그리드포밍 컨버터 설계 및 분석하기

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이 예제에서는 미리 정의된 13가지 테스트 시나리오에서 그리드포밍(GFM: grid-forming) 컨버터의 성능을 설계하고 분석하는 방법을 보여줍니다. 그러면 사용자는 테스트 결과를 계통망 규약 표준과 비교하여 운영 및 규정 준수가 바람직하게 이루어지는지 확인할 수 있습니다. 이 예제의 GFM 컨버터는 대체 관성 에뮬레이션 기법, 구성 가능한 제어 루프, 다양한 전류 제한 방법을 제공하며, 폭넓은 네트워크 강도에 적합합니다. 이 모델은 MATLAB®에서 다운로드하거나 MATLAB Central File Exchange와 GitHub®에서 액세스할 수 있습니다.

예제 개요

이 예제에서는 다음을 수행하는 방법을 배웁니다.

  • 계통망 규약 표준의 성능 요구 사항 식별.

  • 드룹 제어 및 가상 동기기 제어를 사용하여 그리드포밍 제어기 설계.

  • 가상 임피던스와 전류 포화 방법을 사용하여 다양한 전류 제한 전략 설계.

  • 전압, 주파수 및 위상 변화에 대한 그리드 운영자의 그리드포밍 기술 사양 확인.

  • 관성, 감쇠 및 결함 변화에 대한 시스템 성능 평가.

자세한 내용은 다음 단계를 따라 웹 브라우저에서 열리는 개요를 살펴보거나 Power Converter Circuit and Control Design with Simscape (MATLAB Central File Exchange) 항목을 참조하십시오.

파일 다운로드하기

gitclone 함수를 사용하여 현재 폴더의 최신 리포지토리를 복제합니다.

gitclone("https://github.com/simscape/Power-Converter-Circuit-Control-Simscape");

또는 다음 옵션을 사용하여 최신 파일을 다운로드할 수 있습니다.

프로젝트 열기

gitclone 함수를 사용한 후에는 MATLAB이 현재 폴더에 새 폴더를 만듭니다. 이 예제에서는 프로젝트를 사용하여 지원 파일을 관리합니다. GridFormingConverterWithSimscape 프로젝트 파일을 엽니다. 열려 있는 프로젝트가 있는 경우 MATLAB은 이 프로젝트를 불러오기 전에 열린 프로젝트를 닫습니다. 모델에는 수백 개의 지원 파일이 있으므로 프로젝트 환경을 구성하는 데는 몇 분 정도 걸립니다. 모델을 탐색하는 데 도움이 되는 개요가 웹 브라우저에서 열립니다.

openProject("Power-Converter-Circuit-Control-Simscape");

프로젝트 탐색하기

GFM 컨버터 시스템

최상위 모델은 이 예제에서 GFM 컨버터 시스템의 설계를 보여줍니다. 이 모델은 415V/11kV 승압 변압기에 연결된 500kVA, 415V, 50Hz의 3상 GFM 컨버터로 구성됩니다. 송전선로가 변압기를 11kV 그리드에 연결합니다. 국소 부하가 저전압 수준에서 GFM 컨버터 출력에 연결됩니다. 그리드포밍 컨버터 모델은 그리드 전압, 주파수, 위상, 국소 부하, 단락비(SCR), X/R 비율, 전력 기준, 독립 운전 모드를 변경하고 결함을 적용할 수 있는 테스트 하네스를 제공합니다.

제어기 전략

제어 전략을 지정하려면, testCondition.activePowerMethod 변수의 값을 Virtual Synchronous Machine 또는 Droop Control로 설정합니다. VSM(가상 동기기) 전략을 선택하려면 MATLAB 명령 창에서 다음을 실행하십시오.

testCondition.activePowerMethod = 'Virtual Synchronous Machine';

VSM 제어 방법은 동기기 관성과 감쇠를 모방합니다. 일정한 주파수 기준이나 측정된 그리드 시스템 주파수를 사용하여 제어기 감쇠 전력이 계산됩니다. 그리드 주파수 측정값을 기반으로 하는 감쇠 전력은 그리드 주파수 외란이 존재하는 동안 더 나은 성능을 제공합니다.

FRT(결함 라이드스루) 방법

계통망 규약 표준에 따르면, 모든 인버터 기반 리소스에는 전압 및 주파수 외란에 대비한 라이드스루(ride-through) 기능이 있어야 합니다. 결함 라이드스루 옵션을 지정하려면 testCondition.currentLimitMethod 변수의 값을 다음 중 하나로 설정하십시오.

  • Virtual Impedance

  • Current Limiting

  • Virtual Impedance and Current Limiting

결함 라이드스루 옵션을 Virtual Impedance로 설정하려면 MATLAB 명령 창에서 다음을 실행하십시오.

testCondition.currentLimitMethod = 'Virtual Impedance';

테스트 시나리오

이 예제에는 GFM 컨버터와 제어기의 성능을 평가할 수 있는 13가지 테스트 시나리오가 나와 있습니다.

  • 정상 작동 — 외란 없이 모델을 시뮬레이션합니다.

  • 유효 전력 기준 변화 — 유효 전력 기준의 순간 변화.

  • 무효 전력 기준 변화 — 무효 전력 기준의 순간 변화.

  • 그리드 전압 변화 — 그리드 전압의 순간 변화.

  • 국소 부하 변화 — 국소 부하의 순간 변화.

  • 그리드 주파수의 작은 변화(0.5Hz) — 시스템 주파수를 1Hz/s의 비율로 0.5Hz만큼 높입니다.

  • 그리드 주파수의 큰 변화(2Hz) — 시스템 주파수를 2Hz/s의 비율로 2Hz만큼 높입니다.

  • 그리드 주파수의 전체 범위 변화 — 시스템 주파수를 2Hz/s의 비율로 2Hz만큼 높인 다음 5초를 기다린 후 1Hz/s의 비율로 5Hz만큼 낮춥니다.

  • 그리드 위상을 10도 변경 — 위상을 순간적으로 10도만큼 변경합니다.

  • 그리드 위상을 60도 변경 — 위상을 순간적으로 60도만큼 변경합니다.

  • 영구적 3상 고장 — 3상 지락 고장을 생성하고 무효 전력을 측정합니다.

  • 일시적 3상 고장 — 3상 지락 고장을 생성한 후 일정 시간이 지나면 이를 제거합니다.

  • 독립 운전 동작 — 정상 상태 동작 동안 그리드 회로 차단기가 독립 운전 상태에서 GFM 컨버터를 시뮬레이션하도록 트립됩니다.

13가지 테스트 시나리오의 시뮬레이션 결과를 플로팅하려면 PlotGridFormingConverter 함수를 사용하십시오. 이 함수는 또한 측정된 유효 전력과 주파수를 분석하여 시뮬레이션 시간이 끝날 때 시스템이 안정 상태에 도달했는지 여부를 확인합니다. PlotGridFormingConverter 함수는 다음과 같은 입력값을 받습니다.

  • testCondition — 시뮬레이션 설정으로, 5개의 변수로 구성된 struct로 지정됩니다.

  • plotFlag — 결과 및 요약 MATLAB 테이블을 플로팅하는 옵션. 결과를 플로팅하려면 이 입력값을 1로 설정하십시오.

  • 세 번째 변수(선택 사항) — 테스트 시나리오를 한 번에 모두 시뮬레이션하려면 이를 "All"로 설정하십시오.

GridFormingConverterTestCondition.mlx 파일에서 테스트 시나리오와 테스트 변수 프로파일을 시간값과 함께 정의할 수 있습니다.

테스트 시나리오 시뮬레이션하기

테스트 시나리오를 설정하고 시뮬레이션하려면 먼저 testCondition 변수 값을 설정하십시오.

testCondition 변수는 다음을 정의합니다.

  • 유효 전력 방법

  • 전류 제한 방법

  • 그리드 단락비

  • 그리드 X/R 비율

  • 테스트 이름

다음 코드는 그리드 단락비 2.5와 X/R 비율 5를 사용하여, GFM 컨버터의 유효 전력 제어 방법을 "Virtual Synchronous Machine"으로 설정하고 결함 라이드스루 방법을 "Virtual Impedance"로 설정합니다.

이 테스트 시나리오에서는 시스템의 유효 전력 기준이 순간적으로 변합니다. 이 테스트 시나리오에서는 GFM 컨버터 추적 기능, 응답 시간, 출력 전압 변동을 조사할 수 있습니다. 이 테스트 시나리오를 설정하고 시뮬레이션하려면 MATLAB 명령 창에서 다음을 실행하십시오.

testCondition.activePowerMethod = 'Virtual Synchronous Machine'; 
testCondition.currentLimitMethod = 'Virtual Impedance'; 
testCondition.SCR = 2.5;
testCondition.XbyR = 5;
testCondition.testCondition = 'Change in active power reference'; 
outputTable = PlotGridFormingConverter(testCondition,1);

MathWorks® Simscape™ 팀이 제공하는 최신 예제를 확인하려면 MATLAB Central에서 MathWorks Simscape Team을 참조하십시오.

참고 항목

도움말 항목