강의노트 안정도의 개요 및 분류

안정도의 개요

전력시스템에는 다양한 외란이 발생합니다. 대표적이고 심각한 외란으로는 3상 단락 사고등이 있습니다. 안정도란 외란 발생시 전력시스템이 안정하게 계속 운전될 수 있는지에 대한 척도가 됩니다. 안정도의 분류와 각각의 내용에 대하여 알아 봅니다.

안정도의 분류

• 정태(정상상태) 안정도(Steady State Stability)
• 과도 안정도(Transient Stability)
• 동태(동적) 안정도(Dynamic Stability)
• 전압 안정도(Voltage Stability)

정태 안정도

정태(정상 상태) 안정도는 다음과 같은 특성을 가지는 안정도 지표입니다.

• 전력 시스템이 정상 상태에 있을 때 적용한다.
• 부하가 서서히 증가할 경우 안정 운전을 계속할 수 있는지를 판단하는 척도를 의미한다.
• 안정하게 운전할 수 있는 최대의 전력을 정태 안정 극한 전력 이라고 한다.

정태 안정 극한 전력

송전단에서 전달하는 전력은 다음 식으로 표현됩니다.

$$P = \frac{V_S V_R}{X}\sin\delta$$

위 식에서 최대 전력 전달은 $\delta = 90^\circ$일때 발생하며 이때의 전력이 정태 안정 극한 전력이며 다음과 같습니다.

$$\color{red} P_{\max} = \frac{V_S V_R}{X}$$

과도 안정도

과도 안정도는 다음과 같은 특성을 가지는 안정도 지표입니다.

• 정상 상태에서 안정적으로 운전하고 있던 전력 시스템에 급격한 외란이 발생할 경우 안정적인 정상 상태로 회복할 수 있는지를 판별하는 기준이다.
• 과도 안정도에 영향을 주는 외란은 부하의 급격한 변화나 선로의 탈락 등이 있다.
• 과도 안정도를 유지할 수 있는 최대의 전력을 과도 안정 극한 전력이라고 한다.
• 통상 과도 안정 극한 전력은 정태 안정 극한 전력보다 낮다.

동태 안정도

동태(동적) 안정도는 다음과 같은 특성을 가지는 안정도 지표입니다.

• 동태 안정도란 발전기의 여자 시스템과 기계적 관성등이 상호 작용을 일으켜 외란이 증폭되어 안정도가 유지될 수 없는 지를 판별하는 기준이다.
• 동태 안정도는 송전 선로의 거리가 길어서 발전기들이 약하게 연결될 수록 나빠지며, 속응성 여자시스템과 전력시스템 안정화 제어기 (Power System Stabilizer, PSS)를 적용함으로써 개선할 수 있다.