FACTS

왜 배우는가: FACTS는 송전망의 전압·무효전력·조류를 전력전자로 빠르게 제어해 송전용량과 안정도를 높이는 기술이라서, 계통 증설이 어려운 현장에서 실무적으로 자주 검토된다. 시험에서도 도입 배경, 설비 종류(사이리스터형과 인버터형), STATCOM·TCSC·UPFC 같은 개별 기기가 반복해서 출제되므로 기본 구조와 분류를 먼저 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제137회 2교시 5번, 제123회 1교시 13번, 제118회 3교시 5번, 제93회 3교시 3번, 제89회 4교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

FACTS는 전력전자 소자로 교류 송전계통의 전압·임피던스·위상각을 빠르게 제어해 송전능력과 제어성을 높이는 정지형 설비다.

• 유연송전기술(FACTS)
• 전력전자 소자(사이리스터·IGBT·GTO)
• 무효전력 제어
• 직렬 보상 / 병렬 보상
• 송전용량 증대
• 전압안정도 향상
• 조류 제어

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 FACTS는 송전선의 '길과 힘'을 전자적으로 조절하는 장치다. 송전선은 리액턴스가 커서 전기가 원하는 만큼 흐르지 못하고 전압도 흔들린다. FACTS는 이 흐름과 전압을 기계식 스위치보다 훨씬 빠른 반도체 스위칭으로 바꾼다.

정식 정의는 다음과 같다. 유연교류송전시스템(FACTS, Flexible AC Transmission System) 은 교류 송전계통에 설치하여 전압, 임피던스, 위상각 중 하나 이상을 전력전자 기기로 제어해 계통의 제어성과 전력 전송능력을 향상시키는 정지형 시스템이다.

핵심 용어를 나누어 풀면 다음과 같다.

사이리스터 제어 설비는 사이리스터 밸브로 리액터나 커패시터의 투입 시간을 조절해 임피던스나 무효전력을 연속적으로 바꾸는 설비다. 대표 예로 TCR, TSC, TCSC가 있다.

인버터 응용 설비는 자기소호형 소자(IGBT, GTO)로 만든 전압형 인버터(VSC)가 계통과 무효전력 또는 유효전력을 교환하는 설비다. 대표 예로 STATCOM, SSSC, UPFC가 있다.

직렬 보상은 선로에 직렬로 설비를 넣어 선로 리액턴스 자체를 줄이거나 제어한다. 병렬 보상은 모선에 병렬로 연결해 주로 전압과 무효전력을 조절한다.

3. 등장 배경과 필요성

계통이 커지고 송전 거리가 길어지면서 송전선 용량은 같아도 전달 가능한 전력은 안정도와 전압 조건에 의해 제한된다. 기존 조상설비(SC, Sh.R, 동기조상기, 탭 변압기)는 계단식으로만 동작하고 응답이 느려 이 한계를 넘기 어렵다. 전압 제어는 국지성이 강해 무효전력의 협조 제어가 필요하다는 점도 배경이 된다.

무효전력이 과다하면 전압이 상승하여 기기 절연 열화와 수명 단축이 생기고, 변압기 자기회로 포화로 고조파가 늘어난다. 무효전력이 부족하면 전압이 떨어져 전압안정도가 저하하고 송전용량이 줄어든다. 따라서 무효전력을 연속적이고 빠르게 공급·흡수하는 설비가 요구된다.

전력전자 소자가 고전압·대용량으로 발전하면서 FACTS가 실용화되었다. IGBT와 GTO 같은 소자는 턴오프 제어가 가능해 사이리스터보다 응답이 빠르고 제어 범위가 넓다. 그 결과 FACTS는 계통 증설 없이 기존 선로의 송전능력을 높이는 수단으로 자리 잡았다.

FACTS 도입 목적은 크게 전압 유지, 조류 제어, 과도안정도 개선, 전력동요 제동, 선로 과부하 해소, 송전용량 증대, 신재생 연계 안정화로 정리된다. 이 목적들은 4교시 문항의 7가지 목적과 연결되므로 기억해 두는 것이 유리하다.