[논문 리뷰] Dynamic Voltage Restorer (DVR) For Protecting Hybrid Grids

Khodakhast Nasiriani, Mohsen Pasandi|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 30.

Smart Grid Security and Resilience인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 분포망과 풍력 터빈을 조합한 하이브리드 그리드에 통합된 동적 전압 복원기(DVR)를 제안하여 비상 부하의 전압 낙류, 과전압, 고조파 및 고장으로부터 보호한다. MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 통해 DVR는 빠른 일시적 반응과 효과적인 보상 기능을 보이며, 다양한 전압 품질 이상 상황에서도 부하 전압 품질을 유지를 한다.

ABSTRACT

Dynamic Voltage Restorer (DVR), for some important reasons, is utilized in Power Distribution for protecting loads especially critical loads against some power quality issues like sag, swell, harmonics and faults. Fast transient response for compensating voltage quality is an unavoidable factor. Different control topologies have been applied to this device. In this project, a DVR is deployed to preserve a critical load that is connected in parallel with the grid and A wind turbine. Several situations of power quality issues have been considered. The simulation results of a proposed system that has been implemented in MATLAB/Simulink show how DVR is effective for protecting loads.

연구 동기 및 목표

• 하이브리드 분포 시스템에서 전압 낙류, 과전압, 고조파 및 고장을 포함한 전압 품질 문제를 해결하기 위해.
• 그리드 및 풍력 터빈과 병렬로 연결된 비상 부하의 신뢰성 있는 작동을 보장하기 위해.
• 실시간 전압 보정을 위한 빠른 일시적 반응 특성을 갖춘 DVR을 구현하기 위해.
• 하이브리드 그리드 구성에서 다중 전압 품질 이상 상황 하에서 DVR의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• DVR는 하이브리드 분포 시스템 내에서 비상 부하 및 풍력 터빈과 병렬로 연결된다.
• DVR는 전압 이상에 대한 빠른 반응을 위한 제어 토포로지를 채택한다.
• 실시간으로 전압 편차를 감지하여 보정 조치를 유도한다.
• 시스템은 동적 성능 평가를 위해 MATLAB/Simulink에서 모델링되고 시뮬레이션된다.
• 장애 상황 동안 부하 전압을 허용 가능한 범위 내로 유지하기 위해 균형 잡힌 정현파 전압을 주입한다.
• 제어 전략에는 그리드와의 동기화 및 다양한 고장 조건 하에서 정확한 전압 조절이 포함된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 풍력 통합이 이루어진 하이브리드 그리드에서 DVR은 전압 낙류 및 과전압을 얼마나 효과적으로 보완할 수 있는가?
• RQ2 다양한 고장 조건 하에서 DVR의 일시적 반응 속도는 어떠한가?
• RQ3 동일한 공통 연결점에 풍력 터빈이 연결되어 있을 경우 DVR은 전압 품질을 어떻게 유지하는가?
• RQ4 고조파 왜곡 및 정삼상 고장 상황에서 DVR의 성능 특성은 어떠한가?
• RQ5 DVR은 그리드 이상 상황 동안 비상 부하에 지속적인 전압 품질을 보장할 수 있는가?

주요 결과

• DVR은 전압 낙류 및 과전압을 성공적으로 보상하여, 이상 발생 후 수 밀리초 내로 부하 전압을 정격 수준으로 복구한다.
• 시뮬레이션 결과는 빠른 동적 반응을 확인하였으며, 이상 발생 후 한 사이클 이내에 전압 조절이 완료됨을 입증한다.
• 대칭 및 비대칭 고장 상황에서도 부하 버스에서 균형 잡힌 정삼상 전압을 유지한다.
• 고조파 왜곡은 크게 감소하였으며, 부하 전압의 총 고조파 왜곡(THD)은 5% 이하로 유지된다.
• 변동하는 풍력 터빈 출력 및 그리드 조건 하에서도 시스템은 안정된 작동을 보인다.
• 제안된 DVR 구성은 하이브리드 분포망 내에서 비상 부하에 대해 신뢰할 수 있는 전압 품질을 보장한다.