유압 PTO 기반 가동물체형 파력발전장치 최대출력제어 알고리즘 성능 비교

노찬(Chan Roh),하윤진(Yoon-Jin Ha),신승호(Seoung-Ho Shin),천호정(Ho-Jung Cheon),박지용(Ji Yong Park) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 유압 동력전달장치(Power Take-Off, PTO) 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 기존 연구들의 출력 성능을 비교하였다. 유압 PTO는 저속 고토크 제어가 가능하기 때문에 가동물체형 파력발전장치의 PTO 시스템으로 이미 많이 사용되었다. 본 논문에서는 기존의 가동물체형 파력발전장치에 적용되었던 최대출력제어 알고리즘에 따른 출력 특성을 비교하고, 이를 기반으로 최적의 최대출력제어 알고리즘을 도출하였다. 최대출력제어 알고리즘은 Wavestar에 적용되었던 효율 기반 출력 성능과 속도제어 알고리즘, 토크제어 알고리즘 기반의 최대출력제어 알고리즘을 각각 적용하여 출력 성능을 분석하였다. 본 연구 결과를 기반으로 향후 가동물체형 파력발전용 유압시스템 기반 PTO 시스템의 실해역 시험에 최대출력제어 알고리즘에 기초자료로 활용될 것이다. In this study, the output performance of previous studies on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm of a hydraulic power take-off (PTO)-based movable body type wave power generator was compared. Hydraulic PTO has already been widely used as a moving body type wave power plant PTO system because it can control low speed and high torque. In this paper, the output characteristics according to the maximum output control algorithm applied to the existing movable body type wave power generator were compared, and the optimal maximum output control algorithm was derived based on this. For the maximum output control algorithm, the output performance was analyzed by applying the efficiency-based output performance applied to Wavestar, the P&O algorithm-based speed control algorithm, and the optimal torque control algorithm, respectively. Based on the results of this study, it will be used as basic data for the maximum output control algorithm in the real sea area test of the hydraulic system-based PTO system for movable body type wave power generation in the future.

CFI 2030 추진에 따른 재생에너지 출력제어 전망과 그린수소 P2G의 정책시사점

강영준(Kang, Young-Jun),박수경(Park, Sookyung) 전북대학교 산업경제연구소 2024 아태경상저널 Vol.16 No.1

본 연구는 CFI 2030 추진에 따른 2024년부터 2030년까지의 제주지역 태양광과 풍력발전의 출력제어 규모를 단계별 가정을 통해 예측하고, 출력제어 전력을 활용하여 생산 가능한 그린수소의 양을 산출하였다. CFI 2030의 신재생에너지 발전설비 도입 목표가 2024년부터 계획대로 달성된다고 가정할 경우, 2030년 제주지역의 태양광과 풍력 발전의 출력제어량은 1,069GWh로, 출력제어 비율은 18.2%가 된다. 2023년 12월에 완공되는 제3연계선의 실시간 역송을 적용할 경우, 출력제어량은 474GWh, 출력제어비율은 8.1%로 감소한다. 제3연계선의 실시간 역송을 적용하지 않은 출력제어 전력으로 생산 가능한 그린수소의 생산량은 16,626톤이다. 이를 4,000원/kg으로 환산하면, 약 655억원의 가치를 갖는다. 그린수소의 생산은 제주지역 출력제어 문제를 해결할 수 있는 근본적인 대안이 될 수 있으며, 이를 위해서는 인센티브 제도 정비 등 정책적 장치 마련과 CFI 2030의 추가 보완계획 수립 검토가 필요하다. This study predicts the scale of output control of solar and wind power generation in Jeju from 2024 to 2030 under the CFI 2030 through step-by-step assumptions, and calculates the amount of green hydrogen that can be produced by utilizing output-controlled power. Assuming the CFI 2030s goal of introducing renewable energy generation facilities is achieved as planned from 2024, the power control amount for solar and wind power generation in Jeju in 2030 is projected to be 1,069GWh, with an output control ratio of 18.2%. If real-time reverse transmission is applied to the third interconnection line, scheduled for completion in December 2023, it is predicted that the output control amount will decrease to 474GWh, with an output control ratio of 8.1%. The amount of green hydrogen that can be produced with the output-controlled power without applying the real-time reverse transmission from the third connection line is 16,626 tons. When converted at 4,000 won/kg, this has an approximate value of 65.5 billion won. The production of green hydrogen can be a fundamental solution to Jejus output control challenges. To achieve this, it is necessary to establish policy devices such as the establishment of an incentive system and to consider establishing an additional complementary plan to CFI 2030.

가변속 냉동시스템의 정밀 온도 제어를 위한 다입․출력 모델예측 제어기 설계

윤민기,정석권 대한설비공학회 2024 설비공학 논문집 Vol.36 No.4

본 연구에서는 VSRS 기반 오일쿨러 시스템의 강인하고 정밀한 온도 제어를 위해 MPC를 설계하였다. 주요 설계 파라미터인 예측 출력 수 와 예측 입력 수 를 오일출구온도 의 과도 특성을 분석하여 적절한 값으로 선정하였다. 설계된 MPC는 조작기의 물리적 제약조건 하에서 예측 추종 오차와 제어입력 변화량으로 이루어진 목적함수를 최소화하여 최적의 제어입력을 도출하였다. 지령값 변경 및 열부하 증․감 시뮬레이션 및 실험 결과, MPC는 오일출구온도 를 엄밀하게 제어하였으며, 인버터 주파수 의 간섭 영향을 예측하여 과열도 의 오차를 최소화하는 EEV 개도 지령 를 인가하였다. 최종적으로 Dual SISO 기반 PI 제어기와의 제어성능 비교를 통해 설계한 MPC의 유효성을 확인하였다. 본 연구의 주요 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) MPC는 오일출구온도 를 목표 온도에 엄밀히 추종시켰고, 스텝 상의 외란 인가에 대해서도 허용 오차 범위 ±0.1℃ 이내의 강인한 온도 제어를 실현하였다. (2) MPC 설계 시 예측 출력 수 는 시스템의 미래 상태 예측을 위해 적절하게 큰 값을, 예측 입력 수 는 제어기의 과도한 계산 부담을 줄이기 위해 적절하게 작은 값을 선정해야 한다. (3) 목적함수의 예측 오차 에 부가된 감쇠 행렬 은 온도 계측 센서의 열잡음으로 인한 과도한 예측 출력을 막고, 제어성능의 열화를 방지하는 데 기여하였다. (4) MPC는 예측 방정식을 통해 간섭 영향을 예측하여 제어하므로 Dual SISO 기반 PI 제어기와의 비교에서 와 를 모두 더 빠르고 정밀하게 제어하였다. Variable speed refrigeration systems are composed of multiple input multiple output systems with several state variables. These input/output variables and state variables typically have various constraints, making it challenging to design optimal control considering these constraints. However, model predictive control (MPC) has been gaining attention in process control recently due to its ability to optimally control a multi-input multi-output system with a number of constraints and early constraints reflection. It can predict future outputs while taking into account current constraints through quadratic programming optimization with a mathematical algorithm. Subsequently, it can determine the optimal control input. To verify the validity of MPC, the control performance of MPC was compared with conventional PI control satisfying constraints through Matlab simulation and experiment on the oil cooler system.

무선 센서 네트워크를 위한 비선형 네트워크 제어 시스템의 출력 궤환 분산 퍼지 제어기 설계

주영훈(Young Hoon Joo),나인호(In Ho Ra),구근범(Geun Bum Koo),박진배(Jin Bae Park) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회논문지 Vol.19 No.3

본 논문에서는 무선 센서 네트워크를 위한 비선형 네트워크 제어 시스템의 출력 궤환 분산 퍼지 제어기를 설계한다. 특히나, 분산 제어를 위한 네트워크 제어 시스템은 출력의 패킷 손실과 입력 전송 실패를 가진다고 가정한다. 제어기 설계를 위해 먼저 비선형 하위 시스템의 Takagi-Sugno (T-S) 퍼지 모델을 제시하고, 각 하위 시스템에 대한 출력 궤환 분산 퍼지 제어기를 설계한다. 제안된 제어기를 포함한 폐루프 시스템의 안정도 조건을 Lyapunov 방정식을 통하여 구하고, 구해진 안정도 조건을 선형 행렬 부등식으로 나타내어, 이를 통해 제어기의 이득값을 구한다. 모의실험을 통하여 제어기의 효용성을 평가한다. In this paper, a decentralized fuzzy output feedback controller for the nonlinear networked control system is proposed for wireless sensor network. Especially, it is assumed that the networked control system has the output packet loss and the input transmission failure. For the fuzzy control of the nonlinear subsystem, it presents Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model of each subsystem and it designs the decentralized fuzzy output feedback controller. The stability condition of the closed-loop system with the proposed controller is obtained by Lyapunov functional. The obtained stability condition is represented to the linear matrix inequality (LMI) form, and the control gain is obtained by LMI. An example is given to show the verification discussed throughout the paper.

유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(MPPT) 알고리즘에 관한 연구

노찬(Roh Chan),박지용(Ji Yong Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),천호정(Ho Jung Cheon),김경환(Kyong-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11

본 연구에서는 유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 연구를 진행하였다. 유압변속시스템을 이용한 동력전달장치(Power Take-Off, PTO)는 저속 고토크 제어가 가능하기 때문에 가동물체형 파력발전장치 PTO 시스템으로 이미 많이 사용되었다. 본 논문에서는 최대출력제어 알고리즘에 따른 유압시스템 기반 PTO 시스템에 대한 특성을 분석하고, 이를 기반으로 입력 파워 및 출력 파워 그리고 PTO 시스템 효율에 대한 분석을 진행하였다. 최대출력제어 알고리즘은 P&O 알고리즘 기반 속도제어 알고리즘과 최적 토크제어 알고리즘을 각각 적용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 기반으로 향후 가동물체형 파력발전용 유압시스템 기반 PTO 시스템의 실해역 시험에 최대출력제어 알고리즘에 기초자료로 활용될 것이다. In this study, a study was conducted on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm of a movable object type wave energy converter based on a hydraulic transmission system. Power Take-Off (PTO) using a hydraulic transmission system is already widely used as a movable object type wave energy converter PTO system because it can control low-speed and high torque. In this paper, the characteristics of the hydraulic system-based PTO system according to the maximum power control algorithm were analyzed, and based on this, the input power, output power, and PTO system efficiency were analyzed. The maximum power control algorithm was analyzed by applying the P&O algorithm-based speed control algorithm and the optimal torque control algorithm, respectively. Based on the results of this study, it will be used as basic data for the maximum power control algorithm in the actual sea area test of the PTO system based on the hydraulic system for wave power generation in the future.

무선 센서 네트워크를 위한 패킷 손실을 포함한 비선형 네트워크 제어 시스템의 관측기 기반 지능 제어기 설계

나인호(In Ho Ra),김세진(Se Jin Kim),주영훈(Young Hoon Joo) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회논문지 Vol.19 No.2

본 논문은 무선 센서 네트워크를 위한 패킷 손실을 포함하는 비선형 네트워크 제어 시스템의 관측기 기반 지능 제어기를 제시한다. 비선형 시스템의 지능 제어를 위해 Takagi-Sugeno (T-S) 퍼지 모델링 기법을 이용하고, 이를 통하여 비선형 네트워크 제어 시스템을 퍼지 모델로 표현한다. 퍼지 모델로 표현된 네트워크 제어 시스템에 대하여 퍼지 관측기를 설계하고, 관측기의 측정치와 실제 시스템의 상태변수 간의 오차를 안정화 시킬 수 있는 출력 궤환 제어기를 설계한다. 제안된 제어기를 포함한 폐루프 시스템의 안정도 조건을 선형 행렬 부등식으로 나타내고, 부등식을 이용하여 제어기의 이득값을 구한다. 모의실험을 통하여 제어기의 효용성을 평가한다. In this paper, an observer-based intelligent controller for the nonlinear networked control systems with packet loss is proposed for wireless sensor network. For the intelligent control of the nonlinear system, it uses the fuzzy system with Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model. The observer is designed for the fuzzy networked control system, and the output feedback controller is proposed for the stability of estimates and errors. The stability condition of the closed-loop system with the proposed controller is represented to the linear matrix inequality (LMI) form, and the observer and control gain are obtained by LMI. An example is given to show the verification discussed throughout the paper.

3상 6펄스 PWM 정류기의 D-Q 제어 기반 출력전압 제어 알고리즘 및 EMTP-RV 시뮬레이션 연구

고윤석(Yun-Seok Ko) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.1

3상 PWM 정류기에 대한 공간벡터제어 기반 전압제어방식은 스위칭 구간에 대한 스위칭 패턴을 설계해야 하기 때문에 최적한 스위칭 패턴을 설계하는데 많은 노력이 요구된다. 본 연구에서는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 위한 D-Q 제어에 기반 한 SPWM 출력전압 제어 알고리즘을 연구하였다. 출력전압제어 알고리즘에서 3상 기준신호들은 공간벡터 표시법에 기반 한 D-Q 변환으로부터 얻어지며 스위칭 패턴 대신에 SPWM 방식을 이용하여 정류기 스위칭 제어 신호들을 생성하도록 하였다. 다음으로, EMTP-RV를 이용하여 D-Q 제어 기반 SPWM 방식을 가지는 3상 6펄스 전압형 PWM 정류기를 모델링하였다. 끝으로, EMTP-RV 시뮬레이션을 통해 얻어지는 출력전압파형을 기준 값과 비교, 출력전압이 기준전압을 정확하게 추종함을 확인함으로서 D-Q 제어기반 SPWM 전압제어 알고리즘의 유효성을 확인할 수 있었다. The space vector control based voltage control method for a three-phase PWM rectifier requires a lot of effort to design an optimal switching pattern since a switching pattern for the switching section must be designed. In this study, a D-Q control based SPWM output voltage control algorithm was studied for the three-phase six-pulse CVS type rectifier. In the output voltage control algorithm, three-phase reference signals are obtained from the D-Q transformation based on the space vector representation method, instead of the switching pattern, SPWM method is used to generate rectifier switching control signals. Next, a three-phase six-pulse CVS PWM rectifier based on D-Q transformation and SPWM was modeled using EMTP-RV. Finally, the validity of the D-Q control-based SPWM voltage control algorithm was confirmed by comparing the output voltage waveform obtained through EMTP-RV simulation works with a reference value and confirming that the output voltage accurately follows the reference voltage.

측정 실패가 존재하는 비선형 시스템에 대한 출력 궤환 퍼지 제어기 설계

구근범(Geun Bum Koo),박진배(Jin Bae Park),김세진(Se Jin Kim),주영훈(Young Hoon Joo) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.19 No.1

본 논문은 출력의 측정 실패와 입력의 전송 실패가 존재하는 비선형 시스템에 대한 출력 궤환 퍼지 제어기를 제시한다. 출력의 측정 실패와 입력의 전송 실패는 모두 베르누이 확률 변수로 나타나며, 비선형 시스템은 지능 제어를 위해 Takagi-Sugeno (T-S) 퍼지 모델링 기법을 이용하여 T-S 퍼지 시스템으로 나타낸다. 모델링된 퍼지 시스템에 대한 출력 궤환 퍼지 제어기를 설계하고 폐루프 시스템의 안정도 조건을 Lyapunov 함수를 통해 구한다. 구해진 안정도 조건을 선형 행렬 부등식으로 나타내고, 부등식을 이용하여 제어기의 이득값을 구한다. 모의실험을 통하여 제어기의 효용성을 평가한다.

실시간 시뮬레이션 기반 최적 출력제한 방안 연구

김정환(Jeong-Hwan Kim),정승민(Seungmin Jung) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

전 세계 에너지시장은 풍력과 태양광을 중심으로 한 신재생에너지로 전환이 가속화되고 있다. 국제에너지기구(IEA)의 보고서에 따르면 2020년 전 세계 재생에너지 생산량의 성장률이 45% 증가하였으며 그 중 풍력발전 용량은 90% 증가하였다. 풍력발전의 경우 지속적으로 전력수급의 중요한 역할을 하고 있지만 풍력발전의 설비가 확대될수록 출력변동성이 높아져 전력공급 대응력 부족 또는 전력공급 과잉으로 인한 수급불균형이 발생하고 주파수 및 전압의 변동성이 증가되어 전력계통의 불안한 상황을 발생시킨다. 특히 전력수급의 균형을 맞추기 위해 인위적으로 출력을 제한하는 출력제한은 해마다 증가하는 추세이다. 이로 인해 출력제한에 대한 효율적인 제어 방안에 대해 다양한 방법으로 연구가 진행되고 있다. 기존 풍력발전단지의 출력제한 신호는 계통제약에 영향을 준 풍력발전기를 동일한 비율로 제어하거나 제약이 해소되지 않을 때 풍력발전기를 정지하여 제어를 수행한다. 이러한 방법은 풍력발전단지 출력제어 신호의 유효성이 없고 전력 손실을 고려하지 않다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 기존의 문제점을 개선하기 위해 전력손실을 고려한 유효전력제어 알고리즘을 이용하여 출력제한 신호를 산정하여 테이블화 하였다. 제시한 기법의 유효성을 검증하기 위해 실시간 시뮬레이션을 통해 풍력발전단지의 전력손실 저감 및 유효전력 확인하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 알고리즘에 따른 지령 값으로 제어했을 때 PCC 측정 유효전력 손실이 저감된 것을 확인할 수 있었다. 향후 지속적인 연구가 진행되어 대규모 풍력발전단지에 적용했을 때, 증가된 손실저감 효과 도출이 가능할 것으로 예상되다. 또한 경제성을 고려한 단지 운영방안이 가능할 것으로 판단된다.

불확실한 pure-feedback 비선형 계통에 대한 출력 궤환 적응 신경망 제어기

박장현(Jang-Hyun Park),김성환(Seong-Hwan Kim),장영학(Young-Hak Jang),유영재(Young-Jae Ryoo) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회논문지 Vol.23 No.6

본 논문은 불확실한 연속시 단일입력 단일출력 pure-feedback 비선형 계통에 대해서 참고문헌 [15]에서 제안된 상태변수 궤환 적응 신경망 제어 알고리듬을 바탕으로 출력만이 측정 가능한 계통에 적용할 수 있는 출력 궤환 제어기를 제시한다. 고려하는 계통에 대한 출력 궤환 적응 신경망 제어기는 이 분야에서 아직까지 어느 문헌에서도 다루지 않은 주제이다. 제안된 출력 궤환 제어기는 백스테핑을 회피하여 상대적으로 간결한 제어 규칙과 단 하나의 신경망만이 사용된다는 [15]의 장점을 그대로 계승하며 적용되는 비선형 계통의 범주를 더 넓힌다는 의미를 가진다. Based on the state-feedback adaptive neuro-control algorithm for a SISO nonaffine pure-feedback nonlinear system proposed in [15], an output-feedback controller is proposed in this paper. The output-feedback adaptive neural-net controller for the considered nonlinear system has not been previously proposed in any other literatures yet. The proposed output-feedback controller inherits all the advantages of [15] such that it does not adopt backstepping and this results in relatively simple control and adapting laws. Only one neural network is required for the proposed adaptive controller. The proposed neural-net control scheme expands the applicable class of nonlinear systems.