강의노트 송전 선로 망 (송전망)

송전 선로 망 (송전망)은 무엇인가?

• 실제 전력 시스템은 발전소들과 광범위하게 퍼져있는 부하들을 연결하는 다수의 송전 선로로 구성되어 있다.

• 그림에서의 각 점(Node)은 모선(Bus)에 해당하며, 발전기, 부하 혹은 이 둘의 결합된 형태의 기기들이 모선에 연결되어 있는 것을 표현한 것이다.
• 각 모선을 연결하고 있는 선이 송전 선로이며, 이처럼 그물같이 연결되어 있는 회로망을 그리드(Grid) 라고도 한다.
• ${G}_1\sim {G}_3$는 발전기 모선이고 ${L}_1\sim {L}_4$는 부하 모선을 표시한 것이다.

송전망에서 유효 전력과 무효 전력의 흐름

$i$번째 모선과 $j$번째 모선을 연결하는 송전선로를 통하여 전달되는 유효 전력은 다음과 같다.

$$\color{red} P_{ij}=\dfrac{E_{i}E_{j}}{X_{ij}}\sin\theta_{ij}$$

각 기호의 의미는 다음과 같다.

• $P_{ij}$ = $i$번째 모선에서 $j$번째 모선으로 흐르는 유효 전력 ([W])
• $E_{j}$ = $i$번째 모선의 전압 ([V])
• $E_{j}$ = $j$번째 모선의 전압 ([V])
• $X_{ij}$ = $i$번째 모선과 $j$번째 모선을 연결하는 송전 선로의 상당 리액턴스 ([Ω])
• $\theta_{ij} = \theta_{i}-\theta_{j}$ = $E_{i}$와 $E_{j}$ 사이의 위상각 ([rad])

주의

그림과 같은 시스템에서는 송전단과 수전단이 명확히 정해져 있지 않으며, 서로 이웃하는 모선의 전압의 크기와 위상각 사이의 관계에 따라 각 모선을 연결하는 송전 선로를 통한 전력의 흐름이 결정된다.

유효 전력 및 무효 전력 흐름의 제어

제어 방법

• 위에서 언급한 바로부터 특정 송전선로에서의 이웃하는 모선의 전압의 위상을 변경함으로써 유효 전력의 흐름을 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.
• 무효 전력의 흐름을 제어하기 위해서는 송수전단의 전압의 크기를 조정하면 된다.

제어 기기

• 송수전단의 전압을 올리고 내리는 것은 송전 선로의 어느 한 끝단에 위치한 자동 탭 변환 단권 변압기를 사용하여 쉽게 할 수 있다.
• 위상을 조절하는 것은 권선형 유도전동기와 유사한 회전 가능 변압기를 사용하면 가능하다.
• 그러나 대부분의 대형 설비의 경우, 정지형 위상 변이 변압기가 사용되고, 양단의 위상 변이의 정도는 탭 설정값에 따라 달라진다.