KR20210064732A - Apparatus and method for calculating local area governor free contribution - Google Patents

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KR20210064732A
KR20210064732A KR1020190153283A KR20190153283A KR20210064732A KR 20210064732 A KR20210064732 A KR 20210064732A KR 1020190153283 A KR1020190153283 A KR 1020190153283A KR 20190153283 A KR20190153283 A KR 20190153283A KR 20210064732 A KR20210064732 A KR 20210064732A
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frequency
contribution
regional
kalman filter
calculating
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박정욱
김용학
김태완
남수철
임성훈
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한국전력공사
연세대학교 산학협력단
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
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    • H02J3/381Dispersed generators

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Abstract

Disclosed are a regional frequency tracking contribution level calculating device and a method thereof. According to the present invention, the regional frequency tracking contribution level calculating device comprises: a phasor measurement machine for acquiring a bus frequency and electrical output data of each generator; a grid frequency calculating unit for calculating a grid frequency from the bus frequency; a mechanical input estimating unit for estimating a regional mechanical input from the grid frequency and the electrical output data; an acceleration energy calculation unit for calculating a regional acceleration force and regional acceleration energy from the deviation of mechanical input and electrical output; and a contribution level detection unit that detects a contribution level to frequency tracking based on a change amount of the grid frequency and the regional acceleration energy.

Description

지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING LOCAL AREA GOVERNOR FREE CONTRIBUTION}Apparatus and method for frequency tracking contribution by region {APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING LOCAL AREA GOVERNOR FREE CONTRIBUTION}

본 발명은 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 여러 대의 발전기가 운전중인 전력계통에 대하여 페이저 측정기를 통해 취득한 모선 주파수 및 발전기의 전기적 출력 데이터로부터 지역별 주파수 추종 기여도를 산정하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for calculating regional frequency tracking contribution, and more particularly, calculating the regional frequency tracking contribution from the bus frequency and electrical output data of the generator acquired through a phasor measuring device for a power system in which multiple generators are operating. It relates to an apparatus and method for calculating the frequency tracking contribution by region.

전력시장운영규칙에 따르면 계통의 주파수를 유지범위 이내로 유지하기 위해 1,500MW 이상의 주파수조정예비력을 확보하여야 한다.According to the electricity market operation rules, to maintain the frequency of the system within the maintenance range, it is necessary to secure a frequency adjustment reserve of 1,500MW or more.

주파수조정예비력은 주파수 유지 예비력과 주파수 복구 예비력으로 구분된다. 주파수 유지 예비력은 1차 주파수 응답에 투입되는 예비력으로 발전기의 주파수추종운전(Governor Free, 주파수추종) 응답에 의한다.Frequency adjustment reserve is divided into frequency maintenance reserve and frequency recovery reserve. Frequency maintenance reserve power is the reserve power input to the primary frequency response, and it is based on the frequency following operation (Governor Free, frequency following) response of the generator.

예비력을 확보하기 위해 대부분의 발전기에 대하여 기준출력 상한치를 입찰공급가능용량의 95%로 설정하는 발전제약사항을 적용하여 운영발전계획을 수립한다. In order to secure reserve power, the operation power generation plan is established by applying the power generation constraint which sets the upper limit of the reference output to 95% of the bid supply capacity for most generators.

석탄화력 이외의 발전기로 예비력이 우선 확보될 수 있도록 석탄화력 발전기는 기준출력 상한치를 95%~100%로 설정할 수 있도록 하고, 원자력 발전기는 입찰공급가능용량의 100%에서 출력을 고정하는 조항이 있다. 그러나, 현재에는 우선적으로 예비력을 보유해야 하는 발전기를 선정하는 기준에 대한 조항은 없다. There is a provision for coal-fired power generators to set the upper limit of the standard output at 95% to 100% so that the reserve power can be secured first by generators other than coal-fired power plants, and for nuclear power generators, there is a provision to fix the output at 100% of the available bid supply capacity. . However, there is currently no provision on the criteria for selecting generators that should have reserve power in priority.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2014-0091951호(2014.07.23)의 '예비력 운영 가변 제어 장치'에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in 'Reserve Force Operation Variable Control Device' of Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0091951 (2014.07.23).

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 여러 대의 발전기가 운전중인 전력계통에 대하여 페이저 측정기를 통해 취득한 모선 주파수 및 발전기의 전기적 출력 데이터로부터 지역별 주파수 추종 기여도를 산정하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. The present invention was devised to improve the above problems, and an object according to an aspect of the present invention is to track the frequency of each region from the bus frequency and the electrical output data of the generator acquired through the phasor measuring device for the power system in which several generators are operating. It is to provide an apparatus and method for calculating the contribution of frequency tracking by region for calculating the contribution.

본 발명의 일 측면에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치는 각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력을 취득하는 페이저 측정기; 상기 모선 주파수로부터 계통 주파수를 계산하는 계통 주파수 계산부; 상기 계통 주파수와 전기적 출력으로부터 지역별 기계적 입력을 추정하는 기계적 입력 추정부; 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 가속에너지 계산부; 및 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 토대로 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 기여도 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a phasor meter for obtaining a bus frequency and electrical output of each generator; a grid frequency calculator for calculating a grid frequency from the bus frequency; a mechanical input estimator for estimating a regional mechanical input from the system frequency and electrical output; an acceleration energy calculation unit for calculating regional acceleration force and regional acceleration energy from the deviation of the mechanical input and the electrical output; and a contribution detection unit configured to detect a contribution to frequency tracking based on the change amount of the system frequency and the regional acceleration energy.

본 발명의 상기 계통 주파수 계산부는 상기 모선 주파수와 상기 발전기의 용량으로부터 상기 계통 주파수를 계산하는 것을 특징으로 한다.The grid frequency calculation unit of the present invention is characterized in that it calculates the grid frequency from the bus frequency and the capacity of the generator.

본 발명의 상기 기여도 검출부는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 것을 특징으로 한다.The contribution detection unit of the present invention is characterized in that it detects the contribution to the frequency tracking using a Kalman filter algorithm.

본 발명의 상기 칼만 필터 알고리즘은 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지로 생성되는 것을 특징으로 한다.The Kalman filter algorithm of the present invention is characterized in that it is generated by the amount of change in the system frequency and the acceleration energy for each region.

본 발명의 상기 가속에너지 계산부는 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 상기 지역별 가속력을 계산하고, 상기 지역별 가속력을 누적하여 상기 지역별 가속에너지를 계산하는 것을 특징으로 한다.The acceleration energy calculation unit of the present invention calculates the regional acceleration force from the deviation of the mechanical input and the electrical output, and calculates the regional acceleration energy by accumulating the regional acceleration force.

본 발명의 상기 기여도 검출부는 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 칼만 필터 알고리즘 생성부; 및 상기 칼만 필터 알고리즘으로부터 각 지역별로 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 계산하는 기여도 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The contribution detection unit of the present invention comprises: a Kalman filter algorithm generator for generating a Kalman filter algorithm using the change amount of the system frequency and the regional acceleration energy; and a contribution calculation unit for calculating a contribution to the frequency tracking for each region from the Kalman filter algorithm.

본 발명의 상기 칼만 필터 알고리즘 생성부는 상기 칼만 필터 알고리즘에 사용할 데이터의 길이를 결정하여 정규화하는 것을 특징으로 한다.The Kalman filter algorithm generator of the present invention determines and normalizes the length of data to be used in the Kalman filter algorithm.

본 발명의 일 측면에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법은 페이저 측정기가 각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력을 취득하는 단계; 계통 주파수 계산부가 상기 모선 주파수로부터 계통 주파수를 계산하는 단계; 기계적 입력 추정부가 상기 계통 주파수와 전기적 출력으로부터 지역별 기계적 입력을 추정하는 단계; 가속에너지 계산부가 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 단계; 및 기여도 검출부가 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 토대로 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method for calculating regional frequency tracking contribution, comprising: acquiring, by a phasor measuring device, a bus frequency and an electrical output of each generator; calculating, by a grid frequency calculator, a grid frequency from the bus frequency; estimating, by a mechanical input estimator, a regional mechanical input from the system frequency and electrical output; calculating, by an acceleration energy calculator, an acceleration force for each region and an acceleration energy for each region from the deviation between the mechanical input and the electrical output; and detecting, by a contribution detection unit, a contribution to frequency tracking based on the amount of change in the system frequency and the acceleration energy for each region.

본 발명의 상기 계통 주파수를 계산하는 단계에서, 상기 계통 주파수 계산부는 상기 모선 주파수와 상기 발전기의 용량으로부터 상기 계통 주파수를 계산하는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the grid frequency of the present invention, the grid frequency calculator calculates the grid frequency from the bus frequency and the capacity of the generator.

본 발명의 상기 기여도를 검출하는 단계에서, 상기 기여도 검출부는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 것을 특징으로 한다.In the step of detecting the contribution of the present invention, the contribution detecting unit is characterized in that it detects the contribution to the frequency tracking using a Kalman filter algorithm.

본 발명의 상기 칼만 필터 알고리즘은 계통 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 데이터로 생성되는 것을 특징으로 한다.The Kalman filter algorithm of the present invention is characterized in that the system frequency change amount and the region acceleration energy data is generated.

본 발명의 상기 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 단계에서, 상기 가속에너지 계산부는 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 상기 지역별 가속력을 계산하고, 상기 지역별 가속력을 누적하여 상기 지역별 가속에너지를 계산하는 것을 특징으로 한다.In the step of calculating the regional acceleration force and regional acceleration energy of the present invention, the acceleration energy calculation unit calculates the regional acceleration force from the deviation of the mechanical input and the electrical output, and calculates the regional acceleration energy by accumulating the regional acceleration force characterized in that

본 발명의 상기 기여도를 검출하는 단계는 칼만 필터 알고리즘 생성부가 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 단계; 및 기여도 계산부가 상기 칼만 필터 알고리즘으로부터 각 지역별로 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 계산하는 것을 특징으로 한다.The step of detecting the contribution of the present invention may include: generating, by a Kalman filter algorithm generating unit, a Kalman filter algorithm using the change amount of the system frequency and the acceleration energy for each region; and a contribution calculation unit calculating a contribution to the frequency tracking for each region from the Kalman filter algorithm.

본 발명의 상기 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 단계에서, 상기 칼만 필터 알고리즘 생성부는 상기 칼만 필터 알고리즘에 사용할 데이터의 길이를 결정하여 정규화하는 것을 특징으로 한다. In the generating of the Kalman filter algorithm of the present invention, the Kalman filter algorithm generator determines and normalizes the length of data to be used in the Kalman filter algorithm.

본 발명의 일 측면에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법은 전력계통의 발전 동적 특성을 측정할 수 있는 페이저 측정기의 효율성을 제고하고, 이를 반영하여 발전기의 주파수추종 운전에 대한 지역별 기여도를 평가하도록 한다.An apparatus and method for calculating regional frequency tracking contribution according to an aspect of the present invention improve the efficiency of a phasor measuring instrument capable of measuring the dynamic power generation characteristics of a power system, and reflect this to evaluate regional contribution to frequency tracking operation of a generator do.

본 발명의 다른 측면에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법은 지역별 주파수추종 기여도를 기반으로 발전원 구성을 계획하여 사고 발생시 주파수 안정도를 향상시키도록 한다. An apparatus and method for calculating regional frequency tracking contribution according to another aspect of the present invention improves frequency stability in the event of an accident by planning a power generation source configuration based on regional frequency tracking contribution.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 지역별 주파수추종 기역도 산정 장치 및 방법은 지역별 주파수추종 기여도를 기반으로 주파수조정예비력을 계획하여 예비력 확보량 절감 및 예비력 구입비 절감이 가능하도록 한다.According to another aspect of the present invention, an apparatus and method for calculating regional frequency tracking base strength plan frequency adjustment reserve power based on regional frequency tracking contribution, so that it is possible to reduce the amount of reserve and reduce the purchase cost of the reserve.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기도 산정 방법의 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼만 필터 알고리즘 개요도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼만 필터 알고리즘 순서도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 데이터의 동요 방정식 충족 예를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 벡터의 시간에 따른 데이터를 정규화한 예를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 행렬의 시간에 따른 데이터를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 결과를 나타낸 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 응동량 증가시 계통 주파수를 나타낸 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 응동량 증가시 계통 주파수(확대)를 나타낸 도면이다.
도 11 은 케이스별 사고 발생시 계통 주파수 변화를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram of an apparatus for calculating regional frequency tracking contribution according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for calculating regional frequency-following airways according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a Kalman filter algorithm according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a Kalman filter algorithm according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of satisfying a fluctuation equation of frequency data according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of normalizing data of a measurement vector over time according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating data according to time of an output matrix according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a result of calculating a frequency tracking contribution by region according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a system frequency when an amount of response by region is increased according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a system frequency (expansion) when the response amount by region increases according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a system frequency change when an accident occurs for each case.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다. Hereinafter, an apparatus and method for calculating regional frequency tracking contribution according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, in an apparatus or a program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a processing device, including a computer, microprocessor, integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants (“PDAs”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for calculating regional frequency tracking contribution according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치는 페이저 측정기(10), 계통 주파수 계산부(20), 기계적 입력 추정부(30), 가속에너지 계산부(40), 및 기여도 검출부(50)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , an apparatus for calculating regional frequency tracking contribution according to an embodiment of the present invention includes a phasor measuring device 10 , a system frequency calculation unit 20 , a mechanical input estimation unit 30 , and an acceleration energy calculation unit 40 . , and a contribution detection unit 50 .

페이저 측정기(10)는 각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력 데이터를 취득한다.The phasor meter 10 acquires the bus frequency and electrical output data of each generator.

계통 주파수 계산부(20)는 페이저 측정기(10)에서 취득된 각 발전기의 주파수로부터 계통 전제를 대표할 수 있는 계통 주파수를 계산한다. The system frequency calculation unit 20 calculates a system frequency that can represent the system premise from the frequencies of each generator obtained by the phasor measuring device 10 .

기계적 입력 추정부(30)는 계통 주파수 계산부(20)에 의해 계산된 계통 주파수와 전기적 출력 데이터로부터 지역별 기계적 입력을 추정한다. The mechanical input estimator 30 estimates the regional mechanical input from the grid frequency calculated by the grid frequency calculator 20 and the electrical output data.

가속에너지 계산부(40)는 기계적 입력 추정부(30)에 의해 추정된 기계적 입력과 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산한다. The acceleration energy calculation unit 40 calculates regional acceleration force and regional acceleration energy from the deviation between the mechanical input and the electrical output estimated by the mechanical input estimation unit 30 .

기여도 검출부(50)는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 검출한다. 기여도 검출부(50)는 칼만 필터 알고리즘 생성부(51) 및 기여도 계산부(52)를 포함한다.The contribution detection unit 50 detects the contribution to the frequency tracking by using the Kalman filter algorithm. The contribution detecting unit 50 includes a Kalman filter algorithm generating unit 51 and a contribution calculating unit 52 .

칼만 필터 알고리즘 생성부(51)는 동요방정식을 기반으로 계통 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 데이터를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성한다. The Kalman filter algorithm generating unit 51 generates a Kalman filter algorithm by using the system frequency change amount and regional acceleration energy data based on the fluctuation equation.

기여도 계산부(52)는 칼만 필터 알고리즘 생성부(51)에 의해 생성된 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 주파수 추종에 대한 기여도를 계산한다. The contribution calculation unit 52 calculates the contribution to frequency tracking by using the Kalman filter algorithm generated by the Kalman filter algorithm generation unit 51 .

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법을 도 2 내지 4 를 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of calculating the frequency tracking contribution by region according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기도 산정 방법의 순서도이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼만 필터 알고리즘 개요도이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼만 필터 알고리즘 순서도이다.2 is a flowchart of a method for calculating regional frequency tracking airways according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a schematic diagram of a Kalman filter algorithm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a Kalman filter according to an embodiment of the present invention. A flowchart of the filter algorithm.

먼저, 페이저 측정기(10)는 각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력 데이터를 취득한다(S10). First, the phasor meter 10 acquires the bus frequency and electrical output data of each generator (S10).

이어 계통 주파수 계산부(20)는 페이저 측정기(10)에서 취득된 각 발전기의 주파수로부터 계통 전제를 대표할 수 있는 계통 주파수를 계산한다(S20). Then, the system frequency calculation unit 20 calculates a system frequency that can represent the system premise from the frequencies of each generator obtained by the phasor measuring device 10 (S20).

기계적 입력 추정부(30)는 계통 주파수 계산부(20)에 의해 계산된 계통 주파수와 전기적 출력 데이터로부터 지역별 기계적 입력을 추정한다(S30). 발전기의 기계적 입력은 페이저 측정기(10)에서 측정할 수 없으므로, 기계적 입력은 페이저 측정기(10)에서 취득한 주파수와 전기적 출력 데이터로부터 추정될 수 있다. The mechanical input estimator 30 estimates the regional mechanical input from the grid frequency calculated by the grid frequency calculator 20 and the electrical output data (S30). Since the mechanical input of the generator cannot be measured by the phasor measuring device 10 , the mechanical input can be estimated from the frequency and electrical output data acquired by the phasor measuring device 10 .

가속 에너지 계산부는 기계적 입력 추정부(30)에 의해 추정된 기계적 입력과 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산한다(S40). The acceleration energy calculation unit calculates regional acceleration force and regional acceleration energy from the deviation of the mechanical input and electrical output estimated by the mechanical input estimation unit 30 ( S40 ).

동기발전기의 과도안정도는 동요방정식(Swing equation)을 통해 해석할 수 있다. 회전자의 위상각과 각속도를 각각

Figure pat00001
[rad],
Figure pat00002
[rad/sec], 기계적 입력과 전기적 출력을 각각
Figure pat00003
,
Figure pat00004
, 정규화된 관성정수를
Figure pat00005
[MJ/MVA]라 하면, 동요방정식은 수학식 1과 같다.The transient stability of a synchronous generator can be analyzed through the swing equation. The phase angle and angular velocity of the rotor are respectively
Figure pat00001
[rad],
Figure pat00002
[rad/sec], mechanical input and electrical output respectively
Figure pat00003
,
Figure pat00004
, the normalized constant of inertia
Figure pat00005
Speaking of [MJ/MVA], the fluctuation equation is the same as Equation 1.

Figure pat00006
Figure pat00006

회전자의 기준 각속도와 계통의 기준 주파수를 각각

Figure pat00007
,
Figure pat00008
라고 하면, 둘 사이의 관계는 수학식 2와 같다.The reference angular velocity of the rotor and the reference frequency of the system are respectively
Figure pat00007
,
Figure pat00008
, the relationship between the two is the same as in Equation 2.

Figure pat00009
Figure pat00009

동요방정식에서 외란에 의해 전기적 출력

Figure pat00010
가 변화하면 기계적 입력
Figure pat00011
Figure pat00012
의 편차에 따라 발전기 회전자의 회전이 가속 또는 감속한다. 따라서 기계적 입력
Figure pat00013
과 전기적 출력
Figure pat00014
의 편차를 가속력(또는 감속력)
Figure pat00015
로 정의하면, 가속력(또는 감속력)
Figure pat00016
는 수학식 3과 같이 표현된다. Electrical output by disturbance in the fluctuation equation
Figure pat00010
changes in mechanical input
Figure pat00011
and
Figure pat00012
The rotation of the generator rotor accelerates or decelerates according to the deviation of Therefore, mechanical input
Figure pat00013
and electrical output
Figure pat00014
The deviation of the acceleration force (or deceleration force)
Figure pat00015
If defined as , acceleration force (or deceleration force)
Figure pat00016
is expressed as Equation (3).

Figure pat00017
Figure pat00017

가속력을 시간에 대하여 적분하면 발전기에 대한 가속(감속)에너지에 대한 식이 된다. 가속(감속)에너지를

Figure pat00018
라고 하면, 시간
Figure pat00019
초부터
Figure pat00020
초까지 누적되는 가속(감속)에너지는 수학식 4와 같다.If the acceleration force is integrated with respect to time, it becomes an expression for the acceleration (deceleration) energy for the generator. acceleration (deceleration) energy
Figure pat00018
If you say, time
Figure pat00019
from the beginning
Figure pat00020
Acceleration (deceleration) energy accumulated up to seconds is expressed in Equation (4).

Figure pat00021
Figure pat00021

이어, 칼만 필터 알고리즘 생성부(51)는 동요방정식을 기반으로 계통 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 데이터를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성한다(S50). Next, the Kalman filter algorithm generating unit 51 generates a Kalman filter algorithm using the system frequency change amount and regional acceleration energy data based on the fluctuation equation (S50).

수학식 1의 동요방정식의 양변을 적분하면, 주파수 변화량과 가속에너지 사이의 관계가 나타나며, 0초부터

Figure pat00022
초까지의 주파수 변화량과 발전기의 가속에너지는 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.When both sides of the fluctuation equation of Equation 1 are integrated, the relationship between the frequency change amount and the acceleration energy appears, from 0 second
Figure pat00022
The frequency change amount up to the second and the acceleration energy of the generator can be expressed as Equation 5.

Figure pat00023
Figure pat00023

전력 계통을 총 N개의 지역으로 나누었을 때, 수학식 5를 기반으로 계통 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 사이에서 지역별 주파수추종 기여도를 산정한다. When the power system is divided into a total of N regions, the contribution of regional frequency tracking is calculated between the amount of system frequency change and regional acceleration energy based on Equation 5.

발전기의 기계적 입력은 페이저 측정기(10)에서 측정할 수 없으므로 페이저 측정기(10)에서 취득한 주파수와 전력 출력 데이터로부터 기계적 입력을 추정하고, 이를 이용하여 가속에너지를 계산하여야 한다.Since the mechanical input of the generator cannot be measured by the phasor measuring device 10 , the mechanical input must be estimated from the frequency and power output data acquired by the phasor measuring device 10 , and the acceleration energy must be calculated using this.

추정 기계적 입력과 이를 이용하여 계산한 추정 가속에너지를 각각

Figure pat00024
,
Figure pat00025
라고 한다. 계통 주파수 변화량을
Figure pat00026
라고 하고, 지역별 추정 가속에너지를
Figure pat00027
, 지역별 주파수추종 기여도를
Figure pat00028
로 정의한다. 여기서
Figure pat00029
는 N개의 지역 중
Figure pat00030
번째 지역의 데이터를 의미한다. The estimated mechanical input and the estimated acceleration energy calculated using it
Figure pat00024
,
Figure pat00025
It is said system frequency change
Figure pat00026
, and the estimated acceleration energy for each region is
Figure pat00027
, the frequency tracking contribution by region
Figure pat00028
is defined as here
Figure pat00029
is among the N regions.
Figure pat00030
It means the data of the second region.

칼만 필터 알고리즘은 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 사이에서 지역별 주파수추종 기여도

Figure pat00031
를 산출하는 것을 목표로 하며, 이를 표현하면 수학식 6과 같다. 도 3은 칼만 필터 알고리즘의 개요도이다. The Kalman filter algorithm shows the contribution of regional frequency tracking between the frequency change amount and regional acceleration energy.
Figure pat00031
It aims to calculate , which is expressed as Equation (6). 3 is a schematic diagram of the Kalman filter algorithm.

Figure pat00032
Figure pat00032

수학식 6은 주파수 변화량과 가속에너지 사이의 관계식이다. 이러한 수학식 6을 기반으로 칼만 필터 알고리즘의 시스템 모델을 구성할 수 있다.Equation 6 is a relational expression between the frequency change amount and the acceleration energy. Based on Equation 6, a system model of the Kalman filter algorithm can be constructed.

칼만 필터 알고리즘은 상태변수와 측정데이터로 구성된 상태 공간 시스템 모델을 기반으로 하여 시간에 따른 측정데이터로부터 상태변수를 추정한다.The Kalman filter algorithm estimates state variables from measured data over time based on a state space system model composed of state variables and measured data.

상태 공간 시스템 모델은 상태 방정식과 측정 방정식으로 이루어지고 측정 잡음, 시스템 잡음을 포함하는 형태로 구성된다.The state space system model consists of a state equation and a measurement equation, and is composed of a form including measurement noise and system noise.

상태 공간 시스템 모델이 N개의 상태변수와 m개의 측정데이터로 구성되는 경우 특정 시간 k에서의 상태 공간 시스템 모델 표현식은 수학식 7 내지 10과 같다. When the state space system model is composed of N state variables and m measurement data, the state space system model expression at a specific time k is as shown in Equations 7 to 10.

Figure pat00033
Figure pat00033

Figure pat00034
Figure pat00034

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

이때, 상태 공간 시스템 모델 구성요소는 표 1과 같다.In this case, the state space system model components are shown in Table 1.

표기Mark 크기size 이름name

Figure pat00037
Figure pat00037
N×1N×1 상태변수 벡터state variable vector
Figure pat00038
Figure pat00038
m×1m×1 출력 벡터output vector
Figure pat00039
Figure pat00039
m×1m×1 측정 벡터measurement vector
Figure pat00040
Figure pat00040
N×NN×N 상태 행렬state matrix
Figure pat00041
Figure pat00041
m×Nm×N 출력 행렬output matrix
Figure pat00042
Figure pat00042
N×1N×1 시스템 잡음system noise
Figure pat00043
Figure pat00043
N×NN×N 시스템 잡음 공분산System Noise Covariance
Figure pat00044
Figure pat00044
m×1m×1 측정 잡음measurement noise
Figure pat00045
Figure pat00045
m×mm×m 측정 잡음 공분산Measurement noise covariance

특정 시간 k에서의 상태변수 벡터를

Figure pat00046
라고 정의할 때 수학식 7은 시간에 따른 상태변수의 변화를 나타내는 상태 방정식으로, 여기서
Figure pat00047
는 이전 상태에 기반한 상태전이 행렬이고,
Figure pat00048
는 시스템 잡음이다.the state variable vector at a specific time k
Figure pat00046
Equation 7 is a state equation representing the change of the state variable with time, where
Figure pat00047
is a state transition matrix based on the previous state,
Figure pat00048
is the system noise.

시스템 잡음은 평균 0, 공분산행렬

Figure pat00049
를 갖는 정규분포 잡음 변수로 시스템 모델과 실제 시스템의 차이에서 발생하는 부정확성, 시스템 자체의 잡음 등을 포함한다.System noise is mean 0, covariance matrix
Figure pat00049
As a normally distributed noise variable with , it includes inaccuracies caused by the difference between the system model and the actual system, and the noise of the system itself.

수학식 8과 9는 상태변수 벡터

Figure pat00050
와 시스템의 출력 벡터
Figure pat00051
, 그리고 그 출력을 측정한 측정 벡터
Figure pat00052
의 관계를 나타낸 식이다. 여기서
Figure pat00053
는 상태변수 벡터와 시스템의 출력에 관계되는 출력 행렬이고,
Figure pat00054
는 측정 잡음으로, 평균 0, 공분산행렬
Figure pat00055
을 갖는 정규분포 잡음 변수이다.Equations 8 and 9 are state variable vectors
Figure pat00050
and the output vector of the system
Figure pat00051
, and the measurement vector measuring its output
Figure pat00052
is an expression expressing the relationship between here
Figure pat00053
is the output matrix related to the state variable vector and the output of the system,
Figure pat00054
is the measurement noise, mean 0, covariance matrix
Figure pat00055
It is a normally distributed noise variable with .

특정 시간 k에서 칼만 필터 알고리즘의 추정 과정은 도 4와 같으며 크게 예측 단계와 보정 단계로 나눌 수 있다.The estimation process of the Kalman filter algorithm at a specific time k is as shown in FIG. 4 and can be largely divided into a prediction step and a correction step.

예측 단계에서는 이전 시간 k-1에서 추정된 상태변수에 대하여 현재 시간 k에서 예상되는 상태변수를 계산하며, 이 단계는 연역적으로 이루어진다.In the prediction step, the predicted state variable at the current time k is calculated with respect to the state variable estimated at the previous time k-1, and this step is performed a priori.

보정 단계에서는 예측 단계에서의 예측 값과 실제 측정값 사이의 오차를 이용하여 이를 귀납적으로 수정한다. In the correction step, the error is inductively corrected by using the error between the predicted value and the actual measured value in the prediction step.

윗첨자 -는 그 값이 예측 단계에서 계산되는 값임을 의미한다. 상태변수 벡터의 추정 값은 ^로 표기하고, 실제 상태변수와의 오차는 ~로 표기한다.The superscript - means that the value is a value calculated in the prediction step. The estimated value of the state variable vector is denoted by ^, and the error from the actual state variable is denoted by ~.

예측 단계와 보정 단계에서의 상태변수 오차는 각각 수학식 11, 12와 같고, 오차 공분산이란 상태변수 오차의 공분산을 의미하고, 예측 단계와 보정 단계에서의 오차 공분산은 수학식 13, 14와 같다.The state variable errors in the prediction step and the correction step are the same as in Equations 11 and 12, respectively, the error covariance means the covariance of the state variable error, and the error covariance in the prediction step and the calibration step is as shown in Equations 13 and 14.

Figure pat00056
Figure pat00056

Figure pat00057
Figure pat00057

Figure pat00058
Figure pat00058

Figure pat00059
Figure pat00059

예측 단계와 보정 단계에서 상태변수 벡터의 평균 제곱 오차(Mean Square Error, MSE)는 수학식 15, 16과 같다.The mean square error (MSE) of the state variable vector in the prediction step and the calibration step is expressed by Equations 15 and 16.

Figure pat00060
Figure pat00060

Figure pat00061
Figure pat00061

여기서 tr은 행렬의 대각합(trace)를 뜻하고, 상태변수 벡터의 평균 제곱 오차는 오차 공분산 행렬의 대각합과 같다.Here, tr means the diagonal trace of the matrix, and the mean square error of the state variable vector is the same as the diagonal sum of the error covariance matrix.

칼만 필터 알고리즘은 예측 단계와 보정 단계에서 각각 상태변수 벡터 추정 값의 평균 제곱 오차를 최소화하는 것을 목적으로 유도된 계산식에 따라 추정을 수행한다.The Kalman filter algorithm performs estimation according to a calculation formula derived for the purpose of minimizing the mean square error of the estimated value of the state variable vector in the prediction step and the calibration step, respectively.

예측 단계는 연역적 상태변수 예측 및 예측 오차 공분산 계산으로 이루어진다.The prediction step consists of a priori state variable prediction and prediction error covariance calculation.

연역적 상태변수 예측은 수학식 17과 같고, 이전 시간 k-1에서 추정한 상태변수 벡터 추정 값

Figure pat00062
로부터 현재 시간 k의 상태변수 벡터 예측 값
Figure pat00063
을 계산한다.The a priori state variable prediction is as Equation 17, and the state variable vector estimated value estimated at the previous time k-1
Figure pat00062
state variable vector predicted value at current time k from
Figure pat00063
to calculate

Figure pat00064
Figure pat00064

이에 대한 상태변수 벡터 예측 값에 대한 오차 공분산은 수학식 18과 같이 계산할 수 있다.For this, the error covariance of the predicted value of the state variable vector can be calculated as in Equation (18).

Figure pat00065
Figure pat00065

보정 단계는 측정데이터의 예측 오차 계산, 최적 칼만 이득 계산, 귀납적 상태변수 보정, 보정 오차 공분산 계산으로 이루어진다.The correction step consists of calculating the prediction error of the measured data, calculating the optimal Kalman gain, correcting the inductive state variable, and calculating the correction error covariance.

측정데이터의 예측 오차

Figure pat00066
는 수학식 (19)와 같이 계산된다.Prediction error of measurement data
Figure pat00066
is calculated as in Equation (19).

Figure pat00067
Figure pat00067

최적 칼만 이득

Figure pat00068
는 측정데이터의 예측 오차에 의한 보정의 가중치를 의미하며 수학식 20과 같이 계산된다.Optimal Kalman Gain
Figure pat00068
denotes a weight of correction due to the prediction error of the measurement data and is calculated as in Equation 20.

Figure pat00069
Figure pat00069

귀납적 상태변수 보정은 상태변수 벡터 예측 값

Figure pat00070
에 측정데이터의 예측 오차를 이용한 보정을 수행하여 최종 추정 값
Figure pat00071
를 구하는 방식으로 이루어지며, 수학식 21과 같이 계산된다.Inductive state variable correction is a state variable vector predicted value
Figure pat00070
The final estimated value by performing correction using the prediction error of the measured data
Figure pat00071
, and is calculated as in Equation 21.

Figure pat00072
Figure pat00072

보정된 최종 상태변수 벡터 추정 값

Figure pat00073
에 대한 오차 공분산
Figure pat00074
는 수학식 22와 같이 계산되며, 그 값은 시간 k+1에서의 예측단계에서 사용된다.Corrected final state variable vector estimate
Figure pat00073
error covariance for
Figure pat00074
is calculated as in Equation 22, and its value is used in the prediction step at time k+1.

Figure pat00075
Figure pat00075

이어, 기여도 계산부(52)는 칼만 필터 알고리즘 생성부(51)에 의해 생성된 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 주파수 추종에 대한 기여도를 계산한다(60). Next, the contribution calculation unit 52 calculates the contribution to the frequency tracking by using the Kalman filter algorithm generated by the Kalman filter algorithm generation unit 51 ( 60 ).

국내 전국계통 대상으로 제안하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법을 적용한 예를 설명한다. An example of applying the regional frequency tracking contribution calculation method proposed for the domestic nationwide system will be described.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 데이터의 동요 방정식 충족 예를 나타낸 도면이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 벡터의 시간에 따른 데이터를 정규화한 예를 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 행렬의 시간에 따른 데이터를 나타낸 도면이며, 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 결과를 나타낸 도면이며, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 응동량 증가시 계통 주파수를 나타낸 도면이며, 도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 응동량 증가시 계통 주파수(확대)를 나타낸 도면이며, 도 11 은 케이스별 사고 발생시 계통 주파수 변화를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram showing an example of satisfying the fluctuation equation of frequency data according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing an example of normalizing data of a measurement vector over time according to an embodiment of the present invention, 7 is a diagram illustrating data over time of an output matrix according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a diagram illustrating a frequency tracking contribution calculation result by region according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram illustrating the present invention It is a diagram showing the system frequency when the response amount by region increases according to an embodiment of the present invention, FIG. 10 is a diagram showing the system frequency (enlarged) when the response amount by region increases according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a case-specific accident It is a diagram showing the system frequency change when it occurs.

국내 전국계통을 서울·경기, 인천, 강원, 충청, 전라, 경상의 6개 지역으로 구분하였다. 국내 전력계통에서 10초에 신고리 #3 발전기(1,400MW) 탈락 사고가 발생했을 때, 칼만 필터 알고리즘에 필요한 데이터를 구하였다. The domestic system was divided into six regions: Seoul/Gyeonggi, Incheon, Gangwon, Chungcheong, Jeolla, and Gyeongsang. When the Shin-Kori #3 generator (1,400MW) dropped out in 10 seconds in the domestic power system, the data required for the Kalman filter algorithm was obtained.

수학식 6을 기반으로 하여 칼만 필터 알고리즘을 구성하기 위해서는 계통 주파수 변화량

Figure pat00076
와 지역별 추정 가속에너지 데이터가 필요하다. To construct the Kalman filter algorithm based on Equation 6, the amount of systematic frequency change
Figure pat00076
and estimated acceleration energy data for each region are required.

페이저 측정기(10)로 취득한 주파수는 계통 구성에 따라 모선마다 그 값이 다르다. 따라서 단일 모선에서 측정한 주파수는 계통 전체의 기계적 입력 및 전기적 출력에 대해 동요방정식을 충족하지 못한다.The frequency acquired by the phasor measuring instrument 10 has a different value for each bus according to the system configuration. Therefore, the frequency measured from a single bus does not satisfy the perturbation equation for the mechanical input and electrical output of the whole system.

칼만 필터 알고리즘을 구성할 때 하나의 대표 주파수 데이터가 필요하다. 이를 위해 계통 주파수를 사용할 수 있다. 계통 주파수(

Figure pat00077
)란 전체 전력계통을 대표할 수 있는 주파수를 의미한다.When constructing the Kalman filter algorithm, one representative frequency data is required. For this purpose, the grid frequency can be used. grid frequency (
Figure pat00077
) means a frequency that can represent the entire power system.

지역별 최대 용량 발전기 모선의 주파수를 측정하여 계통 주파수를 계산한다.

Figure pat00078
번째 지역 최대 용량 발전기 모선에서 측정한 주파수 데이터를
Figure pat00079
[Hz],
Figure pat00080
번째 지역 최대 용량 발전기의 용량를
Figure pat00081
[MVA]라고 하면, 계통 주파수를 수학식 23과 같이 계산할 수 있다.Calculate the grid frequency by measuring the frequency of the maximum capacity generator bus in each region.
Figure pat00078
Frequency data measured from the largest capacity generator bus in the second area
Figure pat00079
[Hz],
Figure pat00080
The capacity of the second regional maximum capacity generator
Figure pat00081
Referring to [MVA], the system frequency can be calculated as in Equation 23.

Figure pat00082
Figure pat00082

이 때, 지역별 주파수 측정 발전기 모선 및 해당 발전기 용량은 표 2와 같다.At this time, the frequency measurement generator bus by region and the corresponding generator capacity are shown in Table 2.

지역area 발전기generator

Figure pat00083
[MVA]
Figure pat00083
[MVA] 서울·경기Seoul/Gyeonggi 위례 열병합 #1Wirye Cogeneration #1 476476 인천Incheon 영흥 #5Yeongheung #5 1,0461,046 강원Gangwon 삼척 #1Samcheok #1 1,2301,230 충청Chungcheong 태안 #9Taean #9 1,2541,254 전라Jeolla 한빛 #1Hanbit #1 1,2841,284 경상minor 한울 #4Hanul #4 1,2201,220

도 5의 (a)는 삼천포 #1 발전기 모선에서 측정한 주파수와 전국 발전기의 총 기계적 입력 및 전기적 출력을 비교한 것이며 (b)는 계통 주파수와 전국 발전기의 총 기계적 입력 및 전기적 출력을 비교한 것이다. 수학식 1의 동요방정식에 의하면 주파수의 변화율이 0인 경우 기계적 입력과 전기적 출력의 값이 같아야 한다.Figure 5 (a) is a comparison of the frequency measured in Samcheonpo #1 generator bus and the total mechanical input and electrical output of the national generator, (b) is a comparison of the grid frequency and the total mechanical input and electrical output of the national generator . According to the fluctuation equation of Equation 1, when the rate of change of the frequency is 0, the values of the mechanical input and the electrical output should be the same.

도 5의 (a)에서 단일 모선에서 측정한 주파수는 동요방정식을 충족하지 않는 반면, (b)에서 계통 주파수는 동요방정식을 충족하는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the frequency measured from a single bus in (a) of FIG. 5 does not satisfy the fluctuation equation, whereas the system frequency in (b) satisfies the fluctuation equation.

발전기의 기계적 입력은 페이저 측정기(10)에서 측정할 수 없으므로 페이저 측정기(10)에서 취득한 주파수와 전력 출력 데이터로부터 기계적 입력을 계산할 수 있다. 동요방정식으로부터 지역별 기계적 입력은 수학식 24와 같이 계산할 수 있다.Since the mechanical input of the generator cannot be measured by the phasor measuring device 10 , the mechanical input can be calculated from the frequency and power output data acquired by the phasor measuring device 10 . From the fluctuation equation, the regional mechanical input can be calculated as in Equation 24.

여기서

Figure pat00084
는 지역
Figure pat00085
의 평균 관성정수[MJ/MW]이며 수학식 25와 같이 계산된다. 여기서
Figure pat00086
는 지역
Figure pat00087
에 속하는 발전기의 번호이며,
Figure pat00088
Figure pat00089
발전기의 용량[MVA]이고
Figure pat00090
Figure pat00091
발전기의 관성정수[MJ/MW]이다.here
Figure pat00084
is the area
Figure pat00085
is the average inertia constant of [MJ/MW] and is calculated as in Equation 25. here
Figure pat00086
is the area
Figure pat00087
is the number of generators belonging to
Figure pat00088
is
Figure pat00089
is the capacity of the generator [MVA]
Figure pat00090
is
Figure pat00091
It is the inertia constant of the generator [MJ/MW].

Figure pat00092
Figure pat00092

Figure pat00093
Figure pat00093

계산된 기계적 입력은 계통 주파수의 변화율 계산 과정에서 발생한 잡음을 포함하므로 칼만 필터를 적용하여 잡음을 제거할 수 있다. 이를 위한 칼만 필터 알고리즘의 시스템 모델은 수학식 26, 27과 같다. Since the calculated mechanical input includes the noise generated in the process of calculating the rate of change of the system frequency, the Kalman filter can be applied to remove the noise. The system model of the Kalman filter algorithm for this is shown in Equations 26 and 27.

Figure pat00094
Figure pat00094

Figure pat00095
Figure pat00095

지역별 추정 기계적 입력을

Figure pat00096
을 이용하여 지역별 추정 가속력, 추정 가속에너지를 수학식 28과 같이 계산할 수 있고, 이를 각각
Figure pat00097
,
Figure pat00098
라고 한다.Estimated mechanical input by region
Figure pat00096
Estimated acceleration force and estimated acceleration energy for each region can be calculated as in Equation 28 using
Figure pat00097
,
Figure pat00098
It is said

Figure pat00099
Figure pat00099

지역별 주파수추종 기여도를 수학식 6과 같이 표현할 수 있을 때, 이를 추정하기 위한 칼만 필터 알고리즘 시스템 모델은 수학식 29, 30과 같다.When the regional frequency tracking contribution can be expressed as in Equation 6, the Kalman filter algorithm system model for estimating it is as Equations 29 and 30.

Figure pat00100
Figure pat00100

Figure pat00101
Figure pat00101

추정의 대상이 되는 상태변수 벡터

Figure pat00102
는 지역별 주파수추종 기여도
Figure pat00103
로 구성된다. 전국계통을 6개 지역으로 구분하였으므로 상태변수 벡터는 6×1 행렬이다.State variable vector to be estimated
Figure pat00102
is the regional frequency tracking contribution
Figure pat00103
is composed of Since the national system is divided into 6 regions, the state variable vector is a 6×1 matrix.

상태 행렬

Figure pat00104
는 6×6 행렬로, 시간에 따른 상태변수 벡터의 변화를 표현하며, 이를 단위행렬로 설정하여 주파수추종 기여도의 예측에 있어 시간에 따른 변화가 없다고 가정한다.state matrix
Figure pat00104
is a 6×6 matrix, which expresses the change of the state variable vector with time, and sets it as an identity matrix to assume that there is no change with time in the prediction of the frequency-following contribution.

시스템 잡음

Figure pat00105
은 6×1 행렬로,
Figure pat00106
는 지역별 주파수추종 기여도
Figure pat00107
에 대한 잡음으로 지역별 주파수추종 기여도의 예측 단계에 작용한다. 시스템 잡음의 공분산 행렬
Figure pat00108
는 6×6 행렬로, 수학식 31과 같이 파라미터
Figure pat00109
를 대각 성분으로 갖는다.system noise
Figure pat00105
is a 6×1 matrix,
Figure pat00106
is the regional frequency tracking contribution
Figure pat00107
It acts on the prediction stage of the frequency tracking contribution by region as noise for . Covariance Matrix of System Noise
Figure pat00108
is a 6×6 matrix, and is a parameter as shown in Equation 31.
Figure pat00109
has as a diagonal component.

Figure pat00110
Figure pat00110

측정 벡터

Figure pat00111
는 1×1 행렬로, 계통 주파수
Figure pat00112
의 변화량
Figure pat00113
이며 기준 주파수인 60Hz에서 벗어난 값을 의미한다. measurement vector
Figure pat00111
is a 1×1 matrix, where the system frequency
Figure pat00112
change in
Figure pat00113
and means a value out of the reference frequency of 60Hz.

도 6은 측정 벡터

Figure pat00114
의 시간에 따른 데이터를 나타낸 것으로, 최종 값이 1이 되도록 정규화(Normalize)하였다.6 is a measurement vector
Figure pat00114
It shows the data according to time, and it was normalized so that the final value is 1.

출력 행렬

Figure pat00115
는 1×6 행렬로, 수학식 6을 나타내는 행렬이다. 지역별 추정 가속에너지
Figure pat00116
와 지역별 주파수추종 기여도
Figure pat00117
를 통해 계통 주파수의 변화를 나타낸다.output matrix
Figure pat00115
is a 1×6 matrix, which is a matrix represented by Equation (6). Estimated Acceleration Energy by Region
Figure pat00116
and frequency tracking contribution by region
Figure pat00117
represents the change in the system frequency through

도 7은 출력 행렬

Figure pat00118
의 시간에 따른 데이터를 나타낸 것으로, 각각 같은 값으로 정규화하였다.7 is an output matrix
Figure pat00118
data over time, each normalized to the same value.

측정 잡음

Figure pat00119
은 1×1 행렬이므로 측정 잡음의 공분산 행렬
Figure pat00120
또한 1×1 행렬로, 하나의 파라미터
Figure pat00121
을 갖는다.measurement noise
Figure pat00119
is a 1×1 matrix, so the covariance matrix of the measurement noise
Figure pat00120
Also a 1×1 matrix, one parameter
Figure pat00121
has

위 데이터에 대해 칼만 필터 알고리즘을 적용하여 지역별 주파수추종 기여도 추정을 수행하고, 그 값이 수렴하도록 추정을 반복 수행한다.The Kalman filter algorithm is applied to the above data to estimate the regional frequency tracking contribution, and the estimation is repeatedly performed so that the value converges.

도 8과 표 3은 해당 데이터 셋에 대해 추정 과정을 70회 반복하여 지역별 주파수추종 기여도가 수렴한 결과 및 지역별 순위를 나타낸 것이다. 8 and Table 3 show the results of the convergence of regional frequency tracking contributions by repeating the estimation process 70 times for the data set and the regional rankings.

지역area 주파수추종 기여도Frequency tracking contribution 순위ranking 서울,경기Seoul, Gyeonggi 0.48860.4886 1One 전라Jeolla 0.27380.2738 22 충청Chungcheong 0.10500.150 33 인천Incheon 0.04210.0421 44 강원Gangwon 0041500415 55 경상minor 0.02930.0293 66

동일한 사고에 대하여 발전기의 드룹계수를 조정하여 지역별로 응동량을 35MW씩 증가시키고, 주파수 최저점의 상승폭을 비교하였다.For the same accident, by adjusting the droop coefficient of the generator, the response amount was increased by 35 MW by region, and the rise of the lowest frequency was compared.

도 9는 지역별 응동량 35MW 증가 시 계통 주파수의 변화를 나타낸 것이고, 도 10은 이를 확대한 것이다.9 shows the change of the system frequency when the response amount of each region increases by 35 MW, and FIG. 10 is an enlarged view of this.

표 4는 지역별 응동량 35MW 증가 시 계통 주파수의 최저점 및 응동량을 증가시키지 않은 경우 대비 주파수 최저점 상승폭 및 그 순위를 나타낸 것이다.Table 4 shows the increase of the lowest point of the system frequency and the increase of the lowest point of the system frequency compared to the case where the response amount is not increased when the response amount is increased by 35MW by region.

응동량 증가 지역Area of increase in response 주파수 최저점
[Hz]
frequency trough
[Hz]
주파수 최저점 상승폭 [Hz]Frequency Lowest Rise [Hz] 순위ranking
증가하지 않음does not increase 59.922059.9220 -- -- 서울,경기Seoul, Gyeonggi 59.927259.9272 0.00520.0052 1One 전라Jeolla 59.926259.9262 0.00420.0042 22 충청Chungcheong 59.926059.9260 0.00400.0040 33 인천Incheon 59.925859.9258 0.00380.0038 44 강원Gangwon 59.925759.9257 0.00370.0037 55 경상minor 59.924859.9248 0.00240.0024 66

탈락한 발전기 용량(1,400MW) 대비 증가한 응동량(35MW)이 작기 때문에 주파수 최저점 상승폭이 작지만 지역별로 차이가 있다.Since the increased response amount (35MW) is small compared to the dropped generator capacity (1,400MW), the increase in the frequency lowest point is small, but there is a difference by region.

지역별 주파수추종 기여도 순위와 지역별 응동량 증가 시 계통 주파수 최저점 상승폭 순위를 비교해보았을 때 동일한 순위가 나타났다.The same ranking was found when comparing the regional frequency tracking contribution ranking and the system frequency lowest point increase when the response amount increased by region.

따라서 사고 발생시 제안하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법을 통해 지역별 주파수추종 기여도를 산정하여 계통 주파수 회복, 특히 주파수 최저점에 기여하는 정도를 평가할 수 있다.Therefore, it is possible to evaluate the contribution to the system frequency recovery, especially the lowest frequency, by calculating the regional frequency tracking contribution through the proposed regional frequency tracking contribution calculation method in the event of an accident.

한편, 표 3에서의 지역별 주파수추종 기여도 순위에 따르면 서울·경기 지역의 주파수추종 기여도가 가장 높고, 경상 지역의 주파수추종 기여도가 가장 낮게 나타난다. Meanwhile, according to the regional frequency tracking contribution rankings in Table 3, the Seoul and Gyeonggi regions have the highest frequency tracking contribution and the Gyeongsang region have the lowest frequency tracking contribution.

서울·경기 지역과 경상 지역의 주파수추종 기여도가 주파수 회복에 미치는 영향을 확인하기 위하여 해당 지역 발전기의 드룹계수를 조정하여 응동량을 증가시켜 동일한 주파수 응답을 보이는 Case를 비교하였다.In order to check the effect of the frequency tracking contribution of the Seoul/Gyeonggi region and the Gyeongsang region on the frequency recovery, the cases showing the same frequency response by adjusting the droop coefficient of the generator in the region to increase the response amount were compared.

Case 1: 초기 설정 상태Case 1: Initial setting state

Case 2: 서울·경기 지역에서 주파수추종 응답량 68.68MW 추가 투입하도록 설정Case 2: Set to add 68.68MW of frequency tracking response in Seoul/Gyeonggi area

Case 3: 경상 지역에서 주파수추종 응답량 112.08MW 추가 투입하도록 설정Case 3: Set to add 112.08MW of frequency tracking response in Gyeongsang area

세 가지 Case에 대하여 주파수 최저점과 1차 회복 주파수는 도 11과 표 5와 같다.For the three cases, the lowest frequency and the first recovery frequency are shown in FIG. 11 and Table 5.

Case 1Case 1 Case 2Case 2 Case 3Case 3

Figure pat00122
[Hz]
Figure pat00122
[Hz] 59.849259.8492 59.8586
(+0.0094)
59.8586
(+0.0094)
59.8587
(+0.0095)
59.8587
(+0.0095)
Figure pat00123
[Hz]
Figure pat00123
[Hz]
59.904059.9040 59.9099
(+0.0059)
59.9099
(+0.0059)
59.9120
(+0.0080)
59.9120
(+0.0080)

Case 2와 3에서는 각각 서울·경기 지역과 경상 지역에서 주파수추종 응동량이 증가하도록 설정하였으므로 초기 설정 상태인 Case 1에 비하여 주파수 최저점과 1차 회복 주파수가 모두 상승한 것을 확인할 수 있다.In Cases 2 and 3, since the frequency-following response was set to increase in the Seoul/Gyeonggi and Gyeongsang regions, respectively, it can be seen that both the lowest frequency and the primary recovery frequency increased compared to Case 1, which is the initial setting state.

Case 2와 3에서 주파수 최저점은 각각 0.0094Hz, 0.0095Hz 상승하여 거의 동일한 상승폭을 보였다.In Cases 2 and 3, the frequency lowest point rose by 0.0094 Hz and 0.0095 Hz, respectively, showing almost the same rise.

Case 2에서 서울·경기 지역의 주파수추종 응답량은 68.68MW 증가하였고, Case 3에서 경상 지역의 주파수추종 응답량은 112.08MW 증가하였다.In Case 2, the frequency tracking response in the Seoul and Gyeonggi regions increased by 68.68MW, and in Case 3, the frequency tracking response in the Gyeongsang region increased by 112.08MW.

34.60MW의 추가 주파수추종 응답량 차이에도 불구하고 주파수 최저점이 동일하므로 경상 지역보다 서울·경기 지역의 주파수추종 응답량이 주파수 회복에 더 큰 기여도를 갖는다고 판단할 수 있다.Despite the difference in the additional frequency tracking response of 34.60MW, the frequency lowest point is the same, so it can be judged that the frequency tracking response in the Seoul and Gyeonggi regions has a greater contribution to frequency recovery than in the Gyeongsang region.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법은 전력계통의 발전 동적 특성을 측정할 수 있는 페이저 측정기(10)의 효율성을 제고하고, 이를 반영하여 발전기의 주파수추종 운전에 대한 지역별 기여도를 평가하도록 한다.As described above, the apparatus and method for calculating the contribution of regional frequency tracking according to an embodiment of the present invention improve the efficiency of the phasor measurer 10 capable of measuring the power generation dynamic characteristics of the power system, and reflect this to drive the frequency tracking of the generator to evaluate the regional contribution to

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치 및 방법은 지역별 주파수추종 기여도를 기반으로 발전원 구성을 계획하여 사고 발생시 주파수 안정도를 향상시키도록 한다. In addition, the apparatus and method for calculating regional frequency tracking contribution according to an embodiment of the present invention plan the configuration of a power generation source based on regional frequency tracking contribution to improve frequency stability in case of an accident.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 지역별 주파수추종 기역도 산정 장치 및 방법은 지역별 주파수추종 기여도를 기반으로 주파수조정예비력을 계획하여 예비력 확보량 절감 및 예비력 구입비 절감이 가능하도록 한다.In addition, the apparatus and method for calculating the frequency following frequency by region according to an embodiment of the present invention makes it possible to reduce the amount of reserve and reduce the purchase cost of the reserve by planning the frequency adjustment reserve based on the contribution of frequency following by region.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary and those skilled in the art to which the art pertains can make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. will understand Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

10: 페이저 측정기
20: 계통 주파수 계산부
30: 기계적 입력 추정부
40: 가속에너지 계산부
50: 기여도 검출부
51: 칼만 필터 알고리즘 생성부
52: 기여도 계산부
10: phasor meter
20: system frequency calculation unit
30: mechanical input estimator
40: acceleration energy calculation unit
50: contribution detection unit
51: Kalman filter algorithm generating unit
52: contribution calculator

Claims (14)

각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력을 취득하는 페이저 측정기;
상기 모선 주파수로부터 계통 주파수를 계산하는 계통 주파수 계산부;
상기 계통 주파수와 전기적 출력으로부터 지역별 기계적 입력을 추정하는 기계적 입력 추정부;
상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 가속에너지 계산부; 및
상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 토대로 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 기여도 검출부를 포함하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.
a phasor meter that acquires the bus frequency and electrical output of each generator;
a grid frequency calculator for calculating a grid frequency from the bus frequency;
a mechanical input estimator for estimating a regional mechanical input from the system frequency and electrical output;
an acceleration energy calculation unit for calculating regional acceleration force and regional acceleration energy from the deviation of the mechanical input and the electrical output; and
and a contribution detection unit configured to detect a contribution to frequency tracking based on the change amount of the system frequency and the acceleration energy for each region.
제 1 항에 있어서, 상기 계통 주파수 계산부는
상기 모선 주파수와 상기 발전기의 용량으로부터 상기 계통 주파수를 계산하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.
The method of claim 1, wherein the system frequency calculator
Frequency tracking contribution calculation device for each region, characterized in that calculating the grid frequency from the bus frequency and the capacity of the generator.
제 1 항에 있어서, 상기 기여도 검출부는
칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.
The method of claim 1, wherein the contribution detection unit
A frequency tracking contribution calculation device for each region, characterized in that the contribution to the frequency tracking is detected by using a Kalman filter algorithm.
제 3 항에 있어서, 상기 칼만 필터 알고리즘은 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지로 생성되는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.[4] The apparatus of claim 3, wherein the Kalman filter algorithm is generated from the change amount of the system frequency and the acceleration energy for each region. 제 1 항에 있어서, 상기 가속에너지 계산부는
상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 상기 지역별 가속력을 계산하고, 상기 지역별 가속력을 누적하여 상기 지역별 가속에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추정 기여도 산정 장치.
The method of claim 1, wherein the acceleration energy calculation unit
and calculating the regional acceleration force from the deviation of the mechanical input and the electrical output, and accumulating the regional acceleration force to calculate the regional acceleration energy.
제 1 항에 있어서, 상기 기여도 검출부는
상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 칼만 필터 알고리즘 생성부; 및
상기 칼만 필터 알고리즘으로부터 각 지역별로 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 계산하는 기여도 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.
The method of claim 1, wherein the contribution detection unit
a Kalman filter algorithm generator for generating a Kalman filter algorithm by using the change amount of the system frequency and the regional acceleration energy; and
and a contribution calculation unit for calculating a contribution to the frequency tracking for each region from the Kalman filter algorithm.
제 6 항에 있어서, 상기 칼만 필터 알고리즘 생성부는 상기 칼만 필터 알고리즘에 사용할 데이터의 길이를 결정하여 정규화하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.The apparatus of claim 6, wherein the Kalman filter algorithm generator determines and normalizes the length of data to be used in the Kalman filter algorithm. 페이저 측정기가 각 발전기의 모선 주파수와 전기적 출력을 취득하는 단계;
계통 주파수 계산부가 상기 모선 주파수로부터 계통 주파수를 계산하는 단계;
기계적 입력 추정부가 상기 계통 주파수와 전기적 출력으로부터 지역별 기계적 입력을 추정하는 단계;
가속에너지 계산부가 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 단계; 및
기여도 검출부가 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 토대로 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 단계를 포함하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법.
obtaining, by a phasor meter, a bus frequency and an electrical output of each generator;
calculating, by a grid frequency calculator, a grid frequency from the bus frequency;
estimating, by a mechanical input estimator, a regional mechanical input from the system frequency and electrical output;
calculating, by an acceleration energy calculator, an acceleration force for each region and an acceleration energy for each region from the deviation between the mechanical input and the electrical output; and
and detecting, by a contribution detection unit, a degree of contribution to frequency tracking based on the amount of change in the system frequency and the acceleration energy for each region.
제 8 항에 있어서, 상기 계통 주파수를 계산하는 단계에서,
상기 계통 주파수 계산부는 상기 모선 주파수와 상기 발전기의 용량으로부터 상기 계통 주파수를 계산하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법.
The method of claim 8, wherein in the step of calculating the grid frequency,
The grid frequency calculator calculates the grid frequency from the bus frequency and the capacity of the generator.
제 8 항에 있어서, 상기 기여도를 검출하는 단계에서,
상기 기여도 검출부는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 검출하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 장치.
The method of claim 8, wherein in the step of detecting the contribution,
and the contribution detection unit detects the contribution to the frequency tracking by using a Kalman filter algorithm.
제 10 항에 있어서, 상기 칼만 필터 알고리즘은
계통 주파수 변화량과 지역별 가속에너지 데이터로 생성되는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법.
11. The method of claim 10, wherein the Kalman filter algorithm is
A method of calculating the contribution of frequency tracking by region, characterized in that it is generated from system frequency change amount and regional acceleration energy data.
제 8 항에 있어서, 상기 지역별 가속력 및 지역별 가속에너지를 계산하는 단계에서,
상기 가속에너지 계산부는 상기 기계적 입력과 상기 전기적 출력의 편차로부터 상기 지역별 가속력을 계산하고, 상기 지역별 가속력을 누적하여 상기 지역별 가속에너지를 계산하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추정 기여도 산정 방법.
The method of claim 8, wherein in the step of calculating the regional acceleration force and the regional acceleration energy,
The acceleration energy calculation unit calculates the regional acceleration force from the deviation of the mechanical input and the electrical output, and accumulates the regional acceleration force to calculate the regional acceleration energy.
제 8 항에 있어서, 상기 기여도를 검출하는 단계는
칼만 필터 알고리즘 생성부가 상기 계통 주파수의 변화량과 상기 지역별 가속에너지를 이용하여 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 단계; 및
기여도 계산부가 상기 칼만 필터 알고리즘으로부터 각 지역별로 상기 주파수 추종에 대한 기여도를 계산하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법.
The method of claim 8, wherein the detecting of the contribution
generating, by a Kalman filter algorithm generating unit, a Kalman filter algorithm by using the change amount of the system frequency and the acceleration energy for each region; and
A method for calculating the contribution to frequency tracking by region, characterized in that the contribution calculator calculates the contribution to the frequency tracking for each region from the Kalman filter algorithm.
제 13 항에 있어서, 상기 칼만 필터 알고리즘을 생성하는 단계에서,
상기 칼만 필터 알고리즘 생성부는 상기 칼만 필터 알고리즘에 사용할 데이터의 길이를 결정하여 정규화하는 것을 특징으로 하는 지역별 주파수추종 기여도 산정 방법.
14. The method of claim 13, wherein in generating the Kalman filter algorithm,
The Kalman filter algorithm generator determines the length of data to be used in the Kalman filter algorithm and normalizes the data length.
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