지능형 전자장치

 

SSSC (직렬 동기 직렬 보상기, Static Synchronous Series Compensator)

SSSC는 전압원 인버터에 의한 직렬 무효전력 보상장치이다. 기본적인 동작 특성은 TCSC와 유사하며, TCSC와 같이 커패시터나 인덕터로 구성된 설비가 아니므로 TCSC보다 넓은 제어범위를 가지며 속응성 또한 우수하다.

 

1) 제어 원리

(l) SSSC의 시스템 구조

SSSC는 전압원 인버터, 직렬 변압기, 제어 및 감시 시스템, 보호시스템 등으로 구성된다. 기본적으로는 변압기가 직렬 변압기라는 점 외에는 STATCOM과 구조상 동일하다. SSSC는 직렬 변압기를 통해 선로 전류와 위상차가 90도인 전압을 주입하여 무효전력 제어를 수행한다. 주입전압이 송전선로 전류와 비교하여 90도 진상인 경우 SSSC는 직렬 커패시터와 동일한 용량성 보상을 수행하고, 90도 지상인 경우 직렬 인덕터와 동일한 유도성 보상을 수행한다. 유도성 보상인 경우 선로 임피던스에 인가되는 전압과 동상인 전압이 주입된다. 이는 선로 임피던스가 증가 되는 것과 같은 효과가 발생하며 유효 전력조류를 감소시킨다. 반대로 용량성 보상의 경우 반대의 효과가 발생한다. 용량성 및 유도성 보상의 정도는 주입 전압의 크기를 조절함에 의해 가능하다. 주입 전압의 조절은 STATCOM과 마찬가지로 전력소자의 제어를 통하여 점호 펄스폭제어(PWM)나 DC 커패시터의 순간 충방전 조절을 통하여 가능하다. SSSC는 출력 전압과 송전선로 전류 사이가 90도 이므로 인버터와 전력계통 사이에는 무효전력 공급 또는 흡수만 이루어진다. 따라서 DC 커패시터 단에 별도의 전력 공급 장치가 필요없다.

 

2) 적용 효과

SSSC는 정상상태에서의 유효전력 조류제어, 송전선로 임피던스 제어에 의한 직렬 보상(용량성,유도성) 에 유용하다. 또한 계통 임피던스 제어 효과로 인하여 과도 안정도 향상에 효과적이다. 그러나 현재까지 SSSC는 단독시스템으로 사용 보다는 STATCOM과 조합하여 UPFC 시스템으로 많이 사용된다.

 

UPFC (종합조류제어기, Unified Power Flow Controller)

UPFC는 송전선로의 유효 및 무효전력 조류와 모선 전압 제어를 동시에 독립적으로 수행가능하다. 이는 병렬 보상설비인 STATCOM과 직렬 보상설비인 SSSC를 결합함으로 가능하게 되었다. UPFC는 전력전송에 영향을 미치는 3가지 파라미터(위상각, 전압, 선로 임피던스)를 종합적으로 제어할 수 있다는 점에서 궁극적인 계통 제어설비라고 할 수 있다. 또한 계통의 위급상황을 보다 효과적으로 처리하기 위해 하나의 보상모드에서 다른 보상모드로의 실시간 천이가 가능하게 되었다. 따라서 UPFC는 전력계통의 확장이나 변화에도 하드웨어 변형 없이 쉽게 적용가능한 동작상의 유연성을 갖고 있다.

 

1) 제어 원리

UPFC는 구조적으로는 STATCOM과 같은 병렬 인버터와 SSSC와 같은 직렬 인버터가 DC 커패시터로 결합된 구조이다. 병렬 인버터는 STATCOM과 같이 모선 전압을 제어하는 한편 직렬 인버터에 의해 소요되는 유효 전력을 공급하는 역할도 수행한다. 직렬 인버터에 유효 전력을 공급하면 직렬 인버터의 출력전압, 즉 직렬 주입전압의 크기뿐만 아니라 위상까지 가변할 수 있다. 직렬 인버터는 UPFC의 핵심적인 역할을 수행하는데 송전선로에 직렬변압기를 통하여 전압을 주입한다. 이때 주입 전압의 크기와 위상각을 동시에 변화 시켜 송전선로의 유효전력 및 무효전력 조류를 제어한다. SSSC의 경우 주입전압의 크

기 제어만 가능한데 반해 UPFC의 직렬 인버터의 경우 주입전압의 위상제어가 가능한 차이가 있다.

 

2) 적용 효과

UPFC는 전력 계통 조류와 모선 전압을 동시에 또한 독립적으로 제어할 수 있는 혁신적인 FACTS 설비이다. 또한 직렬 요소에 의해 계통의 안정화 제어에도 매우 효과 적이다. 그리고 전력계통의 제어효과를 극대화하기 위하여 계통 보상방식을 다양하게 변경할 수 있는 등 다목적 FACTS 설비라고 할 수 있다.

 

스테이션 레벨(Station level)

SA운영장치(HMI장치),정보연계장치(Gateway장치), 프린터, SNTP등 SA 상위장치 시스템의 범위. 일반적으로 “SA상위운영시스템”이라 부른다.

 

베이 레벨(Bay level)

IED들로 구성된 시스템의 범위를 나타내며, 현장설비들로부터 정보를 입력받아 처리한다.(보호, 제어, 감시, 계측기능)

 

프로세스 레벨(Process level)

현재 제어케이블로 연결/구성된 CT, PT, 차단기 트립코일, 기계적 접점 등의 물리적인 회로에 대응한 시스템범위이다.

버스 (Bus)

통신 설비들을 통한 IED들 사이의 통신 시스템 접속하는 설비를 말한다.

 

클라이언트 (Client)

서버에 서비스를 요청하거나 또는 서버에서 비요청 데이터를 받는 개체를 말한다.

 

서버 (Server)

통신 네트워크상에서 다른 기능 노드들에 데이터를 제공하거나 그들을 통해 네트워크의 자원에 접근하도록 하는 기능 노드. 한편 서버는 소프트웨어 알고리즘 구조 내에서 동작의 독립성을 갖는 논리적인 일부분이 될 수도 있다.

 

베이 컨트롤러 (Bay controller)

IED와 의미상으로는 같은 개념이나 전력설비의 Bay마다 설치되어 해당 설비를 감시/제어/계측하는 IED를 지칭한다. (일반적으로 보호계전 전용의 IED와 구분하여 지칭하는 경우 사용한다.)

 

지능형 전자장치

(IED : Intelligent Electric Device)

변전소내 현장설비 등의 각종 정보를 현장설비에서 제공받아 디지털화된 Data로 변환하고 내부의 Software (Algorithm 포함)를 이용하여 감시, 제어, 계측, 보호계전, 인터록, HMI 기능 등을 수행하며 통신을 이용하여 원격으로 정보를 제공하는 장치를 말한다.