전압안정도

정의

전압안정도는 부하가 늘거나 사고가 나도 모선 전압을 허용 범위에 유지하는 능력이다.

전압이 무너지면 대규모 정전으로 이어지므로 계획과 운영에서 가장 먼저 확인한다.

이 장에서는 P-V곡선과 Q-V곡선으로 전압안정도를 해석하는 방법을 본다.

P-V곡선과 코끝점

P-V곡선은 유효전력 P를 늘릴 때 수전단 전압 V가 어떻게 변하는지 보여 준다.

고전압 가지는 안정 운전점이고, 저전압 가지는 불안정 운전점이다.

두 가지가 만나는 점이 코끝점이다. 코끝점을 넘으면 정상상태 해가 없어 전압이 붕괴한다.

운전점과 코끝점 사이의 간격이 전압안정도 여유다. 이 간격이 작을수록 붕괴 한계에 가깝다.

2모선 등가회로와 식

2모선 등가회로에서 부하 측 전력은 위상각 δ를 이용해 이렇게 표현된다.

δ를 소거하면 P, Q, V만의 식이 되고, 이를 V²에 대해 풀면 두 해가 나온다.

여기서 X는 선로 리액턴스, E는 전압원, V는 부하 모선 전압이다.

이 식의 해가 실수로 존재하는 한계가 전압안정도 한계다.

계산 예제

무손실 2모선 계통에서 E=1.0pu, X=0.5pu, Q=0으로 두고 계산해 보자.

판별식이 0이 되는 조건으로 코끝의 최대 유효전력을 구한다.

대입하면 Pmax는 1.0pu이고, 이때 V는 약 0.707pu가 된다.

운전점이 P=0.5pu라면 여유는 0.5pu다. 이 여유를 무효전력 보상으로 넓히면 Pmax가 커진다.

곡선별 축과 헷갈리는 점

P-V곡선, Q-V곡선, I-V곡선은 가로축과 세로축이 서로 달라 구분해야 한다.

Q-V곡선은 무효전력 주입량과 모선 전압의 관계로, 보상 필요량을 판단할 때 쓴다.

전압안정도는 유효전력이 아니라 무효전력 여유로 판단한다.

대책과 정리

전압안정도 대책의 핵심은 무효전력 여유를 부하 근처에서 속응성 있게 확보하는 것이다.

설비적 대책은 SVC, STATCOM, SC를 쓰고, 운영적 대책은 취약선로 제약과 발전기 전압 상향을 쓴다.

보상으로 무효전력 여유가 넓어지면 코끝의 최대 전력도 커진다.

결론은 여유를 상시 감시하고 대책을 조합하는 것이다.