31.2 : 단순화된 동기식 기계 모델

동기 기계 모델은 전력 시스템의 과도 안정성을 분석하고 보장하는 데 기본적인 도구입니다. 이 모델은 균형 잡힌 3상 양성 시퀀스 조건에서 동기 기계의 표현을 단순화하여 일정한 여기를 가정하고 손실과 포화를 무시합니다. 이 모델은 특히 과도 이벤트 중에 전력망에 연결된 동기 발전기의 동작을 이해하는 데 중요합니다.

이 모델에서 각 발전기는 송전선, 변압기, 부하 및 기타 기계를 포함하는 시스템에 연결되며, 이 모든 것은 시스템 리액턴스 뒤에 있는 무한 버스로 표현됩니다. 무한 버스 개념은 일정한 전압 크기, 위상 및 주파수를 가정하여 시스템 안정성 분석을 위한 기준점으로 사용합니다.

그리드에 연결된 동기 발전기를 고려할 때, 그 출력 전력은 기계의 전력 각도(δ)의 사인 함수입니다. 이 관계는 다음과 같이 표현됩니다.

여기서 V_bus는 버스 전압이고, E^’는 발전기의 내부 전압이며, X_eq는 리액턴스입니다. 과도 이벤트 동안 내부 전압 E과 버스 전압 V는 일정하게 유지된다고 가정하여 전력 계산을 간소화합니다.

동일 면적 기준은 기계적 전력의 급격한 변화에 따른 시스템의 안정성을 평가하는 데 사용되는 그래픽 방법입니다. 단계적 변화가 발생하면 동기식 기계의 회전자는 관성으로 인해 가속되어 기계적 및 전기적 손실의 감쇠 효과를 통해 안정화되기 전에 최종 정상 상태 위치를 초과합니다. 이 기준은 가속 전력(기계적 전력에서 전기적 전력을 뺀 값)을 나타내는 면적이 시스템이 안정적인 작동 지점으로 돌아가려면 감속 전력을 나타내는 면적과 같아야 한다고 명시합니다.

동일 면적 기준은 무한 버스에 연결된 단일 기계나 두 개의 상호 연결된 기계를 분석하는 데 특히 유용합니다. 더 복잡한 다중 기계 시스템의 경우 과도 안정성 분석에는 수치 적분 기술을 사용하여 각 기계의 비선형 스윙 방정식을 풀어야 합니다. 이 접근 방식은 여러 발전기 간의 상호 작용을 고려하고 각 발전기가 유지할 수 있는 전체 시스템 안정성과 최대 전력 각도를 결정합니다.

요약하자면, 동기식 기계 모델은 등면적 기준과 수치적 적분 방법으로 보완되어 전력 시스템의 과도 안정성을 분석하고 보장하기 위한 견고한 프레임워크를 제공합니다. 이러한 개념을 이해하는 것은 특히 교란과 다양한 작동 조건에 직면했을 때 그리드 안정성을 유지하는 데 필수적입니다.