[발송배전기술사] P - f Control!

다음은 발송배전기술사 전력계통공학 문제 중 P - f Control에 대한 설명입니다.

P - f Control의 목적, 주파수유지 이유, 주파수변동 원인, 부하변동특성과 분담개요, 자동주파수 제어계, 자동주파수 제어방식, 주파수제어 연락선 조류계산, AFC + ELD 협조제어방식 순으로 서술하겠습니다.

[문제] P - f Control에 대하여 설명하시오.

[답]

1. P - f Control의 목적

  1) 품질 유지

     (1) 정상시 주파수제어 LFC, AFC운전

     (2) 긴급시 부하 주파수제어

  2) 안정도 유지

     (1) PSS(계통 안정화 장치)

     (2) 발전기 : 유효전력(P - 조속기 조정), 무효전력(Q - AVR 조정)

  3) 경제성 유지

    · ELD(경제부하분담제어)

 

2. 주파수유지 이유

  1) 수용가 측면 필요성

     (1) 전력 사용조건의 안정

        · 주파수 일정하게 유지

     (2) 제품의 품질향상

        · 정속도 유지 - $N_{s} = \frac{120f}{P} $

     (3) 전기기기의 정밀도 유지

        · 컴퓨터, 정밀기기 오차 작게

  2) 운용자 측면 필요성

     (1) 안정된 주파수는 전압유지 용이

     (2) 안정된 주파수는 계통안정도 향상

     (3) 안정된 주파수는 발전기의 조속기 속도조정이 용이

     (4) 안정된 주파수는 연계운전 원활

 

3. 주파수변동 원인

  1) 발전력과 부하량 불평형이 생기면 발생

     (1) $\frac{d \omega }{dt} = \frac{d ^{2}   \theta  }{dt ^{2} }  = \frac{ \omega   }{M}( P_{i}- P_{n})  = \frac{ \omega   }{M} ·\bigtriangleup P$

        · $\bigtriangleup P= \frac{M}{ \omega } · \frac{d \omega }{dt}=\frac{M}{ 2 \pi f } · \frac{d\, 2\pi f }{dt}=\frac{M}{  f } · \frac{d f }{dt}$

     (2) $ \bigtriangleup f= \frac{1}{K} · \frac{ \bigtriangleup L}{L} (1-e ^{- \frac{1}{ \tau } } )[H _{z}] $

     (3) 부하제한 주파수제어

        · Load Sheddind(UFR : 저주파 계전기) 

        ① 주파수 절대치에 의한 방법

           · 58.5[$H_{z}$] : 1차 부하제한

           · 57.8[$H_{z}$] : 2차 부하제한

           · 57.6[$H_{z}$] : 3차 부하제한

        ② $ \frac{df}{dt} $ 변화량에 의한 방법

           · 1[$H_{z}/s$] : 1, 2차 부하제한

           · 1.5[$H_{z}/s$] : 3차 부하제한

     (4) 주파수 유지 한계값(단독운전해야할 저주파수 운전 한계값)

        · 60[$H_{z}$] 계통           · 58.5[$H_{z}$] : 10분간           · 58[$H_{z}$] : 1분간           · 상한 61[$H_{z}$] 전, 후 : 허용응력 측면

  2) 부하변동의 주된 원인

     (1) 매년 수요의 증가 : 장기 전원계획으로 대처

     (2) 월단위, 계절단위 부하의 변화 : 연간 발전계획으로 대처 

     (3) 시간단위의 부하변화 : 하루전 발전소 운전계획 수립

     (4) 분, 초단위 부하변화 : 자동주파수 제어대상

        · 원인 :  · 전기로(Arc로, 저항로, 유도로) : Flicker 유발 

                     · 압연로(제철, 제강), 전기철도

 

4. 부하변동특성과 분담개요

  1) 부하변동특성

  2) 부하변동의 분담개요도

  3) 부하변동은 여러가지 성분이 중첩된 것으로 구성되어 있다.

     (1) 미소 변동분 : 부하변동주기 수분(2~3분), 1~2[%]

        ① 부하의 자기제어성으로 부하변동 흡수

        ② G.F.운전으로 자동적으로 조정

     (2) 단주기 변동분 : 부하변동주기 수분(2~3분)에서 십 수분 정도

        ① 부하 주파수제어(AFC, LFC), 15[%] 정도

        ② 조정용 발전기 출력 변화시켜서 조정

     (3) 장주기 변동분 : 십 수분 이상

        · 경제부하배분(ELD) 급전조정

 

5. 자동주파수 제어계

  1) 제어장치 : 자동주파수 제어계의 중추부

     (1) 제어방식 : FFC, FTC, TBC 방식

     (2) 동작방식 : 비례동작(P), 미분동작(D), 비례 + 적분동작(PI)

     (3) 조작방식 : 연속조작, 간헐조작

  2) 전송계 : Digital전송으로 OPGW(광통신 Cable) 사용

  3) 조정용 발전소 : 주파수를 제어하는데 필요한 용량확보 70[%] 이상

    · AFC운전 : 전체 용량 70[%] 이상

    · G.F.운전 : 전체 용량 50[%] 이상

 

6. 자동주파수 제어방식

  1) FFC : 정 주파수 제어방식(Flat Frequency Control)

     (1) 제어장치

        ① 주파수 편차 검출 $ \bigtriangleup F$

        ② 조정용 발전기 출력을 조절한다.

        ③ $ F_{0} -F=0$ 이 되도록 반복 조절한다.

     (2) 지역요구량 $AR = -K· \bigtriangleup F$

  2) FTC : 정 연락선 제어방식(Flat Tie-Line Control)

     (1) 지역 요구량 $AR =  \bigtriangleup  P_{T} $

     (2) 주파수와 관계없이 연락선 전력만 제어

  3) TBC : 연락선 전력 바이어스 제어방식(Tie-Line Bias Control)

     예) 프랑스 - 영국 : 도버해협(고속전철, 전기연결)

          우리나라 - 일본 : 계획 중

  ※ A계통 부하변동

A 부하	주  파  수	연락선 조류
감소 증가	증가 감소	A $ \mapsto$ B B $ \mapsto$ A

  4) 각종 제어방식의 조합

 

7. 주파수제어 연락선 조류계산

  1) 계통정수 $K=- \frac{ \bigtriangleup P}{\bigtriangleup F}=- \frac{ \bigtriangleup L}{\bigtriangleup F} $

  2) 계통주파수 $\bigtriangleup F$는 연계계통에서 같기 때문에

    · $\bigtriangleup F=- \frac{ \triangle  L_{A} + \triangle  L_{B} }{K} $

  3) A계통 기준

    · $\bigtriangleup F=- \frac{ \triangle  L_{A} - \triangle  P_{T} }{K _{A} }  = \frac{- \triangle  L_{A} +\triangle  P_{T} }{K _{A} }$

    · $\triangle  L_{A}= -K _{A}· \bigtriangleup F+\triangle  P_{T}$

  4) B계통 기준

    · $ \bigtriangleup F=- \frac{ \triangle  L_{B} + \triangle  P_{T} }{K _{B} }  = \frac{- \triangle  L_{B} -\triangle  P_{T} }{K _{B} } $

    · $\triangle  L_{B}= -K _{B}· \bigtriangleup F-\triangle  P_{T}$

 

8. AFC + ELD 협조제어방식

  1) 직렬배분방식

    · AR(Area Requirement : 지역 요구량) : 계통에서의 수급 불균형을 조정하기 위한 필요 제어량

    · AFC에서 AR검출 ELD에 보냄

    · ELD에서 발전소별 제어신호 발생 : 발전소 출력제어

  2) 병렬배분방식

    · AFC에서 AR검출

    · 단주기성분 직접 조정용발전소 제어

    · 장주기성분 ELD장치 거쳐 각 발전소 출력제어

  3) 재배분방식

    · AR이 AFC에 입력, 출력신호에 의해 1차적 발전기군이 제어 

    · 발전기 출력 집계해서 ELD에서 경제부하분담하여 각 발전기 출력 재배분

  4) 병렬재배분방식

    · 병렬형 + 재배분결합

    · 단주기성분 직접 AFC 대상 발전기에 제어신호 보냄 

    · 장주기성분 AFC로 발전기 출력제어 다시 ELD에서 경제부하분담하여 각 발전기 출력 재배분

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 전력계통공학 문제로 나올 법한 P - f Control에 대하여 알아보았습니다.