[논문]합천 제2수력 발전기 용량증대에 따른 계통연계범위 이탈문제 해결을 위한 설비설계 방안 고찰

정효근; 김우용; 강동형; 최홍열; 함동령; 정준기

합천 제2수력 발전기 용량증대에 따른 계통연계범위 이탈문제 해결을 위한 설비설계 방안 고찰
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정효근 (한국수자원공사) , 김우용 (한국수자원공사) , 강동형 (한국수자원공사) , 최홍열 (한국수자원공사) , 함동령 (한국수자원공사) , 정준기 (한국수자원공사)

합천 제2수력 수차발전기 용량증대사업($1,200{\rightarrow}1,800kW$)에 따른 실시설계 시 계통연계 가능여부를 한전으로부터 확인한 결과, 해당 배전선로에 기 연계된 분산형전원에 의해 전압 상한치를 이미 상당히 초과하여 연계 불가한 것으로 회신받음에 따라 계통연계범위 이탈문제 해결 및 해당 배전선로 연계를 위한 위한 설비설계 방안을 고찰하였다.

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문제 정의

02×13,200[V])를 상당히 초과하여 연계가 불가한 것으로 회신을 받았다. 따라서 이에 대한 기술적 해결방안 수립 및 한전과의 협의 도출을 위한 자체 기술검토를 수행하였다.

가설 설정

실시설계 단계에서 산정된 발전용량은 “900[kW]×2기”이나 추후 사업 착수단계에서 제작사가 제시할 수차발전기 효율 증가 시 용량 증대를 감안하여 “1,000[kW] × 2기”로 가정하여 다음과 같이 검토하였다.

데이터처리

동기발전기의 경우 역률이 1에 가까워질수록 효율이 높아지나 합천 제2수력의 경우 발전기측 기준 진상역률 0.9 ∼ 0.94의 범위 내에서 운전되므로 발전기측 기준 진상역률 0.9에서의 효율을 기준으로 비교하였다.

이론/모형

합천 제2수력 계통연계 관련 기술검토는 한전 “분산형전원 연계 상세 기술검토 방법 및 절차 매뉴얼”에 따라 수행하였다.

성능/효과

동기발전기와 유도발전기의 소요사업비를 제작사로부터 확인한 결과 유도발전기가 무효전력 조정장치 및 기동용 리액터를 추가 설치 시 동기발전기에 비해 제작‧설치비가 더 높은 것으로 확인하였다.
발전기 효율 측면에서는 동기발전기가 유도발전기보다 0.7 ∼ 1.5%높은 것으로 제작사로부터 확인하였다.
상기와 같이 동기발전기와 유도발전기 형식을 비교 검토한 결과 계통 연계 시 상시‧순시전압변동, 제작‧설치비, 설비 구성의 간소화, 발전기 효율 등을 고려 시 동기발전기가 적합한 것으로 검토되었다.
용주D/L 누적연계용량을 계산한 결과 아래와 같이 상시운전용량 이하는 만족하나 상시운전용량의 15%(1.5[MVA])는 초과함을 확인하였다.
한전 분산형전원 배전계통 연계 기술기준 제15조(전기품질)에 따르면 분산형전원의 역률은 90% 이상으로 유지함을 원칙으로 하며 계통 측에서 볼 때 진상역률(분산형전원 측 기준 지상역률)이 되지 않도록 함을 원칙으로 하므로 역률 90%(계통기준 지상) ∼ 100% 범위 내에서 상기조건을 만족하는 역률범위를 아래와 같이 계산 시 “90% ∼ 94%”로 확인하여 한전과 협의한 결과 추가적 전압상승을 제한하기 위한 특정역률범위의 운전 시 연계 가능한 것으로 최종 회신을 받았다.
한전 합천지사에서 Off-DAS 프로그램을 이용하여 검토한 결과 용주D/L은 기설 분산형전원들에 의해 이미 전압 상한치(1.02×13,200[V])를 상당히 초과하여 연계가 불가한 것으로 확인하였다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

주 변압기 누적연계용량은 무엇인가?

주 변압기 누적연계용량은 해당 주 변압기에서 공급되는 저압, 특고압 일반선로 및 전용선로에 역송병렬 형태로 연계된 모든 분산형전원 연계용량(기존 + 신규예정)의 누적 합을 말한다. 용주D/L 공급용 주 변압기의 누적연계용량은 아래와 같이 25[MW] 이하를 만족함을 확인하였다.

발전기 용량증대에 따른 계통연계 가능 여부 확인을 위한 주요 기술검토 항목은 무엇인가?

① 변전소 주 변압기 누적연계용량이 25MW 이하 여부 확인 ② 특고압 일반선로 누적연계용량이 상시운전용량 이하 여부 확인 ③ 일반선로 누적연계용량이 상시운전용량의 15% 이하 여부 확인 (불만족 시 배전선로의 적정전압 이탈 가능성 평가) ④ 순시전압변동률 평가

4대강 보 소수력 등에 설치된 동기발전기는 회전형 교류 여자시스템을 채택하고 있는데, 이 시스템의 장점은?

최근 4대강 보 소수력 등에 설치된 동기발전기는 회전형 교류 여자시스템(Brushless Type)을 채택하고 있으며 구조가 간단하고 전압조정 범위가 넓고 대수력 발전소와 같이 계통주파수가 변화하면 즉시 조속기가 동작해서 발전기 입력을 주파수의 변동에 응해서 조정하도록 하는 조속기 프리 운전을 할 필요가 없어 조속기 제어모듈 구성도 간단해진다.

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