[논문 리뷰] A Novel Hybrid Islanding Detection Method for Inverter-based DG

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 20.

Islanding Detection in Power Systems참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 확장 칼만 필터를 사용한 수동형 고조파 검출과 전압 변화율 및 전력 이동 기반의 능동형 방법을 조합한 인버터 기반 분산 발전(DG)을 위한 혁신적인 하이브리드 솔라이징 감지 방법을 제안한다. 이 방법은 탐지 시간을 단축하고 비탐지 영역을 최소화하며 다양한 전력 조건 하에서도 신뢰성과 안정성을 향상시킨다. 시뮬린크 시뮬레이션을 통해 다양한 시스템 사고 상황에서 검증되었다.

ABSTRACT

A novel method for achieving a better performance using the combination of the available passive and active methods has been proposed. The algorithm detects the islanding in proper time by using harmonic detection, the average rate of change of voltage and shifting power generation. Harmonic detection in this method decreases process time and also differentiates between islanding and other power systems events. For harmonic detection, extended Kalman filter has been used. Besides, the reliability of the method increases using the average rate of change of the voltage. The proposed method uses a strategy for decreasing the non-detection zone. In this strategy, minimum and maximum average rates of change of voltage limits are defined to improve the security of the system. Therefore, three main specifications of a proper method, reliability, security and time of process are achievable by the combination of these passive and active methods. By applying different power system events under different power conditions, the proposed method has been verified in Simulink software.

연구 동기 및 목표

• 기존 수동형 및 능동형 솔라이징 감지 방법의 탐지 속도, 비탐지 영역, 신뢰성 측면에서의 한계를 해결하기 위해.
• 전압 변화율에 대한 동적 임계치를 도입하여 솔라이징 감지의 비탐지 영역을 최소화하기 위해.
• 고조파 감지와 능동 제어 전략을 통합하여 시스템 보안성과 감지 정확도를 향상시키기 위해.
• 인버터 기반 DG 시스템에서 신뢰성, 보안성, 빠른 탐지 시간 간의 균형을 달성하기 위해.

제안 방법

• 공통 접점 전압의 고조파 성분을 추정하기 위해 확장 칼만 필터를 사용한 고조파 감지를 수행한다.
• 이상적인 시스템 동작을 나타내는 솔라이징 신호를 감지하기 위해 전압 평균 변화율을 계산한다.
• 시스템 보안성을 향상시키고 오작동을 줄이기 위해 전압 평균 변화율의 최소 및 최대 임계치를 정의한다.
• 감지 중 전력 생성을 의도적으로 이동시켜 솔라이징과 정상적인 사건을 구분할 수 있는 측정 가능한 교란을 유도한다.
• 수동(고조파 기반) 및 능동(전압 변화율 및 전력 이동) 기법을 조합한 하이브리드 접근 방식을 통해 전체 성능을 향상시킨다.
• 모든 세 구성 요소의 출력을 조합하는 의사결정 논리가 실시간으로 솔라이징 상태를 결정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적응형 전압 변화율 임계치를 사용하여 솔라이징 감지의 비탐지 영역을 어떻게 최소화할 수 있는가?
• RQ2 기존 방법에 비해 확장 칼만 필터를 통한 고조파 감지 방식이 탐지 속도와 정확도를 얼마나 향상시키는가?
• RQ3 수동 및 능동 방법의 통합이 빠른 반응 시간을 유지하면서도 오작동을 줄일 수 있는가?
• RQ4 다양한 전력 시스템 사고와 변화하는 부하 조건 하에서 제안된 방법의 성능은 어떠한가?
• RQ5 전력 생성 이동이 솔라이징 감지의 신뢰성과 보안성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 확장 칼만 필터를 통한 실시간 고조파 추정을 활용하여 탐지 시간을 크게 단축시킨다.
• 정의된 최소 및 최대 전압 변화율 한계치 사용이 비탐지 영역을 효과적으로 줄이고 시스템 보안성을 향상시킨다.
• 하이브리드 접근 방식은 솔라이징과 부하 변화 또는 고장과 같은 다른 전력 시스템 교란을 성공적으로 구분한다.
• 시뮬린크에서의 시뮬레이션 결과, 다양한 시스템 사고 상황과 변화하는 전력 조건 하에서도 신뢰할 수 있는 감지 성능을 확인할 수 있었다.
• 이 방법은 탐지 속도, 신뢰성, 보안성 간의 유리한 균형을 달성하여 단독 수동 또는 능동 방법보다 뛰어난 성능을 발휘한다.