1강 전력계통 주파수 변동원인

안녕하십니까? 박권배입니다. 이번 시간부터 저는요. 전력계통에 대한 이야기를 해보도록 하겠습니다. 첫 번째 주제는요. 전력계통의 주파수가 변동되는 원인 이라고 하는 주제를 가지고 이야기를 해보도록 하겠습니다. 본문으로 들어가 봅니다. 전력계통에서 주파수가 변동되는 원인 주요한 원인은 부하변동이 주요 원인이다. 그래서 여기서 주제는 주파수 변동의 원인으로 간단하게 이야기해 보고 그다음에 부하변동 특징까지 같이 엮어서 이야기를 해보도록 하겠습니다. 전력계통의 전반적인 개요를 이야기해 줄 수 있는 부분이다. 그래서 굉장히 중요한 부분이다라고 저는 생각합니다. 그래서 좀 설명을 해보도록 하겠습니다. 주파수가 변동되는 원인은 뭐냐? 결국 부하하고 발전력의 불균형 때문에 그렇다. 그러면 주파수가 안정이 됐다 그러면 이게 같은 상태다라고 보시면 돼요. 발전기 사이드에서 보면 발전기의 전기적 출력 즉 발전기의 전기적 출력은 부하랑 항상 맞춰가게 되어 있죠. 그래서 이거는 이제 부하량이라고 생각하시면 되고 그다음에 터빈의 기계적 입력이 순수한 발전력이라고 보시면 될 것 같습니다. 그래서 부하랑 발전력이 균형을 이루고 있다. 그러면 이 속도, 회전하는 속도는 항상 일정한 속도로 돌아간다. 등속도로 돌아가는 거죠, 가속하지 않고 속도가 낮아지지도 않고 더 빨라지지도 않고 등속도로 회전한다. 그런 것이죠. 그래서 만약 여기가 2극이다. 그러면 예를 들어서 3600rpm으로 이렇게 일정하게 운전한다. 일정하게 돌아간다, 그렇게 되면 어떻게 돼요? 이게 전기적으로 환산되면 60Hz가 되는 것이죠. 그래서 이 회전 속도가 일정하다라는 것은 주파수가 일정하다는 걸 의미하는 거죠. 그런데 부하가 증가를 했어요. 그러면 전기적 출력도 부하에 맞춰서 같이 올라가게 되겠죠. 그러면 이건 같은 벡터라고 보시면 돼요. 그렇게 되면 이쪽이 커지고 이쪽은 가만히 있는 거죠. 그러면 불균형이 발생하는 거죠. 그래서 주파수 변동의 원인을 우리가 부하변동이라고 쓴 거죠. 얘가 올라가거나 내려가게 되면 결국 이게 불평형이 되는 거죠. 그러다 보면 여기의 속도가 더 빨라지거나 아니면 혹여는 더 느려지거나 그렇게 되겠죠. 예를 들어서 이 두 개가 같은 상태에서 3600rpm으로 회전하고 있었어 그러면 60Hz로 안정적으로 일정하게 운전하고 있을텐데 그때 부하가 변동이 됐어요. 올라갔다, 그렇게 되면 어떻게 돼요? 네, 속도가 떨어지죠. 예를 들어서 3592rpm, 이렇게 떨어지겠죠. 그러면 얘가 50몇Hz, 이렇게 떨어지게 되겠죠. 주파수가 떨어지게 되겠죠. 그러니까 결국 주파수 변동의 주요 원인은 뭐냐 그러면은 부하변동이 된다. 부하변동은 늘 있는 거잖아요. 우리가 전동기를 갖다가 켰다 껐다를 계속 반복하고 집에 있는 조명도 늘 꼈다 켰다를 반복하기 때문에 그것도 굉장히 불규칙적으로 운전되는 부하들도 있고 어떤 패턴을 가지고 변동되는 부하들도 있고 그런 식이 있겠죠. 어쨌든 이 부하변동이 주요 주파수 변동의 원인이 된다 라고 보시면 될 것 같습니다. 이 부분에 대해서 조금 더 심화해서 설명을 해보도록 하겠습니다. 우리 참조자료로 한번 가봅니다. 세 번째 페이지에 가보면 참조자료가 있습니다. 이런 어떤 회전기구가 하나 있다고 생각을 해볼게요. 그다음에 여기는 축이에요. 그럴 때 여러분들의 손으로 이렇게 그림을 잘 못 그려서요. 여러분 손으로 여길 딱 잡고 있다고 생각을 해보세요. 그래서 부하를 뭐라고 비유를 하냐면은 부하를 갖다가 손의 악력이라고 한번 생각하면 여러분 손에 쥐는 악력의 크기를 부하의 양이라고 한번 생각을 해 볼게요. 그다음에 여기는 기계적입니다. 터빈의 기계적 입력이요. 손의 악력과 터빈의 기계적 입력이 같은 상태에서 이렇게 딱 붙들고 있다고 생각을 해보세요. 그래서 손의 악력을 갖다가 어느 정도 주고 그다음에 여길 돌린다고 생각해요, 터빈을 돌린다고 생각해요. 그때 터빈이 돌리는 기계적인 입력하고 손의 악력하고 같았을 때 그때가 이제 일정한 회전 속도로 돌아간다는 뜻이 됩니다. 등속도로 돌아간다는 뜻이죠. 이게 2극기인 경우에 예를 들어서 3600rpm으로 얘가 돌아가고 있다 그러면 주파수는 현재 전기적 출력에서 얼마예요? 60Hz가 되는 것이죠. 발전기에서 했던 걸 간단하게 복습을 하고 오겠습니다. 여긴 이제 2극기잖아요. 2극기를 가지고 이해하는 게 굉장히 중요해요. 그리고 4극기, 8극기 이렇게 확장하면서 이해하는 게 매우 바람직하죠. 2극기인 경우에 얘를 한바퀴 돌리면 얘를 1회전 시키면 여기에 있는 고정자축, 전기자축의 유기 기전력은 정확하게 1주기가 발생하게 됩니다. 그래서 한바퀴 돌 때 얘도 한 주기 갔으니까 이게 일치하는 거죠. 그 상태에서 1초에 60바퀴를 돌았다 그러면 뭐예요? 60[rps]가 되는 거죠. 60[rps] 1초에 60바퀴 돌았다 그러면 60[rps]가 되는 거죠. 그러면 여기 전기적 출력은 1초에 몇 주기 가는 거예요? 얘가 한바퀴 돌았으면 한 주기니까 얘는 뭐냐면 60[Hz]가 되는 것이죠. 즉 60[Hz]는 뭐예요? 이게 1초 동안에 60번 반복한다는 이야기잖아요. 그러니까 똑같이 정확하게 일치하죠. 초당 돌아가는 횟수죠. 이걸 갖다 rpm, 분당회전수로 바꾸면 얼마가 돼요? 3600rpm이 되는 거죠. 분당회전수로 바꾸어 놓으면 그래서 결국 얘는 누가 돌려요? 결국 얘는 터빈이 돌려주잖아요. 그래서 얘가 돌아가는 속도가 느려지거나 빨라진다. 그러면 누가 바뀐다고 생각하면 돼요? 네, 계통의 주파수가 커지거나 감소하거나 이렇게 된다 라고 보시면 될 것 같습니다. 근데 기본적으로 우리가 여기에 손의 악력하고 기계적 입력이 같았을 때는 예를 들어 3600rpm을 유지하고 있다. 초당 60바퀴 돌아가고 있는 거죠. 그걸 일정하게 유지하고 있다 그러면은 60Hz로 안전하게 운전을 하고 있는 거고 그다음에 부하가 증가했다. 부하가 증가하게 되면 어떻게 돼요? 손의 악력을 더 키우는 거죠. 여러분 잡고 있는 손의 악력을 더 키워 보세요. 근데 똑같은 테크로 돌리고 있다고 생각을 해보세요. 그러면 어떻게 돼요, 속도가? 얘가 돌아가는 속도가 어떻게 돼요? 빨라져요, 늦어져요? 손의 악력을 더 키웠어요. 즉 이게 부하가 증가되는 상황이라고 생각을 해보시면 돼요. 이런 논리로 앞으로 접근해서 이해하는 게 매우 중요해요. 그래서 이 악력을 키우는 그 자체가 뭐냐? 부하가 증가하는 그런 입장이라는 거죠. 그럴 때 기계적 입력이 바로 못 쫓아가니까 처음에는 어떻게 돼요? 속도가 떨어질 수밖에 없겠죠. 속도가 떨어질 수밖에 없겠죠. 그러면 어떻게 돼요? 얘에 대해서 60[rps]를 유지를 못한다는 뜻이 되겠죠. 그러면 이것보다 더 떨어지게 되니까 이것도 조금 더 저하되는 경우가 나타난다. 이렇게 이해하시면 되겠습니다. 무슨 뜻인지 아시겠죠. 그래서 결국 얘랑 손의 악력하고 그다음에 기계적 입력 즉 부하랑, 얘랑, 얘의 어떤 밸런스가 무너진 거죠. 그 원인은 뭐냐면 부하의 변동이죠. 거꾸로도 한번 생각해 보세요. 부하가 감소를 했어요. 부하가 감소되면 어떻게 돼요? 손의 악력이 좀 더 풀어지는 거죠. 좀 더 느슨하게 피는 거죠. 근데 돌리는 기계의 입력은 똑같은 말이에요. 똑같은 테크로 돌리고 있어요. 그러면 어떻게 돼요? 속도가 안 맞아서 빨라질 수밖에 없겠죠. 이 속도가 좀 더 빨라질 수밖에 없겠죠. 그럼 주파수는 어떻게 돼요? 낮아질까요, 높아질까요? 당연히 높아지죠. 반드시 얘랑 얘랑은 일치하죠. 얘의 기계적인 속도랑 발전기 전기적 출력의 주파수랑 완벽하게 일치하죠. 무슨 이야기인지 아시겠죠? 그래서 우리가 기본적으로 이 속도를 동기속도라고 이야기하죠. 여기 전기자 코일에서 만든 전기적인 회전수랑 여기가 돌아가는 속도는 같은 그런 상태가 되는 거죠. 그래서 얘는 동기속도라고 바로 써줄 수가 있는 거죠. 그래서 기본적으로 동기기라는 이름을 붙여 놓고 쓰는 것이죠. 그래서 얘가 돌아가는 속도는 항상 동기속도가 되는 거죠. 계통의 주파수랑 항상 일치하는 상태가 되는 거죠. 그래서 얘가 돌아가는 속도가 저하되게 되면 계통의 주파수도 저하되는 거고 그다음에 얘가 속도가 빨라지면 계통의 주파수도 올라가는 거고 이런 단계가 있다라고 보시면 되겠습니다. 그러면 뭘 이야기해 보려고 그러냐면 부하가 증가하면 악력이 증가하는 것과 비슷하다 라고 제가 비유적으로 표현을 했어요. 그러면 실질적으로 어떤 것이 그런 관계를 갖게 해주는지 설명을 해드릴까 합니다. 물론 동기 발전기를 할 때 어느 정도 설명은 드렸지만 전력계통에서 이 부분을 이해하는 게 굉장히 중요하거든요. 예를 들어서 이걸로 한번 생각을 해볼게요. 일정한 속도로 지금 돌아가고 있어요. 일정한 속도라는 것은 우리가 말하는 동기속도죠. 일정한 속도로 돌아가고 있다고 가정을 해봐요. 이런 방향으로요. 계자자속은 여기가 N극이고 S극이니까 여기는 나가는 방향이니까 이 방향이 계자자속의 방향이 되고 그래서 이 벡터가 되고요. 요거는 계자자속의 벡터죠. 그래서 φf, 계자자속입니다. 얘는 이제 동속도로 돌아가는 거죠, 이런 식으로 얘가 돌아가게 되면 전기자 본선의 유기 기전력은 어디에 있냐 그러면 얘보다는 90도 위상의 기준 쪽에 나타나게 된다. 회전을 이쪽으로 하다 보니까 이쪽으로 가면 여기가 90도로 기준을 찍게 되는 거죠. 유기 기전력은 -dφ/dt다. 원인이 된 자속과 유기 기전력 간의 위상은 90도가 차이가 나게 되죠. 90도가 차이가 나게 되는데 이 -가 앞에 있어 가지고 유기 기전력이 90도 뒤에 있게 돼요. 그래서 벡터를 그릴 때 이렇게 그려주시는 게 맞아요. 회전방향 이렇게 잡았기 때문에 여기다가 그려줘야 돼요. 만약에 여러분들이 회전방향을 이렇게 잡았다 그러면 여러분들 여기다가 유기 기전력을 잡아주면 되겠습니다. 백터를 잡을 때요. 그리고 나서 그러면 전류, 전류는 여기 전기자 전류를 말하는 거죠. 전기자 전류는 이 기전력보다는 대개 지상이 일반적인 거잖아요. 지상이기 때문에 이거보다는 느리도록 그려주면 되겠죠. 단락이 났다, 3상 단락이 났다 그러면 이렇게 그려줘야 되겠죠. 그러면 여기가 전기자 전류가 흐르고 이쪽에 전기자 전류에 의해서 만들어 낸 전기자 전류가 전기자 자석을 만드니까 전기자 자석과 전기자 전류는 같은 위상에 놓이는 거죠. 그래서 이런 범위에 놓인다라고 보시면 되죠. 정확하게 L만 있다 그러면 여기에 오게 되는 거죠. 유기 기전력보다 정확하게 전류가 90도 느리게 될 겁니다. 그러면 우리가 이런 식으로도 이해할 수 있죠. 렌츠의 법칙으로도 이해할 수 있죠. 얘에 의해서 발생된 자기장은 서로 억제하려고 하는 방향 그러니까 위상으로 따지면 180도 위치에 있는 거죠. 근데 R이 있으니까 이런 정도 범위 내에 존재하는 거죠. 정상적인 부하 운전을 한다고 그러면은 여기가 역률각이 되는 거죠. 그렇게해서 우리가 전기자 자속의 위치가 정해진다 라고 보시면 될 것 같습니다. 그래서 적당한 위치 하나 정도 잡아 보겠습니다. 전기자 전류가 이렇게 흐르고 있다 그러면 그 전기자 전류에 의해서 만들어지는 전기자 자석이 여기 있다라고 가정을 한번 해볼게요. 전압보단 늦은 위치죠. 그러면 이 자속과 이 자속이 이제 서로 관계를 한다는 것이죠. 그래서 얘같은 경우는 전기자니까 철심이 여기에 있는 거죠. 그래서 여길 N S극으로 자석으로 표현해 보면 여기가 자극이 되고 여기가 또 자극이 되죠. 여기를 연장해서 보면 이렇게 될 거 아닙니까? 이렇게 연장해서 보면 이렇게 되겠죠. 그래서 이 방향이니까 여기 같은 경우는 이 렇게 나가는 방향이 될 거고 여기는 들어가는 방향이 될 거예요. 자극을 기준으로 N극하고 S극이 있으면 자극을 기준으로 했을 때 자기력선이 나가는 쪽은 N극 들어가는 쪽을 S극, 이렇게 잡습니다. 그러면 여기가 자극이 되니까 전기자 입장에서 여기가 자극이 되니까 여기가 뭐예요? 들어가는 쪽이니까 여기가 S극이 되겠죠. 그다음에 여기는 뭐가 돼요? 여기는 나가는 쪽이니까 여기가 N극이 되겠죠. 그러면 전기자 자속은 이렇게 구성돼있다라고 보면 되고 계자는 그림처럼 이렇게 돼 있다고 보면 되죠. 그러면 얘가 회전을 이렇게 하려고 그러면은 얘가 어떻게 돼요? 오도록 도와주는 쪽이에요? 아니면 오는 걸 방해하는 쪽이에요? 그렇죠, 방해하는 쪽이죠. N극이 앞에서 기다리고 있죠. 그러다보니까 실질적으로 얘가 얘한테 작용할 때 뭐냐면 이렇게 역 토크로 작용한단 말이에요. 서로 오는 걸 방해하는 쪽이란 말이에요. 그래서 역 토크로 작용을 해요. 그러기 때문에 얘가 이런 쪽으로 돌려야 되잖아요. 이게 터빈이 얘를 돌리게 되는데 얘를 돌리는 데 방해하는 힘으로 작용한다는 말이에요. 한마디로 말하면 그러니까 부하가 있다라는 것은 뭐예요? 얘를 돌리기가 어떻다는 얘기예요? 네, 돌리기가 어렵다는 뜻이 되죠. 그래서 부하가 크면 클수록 즉 전기자 전류가 점점 더 커질 거 아닙니까? 부하가 커진다는 이야기는 이 전기자 전류가 점점 커질텐데 그러면 여기에 있는 자속의 세기도 얘가 만드니까 얘 자속 세기도 점점 증가하게 되겠죠. 그러면 이 역 토크도 더 증가한다는 뜻이죠. 이쪽으로 돌리기가 더 힘들어 진다라는 이야기가 됩니다. 소위 말하면 그러니까 우리가 일정한 속도가 되게 하기 위해서는 부하가 작은 상태에서는 작은 토크만 필요하지만 부하가 점점 커지면 어떻게 돼요? 여기에 기계적 토크를 더 증가시켜야 되죠? 즉 터빈의 입력을 증가시켜서 더 세게 꼬는 힘이 들어가야 되겠죠. 그래야 일정한 속도를 유지할 수 있는 그런 메카닉이 나오겠죠. 그래서 부하가 증가하면 아까 악력이 증가한다고 했잖아요. 그러면 당연히 동일한 토크로 돌렸을 때는 속도가 떨어질 거다. 그 이야기가 이해가 됐으면 좋겠습니다. 부하가 증가하게 된다. 그러면 앞에서 받쳐준 자석이 이쪽으로 못가게 하려고 하는 힘이 얘는 이리로 돌리려고 하는데 못하게 하려고 하는 힘이 더 커진다. 즉 악력이 증가한다. 그렇게 생각하면 딱 맞아요. 무슨 이야기인지 아시겠죠? 부하가 감소했다, 어떻게 돼요? 이 전기자 전류가 감소하는 거잖아요. 그렇게 되면 여기에 있는 이 자석의 세기도 작아진단 말이에요. 그러면 어떻게 돼요? 이 역 토크도 작아진단 말이에요. 그러니까 악력이 약간 풀렸다고 생각하면 돼요. 그러니까 동일한 토크로 돌리게 되면 어떻게 돼요? 얘의 돌아가는 속도가 더 빨라지게 되겠죠. 그러면 주파수가 올라가는 쪽으로 간단 말이에요. 이걸 정확하게 이해를 했으면 좋겠습니다. 거기다가 이거까지 좀 더 이해를 했으면 좋겠습니다. 여기가 전기자 자속의 기본 베타죠. 그러면 여기가 계자자속이죠. 계자자속이 여기 있다라고 가정하고 회전 방향을 이리 둔 거예요. 이쪽 방향을 두었을 때 이런 벡터가 나오죠. 그러면 전기자 자속과 계자자속과의 관계 벡터인데 사실 우리가 상차각이라고 하고 이걸 여기서는 토크각이라고 이야기하거든요. 나중에 이게 전기적으로 보면 상차각이라고 이야기를 합니다. 그래서 나중에 이 각이 굉장히 중요한 각이 되는데 그각은 뭐냐면은 이 두 개의 합성자속입니다. 두 개의 합성자속을 우리가 φr이라 그러죠. φr은 로테이터의 r이 아니고 resultant, 합성자속이에요. 한마디로 말하면 그래서 좀 헷갈려서 제가 다른 교재에다는 그냥 φnet라고 주로 썼던 그 명칭이 그겁니다. 합성자속, resultant 해 가지고 φr이라고 쓴 겁니다. 로터가 아니고요. 이 합성자속과 계자자속 간의 두 개의 관계에서 이루어지는 여기 δ를 토크각이라고 이야기합니다. 이게 나중에 정기적으로 변환되면 이게 전기적 상차각이 되거든요. 그래서 전력계통을 다룰 땐 이 토크각, 상차각이 매우 중요하게 됩니다. 이 토크각, 상차각을 얼마나 유지하면서 운전을 하느냐가 안정도에 매우 중요한 상황이 되거든요. 그래서 이렇게 어느 정도 토크각을 유지하면서 이렇게 운전을 한다라고 생각을 하시면 되겠어요. 여길 보게 되면 여기가 계자가 이렇게 돼 있죠. 요렇게 그려져 있잖아요. 요렇게 그려져 있고, 여기가 N극이 되고 여기 S극이 되고 여기가 φf가 되는 거죠. 여기가 φr이 되는 거죠. 이게 합성자속이에요, 이거라고 보시면 돼요. 그래서 어느 정도 토크각을 유지하면서 안정적으로 계속 돌아간다. 이 각을 유지하면서 돌아간다라고 보시면 돼요. 그런데 이때요. 이 때 뭐냐면 예를 들어서 돌아가는 회전 속도가 여기가 3600rpm이야, 예를 들어서 이렇게 돌아가고 있어 그러면 지금 얼마라는 이야기예요? 2극기니까 지금 전력계통의 주파수는 60Hz다라고 보면 되는 거죠. 그 상태에서 부하가 증가했다. 그러면 어떻게 돼요? 부하가 증가하게 되면 전기자 전류가 증가하는 거죠. 그러면 얘가 증가를 하는 거잖아요. 전기자 전류가 증가하면 당연히 전기자 자속이 증가한다라고 보면 되죠. 여기는 그냥 동일한 역률각을 유지한 상태에서 증가한다고 볼게요. 부하만 간단하게 증가한다고 볼게요. 그렇게 되면 어떻게 돼요? 합성자속은 어떻게 됩니까? 이렇게 되잖아요. 이렇게 되니까 이게 합성자속이 될 거 아니에요, 이렇게 그러면 토크각이 어떻게 돼요? 토크각이 이 각이 점점 더 벌어진단 말이에요. 부하가 증가하게 되면 이 토크각은 점점 증가하는 쪽으로 나타나게 된다. 이 토크각은 점점 증가하는 쪽으로 나타나게 되는데 그러다가 계속 증가하다가 얘를 몇 도까지만 허용을 하냐면 90도까지만 허용을 한다. 90도까지만 허용을 해서 나중에 전력 상차각 곡선을 그려볼텐데 이렇게 나오거든요. sin곡선으로 나오거든요. 여기가 sin곡선 해가지고 여기가 90도에서 최대가 되고 이때까지만 안정도를 유지하면서 운전할 수 있는 최대 토크각이다, 상차각이다. 결국 이 각이 90도가 넘어가게 되면 불안정한 쪽으로 즉 동기탈조 쪽으로 넘어갈 수가 있는 겁니다. 그러니까 이 resultant 자속하고 그다음에 φf 자속 간의, 서로의 관계성이 무너지는 거죠. 사실 에너지가 전달된다는 개념은 뭐냐면 보세요. 이런 비율을 한번 생각을 해볼게요. 이 손은 부하라고 한번 생각을 해봐요. 그러니까 자석 중에서는 누구라고 생각돼요? 부하니까 전기자 자속이라고 한번 생각을 해봐요. 그다음에 이 손, 이 손은 뭐냐면 터빈의 기계적 입력이에요. 그러니까 이게 뭐예요? 계자자속이라고 한번 생각을 해봐요. 그래서 여기에 있는 이 에너지를 여기다가 전달시켜주고 싶은 거예요. 그러면 전달할 수 있는 방법은 뭐냐면 이렇게 서로 맞대고 있는 상태여야 돼요. 물론 여기서는 어느 정도 각을 유지한 상태예요. 그러면 서로 에너지를 제가 이쪽으로 전달시키고 이 터빈의 에너지를 이쪽으로 전달시켜주고 싶으면 부하에다 전달시켜주고 싶으면 얘가 버텨줘야 돼요. 얘가 버텨주지 못하면 전달을 시켜줄 수가 없어요. 얘가 만약에 버텨주지 못하고 밀려나면은 그 에너지, 아주 작은 에너지밖에 전달이 안되는 거죠. 못 버텨주면 그냥 지나가버리는 거고 그래서 얘가 버텨준 만큼 이쪽으로 에너지가 전달되는 거예요. 이쪽에 버텨주는 만큼 그래서 이 각이라고 하는 게 증가하면 증가할수록 이 각은 점점 증가하다가 어느 순간 90도를 넘어가게 되면 그 관계가 깨진다는 이야기죠. 한쪽이 그 상태에서 틀어지는 거죠. 그렇게 되면 어떻게 됩니까? 한쪽은 기계적 입력이 굉장히 증가한 상태가 되는데 얘는 버텨줄 힘이 없는 거죠, 소위 말하면. 버텨줄 힘이 없으면 어떻게 돼요? 에너지 전달은 되지 않는 거죠 그러면 어떻게 돼요? 에너지 전달도 안되면서 얘는 받쳐줄 수 있는 대상이 사라졌기 때문에 어떻게 돼요? 얘는 가속하게 되는 상황이 되는 거죠. 그래서 서로 버텨줄 수 있는 관계가 되는 이 δ각이 이 δ각이 몇 도까지가 한계라고요? 90도까지가 한계예요. 그러니까 부하를 계속 증가하고 증가했더니 결국 δ가 계속 증가하니까 그러다가 90도까지만 서로 얘가 받쳐준단 말이에요. 90도가 넘어가게 되면 기계적인 입력은 커졌는데 얘는 커지지 못하는 그런 상황이죠. 얘를 받쳐주지 못하는 거죠, 그러면 어떻게 돼요? 이 손이 밀리겠죠. 즉 뭐예요? 얘가 더 빨리 돌아버리는 상황이 발생하죠. 그러면 뭐예요? 가속이 되겠죠. 굉장히 빠른 가속이 나타나죠. 그걸 뭐라고 이야기하냐면 뒤에서 동기탈조다라는 표현을 씁니다. 그렇게 되면 다시 얘를 잡아줄 수 있는 상태로 만들지 못하기 때문에 그래요. 그래서 안정적인 운전을 하기 위해서는 이 각을 얼마까지만 허용을 하냐면 90도까지만 허용을 해요. 그러니까 부하 증가하게 되면 이렇게 쭉 기계적 입력이라고 생각해요. 이게 전기적 출력이에요. 이게 부하라고 보면 돼요. 부하하고 기계적 입력하고 맞춰서 안정적인 δ를 유지를 해요. 그러다가 부하가 변동되면 같이 이렇게 증가하면서 맞춰가요. 전기적 출력 그다음에 기계적 입력 올려가면서 계속 맞춰가요, 이렇게 근데 몇 도까지 맞춰가냐면 90도까지는 서로 맞춰가요 계속 그렇게 맞춰가요. 버텨줄 수 있는 힘이 되는 거죠, 전기적 출력이 왼쪽 선이 벽을 만들어줘야 얘가 계속 더 밀어서 에너지를 전달해 줄 수 있는 거죠. 그래서 여기까지 쭉 올라가요. 근데 여기서 90도를 넘어가게 되면 기계적 입력은 계속 올릴 수가 있죠. 근데 전기적 출력은 90도를 넘어가게 되면 더 줄어들어 버리죠. 그러니까 벽이 생성이 안되죠. 그러니까 밀려버리죠. 그러면 어떻게 돼요? 얘는 가속하게 되는, 얘가 밀려서 가속하게 되는 상황이죠. 그걸 뭐라고 그래요? 동기탈조라는 이야기를 해요. 그래서 얘는 문제가 생기는 거죠. 그래서 우리가 안정적인 운전을 하기 위해서는 여기 δ각을 여기서는 토크각이라고 이야기했지만 나중에 이건 상차각이라는 표현을 쓸 거예요. 그래서 대개 이 값을 안정적으로 운전하기 위해서 20에서 30도를 넘기지 않고 운전하는 것이다 라고 이야기하고 있습니다. 이런 것들이 뒤에서 쭉 이야기가 될 겁니다. 그래서 여기에 대한 이야기를 좀 하다보니까 길어졌어요. 근데 앞으로 할 이야기들은 이런 메카니즘들을 이해하고 있으면 그말이 무슨 말인지 금방 이해를 하는 거죠. 무슨 이야기인지 아시겠죠. 그래서 기본적으로 여러분들이 이렇게 생각하세요. 너무 어렵게 생각하지 마시고 기본적으로 부하는 여기의 악력이다. 그다음에 터빈의 기계적인 입력 이게 실질적인 발전력이 되는 거죠. 얘가 얘랑 얘랑 밸런스를 맞았을 때 얘가 일정한 속도로 돌아갈 수가 있는 거예요. 이게 안정 운전이죠. 근데 부하가 증가했다. 즉 악력이 증가했다 그러면 어떻게 돼요? 점점 돌리기가 더 버거워지잖아요. 그러면 뭐예요? 같은 에너지로 돌리다보면 당연히 속도가 떨어지죠. 그러니까 이 돌리는 속도는 바로 뭘로 반영이 된다고요? 전기적 출력으로 반영되는 게 주파수라는 거죠. 주파수가 바로 바뀐다라는 거죠. 이런 것들을 우리가 쉽게 접근하면 빨리빨리 좀 캐치를 할 수 있을 것 같아요. 읽어보도록 하겠습니다. 계통에서 발전기의 전기적 출력과 기계적 입력의 불균형이 발생하면 그 원인은 뭐라고요? 주요가 부하 변동이다, 이렇게 말씀드렸습니다. 발전기의 회전속도의 변동으로 발전기의 회전속도, 여기 이 속도를 말씀드린 거예요. 발전기 회전속도의 변동으로 주파수가 변동이 된다. 얘 회전수가 바뀌면 여기 있는 주파수가 같이 연동이 돼 있는 거잖아요, 그렇죠? 그래서 주파수가 변동된다. 주파수가 변동되는 원인은 이와 같다. 불평형을 만드는 원인들이죠. 부하 변동이 가장 중요한 원인이 된다라고 이야기했습니다. 얘랑 얘랑 같아지지 않는 원인이에요. 얘가 증가하거나 감소하면 일단 불평형이 만들어지는 거죠. 그래서 부하변동이죠. 제철부하가 가장 심각하게 변동하는 거죠. 양으로 따지면 그러니까 짧은 시간 내에 큰 폭으로 변동하는 게 제철부하죠. 전기로에서 사용하는 에너지가 워낙 크다 보니까 이게 가장 큰 이슈가 되는 거죠. 그래서 제철부하가 운영자 입장에서는 가장 부담스러운 부하인 것이죠. 그다음에 전등 부하 등 빈번한 부하개폐로 인해서 주파수 변동은 당연히 발생하는 거죠. 이것이 주요 주파수가 변동이 되는 원인이다라는 것이죠. 그리고 이런 부분도 있죠. 이거는 비정상적인 원인들이죠. 이거는 정상적인 원인이죠. 정상적으로 부하를 사용하다 보면 당연히 나타날 수밖에 없는 것들이죠. 그런 거죠. 근데 2번부터 5번까지는 비정상적인 원인의 예가 되겠습니다. 예를 들어서 발전기들이 수백 대 물려가지고 병렬로 운전하고 있는데 거기서 한 대, 두 대씩 탈락한다. 그럼 어떻게 돼요? 이것도 결국 부하 변동과 비슷한 거죠. 밸런스가 깨지는데 부하는 가만히 있는데 발전력이 떨어진 거잖아요. 이 경우는 기계적 입력이 상대적으로 낮아지는 경우가 되겠죠. 그래서 밸런스가 무너지는 거겠죠. 부하가 대규모로 탈락하는 일이 발생할 수도 있겠죠. 비정상적인 원인에 의해서요. 그다음에 계통의 사고가 발생했다. 3상 단락사고 같은 그런 사고가 발생했다,하면 굉장히 가속하게 될 겁니다. 그다음에 전력설비가 고장나는 그런 원인들에 의해서 여기 불균형이 발생하게 되고 어떤 경우는 주파수가 증가할 수도 있고 어떤 경우는 주파수가 감소할 수 있는 그런 경우에 해당되는 것입니다. 그다음에 부하변동 특성에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 부하변동 특성은 다양한 부하로 구성돼 있다. 수만 가지 부하들이 있는 것이죠. 전등, 동력, 냉방 등 얘네들의 부하들이 순시적으로, 시간적으로 보면 순시적으로 그다음에 시간적으로, 계절적으로 끊임없이 변동하는 특성을 가지고 있다. 맞는 말이죠. 그래서 이걸 구분하면 순시적, 시간적, 계절적인 끊임없는 변동 특성이라고 돼 있는데 이걸 조금 더 약간 의미 단위로 구분하면 이렇게 구분할 수 있다는 거죠. 초 단위, 분 단위의 변화가 있고요. 그다음에 시간 단위로 일어나는 변화 그다음에 월 단위, 계절 단위 변화 그다음에 매년 수요의 증가 이런 식으로 부하변동을 시간 단위로 쪼개서 볼 수가 있단 이야기죠. 점점 시간의 범위를 넓혀서 보는 것이죠. 이런 것들이 초 단위, 분 단위가 모여서 시간 단위가 되고 시간 단위가 모여서 월 단위, 계절 단위가 되고 월 단위, 계절 단위가 모여서 매년의 수요증가 이렇게 되는 거죠. 이게 누적돼서 이런 결과로 나타나는 거죠. 이거에 대해서는 참조자료로 제가 설명해 드리도록 하겠습니다. 이것은 참조자료를 활용해가지고 설명을 드려보도록 하겠습니다. 여기는 일간 부하변동이 됩니다. 그래서 시간에 따라서 부하변동을 표시해 주는 게 일 부하곡선이 됩니다. 이건 우리가 매일같이 어디서 늘 확인할 수가 있냐면 전력거래소 홈페이지에 가면 오늘 사용하고 있는 양이 정확히 그래프로 그려지겠죠. 어제 사용하는 양과 오늘 사용하는 양을 오버랩해서 보여주고 있죠. 그래서 그런 것들 보면 어떻게 변하고 있는지 체크할 수 있죠. 그래서 이런 패턴을 가지고 있죠. 그래서 여기는 새벽이니까 전기를 많이 안 쓴 거고 그다음에 아침이 되면서 좀 썼고 그다음에 밥 먹는 시간엔 좀 줄어들었고 그다음에 다시 오후 시간에 늘어났다가 다시 부하가 감소하는 그런 형태가 우리나라 일반적인 형태죠. 그래서 시간 단위로 쪼개보면 이렇게 한번 봐 볼게요. 이렇게 미세한 변화가 있겠죠. 그럼 이거는 뭐라고 표현했냐면 초, 분 단위 변화라고 이렇게 이야기할 수가 있죠. 이게 계속 이렇게 변하고 있겠죠. 수시로 불규칙하게 전등을 켰다 꼈다, 다양한 부하들도 꼈다 켰다 하면서 나타나는 아주 미세한 변화분이 있겠죠. 그래서 이 표현을 초 단위, 분 단위 변화다라고 여러분들이 이해를 하시면 될 것 같습니다. 이거는 뭐에 의해서 그래요? 그냥 단순하게 빈번한 부하개폐가 나타난다는 거죠. 꼈다 켰다 계속하니까 이런 일들이 벌어지죠. 근데 여기서는 평균선만 쭉 그어 놓은 거죠. 그래서 이제 이것이 굉장히 중요한데요. 우리가 다룬 내용 중에서 이거는 뭐냐면 주파수제어 주파수제어의 대상이 됩니다. 우리가 앞으로 주파수 제어에 대한 이야기를 할텐데 주파수가 바뀌는 원인은 부하가 변동되기 때문에 그런다고 이야기를 했잖아요. 그러니까 얘네들이 주요 주파수 변동의 원인이라고 했잖아요. 그러니까 얘가 주파수제어의 주요 대상이 된다 라고 보시면 되겠습니다, 이거요. 그다음에 두 번째 시간 단위가 좀 더 확대된 거죠. 시간 단위죠, 시간 단위는 이걸 보면 되죠. 일간을 보면 되죠, 일간을 시간 단위로 보게 되면 이런 패턴을 가지고 변한다는 것이죠. 나라마다 계절 별로 좀 차이가 나겠죠. 우리나라 같은 경우는 이런 패턴이 나타나고 있다 라고 이야기합니다. 겨울을 보면 겨울이 이렇게 생겼죠. 겨울이 이거죠, 겨울이 이거고 여름 한번 봐 볼까요? 여름은 어떤가요? 여름은 이 색깔이니까 이거죠. 오히려 요즘은 우리나라 같은 경우에 겨울에 전력을 더 많이 사용하고 있는 때죠. 난방이 훨씬 더 많이 사용되고 있는 그런 부분이죠. 냉방보다 난방이 더 많이 사용되고 있는 거죠. 새벽에도 틀어야 되죠, 그렇죠? 일 단위 패턴들은 계절 별로 좀 차이가 많이 난다. 이렇게 보시면 될 것 같습니다. 봄, 가을은 좀 비슷한 패턴을 가지고 있는 것 같고요. 우리나라 같은 경우에 그래서 이걸 크게 보면 시간 단위라고 볼 수 있죠. 시간 단위의 변화인데 시간 단위의 변화는 뭘로 대응하냐면 초 단위, 분 단위 변화에 대한 발전소 측에서의 대응은 뭐냐면 주파수제어를 통해 가지고 얘를 처리를 합니다. 주파수제어하면 뭐냐면 AGC입니다. 자동발전제어입니다. 자동발전제어를 통해 가지고 얘를 대응한다라고 보시면 됩니다. 구체적으로 조금 더 설명을 드리도록 할게요. 이 부분이 앞으로 구체적으로 계속 설명하게 될 대상이다 라고 보시면 되겠습니다. 그다음에 시간 단위의 변화에 대해서는 뭘로 대응을 하냐면은 하루 전에 발전기 기동과 정지계획을 세웁니다. 그러니까 하루 전에 발전기 이런 패턴들이 어느 정도 예상이 되지 않습니까? 그래서 그런 걸 예측하는 프로그램들이 있어요. 그래서 하루 전에 그걸 예측한 다음에 그다음에 어떤 발전기들을 사용할 것인지를 결정해서 시간대 별로 어떤 발전기를 사용할지 계획을 세운다는 거죠. 그래서 발전기의 기동과 정지 계획을 세운다는 이야기예요. 이 시간대에는 어떤 발전기들이 투입되려고 할 것인지 계획을 세우고 나서 물론 정확하게 들어맞지는 않겠죠. 그래서 이 시간대에 들어가기로 한 발전기가 있었다고 그러면 발전기를 켜고 그다음에 오토모드로 돌려서 뭐냐면 AGC로 운전하고 대응을 한다 그렇게 보시면 되겠습니다. 그래서 발전기들을 원하는 시간대에 이제 해당하는 시간대에 투입을 해가지고 여기 같은 경우 여기에 투입을 하게 되면 여기요. 여름 잠깐 보면 여기는 투입이 되고 여기는 일부가 정지가 되고 다시 투입하고 정지가 되는 그런 순서대로 쭉 계획을 한다는 이야기예요. 그리고 나서 아주 미세한 양들은 AGC로 자동모드로써 그런 것들을 제어해 나간다는 뜻이 되겠습니다. 그래서 출력을 좀 더 증가시키거나 감소시키고 그런 영역은 AGC를 처리한다고 보시면 될 것 같습니다. 그다음에 월 단위, 계절 단위 변화에 대해서 보겠습니다. 월 단위, 계절 단위는 이렇게 한번 봐 볼게요. 연간 부하변동이라는 그래프로 볼게요. 이거는 월 단위, 계절 단위예요. 월 단위, 계절 단위는 이렇게 변동하는 특성을 가지고 있겠죠. 겨울에 난방 때문에 좀 많이 쓰고요. 그다음에 여름에는 그렇죠, 냉방 때문에 많이 쓰고 이게 누적되면 이거라고 보면 되겠죠. 기본부하 추세선이라고 그래 가지고 일반적으로 지금까지 이런 패턴으로 왔죠. 부하가 감소하는 쪽으로 가는 게 아니라 전반적으로 이렇게 증가하는 쪽으로 계속 유지되어 왔죠. 지금까지는 그래서 기본적으로 이렇게 증가한다. 그래서 매년 수요는 이런 식으로 누적이 되는 거다. 이런 패턴으로 매년에 대해서 이렇게 증가하는 패턴으로 나올 거란 이야기가 되겠습니다. 이런 거 같은 경우 월 계절에 대한 단위의 변동에 대해서는 뭘로 대응을 하냐면 연간 발전계획을 수립해서 이걸 대응한다라고 보시면 될 것 같습니다. 그다음에 매년 수요증가를 보도록 하겠습니다. 매년 수요증가는요. 아까 월 단위, 계절 단위 변화가 누적되면 그게 증가냐 감소냐 결정이 되겠죠. 근데 지금까지는 이렇게 매년 수요는 증가하는 쪽으로 왔습니다. 이런 식으로 그래서 매년 수요증가에 대한 부분은 뭘로 대응을 하냐면 발전설비 계획을 세워 가지고 대응을 합니다. 이건 뭐냐, 어디에서 실제 다루게 되냐면 전력수급기본계획에서 다룹니다. 이게 장기계획이죠 15년씩 끊어가지고 계속 2년에 한번씩 업데이트하고 있죠. 지금은 9차죠, 9차 전력수급기본계획 플러스 15년을 하는 거죠. 당해에서부터 해 가지고 이걸로 해서 우리가 발전계획을 세우게 되는데 그러려면 우리가 먼저 수요를 예측을 합니다. 매년 어떻게 수요가 증가할 것인지를 예측한 다음에 그다음에 기존설비하고 신규설비를 봐야 되겠죠. 그래서 기존설비들은 시간이 지나면 이런 식으로 없어지는 부분도 있죠. 그걸 감안해서 수요보다는 발전량이 커야 되니까 새롭게 건설해야 되는 발전량이 결정이 되겠죠. 그래서 매년 어떤 식으로 발전소를 건설해 나갈 것이냐 어떤 종류의 발전소를 건설해 나갈 것이냐 이런 걸 결정하는 것이 바로 전력수급기본계획이라고 보시면 돼요. 그래서 이거는 자꾸 환경이 바뀌어 나가기 때문에 한번 15년 계획을 세워놓고 그대로 가는 게 아니라 2년마다 한번씩 계속 15년씩 업데이트를 해서 변하는 환경에 맞춰서 발전계획을 새롭게 수립해 나간다. 물론 그때그때마다 뭐도 새롭게 해 나가고요? 수요예측도 새롭게 하고 매년 해보면 틀리잖아요, 그렇죠? 그래서 오차가 나는 걸 다시 수정해서 어떤 부분 때문에 오차가 났는지를 서로 논의하고 그래서 수요도 새롭게 정의를 다시하고 그다음에 발전계획도 새롭게 한다라고 보시면 되겠습니다. 다시 이제 제자리로 돌아왔습니다. 그래서 부하변동 특성에 보면은 이렇게 순시적, 시간적, 계절적으로 이렇게 순시적인 게 쌓여서 시간적이 되는 거고 시간적인 게 쌓여서 일이 되는 거고 하루하루가 쌓여서 월, 계절 단위 그다음 연 단위죠. 이렇게 쭉 확대되어 가는 거죠. 이렇게 끊임없이 변동하는 특성을 가지고 있다. 그걸 조금 더 의미 단위로 나눠 놓은 거죠. 초 단위, 분 단위의 변화는 일반적인 어떤 빈번한 부하 사용이죠. 이것이 우리가 말하는 주파수 변동의 주요 원인이고 우리가 다룰 주파수제어의 주 대상이 된다. 이렇게 보시면 되겠습니다. 그래서 이 내용이 굉장히 중요한 내용이 되고요. 시간 단위에 대한 변화는 일 부하곡선을 바라보면서 대응한다라고 보시면 되겠습니다. 요건 하루 전에 발전기 기동, 정지 계획을 세워서 대처를 하게 된다. 그다음에 월 단위, 계절 단위 같은 경우는 연간 발전계획을 세워서 대처를 한다는 것이죠. 그다음에 매년 수요증가에 대해서는 장기 전원개발 계획을 세워서 대처한다 그랬죠. 그래서 이게 뭐예요? 장기 전원개발 계획이 전력수급기본계획이죠. 전력수급기본계획이 장기계획이죠. 15년간 계획을 세워 가지고 대응을 하는 것이죠. 그래서 제일 먼저 하는 것은 뭐예요? 수요가 늘 것인지 줄 것인지를 예측하고 그거에 대해서 대응한다. 그렇게 보시면 되겠습니다. 그다음에 여기 부분은 앞에서 본 시간 단위로 구분을 해 놨는데 그중에서 주파수제어의 대상이 되는 부하변동에서만 좀 더 구체적으로 나눠 놓은 거다라고 보시면 될 것 같아요. 그러니까 초 그다음에 분 단위에 변화를 구체적으로 나눠 놓은 거죠. 우리가 다룰 대상은 이 부분인 것이죠. 그래서 부하변동이 이런 식으로 나타난다고 그러면 이 성분들을 이렇게 쪼개서 볼 수가 있다라는 거죠. 미소변동 성분, 단주기, 장주기 성분도 이렇게 나눠서 볼 수가 있다라는 거죠. 기본적으론 시시각각 바뀌는 그런 부하죠. 우리가 불을 꼈다 켰다, 굉장히 불규칙하죠. 그런 것들에 대한 미소변동 성분이 여기에 들어가 있다 라고 보는 거죠. 시시각각 불규칙으로 변하는 그런 부하 그다음에 어떤 부하들은 패턴을 가지고 사용하는 부하들도 있겠죠. 그런 것들은 일정 주기를 가지고 변동하는 부하 이렇게 구분을 할 수 있을 것이고 얘네들이 시간을 더 두고 봤을 때 올라갈 수도 있고 또 내려갈 수도 있는데 증가하는 방향으로 지금까지 왔으니까 이거는 장주기 시간을 더 두고 누적으로 봤을 때는 얘네들이 상승하는 쪽으로 가더라 이런 것들이죠. 그래서 이 세 가지 성분이 합성돼서 이렇게 실질적인 부하변동이 구성이 되더라는 거죠. 이것은 뭐냐면 주파수제어에 대상이 되는 그런 시간적 부하변동을 가지고만 분류를 해봤다 라고 보시면 돼요. 앞에서 구분해 왔던 초 단위, 분 단위의 변화를 세분화해서 봤다라고 생각을 하시면 될 것 같습니다. 시간 관계는 대략적으로 이런 관계로 규약을 해 놨습니다. 그래서 이런 변동에 대해서 결국 부하가 증가하는 쪽만 한번 고려를 해볼게요. 이런 부하의 증가에 대해서 결국 발전력이 그거에 대응해서 맞춰줘야 되는 부분이 생기겠죠. 결국 부하가 증가했다 그러면 압력이 증가하는 거잖아요. 그러면 터빈의 기계적 입력이 그대로 유지되는 상태라면 속도가 점점 떨어지고 계속 떨어지겠죠. 그러면 주파수가 어느 한계점까지 떨어지게 되면 어떻게 돼요? 터빈이 망가지죠. 우리가 앞에서 그걸 배웠습니다. 그래서 어느 주파수 이하로 떨어지면 바로 보호를 해줘야 될 대상이 된다 라는 이야기도 드렸습니다. 그래서 결국은 뭐냐면 여기에 추가적인 에너지가 가압이 되죠. 즉 더 세게 돌려줄 수 있어야 되는데 그러면 어떻게 그걸 시간에 따라서 감당을 하느냐 그게 바로 제어 분담이라고 보시면 되겠습니다. 결국 주파수를 갖다가 이 회전 속도를 맞춰주는 그 자체가 주파수 제어다라고 보시면 돼요. 그래서 속도가 더 떨어지지 않도록 기계적인 입력을 맞춰준다. 그게 바로 주파수 제어죠. 그래서 주파수 제어에 대한 분담을 시간에 따라 하게 돼요. 시간과 부하변동량에 따라서 하게 되는데 초기에는 시간을 수초에서 10초까지 이야기를 했는데 초기에는 발전기의 출력을 인위적으로 증가시킬 수가 없죠. 그래서 가장 초기에는 계통의 관성 어차피 계통 자체가 발전기들은 회전하고 있기 때문에 기본적으로 관성 에너지를 가지고 있죠. 그거에 의해서 일부분 감당하는 부분이 있고요. 그다음에 부하의 자기 제어성이라는 게 있어요. 부하가 증가한다, 우리가 증가하는 쪽만 보자고 했잖아 감소하는 쪽은 크게 문제가 안되니까 부하가 증가한다 그러게 되면 주파수는 낮아지게 되죠. 주파수가 낮아지게 되면 어떻게 해야 돼요? 사용 전력이 떨어지게 돼요. P=ωT니까 기본적으로 주파수가 떨어지게 되면 소비전력이 낮아지게 돼요. 기본적으로 주파수가 1% 떨어지면 소비전력은 3% 정도 줄인다고 이야기해요, 전동기 같은 경우 물론 비전동기 부하 같은 경우 변동이 없겠죠. 근데 전동기 부하가 거의 계통의 한 70% 이상이 되니까 70% 이상이 되니까 주파수가 1% 떨어지면 소비전력을 한 2% 정도 줄인다라고 보면 돼요. 자기는 3%지만 100%는 아니니까 자기가 그러니까 한 2% 정도 자기가 부하를 줄여준다. 줄어드는 것은 뭐예요? 거꾸로 보면 발전력을 높이는 것과 상대적으로 같은 이야기죠. 부하를 스스로 줄인다는 것은 뭐예요? 발전기 입장에서 보면 발전력을 올리는 거랑 같은 효과가 나타나는 거죠. 그 두 효과에 의해서 초기에는 감당한다 라고 보시면 되겠습니다. 그다음에 뭐가 나타나면은 가버너프리(governor free), 조속기 자유운전을 하게 됩니다. 조속기 자유운전을 통해 가지고 뒤에서 배울 발전기마다 속도 조정률이라는 걸 정해 놨죠. 속도 조정률이라는 걸 정해 놨죠. 어떤 발전기는 속도 조정률이 5% 어떤 발전기는 4%, 이렇게 잡아 놔요. 그래서 그 속도 조정률에 따라 가지고 자기가 알아서 스스로 출력배분을 하게 됩니다. 그래서 나는 얼마를 늘릴 거야 주파수가 얼마 떨어지면 나는 얼마를 올릴 거야 이게 이미 정해져 있다는 거예요. 그게 바로 속도 조정률이거든요. 그래서 자기가 정해진 속도 조정률에 따라 가지고 알아서 누군가 제어를 하는 게 아니예요. EMS에서 제어하는 부분이 아니고 발전기 스스로 알아서 조속기 자체의 특성으로 제어를 한다라고 보시면 되겠습니다. 그거에 의해서 조정을 한다. 그래서 시간적으로 보면 가버너프리가 가장 먼저 들어오는 거죠, 제어력으로 의도적인 그래서 인위적인 제어는 조속기 자유운전이 붙어서 실질적으로 출력이 증가하는 거죠. 발전기 출력은 여기서 증가해서 올라가는 거죠. 이거는 대개 어떤 저속기를 사용하느냐에 따라서 수초 이내에 동작을 하기도 하고 좀 더 느려지기도 하고 그렇습니다. 기계식 조속기를 쓰냐 아니면 전기식 조속기를 쓰냐에 따라서 조금 더 빨리 반응하기도 합니다. 그래서 기본적으로 10초까지는 가지 않고 수초 이내에는 조속기 자유운전이 시작된다 라고 보시면 될 것 같습니다. 조속기 자유운전 그다음에 어떤 시간대에 변동폭이 더 큰 부하변동에 대해서는 AGC, 자동 발전제어가 들어갑니다. 여기는 좀 더 자동 발전제어의 영역이라고 보시면 돼요. Automatic Generation Control 입니다. 자동 발전제어를 하게 됩니다. 여기는 전부 다 EMS에 의거한다. 전력거래소에 있는 EMS에 의해 가지고 철저하게 계산된 값으로 발전기의 출력을 조정하도록 여기서 명령을 하는 거죠. 그러니까 EMS에서 제어한다고라고 보시면 되겠습니다. 그래서 중앙에서, 여기가 중앙이죠. 전력거래소 EMS가 중앙이라고 봅니다. 중앙에 센터에서 '너 얼마, 너 얼마 올려' 이렇게 정해주는 거죠. 그러다 보니까 암만해도 초기에 작용하긴 어렵고 조금 더 2, 3분 정도 흘렀을 때 그 이후에 주로 동작한다 라고 보시면 되겠습니다. 그리고 좀 더 길고 큰 변동분에 대해서는 ELD가 작용한다. 즉 경제부하배분이죠. 그러니까 이게 AGC의 일부인데 발전기의 출력을 배분하는데 있어 가지고 일단 부하의 크기만큼 출력을 맞춰주자라는 부분도 있겠지만 뭘 고려하자는 부분이에요? 여기서는 경제성까지도 고려하자 어떤 발전기는 연료비가 좀 높은 발전기도 있고 어떤 발전기는 연료비가 싼 발전기가 있으니까 안정성의 문제가 없는 한 경제성이 있는 부하배분을 하도록 하자 그러니까 좀 연료비가 싼 발전기의 출력을 끌어올리는 그런 쪽으로 하자는 이야기가 되겠습니다. 그래서 이런 거까지 고려한 출력부하배분 ELD다 라고 보시면 될 것 같습니다. 그래서 이런 식으로 주파수 제어 분담을 한다는 이야기죠. 즉 이렇게 시간에 따라 가지고 분담 작용하는 것들의 내용이 다르단 이야기예요. 그래서 가장 빨리 작용하는 것들 순서대로 보면 이와 같습니다. 이게 굉장히 중요한 내용이고 이거 가지고 계속 이야기를 하게 될 것입니다. 부하 변동시에 주파수 변화의 시간적 변화를 한번 보도록 하겠습니다. 물론 이런 것들을 뒤에서 계속 반복적으로 이야기할 거예요. 60Hz, 지금 60Hz로 운전을 하고 있다고 가정을 해봐요. 여기서 부하가 증가됐어요. 그러면 주파수가 쭉 떨어질텐데 초기에는 뭐가 작용을 해요? 그 부하분담에 대해서 악력이 증가했어요. 그러면 당연히 속도가 떨어지겠죠. 그러니까 이거에 대해서 여기에다가 증가시켜줄 뭔가 요소가 있어야 될 거 아닙니까? 첫 번째 요소가 뭐가 된다고요? 부하의 자기제어성이요. 플러스 계통의 관성이 작용한다. 굉장히 빠른 시간대에 작용하는 부분이다라고 보시면 되겠습니다. 두 번째는 수초 내에 등장한다라고 보시면 될 거예요. 수초 내에 가버너프리가 등장한다라고 보면 돼요. 이거는 뭐예요? 조속기 자유운전이죠. 이거는 EMS에서 컨트롤하는 게 아니라 발전소 자체에서 한다라고 보시면 됩니다. 발전기 자체에는 조속기에 이미 정해진 속도 조정률이 있습니다. 그거에 따라서 자기들끼리 알아서 출력 배분을 합니다. 1번부터 100번 발전기가 있다 그러면은 거기에 자기 속도 조정률에 맞춰 가지고 부하변동분을 서로 출력한다라고 보시면 돼요. 그러니까 이때 발전기의 실질적으로 인위적인 발전기의 출력의 증가가 나타난다라고 생각하시면 됩니다. 그래서 안정한 속도를 맞춘다. 그러니까 이거 가지고는 못 맞추겠죠. 이거 가지고는 절대적으로 못맞추고 내버려두면 이게 동작을 안한다 그러면 계속 떨어질 겁니다. 물론 얘가 작용함으로써 얘가 떨어지는 시간을 조금 늦출뿐이지 계속 떨어지겠죠. 그래서 어느 한계 주파수 이상 되면 어떻게 돼요? 걔는 차단해야 되죠? 터빈 망가지니까 그런 상황이 되지 않게 하기 위해서 발전기들이 출력을 올려서 이 악력에 해당하는 이 기계적인 입력을 맞춰줘야 되겠죠. 근데 한 대로 하는 게 아니라 수백 대의 발전기로 하다 보니까 각각 발전기 별로 속도 조정률에 따라서 나는 얼마, 너는 얼마 이런 식으로 쭉 나눠서 그 출력량을 맞춰 준다는 이야기입니다. 그래서 새로운 속도로 안정한 속도를 만듭니다. 이때 중요한 거는 뭐냐면 절대 이 속도 여기서 3600rpm으로 돌아가고 있었다고 봐요. 그러면 이때는 3600rpm은 아니잖아요. 속도는 약간 낮지만 서로 밸런스는 맞췄다는 이야기죠. 즉 기계적인 입력과 전기적 출력을 다시 맞췄다는 이야기예요. 여기서는 주파수는 정확하게 맞추지는 않습니다. 이거는 조속기를 어떤 조속기를 쓰느냐에 따라 다른데 우리가 사용하는 조속기는 조속기는 두 가지 종류가 있어요. 정속도 조속기라는 게 있고 수하특성 조속기라는 게 있어요. 이걸 Droop 특성이라고 이야기를 하죠. 두 가지 특성의 조속기가 있는데 우리는 대개 이런 걸 써요. 정속도 조속기 같은 경우는 여기를 조속기로 바로 맞춰 버립니다. 근데 이런 거는 한 대 발전기로 사용이 될 때만 쓰는 거고 우리는 수백 대의 발전기로 주파수를 제어하다 보니까 수하특성을 가지고 적용을 합니다. 그렇다 보니까 여기는 기본적으로 주파수 오차가 있어요. 주파수 오차가 있는 상태에서 안정한 회전 속도를 만듭니다. 일단 그렇게 만들어요. 그래서 이 가버너프리 단계에서는 안정한 속도로 만들어서 운전을 할뿐이지 주파수 회복까지는 하지 않아요. 이 단계는 급한대로 빨리 밸러스만 맞춰 놓는 거죠. 그래서 1차적인 안정 운전을 취하는 게 바로 가버너프리다 라고 생각을 하시면 되겠습니다. 근데 우리가 원하는 주파수가 있잖아요. 운전 주파수가 60Hz가 원하는 주파수야 그러면 이걸 회복하는 운전을 뭐라고 하냐면 AGC다 그래요, 자동발전제어다라고 이야기를 해요. 이거는 뭐냐면 EMS에서 중앙에서 발전기를 다 다시 새롭게 컨트롤합니다. 그래서 어떤 발전기 출력은 더 올리고 이렇게 새롭게 계산한 값에 의해 가지고 그다음에 변동폭이 크고 더 장주기 성분에 대해서는 뭐까지 고려한다고요? 경제성까지 고려해서 출력배분을 한다고요. 그래서 철저하게 계산된 값에 의해 가지고 EMS에 의해서 계산된 값에 의해 가지고 어떤 발전기 출력들을 재분배하는 거죠. 재분배해 가지고 결국 주파수를 회복하는 운전이 바로 AGC다라고 보시면 되겠습니다. 첫 번째 시간으로 우리가 전력계통의 주파수 변동의 원인을 이야기하면서 다양한 이야기들을 많이 했습니다. 전력계통을 앞으로 이야기하면서 말할 개요를 여기서 대부분 풀어놨다라고 보시면 될 것 같습니다. 그래서 굉장히 중요한 개념이죠. 우리가 아주 세부적인 것들을 막 보면 안돼요. 전체적인 개념을 이해하고 나서 세부적으로 들어갔을 때 의미가 생기는 거지 자꾸 세부적인 것들만 먼저 보다 보면 오해가 된 상태에서 그 내용을 이해할 가능성이 매우 높다. 그래서 전체적인 컨셉을 이해하고 우리가 안으로 들어갔으면 좋겠다는 그런 생각이 듭니다. 그러면 또 다음 시간에 뵙겠습니다.