전력계통 안정도 대책

안정도의 정의

전력계통 안정도는 외란 후에도 발전기가 동기를 유지하는 능력이다.

쉽게 말해 발전기들이 엇박자로 밀려 나가지 않고 같은 박자로 다시 도는 성질이다.

시험에서는 안정도의 종류와 향상대책을 구분해 묻는다.

안정도의 세 가지 분류

안정도는 외란의 크기와 해석 시간에 따라 세 가지로 나뉜다.

정태 안정도와 동태 안정도는 작은 외란을, 과도 안정도는 고장 같은 큰 외란을 다룬다.

대책도 유형마다 달라진다. 과도 안정도는 고속 보호와 고속 재폐로의 효과가 크다.

원리: 동요방정식과 가속 면적

발전기는 회전하는 기계라서 출력이 어긋나면 회전자 위치가 달라진다.

이 관계를 동요방정식으로 나타낸다. 고장 중에는 전기 출력이 줄어 가속 면적이 커진다.

고장을 빨리 제거하면 감속 면적이 가속 면적을 넘을 수 있어 계통이 안정을 되찾는다.

그러므로 고장제거시간을 줄이는 것이 가장 직접적인 대책이다.

계산 예제: 리액턴스와 전달 전력

두 발전기가 리액턴스 X로 연결된 계통의 전달 전력은 이 식으로 구한다.

최대 전달 전력은 회전자각 차가 90도일 때 나타난다. 리액턴스가 클수록 최대값은 작아진다.

E1, E2는 1.0 pu, X는 0.5 pu, δ는 30도이면 전달 전력은 1.0 pu이고 최대 전력은 2.0 pu다.

리액턴스를 1.0 pu로 높이면 최대 전력은 1.0 pu로 줄어 회전자각 차가 커진다.

보호 대책과 직접 풀기

고장제거시간이 길어지면 고장 중 가속 에너지가 누적되어 회전자각 증가량이 커진다.

표를 보면 고장제거가 빠를수록 가속 에너지가 작아 안정도가 좋아진다는 것을 알 수 있다.

고속 보호는 과도 안정도 개선에 가장 효과적인 대책이다. 직접 풀어 보자.

정리와 정답

정답은 작아진다. 고장 제거가 빠르면 가속 에너지가 줄어든다.

안정도는 정태, 동태, 과도로 나뉘고 가장 직접적인 대책은 고장 제거를 빠르게 하는 것이다.

시험에서는 대책을 계통 전압, 주파수, 고장 조건과 연결해 써야 점수를 받는다.