KR20230037336A - System and Method for Estimating Non Linear P-Q Droop Curve Based on Kalman Filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전압 안정도 향상에 관한 것으로, 구체적으로 실효전압 변동이 0이 되기위한 유효전력-무효전력 관계를 산출하여 재생에너지 출력변동에 의해 발생하는 연계 전력계통의 전압 변동을 최소화할 수 있도록 한 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to voltage stability improvement, and specifically, by calculating an active power-reactive power relationship for an effective voltage fluctuation to be zero, it is possible to minimize voltage fluctuations in a connected power system caused by renewable energy output fluctuations. An apparatus and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a filter algorithm.
친환경 에너지 대전환의 핵심 위치에 있는 전력계통은 에너지 대전환과 다변화의 영향을 최전방에서 겪게 되며, 배터리 기반의 에너지저장장치(ESS) 등 기존의 전력계통 구성 요소와 확연히 다른 새로운 기기의 등장은 변화의 초기 단계인 현재에도 전력계통에 매우 큰 도전으로 다가오고 있다.The power system, which is at the core of the eco-friendly energy transition, will experience the impact of the energy transition and diversification at the forefront, and the emergence of new devices that are significantly different from existing power system components, such as battery-based energy storage systems (ESS), is at the beginning of the change. Even at the present stage, it is approaching as a very big challenge for the power system.
일례로, 원동기에 의해 구동되는 기존의 발전기와 달리, 재생에너지를 이용하는 대부분의 발전기 출력은 날씨 등 주변 환경에 의해 결정된다. 이로 인한 재생에너지 발전기의 간헐적 출력 특성은 연계된 전력계통의 전압 동요를 유발할 수 있으며, 수요지와 인접한 분산형 전원으로 연계되는 재생에너지의 특성은 이러한 문제를 더욱 심각하게 한다.For example, unlike existing generators driven by prime movers, most generators using renewable energy are determined by environmental conditions such as weather. Due to this, the intermittent output characteristics of renewable energy generators can cause voltage fluctuations in the connected power system, and the characteristics of renewable energy linked to distributed power sources adjacent to demand points make this problem more serious.
배전계통의 전압 동요 문제는 재생에너지가 연계 모선(PCC: point of common coupling)의 전압을 일정하게 제어하도록 운영하여 완화할 수도 있으나, 현재의 계통 접속 규정은 계통 운영 사업자에게만 계통 전압 제어 권한을 부여하여 개별 재생에너지의 전압 제어를 허용하지 않는다.The problem of voltage fluctuations in the distribution grid can be mitigated by operating renewable energy to control the voltage of the point of common coupling (PCC) constantly, but current grid connection regulations give grid voltage control authority only to grid operators. Therefore, voltage control of individual renewable energy is not allowed.
한편, 계통 접속 규정과는 별도로, 개별 재생에너지의 직접적인 전압 제어는 복수의 재생에너지 간 제어 간섭 등으로 인한 위험이 존재하므로, 신중한 접근이 필요하다.On the other hand, apart from grid connection regulations, direct voltage control of individual renewable energy is dangerous due to control interference between multiple renewable energy sources, so a cautious approach is required.
현재까지, 친환경 에너지 대전환 과정에서 예상되는 전력계통에서의 기술적 어려움을 극복하고 재생에너지의 수용성을 극대화하기 위한 다양한 연구가 진행되었다.Until now, various studies have been conducted to overcome the technical difficulties in the electric power system expected in the course of a great transition to eco-friendly energy and to maximize the acceptability of renewable energy.
먼저, 전체 전력계통의 조류 해석을 기반으로 한 Q-V 드룹 곡선 갱신을 통해 전압변동을 완화한 연구가 있는데, 이는 전력계통 운영자가 분산전원에 직접 지령을 내릴 수 있는 권한이 필요하며, 동시에 빈번한 전력계통 해석을 위한 막대한 연산자원 투입이 필요하여 소규모 독립전력생산자(IPP: independent power producer)의 자유로운 시장 진입을 허용할 수 없다.First, there is a study in which voltage fluctuations are mitigated by updating the Q-V droop curve based on the current analysis of the entire power system. It requires enormous input of operational resources for analysis, so free market entry of small-scale independent power producers (IPPs) cannot be allowed.
또한, 3상 불평형 배전계통에서의 전압안정도에 대한 분산전원 연계 영향 연구가 있는데, 계획단계에서 적용 가능한 기술로 운영 적용은 부적절하다.In addition, there is a study on the impact of distributed power supply on voltage stability in a three-phase unbalanced distribution system, but it is inappropriate to apply operation as a technology that can be applied in the planning stage.
한편, 재생에너지의 투입량을 드룹을 통해 제어하고 이를 기존 동기 발전기 제어와 비교한 연구가 있는데, 이는 사전에 설정된 드룹 계수를 이용하므로, 투입되는 분산전원의 수와 위치에 따라 매번 전력계통을 다시 해석하여 드룹 계수를 세팅해야 하는 등 현실 적용이 어렵다.On the other hand, there is a study that controls the input amount of renewable energy through droop and compares it with conventional synchronous generator control. This uses a preset droop coefficient, so the power system is reanalyzed every time according to the number and location of distributed power sources input. Therefore, it is difficult to apply in reality, such as setting the droop coefficient.
전체 운영 시스템에 의존하지 않고 각 분산전원에서 개별적으로 최적의 드룹 계수를 산출 하는 연구도 있으나, 전압을 직접 측정하여 Q-V 드룹에 의해 무효전력을 제어하는 물리적 시스템이 기존과 동일하여, 그 성능은 기존 기술의 한계를 벗어날 수없다.There is also a study that calculates the optimal droop coefficient individually for each distributed power source without depending on the entire operating system. You cannot escape the limits of technology.
따라서, 재생에너지 출력변동에 의해 발생하는 연계 전력계통의 전압 변동을 최소화할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a new technology capable of minimizing the voltage fluctuation of the connected power system caused by the output fluctuation of renewable energy.
본 발명은 종래 기술의 전압 안정도 향상 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실효전압 변동이 0이 되기위한 유효전력-무효전력 관계를 산출하여 재생에너지 출력변동에 의해 발생하는 연계 전력계통의 전압 변동을 최소화할 수 있도록 한 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the voltage stability improvement technology of the prior art, and calculates the active power-reactive power relationship for the effective voltage fluctuation to be zero, thereby reducing the voltage fluctuation of the connected power system caused by the output fluctuation of renewable energy. Its purpose is to provide a device and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm that can be minimized.
본 발명은 기존의 Q-V 드룹 제어와는 다른 새로운 P-Q 드룹 제어를 통하여 직접 측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하는 것에 의해 전압측정 오차에 의한 과도한 무효전력 투입과 이로 인한 전압 불안정 현상을 해결할 수 있도록 한 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention does not use the directly measured voltage for control through the new P-Q droop control, which is different from the existing Q-V droop control, and controls the reactive power optimized for the amount of active power input, thereby controlling excessive reactive power due to voltage measurement error. Its purpose is to provide a device and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm that can solve input and voltage instability caused by it.
본 발명은 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하므로 계통 운영자만이 갖는 계통 전압 제어 권한을 침해하지 않도록 한 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is not involved in voltage fluctuations due to load fluctuations or output fluctuations of other distributed power sources, and offsets only voltage fluctuations caused by output fluctuations of the distributed power sources themselves, so that the grid operator's authority to control the grid voltage is not violated. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for algorithm-based nonlinear P-Q droop curve estimation.
본 발명은 P-Q 드룹 곡선은 분산전원의 연계점에서 측정된 유.무효전력과 전압을 기반으로 산출되며, 측정 과정에서 필연적으로 노출되는 노이즈의 효과적인 제거가 가능하도록 한 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In the present invention, the P-Q droop curve is calculated based on the active/reactive power and voltage measured at the connection point of the distributed power supply, and the nonlinear P-Q droop based on the Kalman filter algorithm enables effective removal of noise inevitably exposed during the measurement process. Its purpose is to provide an apparatus and method for curve estimation.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치는 분산전원의 연계점에서 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부;측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산부;유효/무효 전력 계산부에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정부;유효/무효 전력 계산부에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정부;유효전력-전압 관계 추정부 및 무효전력-전압 관계 추정부의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, an apparatus for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention includes a voltage/current measurement unit for measuring voltage and current at a linkage point of a distributed power supply; An active/reactive power calculation unit that calculates active and reactive power in order to control reactive power optimized for the input amount of active power without using it; Estimating an active power-voltage relationship using the calculation result in the active/reactive power calculation unit Active power-voltage relationship estimating unit; Reactive power-voltage relationship estimating unit for estimating the reactive power-voltage relationship using the calculation result in the active/reactive power calculation unit; Active power-voltage relationship estimating unit and reactive power-voltage Using the estimation results of the relationship estimation unit, non-linear P-Q droop curve estimation based on the Kalman filter algorithm that cancels only the voltage fluctuations caused by the output fluctuations of the distributed power sources without being involved in the voltage fluctuations caused by the load fluctuations or the output fluctuations of other distributed power sources. It is characterized in that it comprises a; active power-reactive power relationship estimator to.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 방법은 유.무효전력 균형을 통한 전압안정도 개선을 위하여, 분산전원의 연계점에서 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정 단계;측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산 단계;유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정 단계;유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정 단계;유효전력-전압 관계 추정 단계 및 무효전력-전압 관계 추정 단계의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve another object, a method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention measures voltage and current at a connection point of a distributed power source to improve voltage stability through active/reactive power balance. / Current measurement step; Active/reactive power calculation step of calculating active and reactive power in order to control reactive power optimized for active power input without using the measured voltage for control; Calculation in active/reactive power calculation step An active power-voltage relationship estimating step of estimating an active power-voltage relationship using a result; A reactive power-voltage relationship estimating step of estimating a reactive power-voltage relationship using a calculation result in the active/reactive power calculation step; Using the estimation results of the power-voltage relationship estimation step and the reactive power-voltage relationship estimation step, voltage fluctuations caused by load fluctuations or output fluctuations of other distributed power sources are not involved, and only voltage fluctuations caused by output fluctuations of the distributed power sources are offset. It is characterized by including; an active power-reactive power relationship estimating step of estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the apparatus and method for nonlinear P-Q droop curve estimation based on the Kalman filter algorithm according to the present invention have the following effects.
첫째, 실효전압 변동이 0이 되기위한 유효전력-무효전력 관계를 산출하여 재생에너지 출력변동에 의해 발생하는 연계 전력계통의 전압 변동을 최소화할 수 있도록 한다.First, the active power-reactive power relationship for real voltage fluctuation to be zero is calculated so as to minimize the voltage fluctuation of the connected power system caused by the output fluctuation of renewable energy.
둘째, Q-V 드룹 제어와는 다른 새로운 P-Q 드룹 제어를 통하여 직접 측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하는 것에 의해 전압측정 오차에 의한 과도한 무효전력 투입과 이로 인한 전압 불안정 현상을 해결할 수 있다.Second, through the new P-Q droop control, which is different from the Q-V droop control, the reactive power control optimized for the active power input amount is performed without using the directly measured voltage for control, resulting in excessive reactive power input due to voltage measurement error and this voltage instability caused by
셋째, 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하므로 계통 운영자만이 갖는 계통 전압 제어 권한을 침해하지 않도록 한다.Third, since voltage fluctuations caused by load fluctuations or output fluctuations of other distributed power sources are not involved, only voltage fluctuations caused by output fluctuations of the distributed power sources are offset, so that the grid operator's authority to control the grid voltage is not violated.
넷째, P-Q 드룹 곡선은 분산전원의 연계점에서 측정된 유.무효전력과 전압을 기반으로 산출되며, 측정 과정에서 필연적으로 노출되는 노이즈의 효과적인 제거가 가능하도록 한다.Fourth, the P-Q droop curve is calculated based on the measured active/reactive power and voltage at the connection point of the distributed power supply, and enables effective removal of noise that is inevitably exposed during the measurement process.
도 1은 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치의 구성도
도 2는 단일 분산전원 연계 5모선 배전계통 구성도
도 3은 실계통 데이터 기반의 독립 마이크로그리드 시스템 모델 구성도
도 4는 모선 9의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터 분포도
도 5는 도 4의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 2차원 평면 투사도
도 6은 모선 9 전압 변동 범위 ±0.001pu 이내를 만족하는 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 분포와 전압 변동 0을 만족 하는 유.무효전력 곡선(검정) 그래프
도 7은 모선 23의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터 분포도
도 8은 도 7의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 2차원 평면 투사도
도 9는 모선 23 전압 변동 범위 ±0.001pu 이내를 만족 하는 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 분포와 전압 변동 0을 만족 하는 유.무효전력 곡선(검정) 그래프
도 10은 모선 9(a, b) 및 23(c, d)에서의 비선형 드룹 제어에 의한 전압 안정도 개선을 나타낸 그래프
도 11은 모선 9 및 23 연계 복수 분산전원의 비선형 드룹 제어에 의한 전압 안정도 개선을 나타낸 그래프1 is a block diagram of an apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention.
2 is a configuration diagram of a 5-bus distribution system linked to a single distributed power source
3 is a block diagram of an independent microgrid system model based on real system data
Figure 4 is a distribution chart of acquisition (blue) and estimation (red) data of parent line 9
5 is a two-dimensional planar projection view of the acquired (blue) and estimated (red) data of FIG. 4;
6 is a graph of the distribution of acquired (blue) and estimated (red) data satisfying the voltage variation range of bus line 9 within ±0.001pu and the active/reactive power curve (black) satisfying the
7 is a distribution diagram of acquired (blue) and estimated (red) data of parent line 23
FIG. 8 is a two-dimensional planar projection view of the acquired (blue) and estimated (red) data of FIG. 7;
9 is a graph of the distribution of acquired (blue) and estimated (red) data satisfying the bus line 23 voltage fluctuation range within ±0.001pu and the active/reactive power curve (black) satisfying the
10 is a graph showing improvement in voltage stability by nonlinear droop control in busbars 9 (a, b) and 23 (c, d)
11 is a graph showing improvement in voltage stability by nonlinear droop control of multiple distributed power sources linked to buses 9 and 23;
이하, 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a device and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the apparatus and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on the Kalman filter algorithm according to the present invention will become clear through a detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention.
본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법은 실효전압 변동이 0이 되기위한 유효전력-무효전력 관계를 산출하여 재생에너지 출력변동에 의해 발생하는 연계 전력계통의 전압 변동을 최소화할 수 있도록 한 것이다.An apparatus and method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention calculates an active power-reactive power relationship so that an effective voltage fluctuation becomes zero, and the voltage of the connected power system generated by the output fluctuation of renewable energy This was done to minimize fluctuations.
특히, 본 발명은 Q-V 드룹 제어와는 다른 새로운 P-Q 드룹 제어를 통하여 직접 측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하는 것에 의해 전압측정 오차에 의한 과도한 무효전력 투입과 이로 인한 전압 불안정 현상을 해결할 수 있도록 한 것이다.In particular, the present invention does not use the directly measured voltage for control through the new P-Q droop control, which is different from the Q-V droop control, and controls the reactive power optimized for the amount of active power input, thereby controlling excessive reactive power due to voltage measurement error. This is to solve the voltage instability phenomenon caused by the input.
이를 위하여, 본 발명은 재생에너지의 간헐적 유효전력 출력변동에 따른 연계 모선의 전압 변동을 최소화하기 위한 구성들을 포함할 수 있다.To this end, the present invention may include configurations for minimizing the voltage fluctuation of the connection bus according to the intermittent active power output fluctuation of renewable energy.
본 발명은 순시 전압과 전류의 측정을 통해 유효전력과 무효전력을 산정하고, 실효전압을 산정하여, 실효전압과 유효/무효전력의 관계를 나타내는 분포데이터를 구성하는 과정을 포함할 수 있다.The present invention may include a process of calculating active power and reactive power through measurement of instantaneous voltage and current, calculating an effective voltage, and constructing distribution data representing a relationship between effective voltage and active/reactive power.
본 발명은 분포데이터에는 측정노이즈 및 부하의 변동에 따른 노이즈, 주변 분산전원의 변동에 의한 노이즈가 포함되므로, 이를 칼만필터 알고리즘을 통해 제거하는 구성을 포함할 수 있다.In the present invention, since the distribution data includes measurement noise, noise caused by load fluctuations, and noise caused by fluctuations in peripheral distributed power sources, it may include a configuration for removing them through a Kalman filter algorithm.
여기서, 칼만필터 알고리즘은 입력과 출력 데이터 간의 관계를 노이즈를 제거하여 추정하는데, 추정은 출력데이터에 크게 의존하며, 입력데이터와 노이즈 제거 효과가 동일하지는 않다. 따라서 본 발명에서 얻고자 하는 최종 산출물은 유효전력과 무효전력의 관계이므로, 중간 매개체로 실효전압을 사용하여 유효전력과 무효전력에 동일한 노이즈 제거 효과를 부여한다.Here, the Kalman filter algorithm estimates the relationship between input and output data by removing noise, but the estimation greatly depends on the output data, and the effect of removing noise is not the same as that of the input data. Therefore, since the final product to be obtained in the present invention is the relationship between active power and reactive power, the same noise removal effect is given to active power and reactive power by using effective voltage as an intermediate medium.
이를 위하여, 추정은 두 개의 트랙으로 병렬로 진행되는데, 하나는 실효전압-유효전력, 나머지 하나는 실효전압-무효전력 관계의 추정으로 진행하고 이를 토대로 산출된 관계를 이용하여 실효전압 변동이 0이 되기 위한 유효전력-무효전력 관계를 수학적으로 산출한다.To this end, estimation is performed in parallel with two tracks, one for real voltage-active power and the other for real-time voltage-reactive power relationship estimation. Calculate the active power-reactive power relationship to become mathematically.
본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치는 도 1에서와 같이, 분산전원의 연계점에서 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부(10)와, 측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산부(20)와, 유효/무효 전력 계산부(20)에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정부(30)와, 유효/무효 전력 계산부(20)에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정부(40)와, 유효전력-전압 관계 추정부(30) 및 무효전력-전압 관계 추정부(40)의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정부(50)를 포함한다.An apparatus for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention, as shown in FIG. The active/reactive
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치는 유.무효전력 균형을 통한 전압안정도 개선을 위하여 다음과 같은 단계를 수행한다.The apparatus for nonlinear P-Q droop curve estimation based on the Kalman filter algorithm according to the present invention having such a configuration performs the following steps to improve voltage stability through active/reactive power balance.
본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 방법은 분산전원의 연계점에서 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정 단계와. 측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산 단계와, 유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정 단계와. 유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정 단계와, 유효전력-전압 관계 추정 단계 및 무효전력-전압 관계 추정 단계의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정 단계를 포함한다.A method for estimating a nonlinear P-Q droop curve based on a Kalman filter algorithm according to the present invention includes a voltage/current measurement step of measuring voltage and current at a connection point of a distributed power supply. In order to control the reactive power optimized for the amount of active power input without using the measured voltage for control, the active/reactive power calculation step of calculating active and reactive power and the calculation result in the active/reactive power calculation step are used to an active power-voltage relationship estimating step of estimating an active power-voltage relationship; Reactive power-voltage relationship estimation step of estimating the reactive power-voltage relationship using the calculation result in the active/reactive power calculation step, and using the estimated results of the active power-voltage relationship estimation step and the reactive power-voltage relationship estimation step Active power-reactive power relationship that estimates the nonlinear P-Q droop curve based on the Kalman filter algorithm that offsets only the voltage fluctuations caused by the output fluctuations of the distributed power sources without being involved in the voltage fluctuations caused by the load fluctuations or the output fluctuations of other distributed power sources. Include an estimation step.
유.무효전력 균형을 통한 전압안정도 개선에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A detailed description of the voltage stability improvement through active/reactive power balance is as follows.
도 2는 단일 분산전원 연계 5모선 배전계통 구성도이다.2 is a configuration diagram of a 5-bus distribution system linked to a single distributed power source.
재생에너지의 간헐적 출력 특성에 의해, 이를 기반으로 한 분산전원(DG: Distributed generation)은 연계모선의 급격한 전압변동을 초래할 수 있다.Due to the intermittent output characteristics of renewable energy, distributed generation (DG) based on this can cause rapid voltage fluctuations in the connection bus.
도 2는 배전선로를 단순화한 5모선 배전계통으로, 분산전원의 전력 투입 전에는 모선 1에서 모선 5로 향할수록 각 모선의 부하로 인하여 전압이 감소한다.2 is a 5-bus distribution system in which distribution lines are simplified, and the voltage decreases due to the load of each bus as it moves from bus 1 to bus 5 before power input of distributed power.
모선 5에 연계된 분산전원의 유효전력()투입은 해당 모선의 유효전력 부하()와 상쇄되어 순 부하를 감소시키는데, 이는 변전소에서 모선 5로 흐르는 전류의 크기를 감소시켜 전 모선의 전압이 상승하는 결과로 이어진다.Active power of the distributed power source connected to bus 5 ( ) Input is the active power load of the bus ( ) cancels out the net load, which reduces the magnitude of the current flowing from the substation to bus 5, resulting in an increase in the voltage across all busses.
즉, 재생에너지의 간헐적 출력은 배전계통의 전압 동요를 초래한다.That is, the intermittent output of renewable energy causes voltage fluctuations in the distribution system.
인덕턴스 성분이 우세한 일반적인 배전계통에서는 무효전력의 소모는 전압의 감소와 연결되므로, 분산전원의 유효전력 투입량에 해당하는 적절한 무효전력의 소모를 통해 재생에너지의 간헐적 출력에 의한 전압 동요를 억제할 수 있다.In a general distribution system where the inductance component dominates, consumption of reactive power is linked to a decrease in voltage, so voltage fluctuations caused by intermittent output of renewable energy can be suppressed through consumption of reactive power corresponding to the amount of active power input of distributed power sources. .
정상상태에서의 유.무효전력의 전압 및 위상과의 관계는 수학식 1 및 2에서와 같다.The relationship between the voltage and phase of active/reactive power in a steady state is as shown in Equations 1 and 2.
여기서, 및 는 각각 모선 에 투입되는 유효전력과 무효 전력을 의미하고, 는 모선 및 와 관련된 어드미턴스 행렬 성분을 의미한다.here, and are each mothership Means active power and reactive power input to is the mothership and It means the admittance matrix component related to
또한, 및 는 각각 모선 및 의 전압을, 및 는 해당 모선의 위상을 의미하며, 는 의 위상각을 의미한다.also, and are each mothership and the voltage of and denotes the phase of the mothership, Is means the phase angle of
특정 운전점에서의 유.무효전력과 전압의 관계는 수학식 1 및 2의 전압에 대한 도함수인 수학식 3 및 4로 표현된다.The relationship between active/reactive power and voltage at a specific operating point is expressed by Equations 3 and 4, which are derivatives of the voltage of Equations 1 and 2.
선로의 임피던스는 우세한 인덕턴스 성분과 약간의 저항 성분을 포함하므로, 어드미턴스의 위상은 의 값을 갖는다.Since the impedance of a line includes a dominant inductance component and a slight resistance component, the phase of the admittance is has a value of
따라서, 분산전원에서 유효전력을 공급하는 상황에서 을 항상 만족하므로, 분산전원의 유효전력 출력 증가는 연계점 전압의 증가로 이어진다.Therefore, in a situation where active power is supplied from distributed power sources, is always satisfied, an increase in the active power output of the distributed power source leads to an increase in the connection point voltage.
마찬가지로, 분산 전원에서 무효전력을 공급하는 상황에서는 을 항상 만족하며, 분산전원의 무효전력 출력 증가는 연계점 전압의 증가로 이어진다.Similarly, in a situation where reactive power is supplied from a distributed power source, is always satisfied, and an increase in the reactive power output of the distributed power source leads to an increase in the link point voltage.
한편, 전력계통의 선로 임피던스는 일반적으로 매우 작으므로, 는 매우 큰 값을 갖는다. 또한, 인덕턴스 성분의 우세로 인해 는 0°보다 -90°에 근접하므로, 는 -1에 근접한 값을 갖는다. 즉, 의 영향이 상대적으로 크므로, 분산전원이 무효전력을 소량 소모(즉, )하더라도 의 관계가 성립한다.On the other hand, since the line impedance of the power system is generally very small, has a very large value. In addition, due to the dominance of the inductance component is closer to -90° than 0°, has a value close to -1. in other words, Since the influence of is relatively large, distributed power consumes a small amount of reactive power (ie, )even if relationship is established
따라서, 전압은 분산전원의 유효전력 투입에 의한 전압 증가는 적절한 무효전력 공급 감소 또는 소모를 통해 상쇄할 수 있다.Therefore, the voltage increase due to the input of active power of the distributed power source can be offset through appropriate reduction or consumption of reactive power supply.
한편, 임의의 모선 j의 전압과 모선 i의 유.무효 전력의 관계는 수학식 5 및 6으로 표현된다.Meanwhile, the relationship between the voltage of an arbitrary bus line j and the active/reactive power of the bus line i is expressed by Equations 5 and 6.
모선 i에 연계된 분산전원에서 전력이 공급될 때, 모선 i에서 주변의 모선 j로 전력이 흘러가는 것이 일반적이다. 따라서, 모선 j의 위상이 모선 i의 위상보다 지연()되는 것이 일반적이다.When power is supplied from a distributed power source connected to busbar i , it is common for power to flow from busbar i to a nearby busbar j . Therefore, the phase of busbar j lags behind the phase of busbar i ( ) is common.
즉, 이고. 는 -90°에 근접한다. 따라서, 와 가 성립한다. 이는 주변 모선 j에서의 유효전력 공급량이 증가하거나 부하 소모량이 감소할 때 모선 i의 전압이 감소함을 의미하고, 주변 모선 j에서의 무효전력 소모량이 감소할 때 모선 i의 전압이 증가함을 의미한다.in other words, ego. is close to -90°. thus, and is achieved This means that the voltage of bus i decreases when the active power supply in the peripheral bus j increases or the load consumption decreases, and the voltage of bus i increases when the reactive power consumption in the peripheral bus j decreases. do.
결과적으로, 주변 모선에서의 유.무효전력 변화는 모선 i의 전압에 직접적인 영향을 주는데, 이러한 전압 변동까지 모두 모선 i에 연계된 분산전원으로 상쇄하려면 해당 분산전원의 유효전력 공급 용량 대비 과도한 무효전력 용량이 필요할 수 있다.As a result, the change in active/reactive power in the peripheral bus has a direct effect on the voltage of bus i . In order to offset all of these voltage fluctuations with the distributed power source connected to bus i , excessive reactive power is needed compared to the active power supply capacity of the corresponding distributed power source. capacity may be required.
모선 i에 연계된 분산 전원이 연계 모선의 전압을 일정하게 직접 제어하는 경우가 이에 해당하는데, 본 발명에서와 같은 P-Q 드룹 곡선에 기반한 방법은 분산전원 자체의 유효전력 공급에 의한 전압 변동만을 상쇄하므로, 과도한 무효전력 용량 문제로부터 근본적으로 자유롭다.This corresponds to the case where the distributed power source connected to bus i directly controls the voltage of the connected bus to be constant, and the method based on the PQ droop curve as in the present invention offsets only the voltage fluctuation caused by the active power supply of the distributed power source itself. , fundamentally free from the problem of excessive reactive power capacity.
본 발명서의 비선형 유.무효전력 관계 추정에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The detailed description of the nonlinear active/reactive power relationship estimation of the present invention is as follows.
먼저, 연계모선 전압 유지를 위한 유.무효전력 관계에 관하여 설명하면 다음과 같다.First, the relationship between active and reactive power for maintaining the bus voltage is described as follows.
분산전원 연계점의 전압이 일정할 때, 유효전력 공급량 증가에 대응하는 무효전력 소모량 증가는 수학식 7에서와 같이 정의된다.When the voltage of the distributed power connection point is constant, an increase in reactive power consumption corresponding to an increase in active power supply is defined as in Equation 7.
여기서, 와 는 각각 와 이다.here, and are respectively and am.
와 는 계통의 토폴로지에 의해 결정되는 인자로써 유.무효전력의 공급량에는 영향을 받지 않아 상수로 표현된다. 또한, 유.무효전력의 균형 유지에 의해 전압이 일정하게 유지되므로, 도 상수로 표현된다. and is a factor determined by the topology of the system and is expressed as a constant, not affected by the amount of active/reactive power supplied. In addition, since the voltage is kept constant by maintaining the balance of active and reactive power, is also expressed as a constant.
따라서, 와 는 각각 상수로 는 특정한 유.무효전력 값에서는 항상 동일 값으로 결정된다.thus, and are each constant is always determined to be the same value at a specific active/reactive power value.
즉, 특정한 유효전력 출력에서 연계 모선 전압을 일정하게 유지하는 무효전력 소모량은 수학식 7을 적분한 것과 같고 계통의 운영상태에 영향을 받지 않으므로, 비선형 P-Q 곡선을 산출하여 다양한 계통의 운영상태에서 적용할수 있다.That is, since the reactive power consumption that keeps the connected bus voltage constant at a specific active power output is the same as the integration of Equation 7 and is not affected by the operating state of the system, a nonlinear P-Q curve is calculated and applied to the operating state of various systems. can do.
칼만필터 기반의 비선형 P-Q 곡선 추정에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A detailed description of the Kalman filter-based nonlinear P-Q curve estimation is as follows.
정확한 비선형 P-Q 드룹 곡선의 추정을 위해서는 측정 데이터의 효과적인 오차 제거가 중요하다.Effective error removal of measurement data is important for accurate estimation of the nonlinear P-Q droop curve.
본 발명에서는 이를 위해, 칼만필터 알고리즘을 기반으로 한 P-Q 드룹 곡선 추정 알고리즘을 제안한다.For this purpose, the present invention proposes a P-Q droop curve estimation algorithm based on the Kalman filter algorithm.
칼만 필터 알고리즘은 평활화 특성이 우수하고, 프로세스 및 측정 노이즈 제거 능력이 강력하다. 상태가 프로세스 노이즈를 동반하며, 관측에 측정오차가 항시 동반되는 실제 환경에서, P-Q 드룹 곡선은 수학식 8과 같이 선형 시변 상태 방정식으로 나타날 수 있다.The Kalman filter algorithm has excellent smoothing characteristics and strong ability to remove process and measurement noise. In a real environment where the state is accompanied by process noise and measurement errors are always accompanied by observation, the P-Q droop curve can be expressed as a linear time-varying state equation as shown in Equation 8.
여기서, 행렬 , 및 벡터 는 결정 인자이며, 에는 일반적으로 단위행렬 가 사용된다.Here, matrix , and vector is the determinant, In general, the identity matrix is used
상태 벡터 는 가중치 벡터를 나타낸다.state vector denotes a weight vector.
는 프로세스 노이즈 벡터, z는 측정된 출력값, 그리고 는 측정 노이즈를 의미한다. is the process noise vector, z is the measured output value, and is the measurement noise.
상태 벡터 추정값은 다음의 과정에 의해 갱신된다.The state vector estimation value is updated by the following process.
측정기반 갱신은 다음과 같이 측정값 z(t)를 획득하고, 사후에 값들을 계산한다.Measurement-based update obtains the measured value z ( t ) as follows and computes the values a posteriori.
여기서, 는 칼만게인, 는 양의 정부호 대칭 행렬, 그리고 r은 특이행렬을 회피하기 위해 임의로 선택된 양수이다.here, is the Kalmangain, is a symmetric positive definite matrix, and r is an arbitrarily chosen positive number to avoid singular matrices.
통상적으로, 로 결정하며, 여기서 I는 단위행렬이다.usually, , where I is the identity matrix.
시계열 갱신은 다음과 같이 이루어진다.The time series update is done as follows.
여기서, 는 양의 정부호 공분산 행렬이고, 본 발명의 일 실시 예에서는 프로세스 노이즈와 측정 노이즈가 상호 독립적이므로 0으로 설정한다.here, is a positive definite covariance matrix, and is set to 0 because process noise and measurement noise are mutually independent in an embodiment of the present invention.
시계열 연산은 시각 t를 증가시키고 위의 측정기반 갱신과 시계열 갱신을 반복한다.The time series operation increments time t and repeats the above measurement-based update and time series update.
연산 수행 후 추정된 출력 는 수학식 11에 의해 계산된다.Estimated output after performing the operation is calculated by Equation 11.
P-Q 곡선은 분산전원 연계 모선에서의 전압과 분산전원의 유.무효전력 출력 측정을 기반으로 추정된다.The P-Q curve is estimated based on the measurement of the voltage at the bus line connected to the distributed power supply and the active/reactive power output of the distributed power supply.
이 과정에서 행렬 c(t)와 z(t)는 각각 다음의 수학식 12 및 13에 의해 결정된다.In this process, matrices c( t ) and z ( t ) are determined by Equations 12 and 13, respectively.
여기서, 는 원래의 전압으로부터 분산전원 연계로 인해 변한 전압의 편차를 의미한다. 측정값을 기반으로 수학식 9 및 10의 칼만필터 알고리즘을 통해 추정된 상태 는 수학식 14에서와 같다.here, Means the deviation of the voltage changed due to the distributed power connection from the original voltage. State estimated through the Kalman filter algorithm of
그러므로, 추정된 전압의 편차는 수학식 15에서와 같이 결정된다Therefore, the deviation of the estimated voltage is determined as in Equation 15
이로부터, 전압의 편차를 없애기 위한 무효전력은 수학식 15의 좌변을 0으로 놓고 정리한 수학식 16에 의해 결정된다.From this, the reactive power to eliminate the voltage deviation is determined by Equation 16 arranged by setting the left side of Equation 15 to 0.
여기서, 는 외부요인에 의한 영향을 반영하는 것으로, 주변의 다른 분산전원 변동 또는 부하 변동 등에 의한 연계 모선의 전압 변동을 반영한다.here, reflects the influence of external factors, and reflects the voltage change of the connected bus due to other distributed power fluctuations or load fluctuations in the vicinity.
즉, 칼만필터 알고리즘의 기본 성능인 높은 주파수의 노이즈 제거능력으로는 제거되지 않는 직류 성분을 나타낸다.That is, it represents a DC component that is not removed by the high-frequency noise removal capability, which is the basic performance of the Kalman filter algorithm.
한편, 분산전원의 유효전력 공급이 0일때에는 무효전력 소모도 0이어야 하므로, 성분을 제거한 수학식 17에 의해 무효전력을 소모하면, 외부요인에 의한 전압 변동에는 반응하지 않고 분산전원 자체의 유효전력 공급에 의한 전압 변동만 상쇄할 수 있다.On the other hand, when the active power supply of the distributed power source is 0, the reactive power consumption must also be 0. If the reactive power is consumed by Equation 17 with components removed, it is possible to offset only the voltage fluctuation caused by the active power supply of the distributed power source itself without reacting to the voltage fluctuation caused by external factors.
결과적으로, 유효전력 공급량에 따른 무효전력 소모량은 계통해석을 위한 시간 지연 없이 간단한 대수 방정식에 의해 즉시 결정된다.As a result, reactive power consumption according to active power supply is immediately determined by a simple algebraic equation without time delay for system analysis.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법의 검증을 위해 국내 도서 지역의 실계통 데이터를 기반으로 도 3의 독립 마이크로그리드 시스템 EMT 모델을 구축하였다. In order to verify the device and method for estimating the nonlinear P-Q droop curve based on the Kalman filter algorithm according to the present invention described above, the independent microgrid system EMT model of FIG. 3 was constructed based on real system data of domestic island regions.
도 3은 실계통 데이터 기반의 독립 마이크로그리드 시스템 모델 구성도이다.3 is a configuration diagram of an independent microgrid system model based on real system data.
분산전원 모델은 모선 9 및 23에 각각 연계되며, 각기 다른 개별 발전 사업자에 귀속되어 상호 협조제어가 불가능한 상황을 가정하였다.The distributed generation model is linked to busses 9 and 23, respectively, and assumes a situation in which mutual cooperative control is impossible because they belong to different individual generators.
모선 1의 디젤발전기는 마이크로그리드 운영자의 소유로, 마이크로그리드 전압 제어의 권한과 의무를 독점한다.The diesel generators on Bus 1 are owned by the microgrid operator, which monopolizes the microgrid voltage control rights and duties.
따라서, 모선 9 및 23에 연계된 분산전원은 오직 자신의 유.무효전력 출력만 조정할 수 있다.Therefore, the distributed power sources associated with buses 9 and 23 can only adjust their own active/reactive power output.
먼저, 무작위 유.무효전력 출력에 의한 전압 취득 및 비선형 유.무효전력 드룹 곡선 추정에 관하여 설명하면 다음과 같다.First, voltage acquisition by random active/reactive power output and nonlinear active/reactive power droop curve estimation will be described.
도 4는 모선 9의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터 분포도이다.Figure 4 is a distribution diagram of acquired (blue) and estimated (red) data for parent line 9.
모선 9와 23에 연계된 분산전원 간에는 상호 정보 교류가 없으므로, 모선 9에 연계된 분산전원의 출력변동은 모선 23에 연계된 분산전원의 시각에서는 부하변동과 구분할 수 없다.Since there is no mutual information exchange between the distributed power sources connected to buses 9 and 23, the output change of the distributed power source connected to bus 9 cannot be distinguished from the load change from the perspective of the distributed power source connected to bus 23.
따라서, 모선 9에 연계된 분산전원의 유.무효전력 관계 추정을 위해서는 부하변동과 모선 23에 연계된 분산전원 출력변동을 모두 효과적으로 제거할 수 있어야 한다. 다양한 계통 운영상황에서 취득한 모선 9의 전압과 연계된 분산전원의 유.무효전력 출력의 관계는 도 4의 파란 점 분포와 같다.Therefore, in order to estimate the relationship between active and reactive power of distributed power connected to bus 9, it is necessary to effectively remove both the load fluctuation and the output change of distributed power connected to bus 23. The relationship between the voltage of bus 9 acquired in various system operation situations and the active/reactive power output of the linked distributed power source is shown in the distribution of blue dots in FIG. 4 .
여기서, 모선 9의 전압은 해당 모선에 연계된 분산전원의 출력뿐 아니라, 부하와 모선 23에 연계된 분산전원의 출력에도 많은 영향을 받으므로, 도 4에는 모선 9의 전압과 연계분산전원의 유.무효전력 출력 관계가 뚜렷하게 나타나지 않고 많은 노이즈를 포함한다. 앞서 설명한 칼만필터 알고리즘 기반의 추정기법을 통해 해당 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있고, 그결과 도 4의 빨간 점 분포와 같이 모선 9의 전압과 연계 분산전원의 유.무효전력 출력 관계가 하나의 PQV 곡면으로 뚜렷하게 추정된다.Here, since the voltage of bus 9 is greatly influenced not only by the output of the distributed power supply connected to the corresponding bus, but also by the output of the distributed power connected to the load and bus 23, FIG. 4 shows the voltage of bus 9 and the .The reactive power output relationship is not clearly shown and contains a lot of noise. The noise can be effectively removed through the Kalman filter algorithm-based estimation method described above, and as a result, as shown in the red dot distribution in FIG. is clearly estimated.
도 5는 도 4의 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 2차원 평면 투사도이다.FIG. 5 is a two-dimensional planar projection view of the acquired (blue) and estimated (red) data of FIG. 4 .
도 5는 유.무효전력에 따른 전압 변동을 나타낸 것으로, 도 4의 PQV 추정 곡면을 전압-유효전력 면, 전압-무효전력면, 유효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면 및 무효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면에 각각 투사한 것이다.5 shows voltage fluctuations according to active and reactive power, and the PQV estimation curve of FIG. and projected on the plane of the vertical axis, respectively.
측정 데이터는 모든 투사 면에서 경향성을 추정하기 매우 곤란한 수준으로 많은 노이즈를 포함하여, 기존의 선형 추정 방법으로는 유효한 유.무효전력 관계를 산출하기 매우 어렵다. 그러나 PQV 곡면을 유효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면 및 무효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면에 투사했을 때 추정 결과는 노이즈가 거의 없이 매우 우수함을 확인 할 수 있다.Measurement data contains a lot of noise at a level that makes it very difficult to estimate trends in all projection planes, so it is very difficult to calculate an effective active/reactive power relationship with conventional linear estimation methods. However, when the PQV curve is projected onto the active power-PQV estimation curve and the vertical axis, and the reactive power-PQV estimation curve and the vertical axis, the estimation results are excellent with almost no noise.
도 5의 (c)의 추정 값은 유효전력에 따라 노이즈 없이 하나의 곡선으로 유효전력과의 관계를 표현한다. 여기서 직선이 아닌 곡선이므로 해당 선의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝을 바라볼 때 굴곡으로 인해 전압 방향 분포가 관측되나, 이는 노이즈가 아님을 추론할 수 있다.The estimated value in (c) of FIG. 5 expresses a relationship with active power as a single curve without noise according to active power. Here, since it is a curve rather than a straight line, when looking from one end of the line to the other end, the distribution of voltage direction is observed due to curvature, but it can be inferred that this is not noise.
도 5의 (d)는 이러한 굴곡에 의한 영향으로 전압 방향 분포를 포함한 굵은 선으로 나타나나 이는 노이즈가 아니다.In (d) of FIG. 5 , it appears as a thick line including the voltage direction distribution due to the influence of these bends, but this is not noise.
도 4의 PQV 추정 곡면에서 유.무효전력 출력에 따른 전압 변동이 ±0.001 pu 이내인 데이터를 추출한 후, 유.무효전력 출력을 각 축으로 하는 2차원 평면에 도시하면 도 6에서와 같다.After extracting data whose voltage fluctuation according to active and reactive power output is within ±0.001 pu from the PQV estimation curve of FIG.
도 6은 모선 9 전압 변동 범위 ±0.001pu 이내를 만족하는 취득(파랑) 및 추정(빨강) 데이터의 분포와 전압 변동 0을 만족 하는 유.무효전력 곡선(검정) 그래프이다.6 is a graph of the distribution of acquired (blue) and estimated (red) data that satisfies the voltage fluctuation range of bus line 9 within ±0.001pu and the active/reactive power curve (black) that satisfies the voltage fluctuation of 0.
파란 점의 분포는 부하의 변동과 모선 23의 출력변동에 의한 영향을 포함하므로, 특정 유효전력에 대응하는 단일 무효전력을 산출할 수 없다.Since the distribution of blue dots includes the influence of load fluctuations and output fluctuations of bus 23, a single reactive power corresponding to a specific active power cannot be calculated.
반면, 추정을 완료한 빨간 점의 분포는 특정 유효전력에 대응하는 무효전력의 분포 폭이 좁은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the distribution of red dots that has been estimated has a narrow distribution width of reactive power corresponding to a specific active power.
빨간 점은 추정된 다항식에 의해 산출된 것으로, 전압 변동이 완벽한 0인 경우에는 빨간 점의 분포 폭은 0으로 수렴한다.The red dot is calculated by the estimated polynomial. When the voltage fluctuation is perfectly zero, the distribution width of the red dot converges to zero.
즉, 특정 유효전력 투입에 의한 전압변동을 0으로 하기 위한 단일 무효전력이 간단히 산출된다. 도 6의 빨간 점 분포는 전압 변동이 완벽한 0인 조건에서는 파란 점의 분포를 그래프로 도시하기 극히 곤란하여 전압변동의 범위를 ±0.001 pu 이내로 넓힘에 따라 함께 나타난 것이다.That is, a single reactive power for making the voltage fluctuation due to input of specific active power to zero is simply calculated. The red dot distribution in FIG. 6 appears together as the range of voltage fluctuation is widened to within ±0.001 pu because it is extremely difficult to graph the distribution of blue dots under the condition that the voltage fluctuation is perfectly zero.
이는 추정된 다항식을 도시한 도 6의 검은 실선이 빨간 점 분포의 중앙을 가로지르는 것으로 확인 할 수 있다. 검은 실선은 수학식 16을 기반으로 표현된 선으로, 유효전력이 0일 때 상당한 양의 무효전력을 공급해야 함을 보여준다. 이는 외부요인에 의한 전압을 상쇄하기 위한 값일 뿐이므로, 수학식 17에 의해 표현되는 최종 P-Q 드룹은 도 6의 검은색 선이 무효전력 축으로 평행 이동하여 유효전력이 0일 때 무효전력이 0이 되는 지점을 통과한다.This can be confirmed by the fact that the solid black line in FIG. 6 showing the estimated polynomial curve crosses the center of the red dot distribution. The black solid line is a line expressed based on Equation 16, and shows that a significant amount of reactive power must be supplied when the active power is zero. Since this is only a value for offsetting the voltage caused by external factors, the final P-Q droop expressed by Equation 17 is obtained by moving the black line in FIG. pass through the point
다양한 계통 운영상황에서 취득한 모선 23의 전압과 연계된 분산전원의 유.무효전력 출력의 관계는 도 7의 파란 점 분포와 같다. 모선 9의 경우와 같은 방법으로, 도 7의 빨간 점 분포와 같이 모선 23의 전압과 연계 분산전원의 유.무효전력 출력 관계가 하나의 PQV 곡면으로 뚜렷하게 추정된다.The relationship between the voltage of the bus 23 acquired in various system operation situations and the active/reactive power output of the linked distributed power source is shown in the distribution of blue dots in FIG. 7 . In the same way as in the case of bus line 9, the relationship between the voltage of bus line 23 and the active/reactive power output of the linked distributed power supply is clearly estimated as one PQV curve, as shown in the red dot distribution in FIG.
도 8은 유.무효전력에 따른 전압 변동을 나타낸 것으로, 도 7의 PQV 추정 곡면을 전압-유효전력 면, 전압-무효전력면, 유효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면 및 무효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면에 각각 투사한 것이다.8 shows voltage fluctuations according to active and reactive power, and the PQV estimation curve of FIG. and projected on the plane of the vertical axis, respectively.
측정 데이터는 모든 투사 면에서 경향성을 추정하기 매우 곤란한 수준으로 많은 노이즈를 포함하여, 기존의 선형 추정 방법으로는 유효한 유.무효전력 관계를 산출하기 매우 어렵다. 그러나 PQV 곡면을 유효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면 및 무효전력-PQV 추정 곡면과 수직축 면에 투사했을 때 추정 결과는 노이즈가 거의 없이 매우 우수함을 확인 할 수 있다.Measurement data contains a lot of noise at a level that makes it very difficult to estimate trends in all projection planes, so it is very difficult to calculate an effective active/reactive power relationship with conventional linear estimation methods. However, when the PQV curve is projected onto the active power-PQV estimation curve and the vertical axis, and the reactive power-PQV estimation curve and the vertical axis, the estimation results are excellent with almost no noise.
도 8의 (c)의 추정 값은 유효전력에 따라 노이즈 없이 하나의 곡선으로 유효전력과의 관계를 표현한다. 여기서 직선이 아닌 곡선이므로 해당 선의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝을 바라볼 때 굴곡으로 인해 전압 방향 분포가 관측되나, 이는 노이즈가 아님을 추론할 수 있다.The estimated value in (c) of FIG. 8 expresses a relationship with active power as a single curve without noise according to active power. Here, since it is a curve rather than a straight line, when looking from one end of the line to the other end, the voltage direction distribution is observed due to curvature, but it can be inferred that this is not noise.
도 8의 (d)는 이러한 굴곡에 의한 영향으로 전압 방향 분포를 포함한 굵은 직선으로 나타나나 이는 노이즈가 아니다.In (d) of FIG. 8 , it appears as a thick straight line including the distribution of the voltage direction due to the influence of these bends, but this is not noise.
도 7의 PQV 추정 곡면에서 유.무효전력 출력에 따른 전압 변동이 ±0.001 pu 이내인 데이터를 추출한 후, 유.무효전력 출력을 각 축으로 하는 2차원 평면에 도시하면 도 9와 같다.After extracting data whose voltage fluctuation according to active and reactive power output is within ±0.001 pu from the PQV estimation curve of FIG.
파란 점의 분포는 부하의 변동과 모선 9의 출력변동에 의한 영향을 포함하므로, 특정 유효전력에 대응하는 단일 무효전력을 산출할 수 없다. 반면, 추정을 완료한 빨간 점의 분포는 특정 유효전력에 대응하는 무효전력의 분포 폭이 좁은 것을 확인 할 수 있다. Since the distribution of blue dots includes the influence of load fluctuations and output fluctuations of Bus 9, a single reactive power corresponding to a specific active power cannot be calculated. On the other hand, it can be confirmed that the distribution of red dots that has been estimated has a narrow distribution width of reactive power corresponding to a specific active power.
도 10은 모선 9(a, b) 및 23(c, d)에서의 비선형 드룹 제어에 의한 전압 안정도 개선을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing improvement in voltage stability by nonlinear droop control at busbars 9 (a, b) and 23 (c, d).
빨간 점은 추정된 다항식에 의해 산출된 것으로, 전압 변동이 완벽한 0인 경우에는 빨간 점의 분포폭은 0으로 수렴한다.The red dot is calculated by the estimated polynomial, and when the voltage fluctuation is perfectly zero, the distribution width of the red dot converges to zero.
즉, 특정 유효전력 투입에 의한 전압 변동을 0으로 하기 위한 단일 무효전력이 간단히 산출된다. 도 9의 빨간 점 분포는 전압 변동이 완벽한 0인 조건에서는 파란 점의 분포를 그래프로 도시하기 극히 곤란하여 전압 변동의 범위를 ± 0.001 pu 이내로 넓힘에 따라 함께 나타난 것이다. 이는 추정된 다항식을 도시한 도 10의 검은 실선이 빨간점 분포의 중앙을 가로지르는 것으로 확인할 수 있다.That is, a single reactive power for making the voltage fluctuation due to input of specific active power zero is simply calculated. The red dot distribution in FIG. 9 is shown together as the range of voltage fluctuation is widened to within ± 0.001 pu because it is extremely difficult to graph the distribution of blue dots under the condition that the voltage fluctuation is perfectly zero. This can be confirmed by the fact that the solid black line in FIG. 10 showing the estimated polynomial curve crosses the center of the red dot distribution.
검은 실선은 수학식 16을 기반으로 표현된 선으로, 유효전력이 0일 때 상당한 양의 무효전력을 공급해야 함을 보여준다. 이는 외부요인에 의한 전압을 상쇄하기 위한 값일 뿐이므로, 수학식 17에 의해 표현되는 최종 P-Q 드룹은 도 9의 검은색 선이 무효전력 축으로 평행 이동하여 유효전력이 0일 때 무효전력이 0이 되는 지점을 통과한다.The black solid line is a line expressed based on Equation 16, and shows that a significant amount of reactive power must be supplied when the active power is zero. Since this is only a value for offsetting the voltage caused by external factors, the final P−Q droop expressed by Equation 17 is obtained by moving the black line in FIG. pass through the point
앞서 추정된 유.무효전력 드룹 곡선을 기반으로 운영되는 분산전원은 계통으로의 전력공급에 의한 연계 모선 전압 변동을 0으로 유지할 수 있다.The distributed power source operated based on the active/reactive power droop curve estimated above can maintain the voltage fluctuation of the connected bus line due to power supply to the grid as zero.
도 10은 본 발명에 따른 방법으로 운영되는 분산전원과 기존의 역률 1로 운영되는 분산전원의 유효전력 공급량에 따른 모선 9 및 23의 전압 변동을 나타낸다. 10 shows voltage fluctuations of bus lines 9 and 23 according to the amount of active power supplied between the distributed power source operated by the method according to the present invention and the existing distributed power source operated with a power factor of 1.
모선 9의 분산전원이 0.5 MW를 공급할 때 (모선 23의 분산전원 정지), 비선형 드룹 곡선 기반 운영은 가장 높은 모선전압을 1.05 pu 이하로 유지하여 전압안정도를 개선함을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 모선 23의 분산전원이 0.5 MW를 공급할때 (모선 9의 분산전원 정지), 비선형 드룹 곡선 기반 운영은 최대 모선 전압을 1.065 pu에서 1.05 pu로 감소시켜 전압안정도를 개선함을 확인할 수 있다.When the distributed power supply of bus 9 supplies 0.5 MW (distributed power supply of bus 23 is stopped), it can be confirmed that the operation based on the nonlinear droop curve improves voltage stability by maintaining the highest bus voltage below 1.05 pu. Similarly, when the distributed power supply of bus 23 supplies 0.5 MW (distributed power supply of bus 9 is stopped), the operation based on the nonlinear droop curve reduces the maximum bus voltage from 1.065 pu to 1.05 pu, confirming that the voltage stability is improved.
도 11은 모선 9 및 23 연계 복수 분산전원의 비선형 드룹 제어에 의한 전압 안정도 개선을 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing improvement in voltage stability by nonlinear droop control of multiple distributed power sources connected to buses 9 and 23.
복수의 분산전원 연계 운영 시에도 제안된 비선형 드룹 곡선 기반 운영을 통해 전압안정도를 개선 할 수 있다. 모선 9와 23의 분산전원이 각각 0.25 MW씩 총 0.5 MW를 공급할때, 비선형 드룹 곡선 기반 운영은 그림 10과 같이 최대 모선 전압을 1.06 pu에서 1.05 pu로 감소시켜 전압안정도를 개선함을 확인할 수 있다.Even when operating multiple distributed power sources, voltage stability can be improved through the proposed nonlinear droop curve-based operation. When the distributed power sources of buses 9 and 23 each supply 0.25 MW for a total of 0.5 MW, it can be confirmed that the operation based on the nonlinear droop curve improves voltage stability by reducing the maximum bus voltage from 1.06 pu to 1.05 pu as shown in Figure 10. .
즉, 무효전력 0 (즉, 역률 1)으로 분산전원을 운영할 경우와 (좌) 추정 결과를 이용하여 운영할 경우 (우)의 유효전력에 따른 전압을 나타낸 도 11에서와 같이, 무효전력이 0일 때는 전압이 1.06과 1.045 사이 및 1.04와 1.025 사이 임에 반해, 제안된 방법을 이용할 경우에는 1.055와 1.045 사이 및 1.03과 1.025 사이로 전압변동폭이 효과적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.That is, as shown in FIG. 11 showing the voltage according to the active power when the distributed power supply is operated with reactive power 0 (ie, power factor 1) and when operated using the estimation result (left), the reactive power is In case of 0, the voltage is between 1.06 and 1.045 and between 1.04 and 1.025, whereas when using the proposed method, it can be seen that the voltage fluctuation width is effectively reduced between 1.055 and 1.045 and between 1.03 and 1.025.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치 및 방법은 칼만필터를 이용한 PQV 곡면 추정 기반의 분산전원 운영을 통해 분산전원 운영에 의한 연계 모선 전압 변동을 0에 수렴하도록 하였으며, 이를 통해 전체 마이크로그리드에 가하는 전압 변동도 최소화 하였다.The apparatus and method for estimating the nonlinear P-Q droop curve based on the Kalman filter algorithm according to the present invention described above converges the bus voltage fluctuation by the distributed power supply operation to 0 through the distributed power supply operation based on the PQV curve estimation using the Kalman filter. Through this, the voltage fluctuation applied to the entire microgrid was also minimized.
따라서, 매우 높은 수준의 재생에너지 기반 분산전원 투입을 가능하게 할 수 있도록 한다.Therefore, it is possible to input a very high level of renewable energy-based distributed power.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from an explanatory point of view rather than a limiting point of view, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range are considered to be included in the present invention. will have to be interpreted
10. 전압/전류 측정부
20. 유효/무효 전력 계산부
30. 유효전력-전압 관계 추정부
40. 무효전력-전압 관계 추정부
50. 유효전력-무효전력 관계 추정부10. Voltage/current measuring part
20. Active/reactive power calculation unit
30. Active power-voltage relationship estimation unit
40. Reactive power-voltage relationship estimation unit
50. Active power-reactive power relationship estimation unit
Claims (16)
측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산부;
유효/무효 전력 계산부에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정부;
유효/무효 전력 계산부에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정부;
유효전력-전압 관계 추정부 및 무효전력-전압 관계 추정부의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.a voltage/current measurement unit for measuring voltage and current at a linkage point of distributed power;
an active/reactive power calculation unit that calculates active and reactive power in order to control reactive power optimized for active power input without using the measured voltage for control;
an active power-voltage relationship estimator for estimating an active power-voltage relationship using a calculation result of the active/reactive power calculator;
a reactive power-voltage relationship estimator for estimating a reactive power-voltage relationship using the calculation result of the active/reactive power calculation unit;
Using the estimation results of the active power-voltage relationship estimator and the reactive power-voltage relationship estimator, voltage fluctuations caused by load fluctuations or output fluctuations of other distributed power sources are not involved, and only voltage fluctuations caused by output fluctuations of the distributed power sources are offset. An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, comprising: an active power-reactive power relationship estimator for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm.
으로 정의되고,
여기서, 및 는 각각 모선 에 투입되는 유효전력과 무효 전력을 의미하고, 는 모선 및 와 관련된 어드미턴스 행렬 성분을 의미하고,
및 는 각각 모선 및 의 전압을, 및 는 해당 모선의 위상을 의미하며, 는 의 위상각을 의미하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 1, wherein the relationship between the voltage and phase of active/reactive power in a steady state is
is defined as,
here, and are each mothership Means active power and reactive power input to is the mothership and Means the admittance matrix component related to ,
and are each mothership and the voltage of and denotes the phase of the mothership, Is An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that it means a phase angle of
으로 정의되고,
선로의 임피던스는 우세한 인덕턴스 성분과 약간의 저항 성분을 포함하므로, 어드미턴스의 위상은 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 2, wherein the relationship between active and reactive power and voltage at a specific operating point is
is defined as,
Since the impedance of a line includes a dominant inductance component and a slight resistance component, the phase of the admittance is An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that it has a value of
분산 전원에서 무효전력을 공급하는 상황에서는 을 항상 만족하며, 분산전원의 무효전력 출력 증가는 연계점 전압의 증가로 이어지는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 3, in a situation in which active power is supplied from a distributed power source is always satisfied, an increase in the active power output of the distributed power source leads to an increase in the connection point voltage,
In a situation where reactive power is supplied from a distributed power source, Apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on the Kalman filter algorithm, characterized in that always satisfying, and an increase in the reactive power output of the distributed power source leads to an increase in the linkage point voltage.
으로 정의되는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.4. The method of claim 3, wherein the relationship between the voltage of a given bus line j and the active/reactive power of a bus line i is:
An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that defined as
분산전원 연계점의 전압이 일정할 때, 유효전력 공급량 증가에 대응하는 무효전력 소모량 증가는,
으로 정의되고,
여기서, 와 는 각각 와 인 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 1, wherein in the active power-reactive power relationship estimation unit,
When the voltage of the distributed power connection point is constant, the increase in reactive power consumption corresponding to the increase in active power supply is,
is defined as,
here, and are respectively and An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that.
유.무효전력의 균형 유지에 의해 전압이 일정하게 유지되므로, 도 상수로 표현되어, 와 는 각각 상수로 는 특정한 유.무효전력 값에서는 항상 동일 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.According to claim 6, and is a factor determined by the topology of the system and is expressed as a constant, not affected by the amount of active/reactive power supplied,
Since the voltage is kept constant by maintaining the balance of active and reactive power, is also expressed as a constant, and are each constant Apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that is always determined to be the same value at a specific active/reactive power value.
측정오차가 항시 동반되는 실제 환경에서 P-Q 드룹 곡선은,
으로 정의되고,
여기서, 행렬 , 및 벡터 는 결정 인자이며, 에는 일반적으로 단위행렬 가 사용되고, 상태 벡터 는 가중치 벡터, 는 프로세스 노이즈 벡터, z는 측정된 출력값, 그리고 는 측정 노이즈를 의미하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 6, wherein in the active power-reactive power relationship estimation unit,
In a real environment where measurement errors are always accompanied, the PQ droop curve is
is defined as,
Here, matrix , and vector is the determinant, In general, the identity matrix is used, and the state vector is the weight vector, is the process noise vector, z is the measured output value, and Apparatus for nonlinear PQ droop curve estimation based on the Kalman filter algorithm, characterized in that means measurement noise.
으로 측정값 z(t)를 획득하고, 사후에 값들을 계산하고,
여기서, 는 칼만게인, 는 양의 정부호 대칭 행렬, 그리고 r은 특이행렬을 회피하기 위해 임의로 선택된 양수이이고,
로 결정하며, 여기서 I는 단위행렬인 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.9. The method of claim 8, wherein the measurement-based update of the state vector estimate comprises:
Obtain the measured value z ( t ) with , compute the values a posteriori,
here, is the Kalmangain, is a symmetric positive definite matrix, and r is a positive number randomly chosen to avoid singular matrices,
An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that I is an identity matrix.
으로 이루지고,
여기서, 는 양의 정부호 공분산 행렬이고, 프로세스 노이즈와 측정 노이즈가 상호 독립적이면 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 9, wherein the time series update of the state vector estimate is
made up of,
here, Is a positive definite covariance matrix, and is set to 0 if process noise and measurement noise are mutually independent.
연산 수행 후 추정된 출력 는 으로 계산되고,
P-Q 곡선은 분산전원 연계 모선에서의 전압과 분산전원의 유.무효전력 출력 측정을 기반으로 추정되는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.11. The method of claim 10, wherein the time series operation increments time t and repeats the above measurement-based update and time series update,
Estimated output after performing the operation Is is calculated as,
A device for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that the PQ curve is estimated based on the measurement of the voltage and the active and reactive power output of the distributed power supply in the distributed power supply line.
으로 결정되고,
여기서, 는 원래의 전압으로부터 분산전원 연계로 인해 변한 전압의 편차를 의미하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 11, wherein the matrices c ( t ) and z ( t ) are, respectively,
is determined by
here, Apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on the Kalman filter algorithm, characterized in that means the deviation of the voltage changed due to the distributed power supply linkage from the original voltage.
으로 정의되는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 11, the state estimated through the Kalman filter algorithm based on the measured value Is,
An apparatus for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, characterized in that defined as
으로 결정되고, 전압의 편차를 없애기 위한 무효전력은 좌변을 0으로 놓고 정리한,
으로 결정되고,
여기서, 는 외부요인에 의한 영향을 반영하는 것으로, 주변의 다른 분산전원 변동 또는 부하 변동 등에 의한 연계 모선의 전압 변동을 반영하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.The method of claim 13, wherein the deviation of the estimated voltage is
, and the reactive power to eliminate the voltage deviation is arranged by setting the left side to 0,
is determined by
here, Apparatus for estimating the nonlinear PQ droop curve based on the Kalman filter algorithm, which reflects the influence of external factors, and reflects the voltage fluctuation of the connected bus due to other distributed power fluctuations or load fluctuations.
에 의해 무효전력을 소모하면, 외부요인에 의한 전압 변동에는 반응하지 않고 분산전원 자체의 유효전력 공급에 의한 전압 변동만 상쇄하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 장치.15. The method of claim 14, ingredients removed
Device for nonlinear PQ droop curve estimation based on Kalman filter algorithm, characterized in that when reactive power is consumed by, it does not react to voltage fluctuations caused by external factors and cancels only voltage fluctuations caused by active power supply of the distributed power source itself.
분산전원의 연계점에서 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정 단계;
측정한 전압을 제어에 이용하지 않고, 유효전력 투입량에 대해 최적화된 무효전력 제어를 하기 위하여 유효 및 무효 전력 계산하는 유효/무효 전력 계산 단계;
유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 유효전력-전압 관계를 추정하는 유효전력-전압 관계 추정 단계;
유효/무효 전력 계산 단계에서의 계산 결과를 이용하여 무효전력-전압 관계를 추정하는 무효전력-전압 관계 추정 단계;
유효전력-전압 관계 추정 단계 및 무효전력-전압 관계 추정 단계의 추정 결과를 이용하여 부하 변동 또는 다른 분산전원의 출력변동에 의한 전압변동에는 관여하지 않고, 분산전원 자신의 출력변동에 의한 전압변동만을 상쇄하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 하는 유효전력-무효전력 관계 추정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼만필터 알고리즘 기반의 비선형 P-Q 드룹 커브 추정을 위한 방법.To improve voltage stability through balance of active and reactive power,
A voltage/current measurement step of measuring voltage and current at a connection point of a distributed power source;
An active/reactive power calculation step of calculating active and reactive power in order to control reactive power optimized for active power input without using the measured voltage for control;
an active power-voltage relationship estimation step of estimating an active power-voltage relationship using a calculation result in the active/reactive power calculation step;
a reactive power-voltage relationship estimation step of estimating a reactive power-voltage relationship using a calculation result in the active/reactive power calculation step;
Using the estimation results of the steps of estimating active power-voltage relationship and estimating reactive power-voltage relationship, only voltage fluctuations caused by output fluctuations of the distributed power sources are not involved in voltage fluctuations caused by load fluctuations or output fluctuations of other distributed power sources. A method for estimating a nonlinear PQ droop curve based on a Kalman filter algorithm, comprising: an active power-reactive power relationship estimating step of estimating a nonlinear PQ droop curve based on an offsetting Kalman filter algorithm.
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Citations (7)
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2021
- 2021-09-09 KR KR1020210120518A patent/KR102583234B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
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