전력계통의 무효전력 해석

전력 계통의 무효 전력 분석

무효 전력은 상상의 전력이지만 여전히 전력 시스템에 필요합니다. 전력계통에 무효전력이 과대하면 전압이 올라가고 부족하면 무효전력이 낮아질 수 있다. 이 기사에서는 무효 전력의 다양한 측면, 전력 시스템에서 그 역할 및 전력 시스템에 주입하는 방법에 대해 설명합니다.

전력 시스템의 전압 및 무효 전력의 기본:

전원 시스템의 전압은 모든 곳에서 단위(pu)당 1이어야 하지만 유지하는 것은 매우 불가능합니다. 무효 전력의 제어와 전압의 크기는 거의 상관 관계에 있는 단어입니다. 마찬가지로 유효전력의 제어와 전압각도는 거의 상관관계에 있는 단어이다. 그림 1을 고려하십시오. 버스-1은 전송선이 긴 무한 버스로 연결됩니다. 일반적으로 유효 전력은 높은 전압 각도에서 낮은 전압 각도로 흐르고 무효 전력은 높은 전압 크기에서 낮은 전압 크기로 흐릅니다. 따라서 그림 1에서 유효 및 무효 전력은 모두 버스 1에서 버스 2로 흐릅니다(몇몇 경우에는 다른 요인에 따라 달라짐).

동기 발전기의 무효 전력 분석:

그림-2와 같이 동기 발생기(SG)의 간단한 등가 회로를 고려하십시오. 단자 전압이 1∠0이거나 SG가 무한 버스에 직접 연결되어 있다고 말할 수 있습니다.

무효 전력은 허수 전력이라는 점에 유의해야 합니다. 따라서 SG에서 공급하거나 흡수할 수 있습니다. E_f인 경우 '1'보다 작습니다(예:E_f t ), 우리가 말하는 것보다 낮은 여기에서 실행 중입니다(즉, 계자 권선의 DC 전류가 낮음). 이 경우 SG는 무효 전력을 소모할 수 있습니다. E_f인 경우 '1'보다 큽니다(예:E_f>V_t ), 우리가 말하는 것보다 높은 여기에서 실행 중입니다(즉, 계자 권선의 DC 전류가 높음). 이 경우 SG는 무효 전력을 공급할 수 있습니다.

액티브 파워를 진정한 파워라고 합니다. SG는 항상 유효 전력을 공급합니다. 따라서 동기식 발전기의 경우 회전자 각도가 플러스이고 동기 모터의 경우 회전자 각도가 마이너스인 이유를 이해할 수 있습니다.

"입력 =출력 + 손실" 방정식은 모든 기계에 유효합니다. SG의 경우 방정식은 "기계적 입력 =전기 출력(유효 전력) + 손실"입니다.

위에 쓰여진 것처럼 SG가 높은 여기에서 실행 중인 경우 무효 전력을 생성할 수 있습니다. 즉, SG는 시스템에 무효 전력을 공급합니다. 실제로 발생하는 일은 발전기와 부하 사이의 에너지 교환일 뿐입니다. (부하가 유도 전동기라고 가정합니다. 따라서 SG와 유도 전동기 사이에 에너지 교환이 있을 것입니다. 또는 SG가 무효 전력을 생성하고 유도 전동기가 무효 전력을 소비한다고 말할 수 있습니다. 그러나 그것은 단지 관례일 뿐이며 무효 전력은 가상입니다 따라서 전력을 생성하거나 소비할 수 없습니다).

Power System의 책에서 복소수를 계산하기 위해 공식 S=VI*가 언급됩니다. 공식 S=V*I를 사용하면 무효 전력의 부호가 반전된다는 점을 제외하고는 동일한 결과를 찾을 수 있습니다. 따라서 전기 공학 학자들은 공식 S=VI*를 완성하고 두 번째 공식을 폐기했습니다. 그들이 두 번째 대신 첫 번째 공식을 선택한 이유는 이 기사를 기반으로 자신을 분석해 보십시오.

그림-3을 보면 왜 유효전력을 참전력, 무효전력을 허수전력이라고 하는지 쉽게 이해할 수 있습니다.

SG의 한 다이어그램은 그림-4에 나와 있습니다. . 이 그림도 자명합니다.

현장에서 DC 전압(또는 DC 전류)가 SG보다 높으면 더 많은 무효 전력을 공급할 것입니다. 따라서 계자 권선의 DC 전력을 무효 전력으로 변환한다고 생각할 수 있습니다. 학생들 사이에 큰 오해입니다. 계자 권선에서 더 많은 DC 전압은 더 많은 DC 전류를 의미하며 이 전력은 I² 로 소모됩니다. 계자 권선 저항 'R'의 R 손실. 필드 회로의 DC 전력은 무효 전력으로 변환되지 않습니다. 직류전류가 증가할수록 SG에서 공급하는 무효전력이 증가하는 것보다 부하와 함께 발전기의 에너지 교환이 증가함을 의미한다. 계자권선의 직류전류가 높을 경우 계자권선의 인덕턴스 자속이 높아 SG에 의한 무효전력 발생에 도움이 됩니다.

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그림 1을 다시 고려하십시오. SG의 여기가 두 가지 이상 증가하면

(i) 발전기가 더 많은 무효 전력을 공급할 것입니다.
(ii) 단자 전압(크기)이 증가합니다(무효 전력 및 전압 크기에 대한 이전 제어는 거의 상관 관계에 있는 단어로 언급됨).

전력 시스템에 전압 증가보다 무효 전력이 과도하게 증가하면 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이를 바탕으로 독자들은 페란티 효과도 이해하려고 노력해야 합니다. [페란티 효과의 경우 수신 종료 전압이 송신 종료 전압보다 높습니다. 무부하(또는 부하가 매우 적음)에서 발생합니다. 전력 시스템의 대부분의 부하는 유도성 부하입니다. 따라서 무부하 조건에서는 유도 효과가 감소하고 션트 커패시턴스(공기 중 자연 션트 커패시턴스)가 우세합니다. 커패시터는 무효 전력을 생성하므로 전압을 높이려고 합니다.]

전기 기계 서적에는 선행 PF 부하(즉, 용량성 부하)에서 변압기가 음의 전압 조정을 가질 수 있다고 기록되어 있습니다. 독자는 이 기사의 도움으로 이 행을 이해하려고 노력해야 합니다. 용량성 부하는 전압을 높이려고 합니다. 권선비 1:1의 변압기가 있고 인가된 전압이 100V이고 단자 전압이 102V인 경우 변압기의 전압 조정은 단순히 -2%라고 가정합니다. 용량성 부하의 경우 가능합니다. Fresher's는 변압기의 단자 전압이 인가된 전압보다 더 클 수 있다는 사실에 놀랄 수 있으므로 분석을 시도해야 합니다.

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분로 보상 및 시리즈 보상:

'분로 보상'과 '직렬 보상'이라는 두 가지 용어가 Power System에서 일반적으로 사용됩니다. '분로 보상'은 무효 전력을 제어하고 '직렬 보상'은 유효 전력을 제어합니다. 션트 보상은 전송 라인 또는 모든 션트 FACTS 장치의 션트에 있는 간단한 커패시터일 수 있습니다. 직렬 보상은 전송 라인 또는 일련의 FACTS 장치와 직렬로 연결된 간단한 커패시터일 수 있습니다.

공식 고려 (매우 유명한 공식이므로 여기서는 자세히 설명하지 않습니다.) 'X'는 전송 라인의 리액턴스입니다. 이 공식은 전송 라인의 저항이 무시할 수 있다고 가정하여 파생됩니다. 간단한 직렬 커패시터가 전송 라인(또는 그림-1의 버스-1과 버스-2 사이)에 삽입되면 직렬 보상이라고 말할 수 있습니다. 직렬 커패시터의 값을 제어하여 'X'를 제어할 수 있으므로 'P'를 제어할 수 있습니다. 또한 'P'는 'δ'와 관련이 있음을 알 수 있습니다. (이전에 쓰여진 바와 같이 'P'와 '전압각'의 제어는 밀접한 관련이 있는 단어입니다).

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전력 시스템에 무효 전력 주입 방법:

전송 시스템의 전압이 1pu 미만이면 시스템에 무효 전력을 주입해야 합니다. 전력 계통에서 무효 전력을 주입/흡수하는 다양한 방법은 다음과 같습니다.

이 문서에서 위에서 설명한 대로 SG의 DC 여기 제어
분로 커패시터(무효 전력 공급 및 전압 증가),
Shunt 인덕터(무효 전력을 소모하고 전압을 낮추기 위해), Ferranti 효과의 경우(즉, 부하가 매우 적고 수신 종료 전압이 높을 수 있는 경우) 사용됩니다.
TCR-FC 또는 TCR-TSC(임피던스 기반 FACTS 장치),
STATCOM(전압원 변환기 기반 FACTS 장치). STATCOM 또는 Static Synchronous Compensator는 IGBT, GTO 등과 같은 강제 정류된 장치를 사용하여 전력 네트워크를 통한 무효 전력 흐름을 제어하여 전력 네트워크의 안정성을 높이는 전력 전자 장치입니다. STATCOM은 션트 FACTS 컨트롤러입니다. 즉, 라인과 션트로 연결됩니다. 초기에는 그 이름이 STATCOM이 아니라 STATCON이었습니다. FACTS(Flexible AC Transmission System) 장치 제품군의 구성원이며 많은 연구 잠재력이 있습니다. 그리드의 하나 이상의 적절한 지점에 STATCOM을 설치하면 전압 안정성이 향상되고 다양한 네트워크 조건에서 원활한 전압 프로파일이 유지됩니다. 능동 필터링을 수행하는 기능은 전력 품질 개선에도 매우 유용합니다.
풍력 발전 단지에서 유도 발전기가 사용되며 단일 여기 기계입니다(즉, 계자 권선이 없음). 따라서 유도 발전기의 무효 전력 제어는 불가능합니다. 따라서 이 경우 무효 전력을 공급하기 위해 STATCOM이 널리 사용됩니다. STATCOM은 션트 컨트롤러로 유도 발생기의 단자에 설치됩니다. 이 주제는 연구 잠재력도 큽니다.

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이 글에서 'shunt 보상'은 무효 전력 제어와 관련된 것으로, 위의 2-6번 방법에서 모두 shunt controller임을 알 수 있다.

앞서 말했듯이 무효 전력은 가상 전력이므로 전송선은 유효 전력을 공급하기 위한 것입니다. 전력 시스템에 무효 전력을 주입하는 이유입니다. 대답은 발전기, 전송 라인, 변압기 등은 유도 리액턴스에 비해 무시할 수 있는 저항을 가지므로 전송 시스템은 유도 회로라고 말할 수 있습니다. 무효 전력을 소모하고 있으므로 이를 보상하기 위해 무효 전력을 공급해야 합니다.

즉, 전송 시스템에서 균일한 전압 프로파일을 유지하려면(즉, 모든 곳에서 전압 1pu를 유지하기 위해) 적절한 무효 전력 제어가 필요합니다. 과도한 무효 전력 전송을 피하기 위해; 무효 전력의 생성과 소비는 가능한 한 서로 가까워야 합니다. 그렇지 않으면 부적절한 전압 프로파일이 생성됩니다.

저자 소개

박사. Vipin Jain은 1992년 Nagpur University에서 공학 학사 학위를 취득했으며 2007년에는 기술 석사, Ph.D. 2017년 델리 대학교에서 학위를 받았습니다. 그는 오랜 교육과 산업 경험을 가지고 있습니다. 그는 2007년 12월부터 인도 미루트(UP)에 있는 Bharat Institute of Technology의 전기 공학과 교수로 재직하고 있습니다. 지금까지 20편 이상의 연구 논문을 발표했습니다. 그는 인도 정부 에너지 효율국(Bureau of Energy Efficiency)의 인증을 받은 에너지 감사관입니다.