SVC (정지형 무효전력보상장치, Static Var Compensator)

 

FACTS (유연송전기술, Flexible AC Transmission System)

유연송전기술(FACTS : Flexible AC Transmission System)이란 종래의 교류 전력계통에 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용한 전력전자 제어 기술을 도입하여 계통의 유연성을 증대시킴으로, 교류 계통의 단점을 보완하고 특성을 개선시킨 새로운 전력계통 운영 기술이다. 교류 계통의 경우 전력 조류를 제어하기가 쉽지않고, 부하 변동에 따라 선로 전압이 급격히 변동하는 등 전압 안정도를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 한편 전력용 반도체 소자의 발달은 기존의 차단기나 변압기 탭 절체장치, 병렬 콘덴서 개폐기와 같은 기계식 제어장치의 대체와 이를 응용한 인버터 장치의 개발을 가능케 하였다

 

전력계통에 FACTS 기술을 도입함에 따른 주요 효과는 다음과 같다.

1) 전력계통 제어 범위의 확대로 인한 송전용량 증대

2) 송전용량을 제한하거나 기기고장을 일으킬 수 있는 계통 동요억제, 계통 안정화 제어

3) 계통 사고 및 기기고장 파급억제용 고장파급 방지

전력조류를 제어하기 위해서는 다음과 같은 제어를 수행하여야 한다.

1) 전압 증대

2) 선로 임피던스 감소

3) 위상각차 증대

전압은 통상 공칭전압으로 유지되어 있어 전압격상이외에는 크게 증가 시킬수 없어 기존에는 송전전력을 제어하기 위해서 위상각차를 제어하는 방법이 많이 사용되었다.

 

SVC (정지형 무효전력보상장치, Static Var Compensator)

SVC는 기존의 기계식 차단기에 의해 개폐제어 되던 무효전력 보상장치인 인덕터와 커패시터 뱅크들을 Thyristor를 이용하여 개폐 제어하는 무효전력 보상설비이다. 기계식 차단기를 싸이리스터로 대체함에 따라 기계적인 한계를 극복하고 고속의 연속적인 무효전력 제어가 가능하게 되었다.

 

1) 제어 원리

주요 구성요소로는 변압기, Thyristor 소자, TCR, TSC, 고조파 필터, 제어 및 감시시스템, 보호시스템 등으로 구성된다. SVC의 핵심요소인 TCR(Thyristor Controlled

Reactor)의 경우 싸이리스터 스위치를 이용하여 연속적인 점호각 제어가 가능한 인덕터를 의미한다. 연속적인 점호각 제어를 통하여 인덕턴스가 가변되는 효과가 발생한다.

싸이리스터의 점호각제어는 고조파를 발생시키는데 이를 위해 별도의 고조파 필터를 설치하거나, 변압기의 Δ결선 구성, TSC의 필터요소 설계등 다양한 방법을 사용한다.

 

TSC(Thyristor Switched Capacitor)의 경우, TCR과는 달리 개폐서지로 인하여, 연속적인 점호각 제어를 수행하지 않고 싸이리스터 스위칭 소자에 의한 커패시터 뱅크 On/Off 스위칭 제어만 수행한다. TSC의 스위칭 제어는 고조파를 발생시키지는 않으나, TCR과 같은 연속적인 제어를 기대할 수는 없다

 

그러나 TCR과 TSC의 조합을 통해 연속적인 선형 임피던스 제어가 가능하다. 아래 그림은 SVC의 운전 제어특성, 전압-(무효)전류 특성을 나타낸다. SVC가 설치된 계통에 서 전압변동이 발생할 경우 SVC의 선형 전압제어 구간을 따라 전압 보상 운전점과 무효전력 보상량이 결정된다.

 

2) 적용 효과

SVC는 모선 전압 보상, 전압 안정도 향상을 위한 순동무효전력원, 계통 동요 억제를 통한 안정도 향상등을 위해 사용된다. 또한 플리커 억제 등 전력품질 향상을 위해서도 사용된다.

 

TCSC (싸이리스터 제어 직렬커패시터,Thyristor-Controlled Series Capacitor)

TCSC는 기존의 직렬 커패시터 설비를 Thyristor를 이용한 TCR과의 조합을 통하여 개선한 직렬 보상 제어 설비이다. 일반 직렬 커패시터의 경우 송전선로의 인덕턴스성분과 공진 현상을 발생시킬수 있으며, 선로 고장시 고장전류로 인한 직렬커패시터 보호를 위한 보호간극이 방전될때 과도안정도가 저하할 수 있다. 또한 직렬커패시터를 차단기를 이용하여 기계적으로 제어할 경우, 사용빈도에 제한이 있으며, 보상치가 일정한 값으로 고정되고, SSR현상을 유발하기 쉽다는 단점이 있다. 그러나 TCSC는 기존 직렬 커패시터 보상기에 비해, 정밀하고 효과적인 제어가 가능하며, 동작횟수에 제한받지 않고 상시 운용이 가능하다.

 

1) 제어 원리

주요 구성요소로는 직렬 커패시터, Thyristor 소자, TCR, Bypass 스위치, 제어 및 감시시스템, 보호시스템 등으로 구성된다. TCSC의 기본적인 제어는 아래 그림과 같이 싸이리스터의 TCR 완전도통, TCR 완전차단, 연속점호각 제어모드 등으로 나누어진다. TCR 완전 도통의 경우 직렬 커패시터와 인덕터의 합성 임피던스가 계통에 연계되는것과 같으며, TCR 완전 차단의 경우 직렬 커패시터만 계통에 연계됨과 같다. 반면 연속 점호각제어 모드의 경우 점호각을 연속적으로 제어함에 따라 커패시터와 인덕터의 합성 임피던스가 가변되는 제어 모드가 된다.

 

TCSC는 기존 직렬 커패시터에 비하여 제어성이 우수하므로 아래 그림과 같이 연속적인 임피던스 제어와 공진영역을 회피 제어가 가능하다.

 

2) 적용 효과

TCSC는 송전선로의 임피던스를 제어하여 계통의 조류 제어 및 안정도 제어를 수행한다. TCSC의 적용은 계통의 임피던스를 보상하므로 정전압 송전계통에서 송전용량을 증대시킨다. 또한 Thyristor 제어의 속응성을 이용하여, 저주파 전력 동요조건과 같은 과도 현상을 제어할 수 있어서, 직렬보상에 따른 이상현상의 억제 및 과도 안정도 향상에 유용하다.