Enhancement of generator frequency response with ESS and analysis of sub-synchronous torsional interactions with FACTS/HVDC systems
저자
발행사항
[Seoul] : Graduate School, Yonsei University, 2023
학위논문사항
학위논문(박사) -- Graduate School, Yonsei University School of Electrical and Electronic Engineering 2023.2
발행연도
2023
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
ESS를 이용한 발전기 주파수 응답 향상 및 FACTS/HVDC 시스템과의 차동기 축 뒤틀림 상호작용 분석
형태사항
xiii, 115장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Kyeon Hur
UCI식별코드
I804:11046-000000544518
소장기관
This dissertation presents an operation strategy and the analysis of turbine generators; the operation strategy addresses the fluctuating and intermittent characteristics integrating high penetrations of renewable energy sources (RES), and the analysis prevents generator shaft damage, sub-synchronous torsional interaction (SSTI), caused by a flexible alternating current transmission system (FACTS)/high-voltage direct current (HVDC).
This dissertation thus proposes an operation strategy for a steam turbine generator (GEN) with a built-in energy storage system (ESS) that replaces the role of the governor. The proposed strategy reduces the operating cost of the GEN by minimizing the throttling loss and the amount of fuel along with the harmonious operation of ESS. For the conventional governor droop control, the valve cannot be fully open for emergency release; it causes losses in the throttle valve and fuel cost owing to the reserve. Beyond these limitations, in the proposed coordinated operation between GEN and ESS, the GEN can operate in the natural sliding pressure mode, which fully opens the steam turbine valves, reduces the steam pressure, and improves the turbine’s efficiency by minimizing the throttling loss.
In addition, this dissertation presents a practical method for estimating mechanical and electrical damping in SSTI analysis with limited information and EMT modeling of the generators. The risk of SSTI is generally assessed by comparing the damping of the turbine generator with that of the electrical system in a problematic mode in the frequency domain followed by time domain simulation studies to confirm the occurrence of torsional interaction. Methods based on modal analysis, Rayleigh, and Caughey damping models can estimate the modal and structural mechanical damping of the multi-mass model of a turbine generator. The test signal method can be used to evaluate electrical damping using the equation of the change in electrical torque of a synchronous generator after injecting a small perturbation signal. Comprehensive studies in both frequency and time domains using MATLAB and PSCAD/EMTDC demonstrate the accuracy and efficacy of the proposed estimation method. Theoretical aspects and applicability of the development of analytical techniques for SSTI analysis are also discussed.
Finally, SSTI studies for the line-commutated converter (LCC) high-voltage direct current (HVDC) system and thyristor-controlled series compensator (TCSC) installed in the BukDangjin-Godeok area and YeongDong area, respectively, in the Korean power system are conducted. Using the developed method and process, the potential risk of SSTI is analyzed in the frequency and time domains. In particular, time domain simulation uses the large-scale real-time digital simulator (RTDS) for the Korean power system with the LCC HVDC model reflecting the manufacturer’s control characteristic and TCSC replica controller. The results of frequency and time domains represent whether the LCC HVDC and TCSC cause SSTI risk in the Korean power system, considering contingencies.
본 학위 논문은 터빈발전기와 에너지저장장치(ESS) 연계 운전 전략과 차동기 터빈 축 뒤틀림 상호작용 분석을 다룹니다. 터빈 발전기의 운전 전략은 신재생에너지의 높은 보급로 인한 출력 변동 및 간헐적 특성을 해소하는 방안을 제시합니다. 그리고 터빈 발전기의 SSTI 분석은 FACTS/HVDC 제어 및 운전으로 인한 발전기 축 손상 가능성을 사전에 검토하는 분석 방법론 및 국내 대규모 계통에 대한 스터디 결과를 제공합니다.
첫번째로 거버너의 역할을 대신하는 ESS가 내장된 증기터빈발전기의 운전 전략을 제안합니다. 제안된 전략은 증기터빈발전기와 ESS 간의 협동운전에서 증기터빈발전기는 거버너의 증기 밸브를 완전히 개방시켜 터빈의 증기 압력을 감소시키며 교축 손실을 최소화하여 터빈 효율을 향상시키는 순변압 모드에서 작동할 수 있습니다. 그리고 증기를 포함하지 않은 예비력 대체 운전 전략은 거버너의 동작이 필요 없으며 기존 거버너에서 제공하는 주파수 응답은 ESS로 대체하게 됩니다. ESS는 거버너보다 빠르게 주파수 응답을 제공하는 능력이 있기에 증기터빈발전기와 ESS가 결합된 운전 전략은 기존 증기터빈발전기의 주파수 응답 특성을 개선에 기여합니다.
두번째로 터빈 발전기와 FACTS/HVDC 사이의 축 손상을 방지하기 위해 발전기의 제한된 정보와 EMT 시뮬레이션을 사용하여 SSTI 분석에서 기계적 및 전기적 댐핑을 추정하는 실용적인 방법을 제공합니다. SSTI의 위험은 일반적으로 주파수 영역에서 문제가 있는 모드에서 터빈 발전기의 댐핑을 전기 시스템의 댐핑과 비교한 후 비틀림 상호 작용의 발생을 확인하기 위한 시간 영역 시뮬레이션 연구를 통해 평가됩니다. Modal 해석, Rayleigh 및 Caughey 감쇠 모델에 기반한 방법은 터빈 발전기의 다중 질량 모델의 모드 및 구조적 기계적 댐핑을 추정합니다. 테스트 신호 방법는 작은 섭동 신호를 주입한 후 동기 발전기의 전기 토크 변화 방정식을 기반으로 전기적 댐핑을 평가합니다. MATLAB과 PSCAD/EMTDC를 사용한 주파수 및 시간 영역의 연구는 제안된 추정 방법의 정확성과 효율성을 보여줍니다.
더 나아가, 국내 전력망에 설치된 북당진-고덕 지역의 전류형 HVDC와 영동 지역에 설치된 TCSC에 대한 SSTI 스터디를 진행합니다. 앞서 개발한 방법론을 기반으로 주파수 및 시간 영역에서 SSTI 분석을 진행합니다. 특히 RTDS 기반의 대규모 전력 계통에서 전류형 HVDC는 제작사 모델을 모사하였고, TCSC는 레플리카 제어기를 연계하여 분석을 진행하였습니다. 일반적으로 기존 EMT 해석에서 진행한 축약 계통에서 분석한 결과와 달리 이 논문의 결과는 국내 실계통을 세부적으로 반영하여 분석을 진행합니다.
분석정보
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)