임피던스 제어 FACTS 설비 TCSC와 SSSC

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임피던스 제어 FACTS 설비 중 TCSC와 SSSC는 송전선의 무효 전력 보상을 통해 송전 용량을 증가시키고 전력 흐름을 최적화합니다. 전력 계통의 안정성과 효율성을 높이기 위해 임피던스 제어 FACTS 설비는 중요한 역할을 합니다.

Table of Contents

TCSC(Thyristor Controlled Series Capacitor)의 개요

TCSC는 사이리스터 제어를 통해 송전선의 임피던스를 제어하는 장치입니다. 이 장치는 송전선에 직렬로 설치된 커패시터와 TCR(Thyristor Controlled Reactor)로 구성되며, 송전선에서 무효 전력의 흐름을 보상합니다. TCSC는 주파수 안정성과 전압 안정성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.

TCSC의 구성 요소

TCR(Thyristor Controlled Reactor): 유도성 전류를 제어하여 송전선의 임피던스를 조정합니다.
커패시터(Capacitor): 무효 전력의 보상을 위해 설치되며, 용량성 전류를 제어합니다.
제어 시스템: TCSC의 동작을 제어하며, 송전선의 무효 전력을 실시간으로 조정합니다.

TCSC의 제어 원리

TCSC는 송전선의 임피던스를 실시간으로 제어하여 계통의 안정성을 유지합니다. 제어 방식에는 TCR 완전동작 모드, TCR 완전차단 모드, 그리고 연속 접촉과 제어 모드가 있습니다. 이를 통해 송전선의 전력 흐름을 최적화할 수 있습니다.

TCSC의 적용 효과

송전 용량 증가: 송전선의 임피던스를 줄여 송전 용량을 극대화합니다.
계통 안정성 향상: 주파수 변동에 따른 송전선의 불안정성을 줄입니다.
무효 전력 보상: 실시간으로 무효 전력을 조정하여 전압 변동을 최소화합니다.

TCSC의 장단점

장점: 기존 송전선에 쉽게 설치 가능하며, 비용이 상대적으로 적게 듭니다.
단점: 직렬로 설치된 장비에서 비선형 전압이 발생할 수 있어 추가적인 보호 장치가 필요합니다.

SSSC(Static Synchronous Series Compensator)의 개요

SSSC는 인버터 기반의 직렬 보상 장치로, 무효 전력을 동적으로 보상하는 역할을 합니다. STATCOM과 유사한 구조를 가지며, 송전선의 전압과 위상 각을 실시간으로 조정하여 송전선의 임피던스를 제어합니다.

SSSC의 구성 요소

인버터: DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 송전선의 무효 전력을 조정합니다.
직렬 변압기: 송전선에 연결되어 전압 변화를 일으킵니다.
제어 시스템: SSSC의 동작을 제어하며, 송전선의 전력 흐름을 실시간으로 조정합니다.

SSSC의 제어 원리

SSSC는 직렬 변압기를 통해 전압과 위상 각을 제어하여 송전선의 무효 전력을 조정합니다. 특히 위상 각이 90°일 때 최대의 무효 전력 보상이 이루어지며, 송전선의 임피던스 변화를 통해 유효 전력을 조정할 수 있습니다.

SSSC의 적용 효과

무효 전력 보상: 송전선의 임피던스를 제어하여 송전 용량을 증가시키고, 전압 안정성을 향상시킵니다.
고도 안정성 향상: 계통의 무효 전력을 실시간으로 조정하여 전력 계통의 안정성을 강화합니다.
UPFC 시스템과의 통합: SSSC는 STATCOM과 결합하여 UPFC(Unified Power Flow Controller) 시스템에서 활용될 수 있습니다.

TCSC와 SSSC의 비교

구분	TCSC	SSSC
구조	커패시터와 리액터로 구성	인버터와 직렬 변압기로 구성
제어 방식	사이리스터 제어를 통한 임피던스 조정	인버터를 통한 전압 및 위상각 조정
반응 속도	느림	빠름
적용 범위	기존 송전선에 쉽게 설치 가능	고급 전력 계통에 적합
비용	상대적으로 저렴	상대적으로 고가

결론

TCSC와 SSSC는 모두 송전선의 임피던스를 조정하여 전력 계통의 안정성을 향상시키는 중요한 장치입니다. TCSC는 비용 효율성이 높고 기존 송전선에 쉽게 설치할 수 있으며, SSSC는 빠른 응답 속도와 정밀한 전압 및 위상 각 제어를 통해 고급 전력 계통에서 더욱 효과적입니다. 각 설비는 전력 계통의 요구 사항에 맞게 선택되어야 합니다.