초고압 전력계통의 전압·무효전력 제어방식

전압·무효전력 제어의 특성

전력 계통에서 전압 변동은 주파수 변동과 달리 각 지점마다 국지적으로 발생하는 특성이 있으며, 각 지점마다 독립 제어가 필요하다. 이 때문에 전압·무효전력 제어방식은 여러 가지 방식으로 구분된다.

전압·무효전력 제어방식의 종류

1) 개별 제어방식

• 발전기의 AVR(자동전압조정기), 발전소의 LRC(무효전력조정장치) 등을 이용하여 각 발전소나 설비가 독립적으로 전압과 무효전력을 제어하는 방식이다.
• 특징: 단순하며 기존 설비를 그대로 사용 가능하나, 계통 전체의 종합적 운용에는 한계가 있다.
• 한계: 시시각각으로 부하 변동 시 적응력이 낮으며, 사고 시 적절한 무효전력 교류 유지가 어려울 수 있다.

2) 집합 제어방식

• 발전소별 무효전력 제어를 집합하여, 계통 일부를 하나의 그룹으로 묶어 운전하는 방식이다.
• 특징: 각 발전소 단위에서 부분계통 제어가 가능하며, 일부 발전소의 제어로 효과적 운전이 가능하다.

3) 중앙 제어방식

• 전체 계통의 무효전력과 전압을 중앙제어센터에서 일괄적으로 관리하는 방식이다.
• 중앙제어센터에서는 발전소의 AVR, LRC 등의 정보를 수집해 최적의 전압계획과 무효전력 분배를 계산한다.
• 장점: 경제성과 효율성이 높으며 계통 안정성 유지에 효과적이다.
• 단점: 통신 장애 시 일부 발전소의 제어에 지연이 발생할 수 있다.

개별 제어방식의 특징 및 한계

• 시차적 대응으로 부하 급변에 즉시 적응하기 어렵다.
• 각 발전소가 설정한 무효전력 설정값에 따라 개별 운전하므로, 계통 전체에서 무효전력 균형이 깨질 가능성이 있다.
• 발전기의 무효전력 공급능력 제한에 도달하면 계획된 전압 유지가 어려워질 수 있다.

중앙제어방식에 의한 운전 제어의 특징

중앙제어방식은 수집계산법(수집계산방식)을 사용하여 각 발전소의 발전기 허용범위를 고려해 필요한 조정량을 계산하고, 실시간으로 각 발전소에 조정 명령을 내려 송전손실을 최소화하며 전압을 유지한다.

전기소
 └─ 송전회로
       └─ 수신부 ──── 제어센터(중앙통제제어소)
                          │
                출력변환기 ── 제어용저차계산기

주파수, 전압 및 무효전력의 관계

송전계통에서는 아래의 관계가 성립한다.

• 무효전력(Q)은 전압강하(ΔV)에 비례한다.
• 유효전력(P)은 위상각에 비례한다.

다음 수식을 참고한다.

$$
Q = \frac{E_r}{X} \Delta V
$$

$$
P = \frac{E_r E_s}{X}\sin\delta
$$

그림과 벡터도

송전계통의 등가회로 및 벡터도는 다음과 같다.

송전단(Es)────┬────수전단(Er)
                │
              [R+jX]

벡터도의 주요 관계:

• $E_s^2 = (E_r + \Delta V)^2 + (\delta V)^2$
• $\Delta V = \frac{PR + QX}{E_r}$
• $\delta V = \frac{PX – QR}{E_r}$