III) of the present invention is for the stability of the internal dynamics.

이하 폐루프 STATCOM 시스템의 극점 분석을 통해 상기 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)과 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)의 효과를 비교 설명한다.Hereinafter, the effects of the nonlinear feedback control method (II) and the nonlinear feedback control method (III) of the present invention will be described through the pole analysis of the closed loop STATCOM system.

먼저 입출력 선형화가 실행되었을 때, 폐루프 STATCOM 시스템은 3개의 극점을 가진다. 실수 극점은 하나는 비례제어기 게인(λ)과 동일하며 나머지 두개는 비례제어기 게인(λ)과 관계없는 내부 다이너믹스의 극점이다.When I / O linearization is first performed, the closed loop STATCOM system has three poles. The real pole is one equal to the proportional controller gain (λ) and the other two are poles of the internal dynamics independent of the proportional controller gain (λ).

도 3은 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)의 각 상수게인(δ)에 대한 각 동작점에서의 극점을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the poles at each operating point for each constant gain δ of the nonlinear feedback control method II.

도 3에서 보는 바와 같이, -1[pu]에서 1[pu]의 동작 영역에서 각 상수게인(δ)에 대해여, 상수게인(δ)이 0 이 아닌 경우에는 실수 극점이 제어기 게인과 정확히 일치하지 않지만 ±0.5 의 범위 내에 존재한다. 만약 상수게인(δ)이 양수이면 극점은 우평면(RHP)에 존재하게 된다. 실수극점이 복소수 극점보다 5배 이상 크기 때문에 복소수 극점의 위치를 통해 내부 다이너믹스(Id,Vdc)의 응답을 예측할 수 있다. As shown in Fig. 3, for each constant gain δ in the operating region of -1 [pu] to 1 [pu], the real pole exactly matches the controller gain when the constant gain δ is not zero. But not within the range of ± 0.5. If the constant gain (δ) is positive, the pole will be in the right plane (RHP). Since the real pole is five times larger than the complex pole, the position of the complex pole can predict the response of the internal dynamics (Id, Vdc).

동작영역이 -1.0[pu]에서 0.6[pu]일 때, 상수게인(δ)이 작을수록 내부 다이 너믹스의 복소수 극점의 실수 크기는 커진다. 반면, 동작영역이 0.6[pu]에서 1.0[pu]인 경우 상수게인(δ) = -0.06 일 때 내부 다이너믹스는 가장 불안정한 특성을 갖게 되며 상수게인(δ)이 감소할수록 정착시간(Ts)은 길어지고 오버슈트는 커지게 된다. When the operating range is from -1.0 [pu] to 0.6 [pu], the smaller the constant gain δ, the larger the real size of the complex pole of the internal dynamics. On the other hand, when the operating range is 0.6 [pu] to 1.0 [pu], the internal dynamics have the most unstable characteristic when the constant gain (δ) = -0.06 and the settling time (Ts) decreases as the constant gain (δ) decreases. It gets longer and the overshoot gets bigger.

비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)에 의한 도 3의 극점분포도로부터 내부 다이너믹스의 성능과 안정도를 향상시키기 위해서는 각 동작점에서 변화하는 상수게인(δ)이 필요하다는 결론을 내릴 수 있다.It can be concluded from the pole distribution diagram of FIG. 3 by the nonlinear track control method II that the constant gain δ varying at each operating point is required to improve the performance and stability of the internal dynamics.

도 4는 본 발명에 따른 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)의 변화하는 게인 g(Iq-Iqx)에 대한 각 동작점에서의 극점을 도시한 그래프이다.Fig. 4 is a graph showing the poles at each operating point for varying gain g (Iq-Iqx) of the nonlinear track control method III according to the present invention.

적절한 실수상수(g)값을 적용한 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)은 모든 동작영역에서 안정된 내부 다이너믹스를 갖는다. 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)을 적용할 때 실수의 극점은 제어기 게인과 완전히 일치하지 않고 동작점에 따라 큰 범위에서 변화한다. 또한 항상 복소수 극점보다 큰 값을 가지지 않는다. 하지만 복소수 극점의 위치를 통해 제어기를 적용할 때 향상된 성능을 가진다는 것을 예측할 수 있다.The nonlinear track control method (III) of the present invention applying an appropriate real constant (g) value has a stable internal dynamics in all operating regions. When applying the nonlinear track control method (III), the pole of real number does not coincide completely with the controller gain and varies with a large range depending on the operating point. It also does not always have a value greater than the complex pole. However, the position of the complex poles can be expected to have improved performance when the controller is applied.

즉 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)을 적용할 때 내부 다이너믹스의 극점의 실근 부분은 상기 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)을 적용하였을 때보다 1.5배에서 129배의 큰 값을 가진다. 그러므로 각 동작점에서 변화하는 게인[g(Iq-Iqx)]을 사용하는 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)을 STATCOM 시스템에 적용할 때 Id와 Vdc의 정착시간(Ts)은 짧아지고 오버슈트는 작아지게 되어 응답특성이 향상됨을 예상할 수 있다.In other words, when the nonlinear track control method (III) of the present invention is applied, the real root portion of the pole of the internal dynamics has a value 1.5 to 129 times larger than when the nonlinear track control method (II) is applied. Therefore, when the nonlinear track control method (III) using the variable gain [g (Iq-Iqx)] at each operating point is applied to the STATCOM system, the settling time (Ts) of Id and Vdc becomes shorter and the overshoot becomes smaller. It can be expected that the response characteristics will be improved.

이하 MATLAB/simulink 환경에서 구축된 STATCOM 시스템의 이상적인 환경에서 제어방법을 증명하기 위하여 averaged 모델을 통해 비례 제어방법(P controller), 비선형 궤한 제어방법(Controller 1), 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Controller 2)에 따른 정착시간(Ts)과 오버슈트를 비교하여 설명한다. In order to prove a control method in an ideal environment of a STATCOM system constructed in a MATLAB / simulink environment, a proportional control method (P controller), a nonlinear feedback control method (Controller 1), and a nonlinear feedback control method of the present invention (Controller) through an averaged model The settling time Ts according to 2) is compared with the overshoot.

여기서 제어 성능 기준은 Ts<16[ms], ess<5[%], %OS<10[%]로 정의한다.Control performance criteria are defined as Ts <16 [ms], ess <5 [%], and% OS <10 [%].

Iq reference(Iqref : 무효전류 기준값)가 0.8[pu]일 경우, 도 5는 내부 다이너믹스 Id의 진동을 보여주는 그패프이며, 도 6은 내부 다이너믹스 Vdc의 진동을 보여주는 그패프이다.When Iq reference (Iqref: reactive current reference value) is 0.8 [pu], FIG. 5 is a graph showing the vibration of the internal dynamics Id, and FIG. 6 is a graph showing the vibration of the internal dynamics Vdc.

도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Controller 2)에 의할 경우, Id, Vdc의 진동이 가장 빨리 감소함을 알 수 있다. 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Controller 2)에 따른 내부 다이너믹스의 극점이 비례 제어방법(P controller) 및 비선형 궤한 제어방법(Controller 1)에 따른 극점보다 훨씬 왼쪽에 존재하기 때문에 모든 동작점에서 내부 다이너믹스에 대해 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, when the nonlinear track control method (Controller 2) of the present invention is used, the vibrations of Id and Vdc are reduced the fastest. Since the poles of the internal dynamics according to the nonlinear track control method (Controller 2) of the present invention are far to the left than the poles according to the proportional control method (P controller) and the nonlinear track control method (Controller 1), they are internal at all operating points. It can be seen that the performance is excellent for the dynamics.

즉 도 5 및 도 6에서 변화하는 게인[g(Iq-Iqx)]에 의하여 본 발명의 비선형 궤한 제어방법(Controller 2)을 통하여 STATCOM 시스템의 내부 다이너믹스의 안정도를 향상시킬수 있음을 알 수 있다. That is, it can be seen that the stability of the internal dynamics of the STATCOM system can be improved through the nonlinear track control method (Controller 2) of the present invention by the gain [g (Iq-Iqx)] changing in FIGS. 5 and 6.

도 7은 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)과 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)의 유효전류의 시간에 대한 미분항에 곱해진 게인을 비교한 그래프이다. 도 7에서 보는 바와 같이, 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)의 게인이 δ로 고정된 반면 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)의 게인 g(Iq-Iqx)은 각 동작점에 따라 변화함을 알 수 있다. FIG. 7 is a graph comparing gains multiplied with derivative terms for time of an effective current of the nonlinear feedback control method (III) and the nonlinear feedback control method (II) of the present invention. As shown in Fig. 7, the gain of the nonlinear feedback control method (II) is fixed to δ while the gain g (Iq-Iqx) of the nonlinear feedback control method (III) of the present invention changes with each operating point. Can be.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments and can be practiced in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. will be.

도 1은 STATCOM의 등가 회로를 나타내는 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of STATCOM.

도 2a는 입출력 선형화 기법을 적용한 내부 다이너믹스를 갖는 STATCOM의 시스템 구조도이며, 도 2b는 추종 폐루프 구조를 갖는 STATCOM의 시스템 구조도이다.FIG. 2A is a system structure diagram of a STATCOM having internal dynamics using an input / output linearization technique, and FIG. 2B is a system structure diagram of a STATCOM having a following closed loop structure.

도 3은 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)의 각 상수게인(δ)에 대한 각 동작점에서의 극점을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the poles at each operating point for each constant gain δ of the nonlinear feedback control method II.

도 4는 본 발명에 따른 비선형 궤한 제어방법(Ⅲ)의 변화하는 게인 g(Iq-Iqx)에 대한 각 동작점에서의 극점을 도시한 그래프이다.Fig. 4 is a graph showing the poles at each operating point for varying gain g (Iq-Iqx) of the nonlinear track control method III according to the present invention.

도 5는 내부 다이너믹스 Id의 진동을 보여주는 그패프이며, 도 6은 내부 다이너믹스 Vdc의 진동을 보여주는 그패프이다.5 is a graph showing the vibration of the internal dynamics Id, and FIG. 6 is a graph showing the vibration of the internal dynamics Vdc.

도 7은 본 발명의 비선형 궤환제어방법(Ⅲ)과 비선형 궤한 제어방법(Ⅱ)의 유효전류의 시간에 대한 미분항에 곱해진 게인을 비교한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing gains multiplied with derivative terms for time of an effective current of the nonlinear feedback control method (III) and the nonlinear feedback control method (II) of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10:인버터 100:정지형 동기 조상기10: Inverter 100: Stop type synchronous compensator

200:비례 제어기200: proportional controller

Claims (3)

입출력 선형화 기법을 적용한 폐루프 제어방법을 갖는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법에 있어서, In the nonlinear feedback control method for stabilization of internal dynamics in a stationary synchronous ancestor having a closed loop control method using an input / output linearization technique, 정지형 동기 조상기의 출력인 무효전류(Iq)를 피드백하여 무효전류 기준값(Iqref)과 가산(Iqref-Iq)하는 단계;Feeding back the reactive current Iq, which is the output of the stationary synchronous compensator, and adding the reactive current reference value Iqref to Iqref-Iq; 가산값(Iqref-Iq)에 비례제어기 게인(λ)을 곱한 값(υ)를 정지형 동기 조상기에 입력하는 단계; 및Inputting a value (υ) obtained by multiplying the addition value (Iqref-Iq) by the proportional controller gain (λ) to the stationary synchronous ancestor; And 입출력 선형화된 정지형 동기 조상기의 인버터를 제어하는 전압의 점호각(α2)은 제어신호에 댐핑을 주기 위하여 가변이득을 갖는 계수를 곱한 유효전류(Id)의 시간에 대한 미분항(dId/dt)을 추가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법. The firing angle (α 2 ) of the voltage controlling the inverter of the input / output linearized stationary synchronous compensator is the derivative term (dId / dt) with respect to the time of the effective current (Id) multiplied by a coefficient having a variable gain in order to damp the control signal. Nonlinear feedback control method for the stabilization of the internal dynamics in the stationary synchronous ancestor characterized in that it comprises a step of adding. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입출력 선형화된 정지형 동기 조상기의 인버터를 제어하는 전압의 점호각(α2)은 아래 수식5에 의하여 계산되어지며, 상기 유효전류의 시간에 대한 미분항의 가변이득은 g(Iq-Iqx)인 것을 특징으로 하는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이 너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법. The firing angle α 2 of the voltage controlling the inverter of the input / output linearized stationary synchronous compensator is calculated by Equation 5 below, and the variable gain of the derivative with respect to the time of the active current is g (Iq−Iqx). Nonlinear feedback control method for stabilization of internal dynamics in a stationary synchronous ancestor. [수식5][Equation 5]
Figure 112009077471010-PAT00013
,
Figure 112009077471010-PAT00013
,
Figure 112009077471010-PAT00014
.
Figure 112009077471010-PAT00014
.
여기서 상기 L = 변압기 누설 인덕턴스, Id = 유효전류, Vdc = 입력단의 DC전압, Rs = 인번터와 변압기 사이의 전도손실, C = DC단의 커패시터, Iq = 무효전류, g = 실수상수, Iqx = Vdc의 값에 따라 변하는 값, Wb = 주파수, k = DC전압-AC전압단의 피크 전압 사이의 크기 관계를 나타내는 값이다.Where L = transformer leakage inductance, Id = active current, Vdc = DC voltage at input, Rs = conduction loss between inverter and transformer, C = capacitor at DC, Iq = reactive current, g = real constant, Iqx = The value varies depending on the value of Vdc, Wb = frequency, and k = a value representing the magnitude relationship between the peak voltage of the DC voltage and the AC voltage terminal.
제 1항 또는 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법은 상기 가변이득을 갖는 계수를 곱한 유효전류(Id)의 시간에 대한 미분항(dId/dt)이 추가된 전압의 점호각(α2)에 의해 제어되어 내부 다이너믹스의 극점을 좌반면(LHP)으로 이동시킴으로써 내부 다이너믹스의 안정도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 정지형 동기 조상기에서 내부 다이너믹스의 안정화를 위한 비선형 궤환제어방법.The nonlinear feedback control method for stabilizing the internal dynamics in a stationary synchronous compensator has a firing angle (α 2 ) of a voltage added with a derivative term (dId / dt) with respect to the time of the effective current (Id) multiplied by the variable gain coefficient. Nonlinear feedback control method for stabilization of internal dynamics in a stationary synchronous ancestor, characterized by improving the stability of the internal dynamics by moving the pole of the internal dynamics to the left half surface (LHP).
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