2022년도 대한전기학회

전력기술부문회 추계학술대회

제13회 전력산업 소프트웨어 경진대회 문제

Hybrid 전력망의 조류계산

Hybrid 전력망의 고장계산

기타 (AC 전력망의 조류계산 및 고장계산)

1. Hybrid 전력망의 조류계산 문제

그림 1은 Hybrid thirteen-bus test system의 단선도이다. 그림 1과 같은 Hybrid 전력망의 조류계산을 수행할 수 있는 프로그램을 MATLAB 또는 Python 또는 C 언어로 작성하시오. M은 전력변환기의 변환지수, 모든 전력변환기의 효율은 0.98이다. 표 1은 Hybrid thirteen-bus test system의 모선 데이터, 표 2는 Hybrid thirteen-bus test system의 선로 데이터이다.

(Sbase = 10 MVA, Vac_base = 4.16 kV, Vdc_base = 6.8 kV)

그림 .  Hybrid thirteen-bus test system의 단선도

※ M은 전력변환기의 변환지수입니다. 식 (1)은 AC 및 DC측의 단자전압 변환지수를 나타낸다.

[eqn: V _{pu}^{AC} =MV _{pu}^{DC}]                                 (1)

표 1. Hybrid thirteen-bus test system의 모선 데이터

Bus No.	Voltage [P.U.]	Angle [°]	Load		Generator
			Active Power [MW]	Reactive Power [MVAR]	Active Power [MW]	Reactive Power [MVAR]
1	1.0500	0.0000	-	-	-	-
2	-	-	2.0	0.4	-	-
3	1.0000	-	1.5	0.2	2.5	Max : 0.75 Min : 0.1
4	-	-	1.0	-	-	-
5	1.0000	-	-	-	Max : 2.0 Min : 0.5	-
6	-	-	1.0	-	-	-
7	-	-	2.5	0.5	-	-
8	1.0000	-	1.0	0.1	2.5	Max : 0.75 Min : 0.1
9	-	-	2.5	0.5	-	-
10	-	-	-	-	-	-
11	-	-	-	-	-	-
12	-	-	-	-	-	-
13	-	-	-	-	-	-

표 2. Hybrid thirteen-bus test system의 선로 데이터

From Bus	To Bus	Resistance [Ω]	Reactance [Ω]
1	2	0.2218	0.3630
1	9	0.2218	0.3630
2	3	0.8870	1.4520
3	10	0.0500	0.7540
3	11	0.0500	0.7540
4	5	0.2208*	-
4	11	0.4415*	-
5	6	0.2208*	-
6	13	0.4415*	-
7	8	0.4435	0.7260
7	12	0.0500	0.7540
7	13	0.0500	0.7540
8	9	0.4435	0.7260
10	12	0.8830*	-

* DC resistances

2. 고장계산 문제

그림 2는 Hybrid 전력망의 단선도이다. 그림 2와 같은 계통에서, Rectifier의 AC측 (F1)과 DC측 (F2) 선로에서 다음과 같은 사고가 발생하였을 때 고장전류 If 와 F1 지점에서의 전압 Vag, Vbg, Vcg 를 구하고자 한다. Z-bus 행렬을 먼저 구하고, 이를 이용한 고장계산 프로그램을 MATLAB 또는 Python 또는 C 언어를 이용하여 작성하시오.

(a) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 평형 3상 고장

(b) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 1선 지락 사고

(c) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 선간 단락 사고

(d) F2 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 Pole to Pole 사고

그림 .  Hybrid 전력망의 단선도

※ 각 발전기 ([eqn: G _{1}],[eqn: G _{eqalign{2# }}])의 중성점은 100 [MVA] 기준 0.05(=0.15/3) [P.U.]의 한류 리액터를 통해 접지되어 있음.

※ 발전기 ([eqn: G _{1}],[eqn: G _{eqalign{2# }}])는 동일한 위상, 정격 전압 및 정격 주파수에서 무부하 운전 중임.
([eqn: V _{G _{1}} =V _{G _{2}} =1.0 ANGLE 0 DEG][P.U.])

※ Rectifier는 양방향 IGBT 컨버터이고, PV측 DC/DC 컨버터는 단방향 Boost 컨버터임.

※ DC 선로는 π형 DC 케이블임. (R : 139 [mΩ], L : 15.9 [mH], C : 23.1 [uF])

※ AC/DC 양방향 IGBT 컨버터의 개략도

※ 단방향 Boost 컨버터의 개략도

기타. AC 전력망의 조류계산 문제

그림 3은 IEEE 24 모선 RTS의 단선도이다. 그림 3과 같은 AC 전력망의 조류계산을 수행할 수 있는 프로그램을 MATLAB 또는 Python 또는 C 언어로 작성하시오. 아래 계통의 모선데이터, 선로데이터 등 모든 데이터는 첨부된 “IEEE 24 bus.raw” (PTI PSS/E Data Format) 참고하고 작성하는 프로그램에서 “IEEE 24 bus.raw” 파일을 입력 데이터로 사용하시오.

그림 3.  IEEE 24 모선 RTS의 단선도

기타. AC 전력망의 고장계산 문제

그림 4는 AC 전력망의 단선도이다. 그림 4와 같은 계통에서, 모선 3의 F1 지점에서 다음과 같은 사고가 발생하였을 때 고장전류 If 와 모선 3에서의 전압 Vag, Vbg, Vcg를 구하고자 한다. Z-bus 행렬을 먼저 구하고, 이를 이용한 고장해석 프로그램을 MATLAB 또는 Python 또는 C 언어를 이용하여 작성하시오. 표 3은 파라미터이다.

(a) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 평형 3상 고장

(b) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 1선 지락 사고

(c) F1 지점에서 고장 임피던스 [eqn: Z _{f} =j0.1] [P.U.]를 갖는 선간 단락 사고

그림 4.  AC 전력망의 단선도

표 3.  파라미터

Item	MVA Rating	Voltage Rating	[eqn: X_1]	[eqn: X_2]	[eqn: X_0]
G1	100	25 kV	0.1	0.1	0.05
G2	100	13.8 kV	0.2	0.2	0.05
T1	100	25/230 kV	0.05	0.05	0.05
T2	100	13.8/230 kV	0.05	0.05	0.05
TL12	100	230 kV	0.1	0.1	0.3
TL13	100	230 kV	0.1	0.1	0.3
TL23	100	230 kV	0.2	0.2	0.4

※ 각 발전기 ([eqn: G _{1}],[eqn: G _{eqalign{2# }}])의 중성점은 100 [MVA] 기준 0.05(=0.15/3) [P.U.]의 한류 리액터를 통해 접지되어 있음.

※ 발전기 ([eqn: G _{1}],[eqn: G _{eqalign{2# }}])는 동일한 위상, 정격 전압 및 정격 주파수에서 무부하 운전 중임.
([eqn: V _{G _{1}} =V _{G _{2}} =1.0 ANGLE 0 DEG][P.U.])