전력계통 주파수 변동

주파수 변동이란

전력계통 주파수는 발전량과 부하의 균형이 깨질 때 가장 먼저 변하는 지표다.

정격 주파수에서 벗어나는 현상이 주파수 변동이며, 국내 계통의 정격 주파수는 60Hz다.

이 장면에서는 원인, 억제 원리, 설비 영향, 대응 순서를 차례로 본다.

두 가지 자동 억제 작용

첫째, 발전기 조속기는 주파수가 떨어지면 증기나 연료 공급을 늘려 출력을 올린다.

둘째, 부하의 자기제어성은 주파수가 떨어지면 전동기 소비전력이 줄어드는 특성이다.

두 작용이 합쳐져 주파수 변동을 억제한다.

특성정수와 운동방정식

계통 주파수 특성정수 K는 발전기 측 K_G와 부하 측 K_L의 합으로 정의한다.

단위는 둘 다 MW/Hz이며, K가 클수록 같은 불평형에서 주파수 변동폭이 작다.

운동방정식에서는 기계 입력 P_m과 전기 출력 P_e의 차이가 회전 속도를 바꾼다.

주파수 저하 대응 흐름

앞 문제의 답은 저하한다. 부하가 발전량보다 많아지면 주파수가 떨어진다.

발전기 탈락 같은 수급 불평형이 생기면 관성이 먼저 에너지를 방출해 하강을 늦춘다.

그다음 조속기와 부하 자기제어가 수 초 안에 억제하고, 필요하면 저주파 부하차단이 작동한다.

정전범위 축소는 1차, 2차, 저주파 부하차단 순으로 한다.

설비에 미치는 영향

주파수가 낮은 상태가 길어지면 설비에도 영향이 생긴다.

발전기는 자속과 V/Hz가 커져 고정자와 변압기가 과열될 수 있다.

터빈은 날개 공진이 생기고, 펌프 같은 보조기기의 출력도 떨어진다.

정리

정리하면 주파수 변동은 유효전력의 수급이 깨질 때 생긴다.

대응은 1차 조속기와 자기제어, 2차 AGC, 마지막으로 저주파 부하차단 순이다.

관성이 줄면 변화율이 커지므로 예비력 확보를 우선한다.