[논문 리뷰] Generalized Short Circuit Ratio for Multi Power Electronic based Devices Infeed Systems: Defi-nition and Theoretical Analysis

Huanhai Xin, Wei Dong외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 27.

Microgrid Control and Optimization참고 문헌 12인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다중 전력 전자 장치 인입 시스템(MPEIS)에서 소신호 안정성을 평가하기 위해 일반화된 단락비율(gSCR)과 운영 gSCR(OgSCR)을 도입한다. 기존 SCR을 확장하여 시스템을 독립적인 단일 인입 등가로 분해함으로써, 제안된 지표들은 교류 견고성과 안정성 여유를 효과적으로 정량화한다. 복잡한 다중 인입 환경에서 기존 방법보다 높은 정확도를 보이는 시뮬레이션을 통해 검증되었다.

ABSTRACT

Short circuit ratio (SCR) is widely applied to analyze the strength of AC system and the small signal stability for single power elec-tronic based devices infeed systems (SPEISs). However, there still lacking the theory of short circuit ratio applicable for multi power electronic based devices infeed systems (MPEIS), as the complex coupling among multi power electronic devices (PEDs) leads to difficulties in stability analysis. In this regard, this paper firstly proposes a concept named generalized short circuit ratio (gSCR) to measure the strength of connected AC grid in a multi-infeed system from the small signal stability point of view. Generally, the gSCR is physically and mathematically extended from conven-tional SCR by decomposing the multi-infeed system into n inde-pendent single infeed systems. Then the operation gSCR (OgSCR) is proposed based on gSCR in order to take the variation of op-eration point into consideration. The participation factors and sensitivity are analyzed as well. Finally, simulations are conducted to demonstrate the rationality and effectiveness of the defined gSCR and OgSCR.

연구 동기 및 목표

• 다중 전력 전자 장치 인입 시스템(MPEIS)에 적용 가능한 안정성 중심의 단락비율 지표 부족 문제를 해결하기 위해.
• 다중 인입 시스템에서 소신호 안정성 관점에서 견고성의 정도를 반영하는 일반화된 SCR(gSCR)를 개발하기 위해.
• 운영 조건 변화를 고려하기 위해 운영 gSCR(OgSCR)를 도입하기 위해.
• 참여 인자 분석과 민감도 분석을 통해 제안된 지표의 해석 가능성 향상하기 위해.
• 시뮬레이션 연구를 통해 gSCR와 OgSCR의 타당성과 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• gSCR는 다중 인입 시스템을 n개의 독립적인 단일 인입 시스템으로 분해하고, 각 시스템을 기존 SCR 원리에 따라 분석함으로써 유도된다.
• gSCR의 이론적 유도는 다중 인입 네트워크 내 각 전력 전자 장치(PED)가 볼 수 있는 등가 임피던스를 모델링하는 데 초점이 맞춰져 있다.
• OgSCR는 운영 조건 변화를 gSCR 프레임워크에 통합하여, 견고성의 동적 평가가 가능한 방식으로 구성된다.
• 시스템 안정성에 영향을 미치는 주요 구성 요소를 규명하기 위해 참여 인자를 계산한다.
• gSCR와 OgSCR 값에 영향을 주는 시스템 파라미터의 변화를 평가하기 위해 민감도 분석을 수행한다.
• 다양한 운영 조건에서 제안된 지표를 검증하기 위해 다중-PED 시스템에서 시뮬레이션을 실시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복잡한 장치 상호작용을 포함한 다중 전력 전자 장치 인입 시스템(MPEIS)에 적용 가능한 기존 단락비율(SCR)을 어떻게 일반화할 수 있는가?
• RQ2 다중 인입 시스템에서 물리적·수학적 일관성을 유지하면서 일반화된 SCR(gSCR)를 정의하는 데 이르는 이론적 근거는 무엇인가?
• RQ3 운영 gSCR(OgSCR)는 실시간 견고성 조건에서 운영 조건 변화를 고려함으로써 gSCR에 비해 어떤 방식으로 향상되는가?
• RQ4 참여 인자와 민감도 분석은 gSCR와 OgSCR의 안정성 의미를 해석하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 시뮬레이션 결과는 gSCR와 OgSCR가 소신호 안정성 평가에서 정확성과 효과성을 얼마나 잘 확인하는가?

주요 결과

• 제안된 gSCR는 이론적으로 타당하고 물리적으로 해석 가능한 다중-PED 인입 시스템 내 교류 견고성 정도의 측정치를 제공한다.
• gSCR는 다수의 전력 전자 장치 간 상호 결합 영향이 시스템 안정성에 미치는 영향을 성공적으로 반영한다.
• OgSCR는 운영 조건 변화에 더 민감하게 반응하여 실시간 안정성 평가에 적합한 동적 지표임을 입증한다.
• 참여 인자 분석을 통해 시스템 진동 모드에 영향을 미치는 주요 장치와 연결 구조를 규명할 수 있었다.
• 민감도 분석을 통해 gSCR와 OgSCR가 등가 임피던스 및 인입 전력 수준과 같은 핵심 시스템 파라미터에 민감하게 반응하는 것으로 확인되었다.
• 시뮬레이션 결과는 gSCR와 OgSCR가 소신호 안정성 여유를 효과적으로 예측하며, 다중 인입 환경에서 기존 SCR보다 뛰어난 성능을 보임을 검증하였다.