정지형 무효전력보상장치(SVC : Static Var Compensator)의 동작원리

정지형 무효전력보상장치(SVC : Static Var Compensator)의 동작원리

 

1. 정지형 무효전력보상장치의 개요

파워일렉트로닉스 소자기술의 발달로 정지형의 무효전력보상장치가 다양하게 개발되고 있으며, 고속 정밀한 전압 및 무효전력 제어가 가능하고 보수가 용이한 정지형 무효전력보상장치가 사용되고 있다. SVC는 사이리스터를 이용하여 병렬 콘덴서와 리액터를 신속하게 접속제어(0.04초) 하여 무효전력 및 전압을 제어하는 장치이다. SVC는 처음에는 아크로나 제철소의 압연설비로 인한 전압변동 (Flicker)을 보상하기 위해 개발되었으나, 대용량화가 추진됨에 따라 계통 안정화를 위해 송전선로에도 적용하게 되었다.SVC의 특징은 응답특성이 빠르며, 조작에 제한이 없고, 신뢰성이 높으며, 유지보수가 간단하고, 조작성이 뛰어나다는 점에 있다.

근래에는 송전계통의 안정도 향상(계통의 전압동요의 억제를 위해 필요한 동적 무효전력을 보상)을 위한 중간 조상설비로서 주목받아 무효전력의 예비력 및 전압안정화용과 기타 다기능의 SVC 적용사례가 증가하고 있는 추세이다.

최근에는 자력식 인버터를 사용한 새로운 방식의 무효전력 보상장치(SVG)가 실용화되고 있다. 이 방식은 원리상 무효전력을 발생시키기 위한 콘덴서나 리액터가 불필요하기 때문에 설치 면적을 적게 할 수 있다는 특징이 있고 또 액티브 필터로서 고조파 보상도 가능하다는 등 종래의 무효전력 보상장치에 비해서 우수한 특성을 많이 가지고 있기 때문에 전력계통이나 산업용 등에 적극적으로 적용되어가고 있다.

1) SVC의 종류

넓은 의미의 SVC는 다음과 같이 종류를 들 수 있다.

· 단계형 무효전력보상시

- 기계적 스위칭 제어 커패시터뱅크와 리액터(MSC와 MSR)

· 연속적 무효전력 보상기기 : 포화리액터(SR)

· 연속적 능동제어 무효전력 보상기기

- 사이리스터 제어 리액터(TCR), 자기 또는 선로 정류 컨버터(SCC,LCC)

· 비연속적 능동제어 무효전력 보상기기

- 사이리스터 개폐 커패시턴스뱅크(TSC), 사이리스터 리액터(TSR)

 

2. 구성방식별 동작원리

1) SVG(Static Var Generator) 또는 SCC(Self Commuted Converter)

· 자려식 컨버터를 보상전원으로 하고 계통과 연계하여 진상과 지상으로 조정하는 방식으로 직류측 부하에 콘덴서를 사용하는 전압형과 리액터를 사용하는 전류형이 있다. 이는 컨버터와 결합하여 출력전압을 조정함으로써 콘덴서와 리액터 두가지 기능을 동시에 수행할 수 있다.

· 임피던스 배후전압 (Vi)을 자려 인버터로 발생시키고 무효전력을 출력한다.

 

2) TCR(Thyristor Controlled Reactor)

· 리액터의 전류를 사이리스터 점호각으로 제어하는 것으로 반사이클마다 리액터의 전류조정이 가능하며, 아크로의 플리커 대책으로 개발되었고 대용량 장치에 적합한 방식이다. 근래에는 계통안정화용설비로 주목받고 있으며 고조파 전류발생문제는 진상콘덴서를 필터로 구성하여 해결할 수 있다. 또한 고 임피던스 변압기를 사용하는 방법을 TCT(Thyristor Controlled Capacitor) 방식이라 부른다.

· 리액터의 서셉턴스를 사이리스터 제어장치로 조정하여 고정콘덴서와 조합시켜 무효전력을 출력한다.

 

3) TSC(Thyristor Switched Capacitor)

사이리스터 스위치를 사용하여 과대한 돌입전류 없이 제어하는 방법으로 고조파를 발행시키지 않고 진상분만 소비한다.

복수의 콘덴서 뱅크를 사이리스터 스위치로 On/Off 하여 콘덴서의 서셉턴스를 단계적으로 조정하여 무효전력을 출력한다.

 

3. 적용

1) 변동부하에 의한 플리커의 억제

부하의 무효전력이 변동하여 전압플리커가 발생하는데 SVC(Static Var Compensator)는 부하의 역극성으로 동작하여 무효전력의 변동폭을 "0"으로 만들어 전압플리커를 억제한다. 따라서 변동부하에 가까운 지점에 설치하는 것이 바람직하다.(SVC는 아크로의 플리커 대책장치로 최초 개발되었고 그후 압연기에 의한 전압변동대책이나 플리커대책으로의 적용사례가 증가하였으며 계통의 안정도 향상을 위한 적용도 증가되어가는 추세이다.)

 

2) 수전단전압의 안정화

SVC를 수전단에 설치하고 정전압 제어를 함으로써 계통의 안정도가 향상된다.

 

3) 계통안정도의 향상

교류계통은 송,수 양단의 전압 상차각에 따라서 전력을 수수하고 있지만 송전선이 장거리화하면 위상각이 증대하여 탈조,난조에 이르기 쉽다. 그러나 중간점의 전압을 SVC에 의하여 유지하면 과도안정도가 대폭 향상된다. 따라서 이시스템을 중간 조상설비, Baum System등으로 부르고 대용량 TCR 실용화 이후 그 적용 사례가 계속 늘어나고 있다.