상태관측, 반복제어를 이용한 저압 배전선로 전압안정화를 위한 무효전력 보상기 :Reactive Power Compensator with Obwerver and Repetitive Contriol for Stabilization of Low Voltage Distribution Line

서정진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서정진 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 차한주

발행연도: 2021

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2021

상태관측, 반복제어를 이용한 저압 배전선로 전압안정화를 위한 무효전력 보상기

서정진 전기공학과 2021.01 학위논문

2020

저압배전선로 전압안정화를 위한 상태관측과 반복제어를 적용한 무효전력 보상기

서정진 , 김영록 , 차한주 전기학회논문지 2020.11 학술저널

배전선로 안정화를 위한 전압보상기의 무효전력 제어기법

서정진 , 조종민 , 김영록 외 1명 전력전자학회 학술대회 논문집 2020.08 학술대회자료

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본 논문은 저압 배전선로에서 전압 안정화 및 DC 링크 전압 리플 효과 저감을 위해 상태관측과 반복제어를 적용한 무효전력보상기 알고리즘을 제안하였으며, 시뮬레이션 및 실험으로 검증하였다. 무효전력보상기는 단상 저압선로에 적용하였으며 이는 계통 측의 전압과 전류의 차이로 인해 DC 링크에 120Hz인 2고조파가 발생하게 된다. 이와 같은 문제 해결을 위해 상태관측기를 적용하여 전압제어기 피드백 값으로 리플 성분을 저감한 상태관측기 출력을 사용함으로서 전압을 안정하게 제어하였다. 상태관측기와 저역통과필터를 비교하여 동특성에서 정상상태까지의 추종속도가 상태관측기는 0.3초 이내 저역통과필터는 1초 이상의 추종속도를 보여줌으로서 상태관측기의 성능을 검증하였다. 반복제어기는 PI 제어기에 병렬로 연결되어 저차 고조파를 제거하여 전류를 개선하였으며, 상태관측기와 반복제어기를 함께 적용하여 THD가 9%에서 2% 향상된 결과를 확인함으로써 제안한 알고리즘의 타당성을 검증하였다.

This paper proposed an algorithm for voltage stabilization of the power distribution line by applying condition observer and repetitive control. We validate this through simulations and experiments. The 120 Hz harmonic component generated in a single phase system is caused by a difference between a current on the system side and a voltage. which increases the ripple size of the voltage when the capacity of the DC link capacitor decreases. Since the proposed invalid power compensator must be connected and mounted in parallel to the main phase transform, a small capacitor must be used and a measure that can reduce DC link voltage ripple is essential. Reduce the impact of DC link voltage ripple, the DC link voltage ripple compensation technique compensates DC link voltage ripple with 1V at 66V, the ripple value of Vdc, by substituting the conditioned output value Vavg following the Vdc mean value with the voltage controller feedback component. In addition, we conduct comparative simulations with LPF with dynamic characteristics to validate the performance of the state observer. The voltage controller feedback values were compared by injecting the output values of the status monitor and LPF, respectively, the steady-state follow-up time of the health monitor was approximately 0.2 seconds, and the LPF''s follow-up speed was more than 1 second, but the performance of the observer was verified by confirming that the normal state was not reached. Repetitive control to compensate for lower-order harmonics are designed to stably inject ground and phase-advance reactive power to keep the distribution line voltage constant at the desired voltage and a fundamental frequency is controlled by a PI controller, and a repetitive control is applied to remove the lower order harmonics. It is a parallel-connected construction to the PI controller and serves to remove even-order harmonics from the synchronous coordinate system and odd-order harmonics from the stationary coordinate system. FFT analysis of current Ide in the synchronous coordinate system confirmed that even-order harmonics 120 Hz, 240 Hz, and 360 Hz existed prior to the application of the repetitive control, but all even harmonics were removed after application. A grid current Ig waveform and FFT analysis confirmed that the waveform disappeared after application and improved the waveform, and that the odd difference lower harmonic disappeared in the stop coordinate system and THD improved from 9% before application to 3% after application. When the state observer and repetitive control are applied In order to confirm a stable injection of reactive power, the performance of the proposed rective power compensator was verified by verifying that the controller follows the normal state within 0.04 seconds through the 5kVar and 5kVar in the 5kVar at 5kVar.

제 1 장 서론
1.1 연구배경
1.2 연구목적
1.3 논문개요
제 2 장 무효전력 보상기
2.1 기존의 전압 보상 방식
2.1.1 무효전력 보상기 개념
2.2 저압 배전선로용 무효전력 보상기
2.2.1 무효전력 보상기 구성
2.2.2 단상 d-q 좌표변환
2.2.3 무효전력 보상기 제어기 구조
제 3 장 DC 링크 전압 리플 보상 기법
3.1 DC 링크 전압 리플 발생원인
3.2 DC 링크 전압 리플 보상을 위한 상태관측기
3.2.1 상태관측기 구성 및 해석
3.2.2 상태관측기, LPF 비교 해석
제 4 장 저차 고조파 보상 기법
4.1 저차 고조파 발생원인
4.2 저차 고조파 보상을 위한 반복제어기
4.2.1 반복제어기 구성 및 해석
제 5 장 시뮬레이션 및 실험결과
5.1 무효전력 보상기 실험 장비 구성
5.2 상태관측기 적용 시뮬레이션 및 실험
5.2.1 상태관측기 적용 시뮬레이션
5.2.2 상태관측기 적용 실험
5.3 반복제어기 적용 시뮬레이션 및 실험
5.3.1 반복제어기법 적용 시뮬레이션
5.3.2 반복제어기 적용 실험
5.4 보상기법 적용 후 응답성 실험
5.3.2 지상, 진상 전류 실험
5.3.3 5kVar, -5kVar 스텝 응답 실험
제 6 장 결론
참고문헌
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