현대 전력계통에서 동적 무효전력 보상은 점점 더 다양해지고 복잡해지는 부하 특성에 신속하고 정확하게 대응해야 하는 핵심 기술입니다. 본 글에서는 MATLAB과 Simulink를 사용하여 정지형 무효전력 발생기(SVG)를 시뮬레이션하고, SVPWM(공간 벡터 펄스 폭 변조) 제어, ip-iq 순시 무효전류 검출, 전압 PI 외부 루프 및 전류 PI 내부 루프 제어의 구현 방법을 다룹니다.

SVG는 전류의 위상과 크기를 제어하여 무효전력을 빠르게 보상하는 장치입니다. 아래 단계별로 Simulink 모델을 구축하고 시뮬레이션하는 방법을 설명합니다.

1. SVG Simulink 모델 구축

Simulink에서 기본 블록을 사용하여 SVG 모델을 구성합니다. 계통 전압은 'Three-Phase Programmable Voltage Source'로, 부하는 'Three-Phase Series RLC Load'로, SVG의 인버터 부분은 'Three-Phase Inverter'로 모델링합니다.

% MATLAB 코드: Simulink에 3상 프로그래머블 전압원 생성
threePhaseSource = 'Three-Phase Programmable Voltage Source';
set_param(threePhaseSource, 'Amplitude', '220*sqrt(2)', 'Frequency', '50');

2. SVPWM 제어 구현

SVPWM은 인버터 출력 전압을 효율적으로 제어하는 PWM 기술입니다. Simulink에서는 'Space Vector Generator' 블록을 사용하여 SVPWM을 구현할 수 있습니다.

% MATLAB 코드: Simulink에 SVPWM 생성기 추가
svpwmGenerator = 'Space Vector Generator';
set_param(svpwmGenerator, 'SwitchingFrequency', '1e4');

3. ip-iq 순시 무효전류 검출

ip-iq 방식은 3상 전류를 αβ 좌표계로 변환한 후 dq 좌표계로 변환하여 유효 전류(ip)와 무효 전류(iq)를 분리합니다. Simulink에서는 'abc to dq0 Transformation' 블록을 사용합니다.

% MATLAB 코드: abc-dq0 변환 블록 구성
abcToDq0 = 'abc to dq0 Transformation';
set_param(abcToDq0, 'Theta', '2*pi*50*t');

4. 전압 PI 외부 루프 및 전류 PI 내부 루프 제어

SVG는 일반적으로 이중 폐루프(Dual-loop) 제어 구조를 사용합니다. 전압 외부 루프는 DC 링크 전압을 조절하고, 전류 내부 루프는 출력 전류를 제어합니다. 'PI Controller' 블록을 사용합니다.

% MATLAB 코드: PI 제어기 생성 및 파라미터 설정
piVoltage = 'PI Controller'; % 전압 외부 루프
set_param(piVoltage, 'Proportional', '0.5', 'Integral', '10');
piCurrent = 'PI Controller'; % 전류 내부 루프
set_param(piCurrent, 'Proportional', '2', 'Integral', '100');

5. 세 가지 부하 유형 시뮬레이션

실제 계통에는 저항-유도성 부하, 저항-용량성 부하, 고조파 부하 등 다양한 부하가 존재합니다. 각 부하는 'Three-Phase Series RLC Load' 블록의 파라미터를 조정하여 모사합니다.

% MATLAB 코드: 저항-유도성 부하 생성 예시
rlcLoad = 'Three-Phase Series RLC Load';
set_param(rlcLoad, 'Resistance', '10', 'Inductance', '0.01', 'Capacitance', 'inf'); % Capacitance를 inf로 설정하여 용량성 효과 제거

% 저항-용량성 부하의 경우
set_param(rlcLoad, 'Resistance', '10', 'Inductance', 'inf', 'Capacitance', '1e-3');

% 고조파 부하는 다중 주파수 전압원이나 비선형 부하 모델로 구현 가능

6. 시뮬레이션 결과 분석

시뮬레이션을 실행한 후, 계통 전압, 부하 전류, SVG 출력 전류 등의 파형을 관찰하여 SVG의 성능을 평가합니다.

% MATLAB 코드: 시뮬레이션 실행 및 데이터 추출
simOut = sim('SVG_Model');
voltageData = simOut.get('voltage');
currentData = simOut.get('current');
% plot 등을 사용하여 결과 시각화

위 단계를 통해 MATLAB/Simulink에서 SVG 시뮬레이션 모델을 구축하고 다양한 부하 조건에서의 성능을 분석할 수 있습니다. 이 예제는 기본적인 구조를 보여주며, 실제 응용에서는 파라미터 튜닝, 제어 전략 최적화, 보호 회로 설계 등의 세부 사항이 추가로 필요합니다.