전력공학›송·배전방식과 운용

전력계통의 구성 및 운용

Power System Operation

발전소에서 가정까지: 전력계통 계층

발전소→승압변전소→송전선로→강압변전소→배전선로 전력계통 계층 구조

🏗️ 전력계통 = 3단계 변환

①발전 → 승압변전소: 11~22kV → 345/765kV (손실 최소화)

②송전선로: 초고압으로 장거리 이송

③강압변전소 → 배전: 22.9kV → 220V (가정 공급)

주파수 제어: 발전량 = 수요량

부하 [%]50%

부하 변화에 따른 주파수 편차와 조속기 수하특성 곡선

⚖️ 주파수가 왜 60Hz인가?

①발전량 > 수요량 → 주파수 60Hz 초과 → 조속기가 출력 감소

②발전량 < 수요량 → 주파수 60Hz 미만 → 조속기가 출력 증가

③수하특성: 주파수↓ 시 자동으로 출력↑하는 발전기 고유 특성

주파수·전압 제어 공식

속도조정률 (조속기)

R = f₀ - f_FLf₀ × 100 [%]

f₀: 무부하 주파수, f_FL: 전부하 주파수 — 보통 3~5%

전압-무효전력 제어

전압↓ → 콘덴서 투입 (Q 공급) → 전압 회복

유효전력 P ↔ 주파수 f, 무효전력 Q ↔ 전압 V

경제부하배분(ELD): 최소 비용으로 공급

증분연료비 λ30

증분연료비 λ에 따른 2대 발전기 경제부하배분 시각화

등증분연료비 법칙

dF₁dP₁ = dF₂dP₂ = ··· = λ

모든 발전기 증분연료비가 같을 때 총 연료비 최소

💰 경제급전 원리

①발전기마다 연료비 특성 다름: F(P) = aP² + bP + c

②λ(증분연료비) = dF/dP = 2aP + b → 출력에 따라 다름

③λ를 같게 맞추면 → 총 비용 최소 (라그랑주 최적화)

시험 총정리

주파수 제어

1차: 조속기, 2차: AFC

자동주파수제어

속도조정률

R = Δff₀ × 100

≈ 3~5%

경제부하배분

λ = dF/dP → 모든 기 동일

F(P) = aP²+bP+c

P↔f, Q↔V

유효전력→주파수, 무효전력→전압

제어 쌍 암기

🎯 시험 포인트

①주파수: 유효전력(P)와 연관, 전압: 무효전력(Q)와 연관

②조속기 수하특성: 주파수↓ → 출력↑ (자동 보상)

③등증분연료비 법칙: 경제급전 문제에서 λ 같게 맞추기

④AFC(자동주파수제어) = 2차 조속기 제어 = 주파수 완전 복원

⑤루프운전: 2개 이상 계통 연계 → 신뢰도↑, 조류 제어 필요

📝 대표 기출문제

①[기출유형] F₁=0.01P₁²+8P₁+100, F₂=0.02P₂²+6P₂+80일 때 총부하 200MW의 경제배분은? (풀이: λ=0.02P₁+8=0.04P₂+6, P₁+P₂=200 연립)

②[기출유형] 속도조정률 4%인 발전기의 무부하 주파수가 62.4Hz일 때 전부하 주파수는? (답: f₀×(1-R)=62.4×0.96=59.9Hz)

③[기출유형] 유효전력과 무효전력이 각각 어떤 전기량과 관련되는지 쓰시오. (답: P↔주파수, Q↔전압)