21. 발전기의 부하 분담량 조정 과정

21. 발전기의 부하 분담량 조정 과정

부하가 연결되어 있는 계통에 발전기들을 병렬운전시키면
발전기들은 부하를 나눠서 분담하게 된다.
이때 부하 변화에 따라 발전기들이 부하를 어떻게 분담하게 될지는 발전기의 조속기 특성인 '속도조정률'에 따라 결정된다.

발전기가 '속도조정률'에 따라 어떻게 부하분담량이 변하게 되는지,
이 분담량이 마음에 들지 않을 때 어떤 과정을 거쳐 부하 분담을 조절할 수 있는지 알아보자.

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1. 발전기 '속도조정률'에 따른 부하 분담 증가량
2. 발전기 부하 분담량 조정

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1. 발전기 '속도조정률'에 따른 부하 분담 증가량

발전기가 속도조정률에 따라 어떻게 부하분담을 가져가는지는 앞에서 조속기 특성과 함께 알아보았다.
https://yyxx.tistory.com/174

20. 동기발전기 조속기(Governor) 특성을 알아보자.

두 대의 발전기가 계통에 병렬운전하고 있다고 해보자.

발전기 병렬운전

두 발전기는 각각 다른 '속도조정률' 값을 가지고 있다.

발전기의 속도조정률

속도조정률은 위의 그래프에서 기울기로 볼 수 있다.
발전기1의 기울기는 작으므로 속도조정률이 작은 발전기이고
발전기2의 기울기는 크므로 속도조정률이 큰 발전기이다.


발전기1,2의 속도조정률을 한 그래프로 옮겨서 비교해보면

발전기의 부하 분담량

부하총량을 발전기1,2가 나눠가지고 있는 모습을 볼 수 있다.



이 상태에서 계통의 부하량이 늘어나면 속도조정률에 따라 어떻게 부하분담을 하게 되는지 확인해보자.

발전기 병렬운전 중 부하량 증가

부하총량이 증가함에 따라 늘어난 부하를 발전기1,2가 나누게 되는데

병렬운전 중 부하량 증가시 발전기1,2의 부하 분담 증가량

속도조정률이 작은 발전기1의 부하 분담 증가량이
속도조정률이 큰 발전기2의 부하 분담 증가량보다 더 큰 것을 확인할 수 있다.
(또한, 부하량이 증가하게 되면 발전기가 회전하기 어려워지면서 주파수가 낮아지게 되고 조금 느려진 새로운 속도점을 찾아서 회전하게 된다.)

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2. 발전기 부하 분담량 조정

위처럼 발전기들이 부하분담을 하게 되는데
경제성, 안정성을 감안했을 때 이 부하 분담 결과가 마음에 들지 않을 수 있다.
이 경우 조속기의 '무부하속도 설정치'를 조정함으로써 부하분담량을 재조정할 수 있다.
(무부하속도는 부하가 없을 때의 속도로 터빈의 입력량을 변화시킴으로써 바꿀 수 있다.)

아래와 같이 발전기1,2가 부하를 분담하고 있다고 가정해보자.

발전기 병렬운전 중 발전기1,2의 부하 분담량

발전기2가 발전기1보다 더 많은 부하를 분담하는 모습을 볼 수 있다.


이때 발전기2가 부담하는 부하를 발전기1쪽으로 어느 정도 넘겨주고 싶다면

① 발전기2의 무부하속도 설정치를 내려주면 된다. (속도조정률에는 변화가 없다.)

발전기2의 무부하속도 설정치를 내림

② 그러면 원래의 부하총량을 유지하기 위해 주파수가 떨어지고 새로운 속도점에서 발전기가 운전하게 된다.
또한 발전기1이 분담하는 부하량이 더 늘어난 모습을 확인할 수 있다.

발전기2의 무부하속도 설정치가 내려감에 따라 주파수가 하락. 발전기1이 부담하는 부하가 증가.

③ 원래의 주파수를 유지하기 원한다. 그러면 발전기1의 무부하속도 설정치를 올리면 된다.

원래의 주파수를 만들어주기 위해 발전기1의 무부하 속도 설정치를 높임

④ 부하총량을 유지하기 위해 주파수가 올라가기 때문에 기존의 주파수와 같은 상태로 맞춰줄 수 있다.
대신 부하 분담량의 변화는 좀 더 커진다.

발전기1의 무부하 속도 설정치가 높아짐에 따라 주파수 상승

이 과정을 거치면 최초 발전기2가 더 많이 가져가던 부하분담량을 발전기1로 넘겨줄 수 있음을 확인할 수 있다.

무부하 속도 설정치 변화로 부하 분담이 조정됨

다만 이런 과정을 거치면서 주파수의 미세한 변화를 가져올 수밖에 없다는 점은 알아둬야 한다.