AVR의 역할

AVR의 역할

가. 용어 정의

 원동기에 의해 구동되는 동기발전기는 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서 계자(회전자)에 직류 전류를 인가함으로써 에너지를 갖는 전압 원으로서의 기능을 수행하게 된다.

 exciter 의 형태는 exciter 용도의 별도의 동기발전기가 터빈-발전기 축에 연결되는 회전형 exciter, brushless type의 exciter, 발전기의 출력을 exciter의 전원으로 사용하는 정지형 exciter 등의 여러 가지 모델이 있으며, 발전기 제조회사의 특허사항으로 되어있는 모델들도 있다.

나. 정지형 Excitation System 구성

 Automatic Control Block은 발전기의 PT와 CT로부터 발전기의 전압, 전류를 계측하고, 사용자에 의하여 조작되는 제어기준 전압이 AC Voltage Adjuster에 의하여 setting되면 그 값을 추종하도록 설계되어 있는 제어장치이며 이 부분을 협의의 AVR이라 한다. 그러나 발전소용의 exciter에서 광의의 AVR이라 하면, PT, CT의 고장 또는 협의의 AVR 제어장치의 H/W 또는 S/W 이상 시에 일정 여자전류 또는 여자전압을 인가하여 부하 변동 시에는 요구전압을 유지할 수 없더라도 부분적인 고장 시에 degraded mode로 운전될 수 있도록 수동모드로 운전될 수 있도록 설계되며, 이 기능은 Manual Controller에서 구현된다. 상업용 제품에서는 자동운전 모드에서 수동운전 모드로 자동으로 절환 되도록 설계되어 있으며, 이러한 자동 및 수동 제어기능과 절환 기능을 포함하여 광의의 AVR이라 칭하게 된다.

 제 어신호는 발전기의 출력전압이 PPT(Power Potential Transformer)라 불리는 exciter TR을 통하여 적절한 전압(통상 440～650V이내)으로 step-down되어 Thyristor Converter에 공급되며, AVR은 Converter의 출력전압 또는 전류를 조절하여 발전기 단자전압이 요구 값을 추종하도록 gating 신호를 발생시킨다.

다. Excitation System의 기본적 기능

(1) 제어기능

(가) AVR

- 발전기의 단자전압을 부하상태에 관계없이 요구값으로 유지하는 가장 기본적인 장치이다. 사용자는 아래의 AQR, APFR과 MVR 기능 중에서 하나를 선택하여 사용하게 된다.

(나) AQR(Automatic Reactive Power Control)

- 터빈에서 결정되는 유효전력과 관계없이 발전기의 무효전력을 일정값으로 유지하기 위한 기능으로, AVR 기능의 변형된 기능이다.

(다) APFR(Automatic Power Factor Control)

- AVR의 유사 기능으로 발전기의 역률을 일정값으로 유지하는 제어 기능이다.

(라) MVR

- PT 및 CT 등 센서 이상 시 일정 여자전류 또는 전압을 인가함으로써 부하 변화 시의 자동 전압 제어는 불가능하지만 AVR 모드에서 운전되던 여자 전류 또는 여자 전압을 그대로 유지시킴으로써 센서 류 고장 시의 발전기 정지를 방지하고, operater가 부하 변동에 따라 수동으로 발전기 전압을 조절할 수 있도록 하는 기능임

(마) Bumpless Control(AVR, MVR tracking)

-AVR 모드에서 MVR로 또는 그 반대 방향으로의 절환 시 전압 제어의 충격이 없도록 하는 기능으로, 빈번한 tracking의 방지와 센서 이상 발생시의 오동작을 방지하기 위하여 일정한 시간 지연, low-pass filtering, dead-band 등을 갖고 추종하도록 설계된다.

(2) 보호․제한기능

 발전기 보호기능과 exciter 자체를 보호하기 위한 기능 등으로 구분될 수 있다. 여기서는 발전기 보호기능에 대해서만 언급한다.

(가) Maximum Excitation Limit

- 계자에 과도한 전류가 흐름으로써 발전기 계자의 냉각 범위를 벗어나서 과열되는 것을 방지하기 위한 기능으로 계자 전류와 시간의 함수로 설정된다.

(나) UEL (Under Excitation Limit)

- 발전기가 진상 영역에서 운전시 전기자 반작용과 관련한 발전기 내부의 자속이 고정자 단부에 집중되어 고정자 철심을 부분 과열시키는 현상을 방지하기 위한 값이며, 발전기 능력 곡선 상에서 계통안정도와 연계된 진상운전 허용 범위와의 공통부분으로 설정되는 것이 일반적이다.

(다) OVL (Over Voltage Limit)

- 발전기 출력단의 전압이 과도하게 올라가 절연에서의 문제 발생을 방지하기 위하여 설정되는 제한값임.

(라) V/H Limit

- 터빈의 승속시 등 낮은 주파수에서 정격전압 등이 유기되면 변압기 철심 등의 과열을 유발할 수 있으므로 전압 대 주파수의 p.u. 비가 일정 값을 넘지 않도록 설정하는 제한기능으로, 과전압 허용범위(p.u.)와 같은 값으로 설정된다.

상기의 제한 기능들은 보호(protection) 기능으로 사용되는 경우가 대부분이다.

(마) De-excitation 기능

- 운전중인 발전기의 계자 전류회로가 이상 현상에 의해서 단절되면 L 성분의 유기전압이 계자의 양단에 발생하고 이 값은 계자의 절연내력을 파괴하기에 충분한 값이 될 수 있으므로 계자 회로 단절 시 계자 내에 유기되는 Li²의 에너지를 방출시키기 위한 기능으로 계자 회로와 직렬 및 병렬로 설치된 D.C. field breaker로 구성되는 것이 일반적임. 최근에는 Crow- bar 회로를 이용하여 이 기능을 수행하는 예가 증가하고 있다. Crowbar 회로의 구현은 Thyrister를 사용하는 방법과 GTO를 사용하는 방법 등이 쓰이고 있다.

(3) 기타 기능

(가) Field Flashing 기능

- 최초 발전기가 전압을 발생시키기 위해 필요한 초기 계자전류를 공급해주는 기능으로 발전기 특성곡선과 관련하여 일정의 DC 전류를 일정시간 공급하든가 일정값의 발전기 전압이 유기될 때까지 DC 전류를 공급한다.

(나) 발전소 설비 interface 기능

- Excitation System은 동기화 투입장치와 연계와 발전기, 터빈 및 계통과의 적절한 보호․협조를 위한 interface가 가능하여야 한다. 특히 이러한 기능은 원활한 운전뿐 아니라 계통 및 발전소의 고장 및 사고시 발전기 및 터빈 등을 보호하기 위한 핵심 적인 사항이다.

[출처] AVR의 역할 |작성자 똘똘이