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전력계통

안정도 향상 대책

안정도 향상 대책

터빈발전기에 있어서 계통의 안정도 향상대책을 기술하시오.

전력계통의 과도안정도(Transient stability)를 증진시키기 위해 설계단계에 서 고려 할 사항들을 나열하시오.

최근 전력계통의 대용량화와 분산전원 및 신재생에너지의 투입이 증가되고 있다. 이에 따른 전력계통의 안정도 향상대책에 대해서 설명하시오.

전력 계통에 연계된 각 발전기는 주파수에 상당하는 일정한 속도인 동기속도로 회전한다. 이때 각 발전기에서는 기계적 입력과 전기적 출력이 균형을 이루고 있다. 하지만 송전선로에 낙뢰 등의 계통 사고가 발생하면 이 균형이 무너져 발전기의 회전자는 가속한다. 각 발전기의 사이에는 ‘동기화력’이라고 불리는 상호작용이 작용해서 원래의 회전속도로 돌아가려 하고 가속과 감속을 반복해 동요하면서 일정한 회전속도로 안정되어 간다. 그러나 최초의 가속이 매우 큰 경우와 원래의 회전속도로 돌아가려는 작용(동기화력)이 약한 경우는 회전속도는 일정하게 안정되지 않아 발전기의 운전을 계속할 수 없다. 이것은 탈조라고 불리는 현상이다.

1기 무한대 계통의 동요방정식

\[\frac{d^2\theta}{dt^2}=\frac{\omega}{M}(P_m-P_e)=\frac{\omega}{M}(P_m-\frac{EV}{X}\sin\delta)\] \[P_m:기계적입력, P_e:전기적 출력, M:관성정수\] \[\theta : 회전체의 변위각, \omega : 회전체의 각속도(=\frac{d\theta}{dt})\]

발전기가 탈조

계통 동요방정식의 외란(사고 등)으로 발전기는 가속하여, 우변이 정의 값을 계속 유지하는 상태

과도안정도 향상을 위한 기본적인 대책

-> 가속억제

(1) Pe의 증대 : 전기적 출력을 증대

(2) Pm경감 : 기계적 입력을 감소

(3) 관성정수 M의 증대

안정도 향상 대책

계통의 리액턴스 감소

-> 저임피던스 기기 채용 및 선로 임피던스 저감

(1) 발전기의 단락비 증대
-> 동기리액턴스 감소 및 관성정수 증대(중량 大)
(2) 단권변압기의 채용
(3) 병행회선의 증가 및 복도체 채용
– 병행 회선이 증가할수록 리액턴스는 감소
– 복도체를 사용함으로 선로 리액턴스가 20~30% 감소

\[L_n=\frac{0.05}{n}+0.4605\log_{10}\frac{D}{\sqrt[n]{rS^{n-1}}}[mH/km]\]

(4) 직렬 콘덴서 설치: 선로의 유도성 리액턴스를 보상함

전압 변동의 억제

(1) 초속응 여자방식의 채용 (PSS 부가)

고장 발생으로 발전기의 출력이 급격히 저하되는 발전기가 가속하게 되는데, 사이리스터를 이용한 초속응 여자를 통해 발전기의 유기 기전력을 급격히 상승시킴으로 과도안정도 향상시킨다. 초속응 여자는 제1파 동요를 억제하는데 효과가 있으며, PSS는 제2파 동요를 억제하는데 그 목적이 있다.

(2) 중간 조상기의 채용

선로의 중간위치에 병렬로 중간 조상기를 설치하여 그 지점의 전압을 증가시켜 전기적 출력을 증가시킴

발전기 입력과 출력의 평형화

(1) 제동저항(SDR: System Damping Resistor) 및 한류기의 채용

발전기 모선에 제동 저항을 설치하여 고장 발생시 입·출력의 변동을 억제

(2) 터빈고속밸브제어(EVA: Early Valve Actuation)

계통의 고장시에 원동기의 기계적 입력을 신속하게 저감시켜 발전기의 가속을 방지하는 방법으로 안정도 향상시킴

기타

(1) 고속차단기 채용 -> 3사이클 차단기 적용

계통에 고장이 발생한 경우 고장구간을 고속도로 차단하여 발전기의 가속을 억제함으로서 과도안정도를 향상시키는 것이다. 또한 고장구간을 고속으로 제거하기 때문에 발전기나 변압기 등의 설비를 고장전류로 인한 열적인 손상으로부터 보호하고 단순고장이 다중으로 파급되는 것을 억제함

(2) 고속 사고검출 -> PCM 차동계전방식의 채용

(3) FACTS 및 HVDC 설비의 증설

(4) 계통분리

안정도 및 고장전류가 심각한 계통에서는 계통분리가 매우 유효한 방법이다. 하지만 계통분리는 공급신뢰도 및 계통운용의 융통성을 저하시키는 단점이 있음

(5) 전원제한 또는 부하제한

계통고장으로 전원용량과 수요가 평형을 이루지 못한 경우 긴급하게 전원 또는 부하를 차단하여 수급균형을 맞추는 방식

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