Simscape Electrical을 활용한 전력 시스템 시뮬레이션

소프트웨어 정의 전력망을 개발하고 운영하는 데 있어 가장 중요한 애플리케이션은 무엇인가요?

주요 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 대규모 EMT 시뮬레이션
• 임피던스 스캐닝 및 시뮬레이션 기반 계통 연계 규정 준수
• 계통 형성 및 계통 추종 컨버터 설계 및 연계
• 데이터 센터 설계

전력 시스템 시뮬레이션을 시작하려면 어떻게 해야 하나요?

소프트웨어 정의 전력망을 설계하고 검증하는 엔지니어링 팀은 Simscape Electrical을 사용해 단일 시뮬레이션 환경에서 제어 알고리즘, 전력전자, 전력망 동역학을 연계할 수 있는 실용적인 방법을 제공합니다. MathWorks^®에서는 Simscape Electrical을 시작하는 데 도움을 주는 여러 대화형 방식의 자기 주도형 Onramp를 제공합니다. 다음 Onramp부터 시작해 보세요.

• Simscape Onramp: 1시간 분량의 자기 주도형 무료 온라인 교육과정입니다. Simscape™의 기초와 여러 물리 도메인에 걸친 동적 시스템을 모델링하는 방법을 학습할 수 있습니다.
• Power Systems Simulation Onramp: 1.5시간 분량의 자기 주도형 무료 온라인 교육과정으로, 전력 시스템 시뮬레이션의 기본 사항을 다룹니다. 간단한 마이크로그리드를 모델링하고 재생에너지 시스템의 핵심적인 제어 알고리즘을 평가하는 방법을 학습할 수 있습니다.

MATLAB 및 Simulink에서는 어떤 전력 시스템 시뮬레이션 워크플로를 지원하나요?

전력 시스템 시뮬레이션 워크플로에는 MATLAB^®, Simulink^®, Simscape 및 Simscape Electrical이 필요합니다. 애플리케이션의 범위에 따라 워크플로에 적합한 다른 제품을 추가할 수 있습니다. 예를 들어, Simulink Control Design™에서는 제어 설계 및 파라미터 최적화 워크플로를 제공하고 Simscape Battery™는 배터리 관리 시스템 개발을 위한 워크플로를 제공합니다.

EMT 시뮬레이션에는 어떤 솔버를 사용해야 하나요?

EMT 시뮬레이션에는 역방향 오일러 방법 또는 사다리꼴법과 같은 고정 스텝 솔버를 사용할 수 있습니다. 시간 스텝은 애플리케이션에 따라 다르지만, 50Hz 및 60Hz 시스템의 경우 일반적으로 50마이크로초로 설정합니다.

적합한 충실도 모델은 어떻게 선택하나요?

모델 충실도란 특정 시뮬레이션에 포함되는 세부 수준을 말합니다. 예를 들어, EMT 시뮬레이션을 위해 전력 컨버터를 모델링하는 경우 전력 시스템 연구에서는 기본적으로 세 가지 충실도 수준을 사용합니다.

세 가지 수준은 평균값, 평균 스위치, 스위칭 선형입니다.

• 충실도가 가장 낮은 것은 평균값입니다. 전력 컨버터는 변조파를 직접 모사하며 소자 스위칭은 모델링하지 않습니다. 이는 가장 빠른 시뮬레이션 옵션이며 고조파 정보가 필요하지 않은 연구에 적합합니다.
• 그다음 충실도 수준은 평균 스위치입니다. PWM(펄스 폭 변조)은 PWM 생성기의 시간 스텝보다 더 큰 시간 스텝에 걸쳐 평균화할 수 있습니다. 이 접근법을 사용하면 물리 시스템을 더 큰 시간 스텝으로 시뮬레이션하면서 저차 고조파를 정확하게 포착할 수 있습니다. 이 기법을 서브사이클 평균화라고도 합니다.
• 스위칭 선형 충실도는 전력전자 소자의 on-off 스위칭을 직접 시뮬레이션합니다. 이 충실도 수준에서는 물리 시스템의 응답의 PWM 스위칭 패턴을 정확하게 포착할 수 있는 시간 스텝을 선택해야 합니다.

대규모 전력 시스템 모델을 구축하고 확장하려면 어떻게 해야 하나요?

엔지니어는 일반적으로 대규모 전력 시스템을 텍스트 기반 파일 형식으로 기술하고, EMT 모델을 구축하기 전에 MATPOWER와 같은 조류 해석 툴을 사용해 분석합니다. 이 경우 네트워크 데이터를 읽어오는 MATLAB 스크립트를 작성할 수 있습니다. 이 스크립트는 Simulink API를 사용하여 조류 해석에 사용되는 계통 설명으로부터 기본 전력 시스템 모델을 프로그래밍 방식으로 구축합니다. 전력 시스템의 커질수록 계산에 드는 비용도 증가합니다. 권장되는 접근법은 모델을 더 작은 규모의 서브네트워크로 분할하는 것입니다. 그런 다음 모델 참조 또는 서브시스템 참조와 같은 모델 아키텍처를 통해 이러한 서브네트워크를 연결합니다.

또 다른 유형의 대규모 시스템으로는 반복되는 컴포넌트가 많이 포함된 모듈형 다단 컨버터와 같은 대규모 전력 컨버터 토폴로지가 있습니다. Simulink API를 사용해 이러한 아키텍처도 생성할 수 있습니다.

송전 및 배전 시스템을 모델링할 수 있나요?

네, 평형 시스템과 불평형 시스템을 모두 모델링할 수 있습니다. 필요한 경우 다상 시스템을 모델링할 수도 있습니다.

8,760시간 분석과 같은 장기간 연구도 시뮬레이션할 수 있나요?

네, 페이저 모드에서 시뮬레이션할 수 있도록 Simscape Electrical 모델을 구성할 수 있습니다. 이 모드에서는 임의의 시간 스텝을 사용할 수 있으며, 표준적인 1년을 1시간 간격으로 총 8,760개 시점에 걸쳐 시뮬레이션할 수도 있습니다. 이러한 유형의 시뮬레이션을 일반적으로 준정적 시뮬레이션이라고 합니다.

실시간 시뮬레이션과 호환되는 대규모 전력 시스템 모델을 만들려면 어떻게 해야 하나요?

일부 모델의 경우 실시간으로 시뮬레이션하기에는 너무 크기 때문에 정해진 답은 없습니다. 그러나 모델을 구축하고 테스트하는 경우 다음 지침을 고려해 보세요.

• 전력 시스템 모델을 점진적으로 구축하고 데스크탑에서 시뮬레이션 성능의 초기 평가를 수행합니다. 엔지니어링 목표를 달성할 수 있는 가장 낮은 모델 충실도를 사용하고 고정 비용 솔버 설정을 사용합니다.
• 실시간 환경에서 모델을 테스트 할 때 오버런이 발생하는 경우 모델을 더 작은 규모의 서브시스템으로 분할하고 실시간 시뮬레이션 중에 더 많은 코어를 사용하는 것을 고려하세요.

실시간 전력 컨버터 시뮬레이션의 성능을 개선하는 기법이 있나요?

서브사이클 평균화는 실시간 시뮬레이션 성능을 개선하기 위해 널리 사용되는 방법입니다. 이 방법을 사용하면 저차 스위칭 고조파를 정확하게 포착하면서 물리 모델의 시뮬레이션 스텝 시간을 늘릴 수 있습니다. 서브사이클 평균화에는 스텝 시간과 관심 고조파 범위 사이의 절충이 필요합니다.

또는 전체 고조파 범위가 필요한 경우 전력 컨버터 모델을 HDL 코드로 구현하여 FPGA에 배포할 수 있습니다.

시뮬레이션을 사용해 계통 연계 규정 준수 여부를 어떻게 평가할 수 있나요?

시뮬레이션 모델을 사용해 계통 연계 규정 준수 여부를 평가하려면 저전압 외란, 주파수 외란 또는 두 가지 모두와 같은 조건에서 시뮬레이션 모델을 실행하는 테스트 하네스를 생성합니다. 테스트 결과가 기록되고 전반적인 준수 여부 평가를 뒷받침하는 리포트가 자동으로 생성됩니다.