부하분담(Droop) 운전 및 속도제어

발전기가 계통에 연결되어 실제(터빈)속도와 속도기준신호(Speed Reference)의 차에 비례하여 기준신호를 변화시켜 계통에 연결된 터빈이 일정한 출력하에 계통주파수를 유지하도록 제어한다.

1) 부하분담 (Droop) 운전-1

부하분담 즉 "Droop=수그러지다, 늘어지다. 시들다, 쇠약해지다"라는 뜻을 가지며, 일반 발전기 차단기가 계통에 투입되면 발전기속도는 동기 속도로 비교적 일정하게 유지되고, 연료량을 무부하 정격속도 유지에 필요한 양보다 많이 공급하면 속도가 증가하는 것이 아니고 발전기 출력이 상승하게 된다. 이와 같이 속도제어 Roop는 실제 부하제어루프로 작용하며, 속도기준 신호는 결국 원하는 부하신호가 되는 셈이다.

발전기를 병렬운전하기위해서 발전기의 용량에 따른 출력(KW)을 비례적으로 분담하기 위하여 Droop을 일정하게 설정한다.

만일 상호간의 Droop이 상이하면 주파수의 변화에 따라 발전기의 출력이 용량에 비례하여 증가하거나 감소하지 않아서 한 발전기는 과부하임에도 불구하고 다른 발전기는 출력을 내지 못하게 된다.

전력계통이 과부하가 되면 주파수가 떨어지므로 제어시스템에서는 Droop 설정치에 비례해서 연료 제어기준 신호를 증가시켜준다.

모든 Unit의 Droop 설정치가 같으면 부하증감을 균등히 분담하게 되며 이러한 특징이 Droop 운전방식의 가장 큰 장점이다.

예를 들어 드룹 설정치를 4%로 하면 속도가 1%만 변해도 정격부하의 25%에 해당하는 연료량을 변화 시켜 순간적인 변화에 신속하게 응동하여 계통주파수 유지에 도움을 준다.

가스터빈의 경우 일반적으로 4% Droop 에 설정되며, 104% 설정치 와 설계 대기온도에서 정격부하를 내는 연료제어 기준신호를 발생시키도록 조정된다.(복합화력실무 삼천포연수원 P152) 

그림(생략)에서  A, B 2대의 발전기가 병행운전하고 주파수가 f1에 양자가 각기 a1, b1의 부하를 감당하고 합계 a1+b1= l1으 부하고 운전되어 있을 경우 부하가 L1으로부터 L2로 변화하면 주파수는 f1에서 f2로 변화하여 부하분담은 a1, b2로 되어 합계 a2+b2=l2로 평행한다.이와 같이 수하특성 즉 Droop을 갖게 하면 병행운전하도록 간단히 부하분배를 자동적으로 행하게 되나, 한편 주파수는 f1에서 f2로 운전되므로 회전속도를 일정하게 하기 위하여 조속기 특성을 나쁘게 한다. 그래서 조정율은 영으로 가까이하는 것이 좋으며, 영으로 하면 어느점에서도 안정된다. a2+b2=l2의 그대로 하고 f2에서 f1으로 돌아오기 위해 조속기 외부에서 조정조작을 가한다.(OHM 2000년 3월 page 75)

2) 부하분담 -2

Governer 특성은 적절한 Load-sharing이 가능하여야 하며, Droop 특성이 통상 3-5%의 범위내에서 실 제조정은 5%로 한다.

Droop mode에서의 운전이란 발전기가 전력계통에 연결되어 운전작자에 되는 상태를 말하며, 발전기의 속도는 전력계통의 발전기의 속도는

조정되지 않고 계통의 주파수에 따라 운전된다 (만약 Droop mode가 안되면 계통의 주파수가 낮아질경우 이를 추종하게되면 발전기는 출력이 증가되게 되므로 과부하운전이 되게됨) 일단 계통에 병입되면 터빈의 회전수는 전력계통의 주파수에 의존되나 , 발전기는 출력만 조정할 수 있는 능력만 갖게되어  운전자의  발전기 출력 Setting 치에 따라 일정한 출력을 내게된다.(Westing House Gas Turbine 251B manual)

* Droop, Speed Drop, Regulation은 No load 에서 Full load 까지의 엔진(또는 터빈)의 속도의 관련을 나타내는 식은 다음과 같이 표시된다. 

%Droop = Speed at no load - Speed at full load × 100/ Speed at full load  (여기서: Speed at full load=즉 정격출력에서 부하차단을 했을 때를 말함)

(Cataterpillar Generator sets Application and Installation Guide page 80)