속도 조정률 및 조속기 프리(Governor Free) 운전

1. 발전기 출력과 주파수의 관계

1) 발전기 출력과 주파수 특성

• 계통 주파수가 변할 때 조속기가 동작하여 발전전력을 변화시키는 특성을 나타낸다.
• 전력 계통은 주파수 변동을 억제하는 관성이 있으며, 양자간에는 일정한 관계가 존재한다.
• 즉, 주파수 출력에서는 전력 변동이 유발된다. 전력 계통이 어떤 성능을 갖고 변화하는 것은 전력계통의 외란특성이다.
• 전력의 변동요인들은 전력계통의 전력-주파수 특성과 관련된다.

2) 발전전력-주파수 특성 및 계통 전부하의 관계

• 표준 주파수 $fn(Hz)$에서 발전기 출력이 $Pg(MW)$로 운전 중일 때 주파수가 $\Delta f$만큼 저하되면 발전기 출력은 $\Delta Pg$만큼 증가하여 본래의 정격 주파수로 회복하려고 한다.
• 이때 관계는 다음과 같다.
  $$
  K_g = – \frac{\Delta Pg}{\Delta f} \quad [MW/Hz]
  $$
  단, $\Delta f$: 주파수 변화량, $\Delta Pg$: 발전기 출력 변화량, $K_g$: 발전기의 계통정수
• 위 식은 부하가 증가하며 주파수가 저하($-\Delta f$)하는 경우를 의미한다. 주파수의 대폭적인 저하는 방지와 주파수의 원상 회복을 위해 조속기가 제어된 범위 내에서 입력을 증가시켜 발전전력을 증가($+\Delta Pg$)시키게 된다.

2. 조속기의 속도 조정률 (Speed Regulation)

1) 어떤 임의의 회전수 운전 중인 수차나 터빈의 조속기가 아무런 조정을 가하지 않는 상태를 Governor Free 상태라고 한다. 이때 부하 변동에 따라 주파수가 변화하는 상태이다.
2) 조속기의 속도 조정률은 다음과 같이 정의된다.
$$
\delta = \frac{N_o – N_n}{N_n} \times 100(\%)
$$

• $N_o$: 무부하시 회전수(rpm)
• $N_n$: 정격 회전수(rpm)

3) 속도 조정률 값은 보통

• 수력 발전소: 3~5%
• 화력 발전소: 4~5%
  정도로 한다.

3. 조속기 프리(Governor Free) 운전

1) 일반적으로 속도 조정률 5% 정도로 수력 발전기는 3~5%, 화력 발전기는 4~5% 정도로 하며, 속도 조정률이 작다는 것은 동일한 부하 변동에 대해 주파수 변동이 작다는 것을 의미한다.
2) 일정 값의 속도 조정률을 정하면 그 값에 따라 출력을 변화시키면서 운전하는 것을 조속기 프리 운전이라고 한다.