멀티코어 DSP를 이용한 전력 시스템 과도 상태 해석을 위한 실시간 시뮬레이터 개발

Abstract

전력 시스템의 연구에 있어 과도 상태 해석은 필수적이다. 디지털 시뮬레이션은 전력 시스템의 과도 상태 해석을 하기 위한 중요한 도구로 자리매김하였다. 기존의 디지털 시뮬레이션의 경우 전력 시스템의 과도 상태 해석 시 비교적 오랜 시간을 필요로 하기 때문에 여러 개의 코어를 갖는 연산 장치(멀티코어 연산장치)나 여러 개의 연산 장치(멀티 프로세서)를 사용하여 시뮬레이션에 소요되는 시간을 단축시키려는 연구가 많이 진행되어 왔다. 본 논문에서는 전기 추진 함정의 전력 시스템을 실시간으로 시뮬레이션 할 수 있고, 동시에 전기 추진 함정의 추진 부하를 실제 하드웨어로 구성하여 시뮬레이션 하는 Power Hardware-in-the-Loop Simulation이 가능한 시뮬레이터를 구현한다. 먼저 전기 추진 함정 전력 시스템의 구성과 모델링에 대해서 살펴본다. 전기 추진 함정 전력 시스템을 실시간으로 시뮬레이션 하기 위해서 본 논문에서는 고성능 멀티 코어 DSP를 사용하였으며 연산의 병렬화를 위해서는 전력 시스템의 분할이 필요하다. 병렬 연산을 위한 회로 분할 알고리즘에 대해 살펴본다. 그리고 MATLAB/Simulink와 PLECS로 모델링 된 전기 추진 함정 전력 시스템을 DSP에서 실행 가능한 C 코드로 변환하는 방법에 대해서도 알아본다. 시뮬레이션 결과는 디지털 아날로그 변환기를 이용하여 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 하였으며 시뮬레이션 된 전원단의 전압은 외부 전력 증폭기에 의하여 실제 전압으로 합성됨으로써 Power Hardware-in-the-Loop Simulation이 가능하도록 한다. 이렇게 구현한 시뮬레이터를 이용하여 전기 추진 함정 전력 시스템을 실시간으로 모의할 수 있음을 보이고 전기 추진 함정의 부하 전동기를 실제 하드웨어로 구성하여 실험하는 Power Hardware-in-the-Loop Simulation을 수행한다. 이를 통해 전기 추진 함정 전력 시스템의 정상 상태 및 과도 상태 해석을 수행할 수 있었고 보다 정밀한 실험 및 제어 알고리즘을 검증할 수 있었다.