상호 연결된 전력 시스템을 위한 이산 최적 2차 AGC 기반 비용 기능 최소화

Dec 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2752(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

자동 발전 제어(AGC) 문제의 복잡성과 어려움이 증가하는 것은 상호 연결된 전력 네트워크의 규모가 증가하고 일일 수요가 변화함에 따라 발생합니다. AGC의 주요 목표는 공칭 레벨의 주파수 변동과 계획된 레벨의 타이 라인 전력 변동을 제어하는 ​​것입니다. AGC 제어 문제를 효과적으로 해결하기 위해 본 연구에서는 OQAGC(Discrete Optimal Quadratic Automatic Generation Control)를 도입합니다. 이 방법의 한 가지 장점은 제어 작업과 상태 편차를 최소화하면서 2차 비용 함수 결과를 선형 항으로 차별화하는 것입니다. 이 개발된 제어 방법은 선형 및 비선형 시스템 모두에 대해 구현될 수 있는 간단하고 쉬운 이산 제어 법칙으로 이어집니다. 컨트롤러 최적화를 위해 본 연구에서는 라그랑지 승수를 사용한 최적 제어 정리를 활용했으며, N개의 제어 영역(여기서 N은 상호 연결된 전력 시스템의 수)에 대해 이산 형태의 상태 및 제어 가중치 행렬을 체계적으로 선택하는 데 기능 최소화 기법을 사용했습니다. ). 이산 비용 함수 요구 사항은 영역 제어 오류, 적분 영역 제어 오류 및 제어 에너지 소비 측면에서 이 기술을 사용하여 파생됩니다. 교란 및 영역 제어 오류가 있거나 없는 4개의 상호 연결된 전력 시스템이 각각 하나의 열, 수력 및 가스 생성 장치로 분석되었습니다. 제어 영역 2에서 재생 에너지를 사용하는 2개 영역 다중 소스 전력 시스템은 제안된 GRC(발전율 제약 조건) 컨트롤러의 성능을 분석합니다. 기능적 최소화 기술은 가중치 행렬 선택을 단순화하고 용이하게 합니다. 또한, 시뮬레이션 결과는 개발된 이산 최적 2차 AGC 제어 기반 비용 함수적 최소화 접근법이 안정성, 정상 상태 성능 및 입력 부하 교란에 대한 폐쇄 루프 제어 시스템의 견고성 측면에서 전력 시스템 역학을 향상시킨다는 것을 시사합니다. 결과적으로 새로 개발된 OQAGC 접근 방식은 N 다중 영역 전력 시스템에 대한 개별 LQR 컨트롤러의 중요성을 보여줍니다.

유효 전력 제어는 모든 현대 에너지 전력 시스템1의 일상적인 관리에 있어 주요 요구 사항입니다. 이 제어의 주요 목적은 주파수 편차를 공칭 값으로 유지하고, 지역 간 연계 전력 변화를 예정된 값으로 유지하며, 주파수 편차가 0으로 돌아가도록 하는 것입니다2,3,4. 즉, 전력 손실과 부하는 발전기의 속도와 주파수에 민감합니다. 따라서 만족스러운 작동을 위해서는 기계적 동력과 소비자에게 전달되는 전력이 일치해야 합니다. 시스템 주파수는 유효 전력 균형에 따라 달라집니다. 따라서 유효전력의 불일치는 주파수의 변화를 반영합니다. 전력 시스템에 부하가 추가되면 시스템의 관성 저장 장치에서 운동 에너지를 추출하여 전력 불일치가 초기에 보상되고 결과적으로 전력 시스템 주파수가 떨어집니다. 주파수가 감소하면 부하가 소비하는 전력이 감소합니다. 평형 상태에서 주파수는 일정하거나 공칭 값5,6입니다. 대조적으로, 분산 리소스는 전력 전자 장치7를 통해 인터페이스되기 때문에 기존 발전기에 비해 완전히 다른 동작을 갖습니다. 결과적으로 발전기의 회전 속도와 시스템 주파수 사이에는 결합이 없으며8 따라서 인버터 연결 발전 장치는 본질적으로 전체 시스템 관성에 기여하지 않습니다9. 따라서 전력 시스템에 통합된 분산 에너지 자원은 고려 중인 전력 시스템에 추가적인 방해 요소로 작용합니다. 이로 인해 부하 요구가 증가하면 이 제어 문제가 어려워집니다. 상호 연결된 전력 시스템은 새로운 분산 자원(예: 풍력 발전소 및 PV)을 메인 그리드에 통합하여 규모가 커지고 있으며, 새로운 개념, 즉 스마트 그리드를 채택하고 전력 시스템의 디지털화로 인해 이러한 제어가 더욱 복잡해지고 도전적이다10.