[전력공학] 전력시스템 안정도

◎ 7. 안정도

- 목 차 -
7.1_ 개요 7.2_ 안정도의 분류 7.3_ 위상각안정도	7.3.1_ 정태안정도 7.3.2_ 동태안정도 7.3.2_ 과도안정도

 

 

 

7.1_ 개요
       전력시스템이 정상상태로 운용되는 경우에는 발전기, 선로 및 부하 등의 구성요소가 전기적으로 서로 평형을
       유지하지만, 선로고장, 부하변동과 같은 교란(Disturbance) 혹은 외란이 발생하면 시스템은 동요하게 된다.

 

 

 

그림 7.1에서 추를 발전기, 끈을 송전선로라고 가정하면 정상상태인 경우 이들은 서로 균형을 유지하고 있다.
그러나 끈이 끊어지거나(송전선로의 단선) 추가 끊어지는 것(발전력 상실)과 같은 교란이 발생하면 시스템은 동요
하기 시작한다. 이러한 동요는 교란의 정도나 시스템의 상태에서 따라서 곧 회복되어 새로운 정상상태를 유지하거나,
동요가 심해져서 끈이 연속적으로 끊어지면서 시스템의 붕괴되는 경우도 발생한다.

 

 

7.2_ 안정도의 분류
       ∙ 발전기들 간의 동기유지가 일차목표 : 위상각 안정도
       ∙ 적정 전압 유지를 목표로 하는 : 전압 안정도 으로 구분한다.

 

 

[그림 7.2 전력시스템 안정도의 분류]

 

7.3 위상각 안정도
     위상각(혹 위상차각, 상차각)안정도는 발전기들 사이의 등가운전 유지에 관련된 안정도이며, 발전기 회전자 입력과
     출력의 차이에 의해 변화하는 발전기의 관성 회전체의 속도(Speed)와 연관이 되어 있다.
      1. 정상상태 : 기계적 입력 에너지와 전기적 출력 에너지가 서로 같은 평행 상태가 되어 회전자의 속도는 일정.
      2. 비정상상태 : 회전전체는 운동법칙에 따라 가속되거나 감속된다.

         ※ 위상각 안정도 분류 : 교란의 형태에 따라서 분류
      1. 정태안정도 : 전력시스템이 정상운전 중에 미소한 교란에 대해서 안정을 유지하는 능력.
      2. 과도안정도 : 발전력 상실, 선로고장, 부하급변과 같은 큰 교란에 대해 시스템이 안정하게 송전을 지속하는 능력
      3. 동태안정도 : 조속기, 전압안정기(여자기) 등의 제어장치까지 고려한 안정도 능력.

 

 

7.3.1 정태안정도

 

 

 

[그림 7.3 1기 무한대모선 시스템]

 

 

 

 

7.3.2 동태안정도
정태안정도에서 교란에 따른 발전기의 내부유기전압은 순간적으로 변할 수 없기 때문에 일정하다고 가정했다.
그러나 응답속도가 아주 빠른 존업조정기를 사용하면 발전기의 내부유기전압을 거의 교란발생과 동시에 조절할 수
있어서 극한전력의 범위가 정태안정 극한전력의 경우보다 커지게 된다.
또한, 조석기를 사용하여 터빈의 가속도를 제어하면 주파수를 적절히 조절할 수 있다.
이와 같이 조속기, 전압안정기(여자기) 등의 제어장치까지 고려한 안정도를 “동태안정도”라고 한다.

 

 

 

[그림 7.8 화력발전소의 제어 개념도]

 

 

[그림 7.9 발전시스템의 블록선도]

 

 

 

 

 

 

 

7.3.3 과도안정도

 

 

 

 

 

➡ 안정의 판별 ∙ 식 (7.10)을 푼다. ∙ 비선형 2차식이므로 다기계통은 수치해법 ∙ 2기 계통까지는 도시적인 접근

 

급격한 외란에 대하여 동기기가 동기를 유지하며 전력 전송을 할 수 있는 능력.
특히 계통으로 봤을 때 계통의 안정, 불안정은 수초 내에 결정되므로 실제의 기기에서 제 1차의 동요가 안정 될 때까지를 살펴 보면 된다.
※ 급격한 외란
1. 심각한 고장 (3상 단락 고장 등)
2. 급격한 부하의 변동
3. 스위칭 동작
동기발전기 위상각 진동, 동기 상실, 위상각 증가 → 동기탈조 현상 발생.
∙ 과도안정도 향상 방법 : 발전기 감, 가속을 억제하는 알고리즘 필요!

 

 

7.4_ 안정도의 향상

 

 

7.4.1 안정도의 향상

 

Ⅰ. 직렬 리액턴스의 감소

    ① 병렬회선의 사용, 복도체의 사용

    ② 직렬 condenser의 사용 ☜ 리액턴스 보상

    ③ 기기의 리액턴스 감소 ☜ 단락비 大- 발전기 大- 高價

 

Ⅱ. 고장시간, 고장전류의 감소

    ① 고속차단 방식 도입 ☜ 단상 재폐로

    ② 적당한 중성점 접지 ☜ 1선 지락전류 적을 것

 

Ⅲ. 전압변동의 감소

    ① 속응여자 방식의 채용 ☜ AVR (30 v/s →1000 v/s)

    ② 계통의 연계

    ③ 중간조상방식(Baum System) 채용

 

Ⅳ. 고장시 발전기 입출력차의 감소

    ① 조속기 동작을 신속화

    ② 발전기 회로에 저항 투입 (Dynamic Braking)

 

 

 

 

 

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