TCBR (싸이리스터 제어 제동저항)

 

TCBR (싸이리스터 제어 제동저항,Thyristor-Controlled Braking Resistor)

TCBR은 기존의 기계식 제동저항을 싸이리스터 전력소자로 대체하여 계통의 과도안정도 효과를 극대화 하기 위한 제어설비이다. 전력계통에 단락과 같은 사고가 발생하면, 발전기에 막대한 가속전력이 더해져, 발전기가 탈조될 수 있다. TCBR은 이러한 가속전력에 의한 발전기의 탈조를 방지하고 과도안정도를 향상시키기 위한 설비로써, 제동 저항을 통하여 발전기의 기계적 가속에너지를 전기적 에너지로 소비․발산시켜 가속전력을 감소시키는데 활용 한다.

 

1) 제어 원리

TCBR은 제동저항, Thyristor 소자, 변압기, 제어 및 감시시스템, 보호시스템 등으로 구성된다. 제동저항은 발전기단자의 모선에 주로 설치되며, 계통 사고가 제거된 직후에 투입되는데, 제동저항의 컨덕턴스를 제어함으로서 발전기의 출력을 제어할 수 있게 된다. 기존의 기계식 제동저항은 차단기를 이용하여 제동저항의 컨덕턴스를 기계적으로 ON/OFF 제어하는 방식이기 때문에, 발전기 및 계통 상태에 적합한 제어를 하기가 어렵다는 단점이 있어서, 과도안정도 향상을 위한 경제적인 수단이라는 장점에도 불구하고, 보편적인 이용에 한계가 있었다. TCBR은 Thyristor 스위칭 제어장치를 이용하여 제동저항의 컨덕턴스를 제어함으로서, on/OFF 제어외에 연속적인 컨덕턴스 제어가 가능하므로 기존의 제동저항에 비해 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 제동저항의 임계 차단 시간을 정할 필요가 없다

(2) 제동 파워를 발전기 회전자의 상대 속도의 절대치에 비례하도록 설정할 수 있어 정밀제어가 가능하다.

(3) 브레이크의 투입 및 차단이 자동적으로 행해진다.2) 적용 효과

TCBR은 제동저항의 싸이리스터 스위칭 제어를 통하여 계통고장시 상차각 동요, 과도안정도향상을 주목적으로 한다. 또한 싸이리스터 스위칭을 통하여 반복적으로 투입하여, 계통동요 및 저주파 공진(SSR)을 억제하는 역할을 수행할 수 있다.

 

TCPR (싸이리스터 제어 위상 변환기,Thyristor-Controlled Phase Angle Regulator)

TCPR은 기존 위상조정변압기의 Tap제어를 싸이리스터 스위칭 제어방식으로 개선한 것이다. 계통의 전력 조류를 제어하는 가장 간단한 방법은 선로 양단 전압의 위상 각차를 조정하는 것인데 기존에는 이를 위해 위상조정변압기를 사용하였다. 위상 조절 변압기는 탶 변환기(Load-Tap changing:LTC)와 역순 스위치(Reversing Switch)를 이용해서 위상을 조정하였으나, 이러한 장치들은 작동속도가 느리고 사용빈도도 제한되는 단점이 있다. 그러나 TCPR은 사용빈도에 제한을 받지 않고 상시 운용이 가능하다.

 

1) 제어 원리

TCPR은 기존 위상조절 변압기에서 Tap을 싸이리스터스위치로 대체한것으로, 1:3:9의 비율로 독립적으로 구성된 3개의 변압기 권선과 이 권선들을 bypass 또는 역접속

시키는 스위칭장치로 구성된다. 이와 같은 구성에서는 여러개의 Thyristor 스위치를 사용하여 위상변화의 단계를 조정할 수 있다. 여기서 Thyristor 위상제어를 할 경우 고조파가 발생하기 때문에 다단계 제어 방식을 수행한다.

2) 적용 효과

TCPR은 Thyristor 제어의 속응성을 이용하여 신속한 조류제어가 가능하다. 또한 과도안정도 및 계통동요와 같은 동적현상의 제어에도 이용할 수 있다.

 

STATCOM (Static synchronous Compensator)

STATCOM은 Thyristor 스위칭 방식의 전력제어 설비가 아닌 전압원 인버터에 의한 무효전력제어 설비이다. 전압원 인버터는 IGCT, IGBT 등 자려식 전력소자의 대용량화에 의해 가능하게 되었다. STATCOM은 기능 측면에서는 SVC와 유사한 특성을 가지지만 제어원리는 동기조상기(Synchronous Condenser)와 매우 유사하다. 동기조상기가 과여자제어로 계통에 무효전력을 공급하고 저여자제어로 무효전력을 흡수하듯 인버터 출력전압을 제어하여 계통에 무효전력을 공급 또는 흡수한다. 동기조상기는 회전력관성을 갖고 있으므로 약한 계통의 안정화 제어에 좀더 유리하지만, STATCOM은 속응성(1～2cycle)과 비용, 설치면적, 유지 보수측면에서 유리하다.

 

1) 제어 원리

STATCOM은 전압원 인버터, 계통연계 변압기, 제어 및 감시시스템, 보호시스템 등으로 구성된다. 기본적으로는 DC 커패시터로 구동되는 3상 인버터로 되어 있으며, AC 3상 출력 전압은 교류 계통 전압과 위상이 일치하도록 되어있다. 전압원 인버터에 의한 출력 전압이 계통전압과 동기(In phase)가 되어 있으므로 출력전압 크기 제어에 의해 무효전력만의 제어가 가능하다. 전압원 인버터의 출력전압이 계통전압보다 높으면 진상 전류가 흘러서 STATCOM이 커패시터 부하의 역할을 하며, 계통전압보다 낮으면 지상 전류가 흘러서 STATCOM이 유도성 부하의 역할 수행한다. 이때 양 전압의 차이에 의해 STATCOM과 계통사이에 흐르는 무효전류량이 결정되고 보상 무효전력량이 결정된다.

그러나 SVC는, 실제 인덕터나 커패시터를 이용하여 무효전력을 제어하므로 저전압시 무효전력보상량이 전압의 제곱에 비례하여 감소하는 단점이 있다.

따라서, STATCOM은 저전압시 SVC보다 적은 용량으로도 동일한 전압 안정도 향상효과를 얻을 수 있다. 그밖에 STATCOM은 인버터에 의해 구동되므로 동기조상기나 SVC에 비해 다음과 같은 장점을 갖고 있다.

(1) 기계적 동작부가 없기 때문에 조작 신뢰도가 높고 운전보수가 용이하며 진동 소음이 작다.

(2) 진상 무효전력에서 지상무효전력까지 무효전력을 연속적으로 세밀하게 제어할 수 있다.

(3) 응답특성이 빠르므로 계통의 과도 안정도 향상에 기여할 수 있어 송전용량을 증가시킬 수 있다.

(4) 대용량의 전력용 커패시터나 인덕터를 사용하지 않기 때문에 설치면적이 적다.

(5) 전압원 인버터 후단에 에너지 공급장치를 추가할 경우 유효전력 제어도 가능하다.

2) 적용 효과

STATCOM은 송전계통 및 배전계통에 설치할 수 있는데, 송전계통에 설치할 때는 주로 모선 전압 보상, 전압 안정도 향상, 계통 동요 억제를 통한 안정도 향상을 목적으로 한다.

배전계통의 경우에는 D-STATCOM으로 불리우는 경우가 많으며 플리커 저감, 전압보상 등 전력 품질 향상에 많이 사용된다.