전력 시스템에서의 전압 안정성 이해: 큰 교란과 작은 교란 및 안정성 한계

전압 안정성의 정의

전력 시스템에서 전압 안정성은 정상 운전 조건과 교란 발생 후 모든 버스에서 허용 가능한 전압을 유지할 수 있는 능력을 의미합니다. 정상 운전 중에는 시스템의 전압이 안정적이나, 고장이나 교란이 발생하면 전압 불안정이 발생하여 점진적이고 통제 불가능한 전압 하락으로 이어질 수 있습니다. 전압 안정성은 때때로 "부하 안정성"이라고도 부릅니다.

전압 불안정이 발생하면, 부하 근처의 교란 후 평형 전압이 허용 한계 아래로 떨어지면 전압 붕괴를 유발할 수 있습니다. 전압 붕괴는 전압 불안정으로 인해 시스템의 중요한 부분에서 극단적으로 낮은 전압 프로필이 나타나, 잠재적으로 전체 또는 부분적인 정전을 초래하는 과정입니다. 주목할 만하게, "전압 불안정"과 "전압 붕괴"라는 용어는 종종 상호 교환적으로 사용됩니다.

전압 안정성의 분류

전압 안정성은 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다:

• 대규모 교란 전압 안정성：이는 시스템 장애, 갑작스러운 부하 손실 또는 발전 손실과 같은 큰 교란 후 전압 제어를 유지하는 시스템의 능력을 의미합니다. 이 형태의 안정성을 평가하기 위해서는 부하 탭 변환 변압기, 발전기 필드 제어, 그리고 전류 제한기와 같은 장치의 동작을 고려하기에 충분한 시간 범위 내에서 시스템의 동적 성능을 분석해야 합니다. 대규모 교란 전압 안정성은 일반적으로 정확한 시스템 모델링을 사용한 비선형 시간 영역 시뮬레이션을 통해 연구됩니다.

• 소규모 교란 전압 안정성：소규모 교란 후 부하 근처의 전압이 변화하지 않거나 교란 전 값에 가까이 유지되는 경우, 전력 시스템의 운전 상태는 소규모 교란 전압 안정성을 갖습니다. 이 개념은 정상 상태 조건과 밀접하게 관련되어 있으며, 소신호 시스템 모델을 사용하여 분석할 수 있습니다.

전압 안정성 한계

전압 안정성 한계는 어떤 양의 무효 전력 주입으로도 전압을 명목값으로 복원할 수 없는 전력 시스템의 임계점입니다. 이 한계까지는 무효 전력 주입을 통해 시스템 전압을 조정하면서 안정성을 유지할 수 있습니다.손실 없는 선路上的电力传输可以表示为： 抱歉，我注意到最后一部分出现了错误。以下是正确的翻译：

손실 없는 선로를 통한 전력 전송은 다음과 같이 주어집니다:

• 여기서 P = 위상당 전송 전력

• Vs = 송전단 위상 전압

• Vr = 수전단 위상 전압

• X = 위상당 전송 반응항

• δ = Vs와 Vr 사이의 위상각

선로가 손실이 없으므로

발전량이 일정하다고 가정하면,

최대 전력 전송을 위해: δ = 90º, 따라서 δ → ∞일 때

위의 방정식은 δ 대비 Vs 곡선의 임계점을 결정하며, 수전단 전압이 일정하다는 가정 하에 도출됩니다. 마찬가지로, 송전단 전압이 일정하고 Vr을 변수로 취급하여 시스템을 분석할 때도 유사한 결과를 도출할 수 있습니다. 이 경우, 결과 방정식은 다음과 같습니다.

수전단 버스에서의 무효 전력 표현은 다음과 같습니다.

위의 방정식은 정상 상태 전압 안정성 한계를 나타냅니다. 이는 정상 상태 안정성 한계에서 무효 전력이 무한대로 접근함을 의미합니다. 즉, dQ/dVr의 도함수가 0이 됩니다. 따라서, 정상 상태 조건에서 로터 각도 안정성 한계는 정상 상태 전압 안정성 한계와 일치합니다. 또한, 정상 상태 전압 안정성은 부하에 의해 영향을 받습니다.