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전력계통 안정성 및 제어

by 사이후이 2023. 7. 9.
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전력 시스템 안정성 및 제어는 그리드의 안정적이고 안전한 작동을 보장하는 전력 시스템의 중요한 측면입니다. 여기에는 계단식 오류, 전압 붕괴 및 정전을 방지하기 위해 허용 가능한 한도 내에서 전압, 주파수 및 기타 시스템 매개변수의 안정성을 유지하는 것이 포함됩니다. 전력 시스템 안정성 및 제어에는 전력 시스템의 안정성을 모니터링, 예측 및 유지하기 위한 다양한 기술, 제어 전략 및 장치가 포함됩니다.

 

전원 시스템 안정성 유형:

 

전력 시스템 안정성은 네트워크에서 교란 또는 변경을 경험한 후 시스템이 안정적인 작동 상태로 돌아가는 능력을 의미합니다. 전력 시스템 안정성에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

 

과도기 안정성: 과도기적 안정성은 대형 발전기의 고장이나 손실과 같은 주요 외란 이후 초기 기간 동안 시스템의 안정성에 중점을 둡니다. 교란 직후에 발생하는 동적 응답 동안 안정적인 전압과 주파수를 유지하는 시스템의 능력을 평가합니다. 일시적인 안정성은 시스템 전반의 붕괴와 계단식 오류를 방지하는 데 중요합니다.

 

소신호 안정성: 소신호 안정성은 교란 후 전력 시스템의 진동 동작을 처리합니다. 작은 부하 변화 또는 발전기 출력의 변동과 같은 작은 외란의 안정성을 검사하고 이러한 외란이 증폭되어 시스템 불안정을 유발하지 않도록 합니다. 소신호 안정성 분석은 다양한 조건에서 진동 및 시스템 응답의 허용 가능한 댐핑을 유지하는 데 중요합니다.

 

전압 안정성: 전압 안정성은 전원 시스템이 정상 또는 비정상 조건에서 허용 가능한 전압 수준을 유지하는 능력을 의미합니다. 시스템의 다양한 노드에서 전압이 허용 가능한 한도 내에서 유지되도록 하여 장비의 적절한 작동을 유지하고 전압 붕괴를 방지합니다. 전압 안정성 분석은 정전을 방지하고 그리드 안정성을 유지하는 데 중요합니다.

 

전력 시스템 제어 전략:

전력 시스템 안정성 및 제어에는 시스템 안정성을 유지하기 위한 다양한 제어 전략의 구현이 포함됩니다. 주요 제어 전략에는 다음이 포함됩니다.

 

자동 발전 제어(AGC): AGC는 시스템 부하 및 주파수 변화에 따라 발전 장치의 출력을 조정하는 폐쇄 루프 제어 시스템입니다. 발전과 수요 사이의 균형을 유지하여 안정적인 시스템 주파수를 보장합니다.

 

전압 제어: 전압 제어에는 시스템 전압을 허용 가능한 한도 내에서 조절하는 작업이 포함됩니다. 이는 전압 조정기, 변압기의 탭 절환기 및 무효 전력 보상 장치의 조정된 작동을 통해 달성됩니다. 전압 제어는 전압 안정성을 유지하고 전압 폭락을 방지하는 데 도움이 됩니다.

 

주파수 제어: 주파수 제어는 시스템 안정성을 유지하는 데 중요합니다. 여기에는 좁은 범위 내에서 시스템 주파수를 모니터링하고 제어하는 ​​작업이 포함됩니다. 1차 주파수 제어는 자동 발전 제어를 통해 주파수 편차에 신속하게 대응하고 2차 및 3차 주파수 제어는 장기간 조정을 제공합니다.

 

무효 전력 제어: 무효 전력 제어는 시스템에서 무효 전력의 흐름을 관리합니다. 여기에는 전압 안정성을 유지하고 전송 손실을 최소화하기 위해 동기 콘덴서, 커패시터 뱅크 및 전압 조정기의 작동이 포함됩니다. 무효 전력 제어는 적절한 전압 지원 및 전압 프로파일 유지를 보장합니다.

 

부하 차단: 부하 차단은 시스템 전체의 붕괴를 방지하기 위한 최후의 수단으로 사용되는 제어 전략입니다. 긴급 상황에서는 부하를 일부 차단하여 수요와 공급의 균형을 회복하고 시스템의 안정성을 유지하기 위해 부하 차단을 시행합니다.

 

안정성 분석 기법:

다양한 분석 및 계산 기술을 사용하여 전력 시스템 안정성을 평가하고 정보에 입각한 제어 결정을 내립니다. 몇 가지 주요 안정성 분석 기법은 다음과 같습니다.

 

과도 안정성 분석: 과도 안정성 분석은 수치 시뮬레이션과 수학적 모델을 사용하여 큰 교란에 따른 시스템의 동적 응답을 연구합니다. 주요 결함이나 교란을 견디고 복구하는 시스템의 능력을 평가합니다.

 

고윳값 분석: 고유값고윳값 분석은 소신호 안정성을 평가하기 위해 전력 시스템의 동적 모델의 고윳값을 검사합니다. 시스템 진동의 감쇠 특성에 대한 정보를 제공하고 불안정성을 초래할 수 있는 중요한 모드를 식별합니다.

 

전압 안정성 분석: 전압 안정성 분석은 다양한 부하 조건에서 시스템의 정상 상태 전압 성능을 평가합니다. 시스템의 약한 부분을 식별하고 전압 안정성을 유지하기 위해 필요한 무효 전력 지원을 결정하는 데 도움이 됩니다.

 

동적 안정성 모니터링: 동적 안정성 모니터링은 온라인 모니터링 시스템과 페이저 측정 장치(PMU)를 활용하여 시스템 상태를 지속적으로 모니터링하고 잠재적인 불안정성을 감지합니다. 시스템 안정성을 실시간으로 평가할 수 있으며 신속한 제어 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

 

신기술 및 제어 기능 향상:

기술 및 제어 전략의 발전은 전력 시스템의 안정성과 제어를 지속적으로 향상시킵니다. 일부 신흥 기술은 다음과 같습니다.

 

광역 모니터링 시스템(WAMS): WAMS는 전력 시스템 전반에 걸쳐 PMU의 동기화된 페이저 측정을 활용하여 시스템 역학에 대한 실시간 정보를 제공합니다. WAMS는 상황 인식을 강화하고 불안정성을 조기에 감지할 수 있게 하며 고급 제어 및 의사 결정을 지원합니다.

전력 전자 기반 제어: 유연한 AC 전송 시스템(FACTS) 및 고전압 직류(HVDC) 시스템과 같은 전력 전자 장치는 전력 흐름 관리뿐만 아니라 전압 및 무효 전력 제어를 위한 고급 제어 기능을 제공합니다. 이러한 장치는 빠르고 유연한 제어 동작을 제공하여 안정성과 제어를 향상합니다..

 

고급 제어 알고리즘: 모델 예측 제어(MPC) 및 적응 제어 기술을 포함한 고급 제어 알고리즘을 개발하여 안정성과 제어를 개선하고 있습니다. 이러한 알고리즘은 실시간 시스템 조건을 기반으로 제어 결정을 최적화하고 다양한 시스템 역학에서 효과적인 제어 작업을 가능하게 합니다.

 

에너지 저장 시스템(ESS): 에너지 저장 시스템은 주파수 및 전압 제어에 대한 신속한 응답 기능을 제공하여 전력 시스템 안정성에 중요한 역할을 합니다. ESS는 높은 발전 기간 동안 과잉 전력을 흡수하고 낮은 발전 기간 동안 저장된 에너지를 방출하여 그리드 안정성을 지원하고 기존 제어 전략에 대한 의존도를 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

요약하면 전력 시스템의 안정성과 제어는 안정적이고 안전한 전력 공급을 유지하는 데 필수적입니다. 제어 전략, 안정성 분석 기술 및 최신 기술을 사용함으로써 전력 시스템 운영자와 엔지니어는 그리드의 안정성을 모니터링, 예측 및 유지하여 전력 시스템의 효율적이고 안전한 작동을 보장할 수 있습니다.

 
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