[논문 리뷰] Design of Power System Stabilizer using Fuzzy Based Sliding Mode Control Technique

R. Latha, S. Kanthalakshmi외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 28.

Power System Optimization and Stability참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 고장 조건 하에서 전기기계 진동의 감쇠를 향상시키기 위해 이중 발전기 다기계 전력 시스템에 대한 새로운 퍼지 기반 슬라이딩 모드 제어(Power System Stabilizer, PSS)를 제안한다. 퍼지 논리와 슬라이딩 모드 제어를 통합함으로써, 진동 감쇠를 향상시키고 불확실성과 비선형성에 대한 강건성을 높이며, 기존의 전통적 PSS, 퍼지 PSS, 슬라이딩 모드 PSS보다 동적 응답과 안정성에서 뛰어난 성능을 보인다.

ABSTRACT

Power systems are usually large non-linear systems, which are often subjected to low frequency electromechanical oscillations. Power System Stabilizers are often used as effective and economic means for damping the generator's electromechanical oscillations and enhance the overall stability of power systems. Power system stabilizers have been applied for several decades in utilities and they can extend power transfer stability limits by adding modulation signal through excitation control system. Sliding mode control is one of the main methods employed to overcome the uncertainty of the system. This controller can be applied very well in presence of both parameter uncertainties and unknown nonlinear function such as disturbance. To enhance stability and improve dynamic response of the system operating in faulty conditions a Fuzzy based Sliding Mode Control Power System Stabiliser is developed for a multimachine system with two generators and it is compared with the Conventional Power System Stabiliser, Fuzzy based Power System Stabiliser, Sliding Mode based Power System Stabiliser.

연구 동기 및 목표

• 대규모 비선형 전력 시스템에서 저주파 전기기계 진동 문제를 해결하기 위해.
• 기존의 전통적 PSS와 슬라이딩 모드 제어의 한계, 즉 진동 감쇠와 불확실성에 대한 민감성 문제를 해결하기 위해.
• 고장 운용 조건 하에서도 동적 응답과 안정성을 향상시키는 강건하고 적응형 PSS를 설계하기 위해.
• 퍼지 논리와 슬라이딩 모드 제어를 융합하여 성능 향상과 제어 노력 감소를 달성하기 위해.
• 제안된 FSMC-PSS를 기존의 전통적 및 지능형 PSS 설계와 비교하여 이중 발전기 다기계 시스템에서 검증하기 위해.

제안 방법

• 이중 발전기 다기계 시스템에 대한 퍼지 기반 슬라이딩 모드 제어(FSMC) PSS를 설계하였다.
• 시스템의 불확실성과 외란에 대한 강건성을 확보하기 위해 슬라이딩 모드 제어 구조를 사용하였다.
• 슬라이딩 모드 제어기의 스위칭 이득을 적응적으로 조정하기 위해 퍼지 논리를 적용하였다.
• 폐쇄 루프 시스템의 점근적 안정성을 보장하기 위해 라플라스 안정성 이론에 기반한 제어 법칙을 유도하였다.
• 발전기의 Excitation 전압을 조절하기 위해 FSMC-PSS를 자동_excitation 제어 시스템과 통합하였다.
• 다양한 고장 조건 하에서 시간 영역 시뮬레이션을 수행하여 기존의 전통적 PSS, 퍼지 PSS, 슬라이딩 모드 PSS와의 성능을 비교 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제안된 FSMC-PSS는 시스템 고장 조건 하에서 기존의 전통적 PSS에 비해 어떤 방식으로 감쇠 성능을 향상시키는가?
• RQ2 퍼지 논리를 통합함으로써 슬라이딩 모드 제어에서의 진동 감쇠는 어느 정도 감소되는가?
• RQ3 파rameter 불확실성과 비선형성 존재 하에서 FSMC-PSS는 시스템 안정성과 동적 응답을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 다양한 고장 시나리오 하에서 FSMC-PSS의 비교적 일시적 응답 특성은 어떻게 다른가?
• RQ5 제안된 제어기는 다양한 운용 조건에서 강건성과 안정성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 FSMC-PSS는 기존의 전통적 PSS, 퍼지 PSS, 슬라이딩 모드 PSS에 비해 전기기계 진동 감쇠 성능이 뛰어나다는 것이 입증되었다.
• 퍼지 논리에 의한 적응적 이득 조정 덕분에 제어 신호의 진동 감쇠가 크게 감소되었다.
• 3단계 고장 조건 하에서 시스템의 수면 시간이 빨라지고 피크 진동 진폭이 감소하였다.
• 라플라스 기반 설계로 인해 모든 시험 조건 하에서 폐쇄 루프 시스템의 점근적 안정성이 보장되었다.
• 파rameter 변화와 외부 외란 존재 하에서도 더 나은 동적 응답과 강건성을 확보하였다.
• 시뮬레이션 결과는 전력 전송 안정 한계 향상과 전체 시스템 성능 향상이 확인되었다.