컨벌루션 신경망을 이용한 전력 시스템 관성의 연속 추정

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4440(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

관성은 주파수 교란에 대응하는 전력 시스템의 능력을 측정한 것입니다. 기존 전력 네트워크에서 관성은 시간이 지나도 거의 일정하므로 네트워크 안정성에 기여합니다. 그러나 신재생에너지 비중이 높아질수록 동기발전기의 관성이 감소해 전체적인 안정성에 위협이 될 수 있다. 따라서 역연결 소스가 지배하는 전력 시스템의 관성을 안정적으로 추정하는 것이 가장 중요해졌습니다. 우리는 최첨단 인공지능 기술을 활용하여 전력 시스템의 관성을 지속적으로 추정하기 위한 프레임워크를 개발합니다. 우리는 인공 신경망이 이 특정 영역에서 어떻게 작동하는지 설명하기 위해 전력 스펙트럼 분석 및 입력-출력 상관 관계를 기반으로 심층 조사를 수행하여 적절한 신경망 훈련에 필요한 입력 기능을 밝힙니다. 우리는 동기 발전기, 정적 보상기 및 변환기 인터페이스 발전으로 구성된 이종 전력 네트워크에 대한 접근 방식을 검증합니다. 우리의 결과는 다양한 장치가 고유한 스펙트럼 발자국으로 특징지어지는 방식을 강조합니다. 이는 온라인 네트워크를 수행할 때 전송 시스템 운영자가 고려해야 하는 기능입니다. 안정성 분석.

최근 몇 년 동안 재생 가능 에너지원에 해당하는 발전 용량의 비율이 빠른 속도로 증가하고 있습니다1. 이로 인해 전력 전자 인터페이스(전력 전자 인터페이스)를 통해 그리드에 연결되는 전원의 비율이 크게 증가했습니다. 인버터이므로 IBR(인버터 기반 리소스)이라는 이름이 붙습니다. 기존 전력 시스템의 주요 전력원을 구성하는 동기식 발전기와 비교하여 IBR은 근본적으로 다른 동적 동작을 가지며 이는 전력망의 전반적인 역학 및 안정성에 중요한 영향을 미칠 것으로 예상됩니다2,3.

일반적으로 전력 시스템은 주파수 편위를 제한하여 안정적으로 유지됩니다. 주파수 변화에 대응하는 전력 시스템의 능력을 측정하는 일반적인 방법은 관성입니다. 이는 기존 전력 시스템에서 동기식 발전기의 회전 질량에 저장된 운동 에너지와 관련됩니다. 갑작스러운 전력 불균형이 발생한 경우 즉시 사용할 수 있습니다4(그러나 안정적인 동기화를 유지하는 데 발전기 부하 감쇠가 수행하는 역할에 대한 조사는 참조 5 참조). 반면, IBR 인터페이스 재생 에너지원은 일반적으로 전력 네트워크에 관성을 제공하지 않습니다. 따라서 IBR의 보급 증가로 인해 기존 발전소에서 생산되는 전력량이 감소했으며, 이는 결국 관성의 전반적인 감소와 가변성6의 증가로 이어졌습니다. 유효 전력 불균형으로 인한 주파수 진동을 적절하게 상쇄하기 위한 전력 시스템7. 따라서 IBR이 기존 발전기의 관성 응답을 모방하도록 만드는 방법을 연구하는 것 외에도 최근 전력 시스템의 관성을 추정하는 방법 개발에 상당한 연구 노력이 기울여졌으며 그 중 일부는 참고 문헌에서 검토되었습니다. 9. 이는 크게 두 가지 범주로 분류될 수 있습니다. (i) 상당한 교란(즉, 연구 중인 전력 시스템의 중요한 이벤트)에 의해 트리거되는 알고리즘; (ii) 정상적인 작동 조건에서 측정값을 사용하거나 전력 시스템을 원활하게 자극하기 위해 주입된 프로빙 신호에 대한 과도 응답에 의존하는 방법. 첫 번째 그룹의 접근법은 상당한 교란이 감지된 후 전기 주파수 및 유효 전력의 측정을 분석합니다10,11. 온라인 추정을 위한 경우, 오판이 추정 프로세스에 큰 영향을 미치기 때문에 교란이 발생한 정확한 순간을 찾는 것이 가장 중요합니다. 또한 이러한 알고리즘은 트리거링 이벤트가 필요하기 때문에 지속적으로 업데이트된 관성 값을 제공하지 못합니다12,13. 두 번째 그룹의 방법과 관련하여, 전력 시스템에 공급되는 프로빙 신호가 필요한 기술은 대규모 전력 시스템에서는 비실용적이며 교란 신호는 추정에 영향을 미칩니다14. 반면, 주변 측정을 사용하는 방법론은 시스템 식별 절차15,16를 실행하거나 정확한 실시간 데이터17에 대한 지식에 의존해야 하며, 두 가지 모두 기술에 대한 잠재적인 제한 사항입니다. 우리는 전력 시스템의 관성 추정 주제에 대한 심층적인 검토를 위해 관심 있는 독자에게 18,19를 참조하도록 합니다.