무효전력 보상장치(FACTS, 동기조상기 등) 용량 결정에 대한 해석

안녕하세요 여러분 민(Min) 입니다. 이번 포스팅에서는 무효전력 보상장치에 대한 이야기를 좀 나눠보고자 합니다. 

신재생에너지가 계통에 유입되면서 뮤효전력 보상장치의 필요성이 나날히 늘어가고 있습니다. 이 용량을 설정할 때, 어느 정도를 설정해야 하는지는 계통은 연구하는 사람들에게는 큰 일 중 하나이기도 하죠.

개략적이고 간략한 그 해석에 대한 이야기를 여기에 풀어보고자 합나다. 

 

출처: FTZ

 

전력 시스템의 FACTS(Flexible AC Transmission Systems) 및 동기식 콘덴서와 같은 무효 전력 보상 장치의 용량은 일반적으로 발전 용량의 직접적인 비율로 정의되지 않습니다. 대신, 전압 지원 요구 사항, 안정성 개선, 전력 흐름 제어, 전송 손실 감소 등 전력 시스템의 특정 요구 사항에 따라 결정됩니다. 

 

이러한 장치의 크기 조정 및 선택은 다음과 같은 다양한 요소를 고려하는 상세한 전력 시스템 연구에 크게 좌우됩니다.
1. **부하 흐름 요구 사항:** 다양한 부하 조건에서 허용 가능한 한도 내에서 전압 수준을 유지하는 데 필요한 무효 전력의 양입니다.

2. **시스템 안정성:** 정상 및 오류 조건에서 시스템 안정성을 지원하기 위한 무효 전력 요구 사항입니다.

3. **전압 규제:** 전력 시스템의 다양한 영역, 특히 전압이 크게 떨어질 수 있는 발전 현장에서 멀리 떨어진 지역에서 전압 제어가 필요합니다.

4. **송전 용량 향상:** FACTS 장치를 사용하여 새로운 라인을 필요로 하지 않고 기존 송전선의 전력 전송 용량을 늘립니다.

5. **재생에너지 통합:** 전압 안정성을 위해 동적 무효 전력 지원이 필요할 수 있는 대량의 가변 재생에너지원을 통합합니다.

이러한 고려 사항을 고려할 때 무효 전력 보상 장치의 용량은 부하 패턴 및 발전 포트폴리오가 변경됨에 따라 시간이 지남에 따라 다양한 전력 시스템에 걸쳐, 심지어 동일한 시스템 내에서도 크게 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 상당량의 재생 에너지 발전량을 갖춘 시스템은 안정적인 기저부하 발전소를 갖춘 시스템에 비해 더 유연한 무효 전력 지원이 필요할 수 있습니다.

고정된 규칙은 없지만 일부 유틸리티에서는 경험과 과거 프로젝트를 기반으로 한 경험 법칙이나 벤치마크를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 동기식 콘덴서의 무효 전력 용량은 전력 시스템의 크기와 해결하려는 특정 문제에 따라 몇 MVAR(Mega Volt-Amp Reactive)에서 수백 MVAR까지 다양합니다. FACTS 장치는 일반적으로 특정 애플리케이션에 맞게 맞춤 설계되며 해당 용량은 애플리케이션에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

구체적으로 예를 들어보자면, 

### 예 1: 동기식 콘덴서 설치

- **맥락:** 전력회사는 풍력이나 태양열 발전소와 같이 재생 에너지 보급률이 높은 지역에서 전압 안정성과 무효 전력 지원을 개선하기 위해 동기식 콘덴서를 설치할 수 있습니다.
- **그림:** 총 발전 용량이 약 1000MW(메가와트)인 지역에서는 동기식 응축기의 정격이 100MVAR(Mega Volt-Amps Reactive)일 수 있습니다. 이 경우 무효전력 보상용량은 MVAR 기준으로 전체 발전용량의 약 10% 수준으로, 발전용량과 직접적으로 연관되기보다는 전압 조정 및 안정성을 지원하도록 특별히 설계됐다.

### 예시 2: 전송 용량 향상을 위한 FACTS 장치

- **컨텍스트:** 기존 회랑의 전송 용량을 늘리고 전력 흐름을 보다 효과적으로 관리하기 위해 STATCOM(Static 동기 보상기) 또는 SVC(Static Var Compensator)와 같은 FACTS 장치가 설치됩니다.
- **그림:** 500MW를 전달하는 송전 통로의 경우 +/- 150 MVAR 용량의 STATCOM을 설치할 수 있습니다. 이 용량은 발전량의 백분율이 아니라 전압 레벨 관리 및 송전선의 전력 전달 능력 향상을 위한 요구 사항을 기반으로 결정됩니다.

출처: FTZ

### 예 3: 풍력 발전 단지에 대한 무효 전력 지원

- **상황:** 풍력 발전 단지, 특히 외딴 지역에 위치한 풍력 발전 단지는 그리드의 작동 한계 내에서 전압 수준을 유지하기 위해 무효 전력 지원이 필요할 수 있습니다.
- **그림:** 300MW 용량의 풍력 발전 단지는 약 50-100MVAR의 무효 전력 지원을 제공하는 SVC 또는 커패시터 뱅크에 의해 지원될 수 있습니다. 이 예는 무효 전력 지원 메커니즘의 용량이 풍력 발전 단지의 발전 용량의 고정된 비율이 아니라 풍력 발전 단지와 주변 네트워크의 특정 전압 지원 요구에 의해 결정된다는 것을 보여줍니다.

출처: FTZ

일반적인 고려 사항

이러한 예는 무효 전력 보상 장치의 용량과 전력 시스템 또는 특정 발전 자산의 크기 사이에 대략적인 상관 관계가 있을 수 있지만 이러한 장치의 용량 및 유형에 대한 주요 동인은 전압 지원을 위한 기술적 요구 사항임을 보여줍니다. 전력 품질 및 전송 효율. 정확한 수치와 비율은 시스템의 특성, 위치, 해결해야 하는 특정 운영 문제에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

 

즉, 아주 정확한 수치 산정은 불가능하지만 엔지니어링을 통한 시뮬레이션 결과 그리고 보수적인 접근법을 활용한다면 계통을 안정되게 운용할 수 있을 것으로 보입니다.