이 논문은 고정속도와 가변속도 모터-발전기 기술을 사용하는 펌프-터빈 발전소의 동기 관성과 합성 관성 기여를 정량화하고 비교하는 것을 다루고 있다.
먼저 전력망 주파수 편차 발생 시 동기 발전기가 주입 또는 흡수하는 유효전력의 크기를 분석할 수 있는 해석적 표현식을 도출하였다. 이 식은 발전기의 기계적 시정수가 클수록 주파수 변동률(RoCoF)에 비례하여 더 큰 유효전력 변화가 발생함을 보여준다.
이를 검증하기 위해 포르투갈의 프라데스 2 가변속 펌프-터빈 발전소를 대상으로 1D SIMSEN 시뮬레이션을 수행하였다. 고정속도와 가변속도 기술 모두에서 전력망 주파수 변동에 따른 유효전력 변화가 해석적 접근과 잘 부합함을 확인하였다.
가변속 발전기는 전력망 주파수와 회전속도가 분리되어 있어 합성 관성 제어를 통해 동기 발전기와 유사한 관성 지원 기능을 구현할 수 있다. 이를 위해 회전체 운동방정식에 기반한 제어 구조를 적용하여 RoCoF에 비례한 유효전력 변화를 달성할 수 있다.
무한 전력망과 4.4 GW 고립 전력망에서의 시뮬레이션 결과, 합성 관성 제어 기능이 적절히 구현된 가변속 발전기는 동기 발전기와 유사한 수준의 관성 지원 기능을 제공할 수 있음을 확인하였다. 다만 고립 전력망과 같이 동기 관성이 부족한 경우에는 가변속 발전기의 계통 형성 기능이 필요하며, 이는 전력망 안정화를 위한 중요한 과제로 남아있다.
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