0.6.0★N!220709
동기발전기 ✶
발전기의 유효전력 및 무효전력 분담
병렬운전하는 발전기들 사이에서 새로 투입된 모선부하에 대한 분담은 각 발전기에 관련된 조속기의 특성에 의해서 결정이 된다. 각 발전기의 부하부담의 이동은 각 조속기의 무부하속도 설정치를 변화시킴으로써 원하는 대로 할 수 있다.
한 대의 발전기가 단독으로 운전하는 경우에 유효전력과 무효전력은 일정하게 되고 부하가 요구하는 전력과 같아야 하며, 그리고 주파수와 단자전압은 조속기 설정치와 계자전류에 의해서 변한다. 또한 발전기가 무한모선과 병렬 운전하는 경우에는 주파수와 단자전압은 무한모선에 의해서 일정한 값을 가지며, 유효전력과 무효전력은 조속기의 설정치와 계자전류에 의해서 변한다.
그러면 무한모선이 아닌 용량이 다른 발전기의 병렬로 운전할 때, 조속기의 설정치와 계자전류가 변할 때 어떤 현상이 일어날까?
이 시스템의 기본적인 제한조건은 부하가 요구하는 유효전력과 무효전력의 양은 두 개의 발전기에서 공급해야할 유효전력, 무효전력의 합과 같아야 한다. 그러나 시스템의 주파수가 일정하게 유지되어야 하는 제한 조건은 없다.
위의 House diagram을 보면 G2 발전기의 조속기 설정치를 증가시켰을 때, G2의 특성곡선은 위로 올라가게 되고 부하에 공급되는 총 전력은 일정하게 유지한다. 조속기의 제어를 통해서 두 발전기의 부담을 조정할 수 있다. 그러나 주파수의 변화가 발생했다. 초기 주파수를 유지하고 출력조정을 하고자 하면 두 발전기의 조속기를 동시에 제어하면 가능하다.
병렬운전 발전기의 유효 및 무효전력의 분담
1) 조속기 제어에 의한 유효전력의 분담
G1, G2 발전기는 동일 모선에 접속되어 있어 단자전압(V)가 일정하고, 동기 리액턴스(Xs)도 동일한 조건, G1발전기가 모든 부하를 담당하고 있고 G2는 부유(Floating)상태에 있는 경우를 가정했을 때, G2의 조속기의 무부하 설정치를 증가시키면 발전기의 유효전력의 분담은 제어되지만, 무효전력은 조절되지 않는다. 무효전력을 제어하기 위해서는 각 발전기의 계자전류를 제어하여야 한다.
다음의 House Diagram은 G2 발전기의 조속기의 무부하속도의 설정치를 변경했을 경우 동일한 부하분담을 하는 경우에 대해 각 발전기의 유효전력의 분담되는 것을 나타낸 것이다.
[발전기의 유효전력의 분담 House Diagram]
다음의 페이저도는 G2 발전기의 조속기의 무부하속도의 설정치를 변경했을 경우 동일한 부하분담을 하는 경우에 대해 각 발전기의 유효전력의 분담되는 것을 나타낸 것이다.
[발전기의 유효전력 분담 페이저도]
두 발전기가 동일하게 부하를 분담하는 경우라면 아래의 관계가 될 것이다.
이와같이 발전기 조속기의 무부하속도 설정치를 제어하여 동시에 발전기 사이의 유효전력을 균등하게 분담시키게 되면 G1 발전기의 상차각은 감소하고, G2 발전기의 상차각은 증가하게 된다. 또한 유효전력의 분담과정에서 두 발전기의 무효전력 분담에 영향을 주었다. G1 발전기의 경우는 무효전력 공급량이 보다 증가되었으며, G2 발전기의 경우 무효전력을 흡수하는 상태로 바뀌었다.
2) 계자전류 제어에 의한 무효전력의 분담
조속기의 무부하 속도를 제어함으로 유효전력의 분담은 이뤄졌지만, 무효전력의 균형을 잡기위해서는 계자전류를 제어하여 두 발전기의 전기가 전류의 크기가 같고 그 위상각은 모선의 전류와 같아지도록 만들어 주어야 한다.
다음의 House Diagram은 G1 발전기(계자전류 감소)와 G2 발전기(계자전류 증가)의 계자전류를 제어하여 무효전력을 동일하게 분담하는 것을 나타낸 것이다.
[발전기의 무효전력의 분담 House Diagram]
다음의 페이저도는 G1 발전기(계자전류 감소)와 G2 발전기(계자전류 증가)의 계자전류를 제어하여 무효전력을 동일하게 분담하는 것을 나타낸 것이다.
무한모선과 병렬운전
무한대 모선은 용량이 무한대 특성을 갖는 이상적인 대전력 시스템이다. 그러므로 무한대 유효전력의 공급 및 흡수, 무한대 무효전력의 공급 및 흡수가 가능하다. 이러한 이유로 무한대 모선은 주파수와 전압이 일정한 모선으로 취급한다.
위의 House diagram과 같이 발전기 조속기의 설정치를 증가시킬 때에 발전기의 전력공급이 증가하게 된다. 발전기의 조속기 설정치를 증가하여 무부하 주파수를 상승시켜도 주파수를 일정하게 유지되는 시스템으로 주파수가 무한모선과 같아지도록 동기화 전류가 흘러 발전기는 전력공급의 양을 증가시킨다. 이것은 발전기의 회전속도가 증가하면 일시적으로 발전기의 위상이 무한모선 보다 앞서게 되므로 유효전력을 공급(동기화 전류 발생)하면서 자신은 속도가 저하되어 무한모선의 주파수와 동일하게 된다. 만약 부하에서 요구하는 출력보다 증가되는 경우에는 무한모선에서 이를 흡수하게 된다.
단자전압과 계자전류가 일정한 상태에서 발전기의 출력을 증가시킬 때 아래와 같은 페이저도로 나타낼 수 있다.
조속기의 설정치를 낮추는 경우에는 오히려 전력을 소비(흡수)하는 전동기로 운전하게 된다. 이런 경우에 역전력 계전기(Reverse power relay)로 자동으로 차단한다. 발전기가 전동기로 작용하면 쓸모없는 유효전력의 낭비만 가져다주기 때문에 원동기의 출력을 증가시켜주거나 차단하여야 한다. 전동기 동작이 오래되면 풍손에 의한 터빈날개의 과열을 가져다줄 수 있다.
★동기발전기
동기발전기의 구조와 원리
동기발전기의 전기자 반작용
계자전류와 전기자 전류 관계
발전기 출력가능 곡선
발전기 진상운전
계통주파수 저하시 설비의 영향
단락비
발전기의 자기여자
발전기의 계통병입
발전기의 유효전력 및 무효전력 분담
제동권선
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