Development of Real-Time Hybrid Simulation Platform for Analysis of Power System Electromagnetic Transients using Real-Time Digital Simulator
실시간 디지털 시뮬레이터를 이용한 실시간 하이브리드 시뮬레이션 플랫폼 개발
- 주제(키워드) hybrid simulation , real-time digital simulator , power system transients , hardware in-the loop
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 장길수
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 유형 Text
- 학위구분 박사
- 학과 대학원 전기전자공학과
- 세부전공 전기에너지
- 원문페이지 93 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000081396
- UCI I804:11009-000000081396
- DOI 10.23186/korea.000000081396.11009.0000895
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045953621
초록/요약
기존 전력계통에서는 신재생에너지를 포함한 분산형 전원 및 FACTS나 HVDC 등의 전력전자 설비가 계통에서 차지하는 비중이 작아 이러한 요소들의 연계된 계통 영향 평가는 중요하게 인식되지 않았기 때문에 전체 계통에 대한 실효치기반의 시뮬레이션이 주를 이루었다. 하지만 최근 전력시스템은 그리드에 HVDC, 에너지저장장치, 신재생에너지 등의 다양한 분산전원의 전력설비들이 연계되면서 점점 복잡해지고 있다. 전력 시스템의 많은 구성 요소는 비연속적, 비선형 특성을 갖는다. 동기식 발전기 및 HVDC, FACTS 등의 회전기 및 전력전자 설비의 단일 구성 요소는 매우 복잡할 수 있으며, 모든 현상을 나타내기 위해 매우 상세한 시간 영역 모델링을 필요로 한다. 또한, 전력시스템 네트워크의 규모는 너무 커서 구조와 구성 요소가 너무 복잡하여 적절한 정확도를 가진 전력 시스템의 축소된 등가 모델을 구축하고 유지하는 것이 어렵고 비용이 많이 들어 비실용적이다. 따라서, 전력시스템의 해석에 있어서 더 정확하고 정밀한 해석을 위해서 순시치 기반 및 실효치 기반의 시뮬레이션이 결합된 형태의 하이브리드 해석의 중요성이 증가하고 있다. 전력시스템의 실시간 해석에 있어 주로 RTDS(Real Time Digital Simulator)나 OpalRT 등의 하드웨어 기반의 디지털 시뮬레이터가 주로 사용되고 있다. 실시간 시뮬레이터는 외부 하드웨어를 검증하기 위한 HILS 연결을 통해 현실적인 전력시스템 수준의 환경에서 하드웨어를 시험하는 것이 가능하다. 이는 전력시스템의 연계 시스템을 실제 계통에 연계하기 전에 최종 테스트 단계에서 실제 계통에 연계되었을 때 발생할 수 있는 시스템적 문제를 찾는데 매우 중요한 역할을 한다. 하지만 모의하려는 계통의 규모에 따라 매트릭스 연산량이 증가하여 고가의 연산 프로세서 카드의 사용량을 증가시키는 단점을 가지고 있다. 실시간 시뮬레이터의 경우 고가의 장비로 현실적으로 대규모로 시뮬레이션 설비를 증액 시키기 쉽지 않아, 경제적 측면을 고려하여 사용방법을 다양화 할 필요가 있다. 따라서, 본 논문에서는 TSA와 EMT 시뮬레이션의 장점과 단점을 고려하여, 실시간 시뮬레이터 장비인 RTDS를 이용한 전력시스템의 과도 상태 해석을 위한 하이브리드 시뮬레이션 플랫폼을 개발하였다. 또한, 특히 시뮬레이션 프로세서 사용량을 줄이기 위해 DC기반의 다양한 전력설비들이 시스템에 연계되었을 때 더 효율적이고 경제적인 실시간 하이브리드 해석 기법을 제시한다.
more목차
ABSTRACT I
TABLE OF CONTENTS VI
LIST OF TABLES VII
LIST OF FIGURES VIII
CHAPTER 1. INTRODUCTION 1
1.1 Motivations 1
1.2 Literature Review 3
1.3 Contributions of the Research 5
1.4 Dissertation Outline 6
CHAPTER 2. POWER SYSTEMS ELECTROMAGNETIC TRANSIENTS SIMULATION 8
2.1 Simulation Tool of Power System Analysis 8
2.1.1 Transient simulation program(PSS/e) 10
2.1.2 Electro magnetic transient program(PSCAD/EMTDC) 11
2.1.3 Real time digital simulator(RTDS/RSCAD) 12
2.1.3.1 Software : RSCAD 13
2.1.3.2 Hardware : RTDS 14
2.2 Analysis of continuous and discrete system 15
2.2.1 Continuous 16
2.2.2 Discrete 17
2.2.3 Relationship 20
2.3 State Variable Analysis 21
2.4 Network Solution 21
2.5 Trapezoidal Rule 26
CHAPTER 3. MIXED TIME-FRAME PROGRAM INTERFACING SIMULATION 29
3.1 Hybrid Simulation 29
3.2 Synchronization of Time-Frame and Frequency-Frame 34
CHAPTER 4. DEVELOPMENT OF REAL-TIME HYBRID SIMULATION 37
4.1 Setting of GTFPGA : Xilinx ML605 Evaluation Kit 38
4.2 Interface Method 40
4.3 Development of Interface Program 46
CHAPTER 5. CASE STUDIES OF SIMULATION 47
5.1 Introduction of Test Cases 47
5.2 Simulation Results for each of Tool 48
5.3 Result for Hybrid Simulation Tool 49
CHAPTER 6. CONCLUSION 55
6.1 Conclusion 55
6.2 Future Plans 56
REFERENCES 58
APPENDIX A : BENCHMARK MODEL DATA 64
APPENDIX B : XILINX VIRTEX-6 FPGA ML605 EVALUATION KIT 70
KOREAN ABSTRACT 73
