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전력계통

FACTS Ⅱ

FACTS Ⅱ

무효전력 보상설비인 SVC와 STATCOM의 동작원리와 동작특성에 대한 차이점을 비교하여 설명하시오.

유연송전시스템(FACTS)에서 사용하는 기기의 종류를 열거하고, 각 기기별 로 보상목적과 보상대상, 제어목적에 대하여 설명하시오.

최근의 기술발달로 전력계통 제어설비인 FACTS의 도입 운영이 활발히 추 진되어 있다. FACTS를 계통에 도입 사용하는 목적 7가지를 들고 설명하시오. 또한 이들을 크게 직렬 보상형과 병렬 보상형으로 분류할 경우, 직렬 보상형의 장·단점 에 대하여 설명하시오.

FACTS의 필요성

1) 교류전력 전송능력의 향상

2) 기존 전력시스템의 효율화

3) 전력계통의 안정도 향상

FACTS 설비는 대용량 전력전자 기술을 이용하여 전압, 리액턴스, 위상각 등의 변수를 적절하게 제어함으로써 전송능력 향상 및 송전선로가 가진 열적인 능력에 맞게 전력을 전송토록 하는 효율화를 통해 송전선로의 추가적인 건설에 따른 막대한 경제적인 비용의 감소 및 안정도 향상에 크게 기여할 것이다.

현재 전력계통의 문제점

1) 병렬 조류

전원에서 부하까지 송전하는데 있어서 양단을 연결하는 송전경로가 여러 경로일 경우 임피던스가 작은 송전선로에 더 많은 전력이 흐르게 되므로, 계통 계획단계에서 이러한 사항을 충분히 고려하여 계통을 구성한다. 하지만 운전조건이나 구성이 변화하게 될 때 일부 선로에는 송전 용량에 여유가 있는 반면 어떤 선로는 과부하가 걸리게 됨으로써 전체적인 송전용량에 제한을 받게 되는 제약조건으로 작용하게 된다.

2) 임피던스 및 상차각 제어 곤란.

교류 전력계통에서 한 지점에서 다른 지점으로 전력흐름은 계통 임피던스, 송·수전단의 전압사이의 상차각에 의해 결정된다. 조류가 증가하면 송전단 전압과 수전단 전압사이의 상차각이 커지고 어느 한도를 넘으면 계통 안정도 한계를 벗어나 발전기가 탈조하게 된다. 만약 임피던스와 상차각을 제어할 수 있으면, 안정도 제어가 가능하게 되나, 송전선은 한번 건설되면 임피던스가 고정되므로 제어가 불가능하고 위상각 제어는 전 계통적으로 이루어져야 하는 문제가 따른다.

3) 전압 변동

적절한 무효전력 보상장치와 제어시스템이 요구되나 기존 기계적 방법으로는 급변하는 게통상황의 변화에 적절하게 대응하기가 쉽지 않다.

4) 계통 안정도

계통사고 및 부하의 급변과 같은 대규모 외란으로 인해 계통의 불안정 현상이 발생할 경우 전력설비의 피해는 물론 대규모 정전 등도 일어날 수 있다. 통상 전력계통은 적정 안정도가 확보되도록 계획, 건설되나 운전조건에 따라서는 계통 병목현상이 발생하여 오히려 외란을 증폭시킬 가능성이 있다. 또한 계통 구성이 장거리 대용량 전력수송을 위한 초고압 송전선로와 부하 중심지에서 환상만 구성의 계통연계선등이 혼재한 경우 단락용량 증대 등과 같이 계통 안정운전에 저해요인이 대두되고 있다.

제어의 개념

\[P=\frac{V_sV_r}{X}\sin\delta[MW]\] \[P:전송전력\] \[V_s,V_r:송전단 전압, 수전단 전압\]
\[X: 선로의 리액턴스\] \[\delta : 송수전단 전압의 위상차(상차각)\]

FACTS 설비의 특징

1) 송전선로의 고유 용량만큼의 조류부담을 가능하게 한다.

2) 송전선의 열용량만큼 송전용량의 확대가 가능하다

3) 송전용량을 증대시키면서도 안정도 저하시키지 않는다.

4) 계통사고의 영향을 제한시킴으로써 사고의 파급을 방지한다.

5) 계통의 동요를 신속히 안정화 시킨다.

FACTS 설비의 종류

1) SVC(Static Var Compensator) : 병렬 보상장치

대용량 전력전자 스위치인 Thyristor에 의해서 무효전력을 리액터(점호각 제어) 및 커패시터(스위칭 제어) 뱅크를 고속으로 제어함으로서 계통전압을 허용 범위내에 있도록 유지시키는 장치이다. Thyristor의 고속 스위칭에 의해서 고속, 연속으로 무효전력을 제어할 수가 있다. 일반적으로 1개의 TCR에 여러 개의 TSC의 조합으로 시스템을 만든다.

2) STATCOM(STATic synchronous COMpensator) : 병렬 보상장치

STATCOM은 리액터 및 콘덴서 뱅크를 사용하지 않고, 직류 축전용 콘덴서와 전압형 인버터로 구성되며, 계통전압과 동위상의 전압을 발생시켜 연속적인 무효전력을 공급 또는 흡수하는 설비이다. 컨버터 변압기는 고조파를 제거하여 전압의 파형에 있어서 정현파가 되도록 한다.

3) TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor) : 직렬 보상장치

가장 대표적인 직렬 FACTS 기기의 하나로서 싸이리스터를 이용하여 직렬 커패시터의 리액턴스 양을 제어하는 장치로서 송전계통의 장거리 송전선로에 주로 사용된다. 선로 리액던스 제어를 통한 전력조류 제어기능을 가지고 있어, 송전선로의 부하를 균등하게 분담시키거나, 송전용량의 증대를 통한 설비 이용률의 향상과 안정도향상, 저주파 진동 억제를 목적으로 많이 사용된다.

4) TCPR(Thyristor Controlled Phase angle Regulator) : 직렬 보상장치

TCPR은 선로에 가변 전압원을 삽입하여 위상각을 제어하는 장치이다. 이 기기의 장점은 위상각을 고속제어함으로써 신속한 전력조류제어가 가능하고 Thyristor 제어의 속응성을 이용하여 전력계통사고에 대한 대처능력을 향상시킬 수 있다. 또한 전력설비 이용률 향상으로 송전용량을 증대시킬 수 있다.

5) UPFC(Unified Power Flow Controller) : 직·병렬 보상장치

가장 대표적인 직․병렬 혼합 FACTS 기기로서 선로 리액턴스의 제어를 통한 전력조류 제어가 가능한 장치이다.위상각 제어, 전압제어, 전력조류 제어 등이 하나의 장치로 모두 가능하기 때문에 과도 안정도 향상과 전력 조류의 제어 등, 종합적인 전력 조류 제어장치로 사용이 가능하다.

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