송전·배전계통 안정도 향상

안정도란

전력계통 안정도는 외란 후 발전기가 동기를 유지하는 능력이다.

발전기는 모두 같은 속도로 돌아야 하므로 안정도는 계통 신뢰도의 기초가 된다.

핵심 키워드는 상차각, 동기화력, 관성정수다.

안정도 분류

안정도는 외란의 크기와 시간 범위에 따라 나눈다.

정태안정도는 완만한 부하 변화를, 과도안정도는 고장 같은 큰 외란을 본다.

동태안정도는 작은 변동이 이어질 때 회전자 진동이 감쇠하는지 본다.

전압안정도는 무효전력이 부족해 전압이 연쇄적으로 붕괴하는지 본다.

관성과 상차각

회전자 가속은 동요방정식으로 설명한다. 가속 전력이 양이면 회전자가 가속된다.

관성정수 H가 크면 같은 가속 전력에도 속도 변화가 느려 상차각 증가가 완만하다.

관성이 작은 전원이 늘면 가속이 빨라져 과도안정도가 나빠진다.

그래서 관성이 큰 전원은 과도안정도에 유리하다.

대책 설비

대책 설비는 안정도를 떨어뜨리는 원인에 맞춰 고른다.

직렬 보상은 선로 리액턴스를 줄이고, PSS는 회전자 진동을 감쇠시킨다.

조상설비는 무효전력을 공급·흡수해 전압을 유지하고, 고속 차단은 고장 제거 시간을 줄인다.

관성 계산 예제

관성 에너지는 H에 정격 출력 S를 곱한 값이다. 단위는 MW·s다.

예로 정격 100MVA, H가 5인 발전기를 가상으로 가정한다.

가속 전력이 50MW일 때 가속 시간 상수는 500 나누기 50으로 10초다.

10초는 과도안정도 해석 시간 범위인 서브초에서 수십 초 안에 든다.

시험 포인트 정리

가장 흔한 실수는 정태·동태·과도 안정도를 같은 개념으로 쓰는 것이다.

과도안정도는 큰 외란에 대한 상차각 회복 능력으로 구분해 쓴다.

송전과 배전의 대책을 구분해 쓰면 배점을 확보하기 쉽다.

정리하면 관성이 크고 고장 제거가 빠를수록 과도안정도가 좋아진다.