전력-주파수 특성

정의

전력-주파수 특성은 발전기 출력과 부하 소비전력이 주파수에 반응하는 관계다.

주파수 편차를 스스로 억제하는 자기제어 성질이라 주파수 제어의 출발점이 된다.

발전기 쪽은 드룹 특성, 부하 쪽은 자기제어성으로 나눠 본다.

발전기 주파수 특성

부하가 늘면 발전기의 전기 출력이 기계 출력보다 작아져 회전자가 감속한다.

그러면 주파수가 떨어지고, 조속기는 발전기 출력을 늘리는 방향으로 응동한다.

발전기 특성정수 K_G는 드룹 R, 정격출력 P_r, 정격주파수 f_0로 정해진다.

속도조정률이 작을수록 K_G가 커져 주파수 변화가 작아진다.

부하의 자기제어성

부하 쪽 특성은 기기 자체의 물리적 성질에서 생긴다.

순저항 부하인 전등과 가열기구는 주파수와 무관하다.

전동기 부하는 주파수가 떨어지면 회전수가 줄어 소비전력이 감소한다.

전동기 부하 비중이 클수록 K_L이 커져 주파수 억제 효과가 커진다.

계통 특성정수 K

계통 전체의 주파수 특성정수는 발전기와 부하 특성정수의 합이다.

발전기 출력 증가분과 부하 감소분의 합은 K에 주파수 변화를 곱한 값과 같다.

발전기 몫은 K_G, 부하 몫은 K_L이 맡으며 둘을 구분해 적어야 한다.

K가 클수록 같은 불균형에 대한 주파수 편차가 작아진다.

계산 예제

예제로 K_G 1,000 MW/Hz, K_L 500 MW/Hz, 주파수 저하 0.1 Hz를 본다.

특성정수 K는 직접 구해 보자. 두 특성정수를 더하면 된다.

K는 1,500 MW/Hz 이다. 필요한 조정량은 K에 편차 0.1 Hz를 곱한 150 MW 이다.

발전기가 100 MW, 부하가 50 MW를 나눠 분담한다. 합은 150 MW로 일치한다.

주파수 제어 단계와 한계

주파수 제어는 세 단계로 이루어진다.

1차제어는 조속기가 즉시 응동하지만 드룹 때문에 편차가 남는다.

2차제어는 EMS의 AGC가 출력기준점을 조정해 편차를 복구한다.

3차제어는 경제급전으로 발전기 출력을 연료비 최소 조건에 맞춘다.

그래서 1차제어만으로 60Hz를 회복할 수 없다는 점을 답안에 명시한다.