전력공학›배전반 및 제어기기

전력제어와 특성

Power Flow Control

유효·무효·피상전력의 관계
📐 전력 삼각형
①유효전력 P[W]: 실제 일을 하는 전력 — 열·빛·운동
②무효전력 Q[var]: 자기장·전기장 충방전 — 일은 못하지만 전류는 흐름
③피상전력 S[VA]: P와 Q의 벡터합 = V × I
30°

역률각 θ에 따른 유효전력(P)·무효전력(Q)·피상전력(S) 벡터도

전력 관계식
S² = P² + Q² → S = √(P² + Q²) [VA]
역률 cosθ = P/S, 무효율 sinθ = Q/S
전압 제어: 무효전력으로 전압을 잡는다
50%

무효전력 보상량에 따른 선로 전압 분포 변화 시각화

전압-무효전력 관계
ΔV ≈ (P·R + Q·X) / V [V]
X >> R인 송전선로: Q↑ → 전압 V↑
조상설비 종류
SC(전력용 콘덴서): Q 공급 → 전압↑ SR(분로리액터): Q 흡수 → 전압↓ SVC·STATCOM: 고속 연속 제어
경부하 시 페란티 현상(전압 상승) → SR 투입
주파수 제어: 유효전력 균형
5%

속도조정률(드룹)에 따른 주파수-출력 수하특성 곡선

속도조정률 (드룹)
R = (f₀ - fFL) / f₀ × 100 [%] (보통 3~5%)
R 작을수록 주파수 변동 시 출력 변화 큼 → 주파수 회복 빠름
계통 제어 분류
1차 제어: 조속기(즉각) 2차 제어: AGC(주파수 완전 회복)
AGC: Automatic Generation Control — 수초~수분 응답
전력조류 제어
선로 유효전력 조류
P = (V₁V₂/X)·sin δ
δ: 양단 전압 위상차 — 위상 제어로 조류 조정
무효전력 조류
Q = (V₁² - V₁V₂cosδ) / X
전압 크기 차이로 결정 — AVR·조상설비로 제어
⚡ FACTS 장치
①SVC(Static VAr Compensator): 사이리스터 제어 리액터 — 고속 Q 제어
②STATCOM: 전압형 인버터 기반 — 응답 더 빠름
③TCSC(직렬 콘덴서): 선로 리액턴스 제어 → P 조류 조정
④UPFC: P·Q 동시 제어 가능한 최상위 FACTS
시험 포인트
전력 삼각형
S² = P² + Q²
cosθ = P/S, sinθ = Q/S
전압-무효 관계
Q↑ → 전압↑ (선로 X 통해)
SC 투입: Q 공급 → V 상승
속도조정률
R = Δf/f₀ × 100 [%]
3~5% 표준, 작을수록 응동 민감
페란티 현상
경부하·무부하 시 수전단 전압 > 송전단
장거리 케이블 충전전류 → SR 투입 억제
🎯 시험 포인트
①P-Q-S 삼각형: S²=P²+Q², 역률=P/S 반드시 암기
②전압 제어: 무효전력(Q)으로, 주파수 제어: 유효전력(P)으로
③SC(콘덴서): Q 공급→V↑, SR(리액터): Q 흡수→V↓
④속도조정률 3~5% — 작을수록 주파수 변동 시 민감하게 반응
⑤페란티 현상: 경부하 시 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상
📝 대표 기출문제
①[기출유형] P=300kW, Q=400kvar일 때 피상전력[kVA]과 역률은? (답: S=√(300²+400²)=500kVA, cosθ=300/500=0.6)
②[기출유형] 전압 제어와 주파수 제어에 각각 관련된 전력은? (답: 전압↔무효전력Q, 주파수↔유효전력P)
③[기출유형] 페란티 현상의 원인과 대책을 쓰시오. (답: 경부하 시 충전전류(진상)에 의한 수전단 전압 상승, 대책: 분로리액터 투입)