양방향 자동 전압 조정기의 산간 배전망 적용

1. 개요

산간 배전망에는 많은 소형 수력발전소가 설치되어 있으며 대부분은 조절 용량이 없는 유로식 발전소입니다. 이러한 발전소들은 전기 부하와 같은 선로에 연결되어 있어 전력망 운영에 특정한 부정적인 영향을 미칩니다. 그 중 가장 두드러진 문제는 전압 품질 문제입니다. 우기에는 소형 수력발전소들이 전력을 생산하여 전력망에 공급하지만 지역 내 전력 균형을 이루지 못하면 선로의 전압이 상승합니다.

건기에는 선로 길이가 길고 선 지름이 작으며 부하가 낮아 선로 말단의 사용자에게 전달되는 전압이 매우 낮아집니다. 발전과 공급이 같은 선로에서 이루어져 선로의 전력 흐름 방향이 변동적이기 때문에 전압이 매우 불안정해집니다. 장거리 배전선로에 양방향 자동 전압 조정기를 설치함으로써 전압 품질 문제를 해결할 수 있습니다. 이 논문은 산간 배전선로와 소형 수력발전소의 전압 품질 문제를 중심으로 한 예로서 IEE-Business의 비베이 선로를 예로 들어 새로운 종류의 양방향 자동 전압 조정기 솔루션을 제안합니다.

1.1 10kV 비베이 선로의 기본 정보

산간 배전망 선로의 대표적인 사례인 10kV 비베이 선로의 기본 정보는 아래 표 1에 나열되어 있습니다.

2012년 공급 지역의 39개 배전 변압기의 전압 적격률 지표 통계에 따르면 최대 적격률은 99.8%, 최소는 54.4%이며, 전압 적격률 기준을 충족하는 변압기는 6대에 불과하여 이는 전체의 15.3%를 차지합니다. 기록된 최대 전압 값은 337V로, 허용치를 43% 초과하였습니다. 전압 문제가 두드러져 사용자들 사이에서 전기 기기 손상이 자주 발생하고, 많은 수의 전압 관련 불만이 제기되었습니다.

1.2 전압 이상 현상 분석

비베이 선로의 전압 품질 문제의 주요 원인은 다음과 같습니다:

(1) 우수 시즌과 건조 시즌 간의 명백한 모순. 유입량에 따라 운전 모드가 결정되는 하천식 수력 발전기의 운영 방식은 우수 시즌에는 설치 용량이 부하 용량보다 크게 초과하여 많은 양의 잉여 전기를 전력망으로 송출하게 됩니다. 건조 시즌에는 지역 전력 공급 부하가 주로 전력망으로부터 보충되므로, 우수와 건조 시즌 간의 운영 모드 변화가 매우 크고, 이로 인해 전력 품질에 심각한 영향을 미쳐 지역의 전압 수준이 적격 수준에 도달하기 어려워집니다.

(2) 소규모 수력 발전소에 대한 효과적인 조정 및 모니터링 부족. 단일 설비 용량이 작고, 수량이 많으며, 분포가 넓고, 소유권이 다양하며, 계절적 영향이 큰 소규모 수력 발전소의 특성상 일괄적인 모니터링 및 제어가 어렵습니다. 따라서 개별 변전 구역에 대한 지역 조정은 전압 품질 개선에 미미한 효과만을 가져옵니다.

(3) 변압기의 운전 및 조정이 어려움. 선로의 전력 흐름 방향이 자주 변경됩니다. 우수 시즌에는 전력을 전력망으로 송출하며, 분배 변압기는 전압 강하를 위한 탭 체인저 조정을 통해 사용자 측 전압이 과도한 수준으로 인해 전기 기기가 손상되지 않도록 합니다. 건조 시즌에는 전력망으로부터 전력을 흡수하며, 분배 변압기는 전압 상승을 위한 탭 체인저 조정을 통해 사용자 측 전압이 너무 낮아지지 않도록 합니다. 따라서 변압기의 강하 및 상승 요구 사항이 자주 변경되어 전력 흐름 변화에 맞춘 운전 조정이 어렵습니다.

(4) 상위 전력 공급의 주 변압기는 탭 수가 적고 조정 범위가 제한적인 무부하 탭 변경 방식을 채택합니다.

2. 양방향 전압 조정 변압기 적용

2.1 해결책 선택

많은 소규모 수력 발전소를 가진 산간 배전망의 운영 특성을 연구하고, 기존 전압 조정 방법의 적용 가능성을 분석한 결과, 이 논문에서는 높은 실용성과 조작성을 갖춘 양방향 자동 전압 조정기 해결책을 선택하였습니다.

2.2 양방향 전압 조정 변압기의 원리와 효과

2.2.1 양방향 피더 자동 전압 조정기의 작동 원리

양방향 피더 자동 전압 조정기는 주로 4개의 부분으로 구성됩니다: 3상 오토포머스 전압 조정기, 3상 부하중 탭 체인저, 제어기, 그리고 전력 흐름 식별 모듈입니다. 전력 흐름 식별 모듈은 현재 방향을 감지하여 선로의 전력 흐름 방향을 식별하고 이를 제어기에 신호를 보냅니다. 제어기는 전압 및 전류 신호에 따라 전압을 상승시키거나 하락시킬지를 판단한 후, 부하중 탭 체인저 내부의 모터 작동을 제어하여 탭을 전환하도록 합니다. 이렇게 함으로써 변압기의 회전수 비율이 변화하여 부하중 자동 전압 조정을 달성합니다. 3상 부하중 탭 체인저는 변압기의 회전수 비율을 조정하여 출력 전압을 변경합니다.

2.2.2 이론적 효과 분석

건기: BSVR 설치 전후의 선로 전압 변화는 도표 1에 표시되어 있습니다.

건기 동안 BSVR 양방향 전압 조정기를 설치한 후, 메인 라인의 끝과 각 지선의 전압이 증가합니다. 이것은 불량한 선로 전압 문제를 해결하고, 건기 동안 선로 사용자의 전력 소비 품질을 보장합니다.

우기: 우기 동안 BSVR 설치 전후의 선로 각 지점의 전압은 도표 2에 표시되어 있습니다.

우기 동안 BSVR 양방향 전압 조정기를 설치함으로써, 메인 라인의 끝과 각 지선의 전압이 개선됩니다. 이렇게 함으로써 소형 수력 발전소에서 전력망으로의 정상적인 전력 공급을 보장할 뿐만 아니라, 선로 중간 및 후방 구간의 사용자들의 전력 소비 품질도 보장합니다.

2.3 적용 효과

선로의 실제 조건에 따라, 양방향 전압 조정기는 메인 라인의 63번 기둥에 3000kVA 용량으로 설치되었습니다. 건기와 우기의 실제 조건을 종합적으로 고려하여, 조정기의 조정 범위는 -15%에서 +15%로 선택되었습니다.

이 선로의 전압 품질은 크게 향상되었습니다. 이는 소형 수력 발전소가 주요 전력망으로 전력을 송출하는 임계 전압을 낮추는 것(따라서 수력 발전소가 전압을 과도하게 올릴 필요가 없음)뿐만 아니라, 조정기를 통해 선로의 시작 구간의 전압을 높이는 것을 가능하게 합니다. 이렇게 함으로써 수력 발전소가 전력망에 전력을 공급할 수 있도록 하며, 동시에 선로 고객의 전압 적격률을 높이고 전력망의 안전하고 안정적인 운영을 보장합니다.

3. 결론

양방향 자동 전압 조정 장치가 소형 수력 발전소가 공급하는 선로에 적용될 때, 이론적 계산과 실제 적용 모두 BSVR 양방향 피더 자동 전압 조정기를 설치하면 전압 품질을 크게 향상시키고, 건기와 우기 사이의 전압 조정 갈등을 포괄적으로 해결할 수 있음을 보여줍니다.