전력계통 과도 안정도 향상을 위한 PSS와 TCSC의 협조 제어

Abstract

전 세계적으로 경제발전과 함께 전력 수요는 해마다 급증하고 있지만 추가적인 발전소 및 송전선로의 건설은 사회적, 환경적 문제에 부딪혀 점점 어려워지고 있다. 또한, 복잡하게 구성된 오늘날의 전력 계통의 특성상 계통 사고 발생 시 전체적인 안정도를 저하시켜 대규모 정전사태를 야기할 수 있는 위험이 높아지고 있다. 이를 위해 전통적으로 각 발전기에는 PSS를 사용하여 안정도 향상을 도모하고 있지만 대규모 외란 및 장거리 송전선로로 연계된 다기 계통 시스템에서는 그 성능이 저하되고 있다. 최근 전력 반도체 소자를 이용하여 경제적이고 신속하게 전력 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있는 FACTS설비가 이에 대한 해결책으로 제시되고 있다. 그 중의 하나인 TCSC는 선로의 임피던스를 제어하여 사고 시 고장전류를 제한하고 전력 진동을 억제함으로써 시스템의 안정도를 개선할 수 있다. 본 논문은 최적화된 PSS와 TCSC의 협조 제어를 통해 외란 발생시 전력시스템의 과도 안정도에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 경험적 최적화 방법론인 AAPSO를 사용하여 제어기의 최적 파라미터를 구할 수 있었다. 이를 이용하여 제안된 제어기를 PSS와 TCSC가 단독으로 사용된 경우 및 협조 제어된 경우에 대해 3상 지락사고 발생 시 과도 응답 특성을 PSS/E 프로그램을 통해 시뮬레이션 하였다. 또한, 협조 제어된 제어기의 강인성을 확인하기 위하여 정상부하, 경부하, 중부하의 다양한 부하 환경 하에서의 테스트가 함께 진행되었다. 시뮬레이션 결과 PSS와 TCSC가 동시에 협조 제어되었을 경우에 시스템의 동적 성능 및 전반적인 댐핑 성능이 단독으로 사용되었을 때보다 월등하게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

The demand for electrical power is growing along with rapid development of industry worldwide. However, the building of new transmission lines and the power plants to meet increasing consumption is becoming more and more difficult for social and ecological reasons. Also, since modern power systems are being complex and operated close to their limits, weak connections, unexpected events, hidden failures in protection system, and a host of other factors may cause a system to lose stability and even lead to catastrophic failure. Therefore, it is necessary to utilize the power transmission system at its maximum capacity in this new situation and the need for improved system damping in a wider operating range is gaining more attention. Among the available damping control methods, conventional Power System Stabilizer(PSS) is widely used, but it may not provide sufficient damping for power oscillation in long distance transmission and multi-machine power system. The recent advancements in the high power semiconductor technology lead to the development of Flexible AC Transmission System(FACTS), which can enhance the power system stability and power transfer capability. They are economical, fast acting and can improve the efficiency and security of power system. Thyristor Controlled Series Capacitor(TCSC) is one of the main FACTS devices. It is economical and effective means of enhancing dynamic stability of power system by quick and flexible means of adjusting line reactance. It assures better control over power flow, improvement of transient stability limits and fault current limitation. This study presents coordinated control design of PSS with TCSC for transient stability enhancement in multi-machine power system. The design of proposed coordinated damping controller is formulated as an optimization problem and the controller parameters are optimized instantaneously using Advanced Adaptive Particle Swarm Optimization(AAPSO). WSCC 3-machine 9-bus power system equipped with PSS and TCSC is considered as multi-machine test system. The coordinated design among the damping controllers is performed on the non-linear power system dynamic model. Finally, the proposed coordinated controller performance is discussed with time domain simulations with PSS/E. Different loading conditions are employed on the test system to investigate the robustness of proposed coordinated controller. The results of these studies show that the proposed coordinated controllers have an excellent capability in damping power system oscillations and enhance greatly the transient stability of the power system. Moreover, it is superior to both the uncoordinated designed stabilizers of the PSS and the TCSC damping controller over a wide range of operating conditions.