측정 기반 다중입출력 식별을 활용한 광역 진동 감쇠

논문은 전력계통의 인터에어 진동을 효과적으로 억제하기 위해 측정 기반 MIMO 전달함수 식별과 광역 감쇠 컨트롤러 설계 방법을 제시한다. 서론에서는 재생에너지 비중 확대와 전력시스템의 한계 운전으로 인해 저주파(0.1∼1 Hz) 인터에어 진동이 빈번히 발생하고, 기존의 PSS·FACTS·HVDC와 같은 로컬 제어기들은 이러한 진동을 충분히 억제하지 못함을 지적한다. 따라서 가장 관측 가능한 신호를 입력으로, 가장 제어 가능한 발전기에 신호를 전달하는 광역 제어 루프(WADC)의 필요성을 강조한다. 기존 연구들은 선형화된 모델을 기반으로 잔류값, 상대 이득 배열(RGA) 등을 이용해 루프를 선택했으나, 운영점이 변하면 모델 재선형이 필요하고, 실제 시스템의 비선형·시간변화 특성을 반영하지 못한다는 한계가 있다. 이를 보완하기 위해 저자들은 실제 측정 데이터를 직접 이용해 MIMO 전달함수를 식별하는 방법을 고안한다. **2절**에서는 전력계통을 동조(coherency) 기반으로 영역을 구분한다. 느린 동조 알고리즘을 적용해 두 구역 시스템에서는 1,2번 발전기가 하나의 영역, 3,4번이 다른 영역으로 구분되며, IEEE‑39버스 시스템은 4개의 영역으로 나뉜다. 각 영역 간 연결선(티라인)의 유효전력 편차(ΔP)를 WADC 입력으로 활용한다. **3절**에서는 MIMO 식별 이론을 전개한다. 두 입력·두 출력 예시를 통해 연속시간 상태공간식을 이산화하고, 전달함수 행렬 G(s)·G(z)를 도출한다. 중요한 점은 모든 루프가 동일한 분모(공통 고유값)를 공유하고, 분자만 다르게 구성함으로써 상호 결합을 유지한다. 실제 식별 절차는 (1) 관측 윈도우 설정, (2) 입력·출력 데이터 행렬 구성, (3) 비선형 제약 최적화(fmincon)으로 분자·분모 계수 추정으로 이루어진다. **4절**에서는 RTDS/RSCAD와 MATLAB을 Ethernet 소켓으로 연결한 실시간 공동 시뮬레이션 플랫폼을 구축한다. 두 구역 시스템과 IEEE‑39버스 시스템에 3상 단락 고장을 가해 인터에어 진동을 유발하고, 수집된 uₚ와 ΔPₘ 데이터를 이용해 MIMO 모델을 실시간으로 업데이트한다. **5절**에서는 식별된 전달함수에서 고유값을 추출해 인터에어 모드 주파수를 계산하고, 각 입력‑출력 쌍에 대한 잔류값을 구한다. 잔류값이 큰 입력은 가장 관측 가능하고, 해당 출력은 가장 제어 가능하다고 판단해 최적 루프를 자동 선택한다. **6절**에서는 선택된 루프에 대해 이산형 LQR(DLQR) 설계와 칼만 필터(KF) 기반 상태 추정을 결합한 WADC를 구현한다. LQR 가중치 행렬은 감쇠 성능과 제어 신호 제한을 동시에 고려해 튜닝하고, KF는 측정 노이즈와 통신 지연을 보정한다. **7절**에서는 시뮬레이션 결과를 제시한다. 두 구역 시스템에서 FFT와 식별된 전달함수 모두 0.64 Hz 근처의 인터에어 주파수를 정확히 포착했으며, WADC 적용 후 진동이 2~3초 이내에 거의 사라졌다. IEEE‑39버스 시스템에서도 동일한 절차로 0.55 Hz 모드가 감쇠되었으며, 제어 신호는 전압 기준에 큰 변동을 주지 않았다. 또한, 운영점이 변하거나 새로운 재생에너지 유닛이 추가될 경우, 기존 모델을 재구성할 필요 없이 실시간 측정만으로 MIMO 모델을 재식별하고 루프를 재선정할 수 있음을 보였다. 마지막으로 **결론**에서는 제안된 측정 기반 MIMO 식별과 DLQR‑KF 기반 WADC가 전통적인 선형화 기반 방법에 비해 (1) 운영점 변화에 대한 적응성, (2) 상호 결합을 고려한 정확한 모드 추정, (3) 실시간 구현 가능성 측면에서 우수함을 강조한다. 향후 연구로는 대규모 전력망에 대한 확장성 검증, 통신 지연·패킷 손실에 대한 강인 제어 설계, 그리고 실제 PMU 기반 현장 시험을 제시한다.