발전기 여자시스템 (Generator Excitation System)
쉽게 풀면
동기발전기는 회전자에 전류를 흘려 자기장을 만들고, 이 자기장의 세기가 발전기가 내보내는 전압을 좌우합니다. 여자시스템은 이 회전자 전류를 얼마나 흘릴지 조절하는 장치로, 자동전압조정기가 단자 전압을 측정해 목표값과 비교하면서 계자 전류를 계속 조정합니다. 전압을 일정하게 유지하는 일과 계통에 무효전력을 얼마나 공급할지가 모두 여기서 결정됩니다.
왜 중요한가
계통 전압 유지의 일차적인 수단이자, 고장 직후 발전기가 동기를 잃지 않고 버티는 능력에 직접 영향을 주는 설비입니다. 여자기의 응답이 빠를수록 과도 안정도가 개선되지만 동시에 저주파 진동을 키울 수 있어, 전력계통 안정화 장치를 덧붙여 감쇠를 보강하는 것이 표준 구성이 되었습니다. 그래서 계통 안정도 연구에서 발전기 모형과 함께 반드시 모형화됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
빠른 여자 응답이 유발할 수 있는 진동을 보조 제어로 보완한 대표적인 구성입니다.
조금 더 깊게 보면
여자 전력을 얻는 방식에 따라 직류 여자기형, 교류 여자기형, 발전기 단자에서 변압기와 정류기로 직접 얻는 정지형으로 나뉘며, 정지형은 응답이 매우 빠른 대신 고장으로 단자 전압이 낮아지면 여자 능력도 함께 떨어지는 특성이 있습니다. 제어 루프에는 과여자·부족여자 제한기, 계자 전류 제한, 전압/주파수 제한 같은 보호 기능이 포함되어 발전기 운전 가능 영역을 벗어나지 않게 합니다. 자동전압조정기의 이득을 높이면 전압 유지와 과도 안정도는 좋아지지만 회전자 진동의 감쇠가 나빠지므로, 회전자 속도나 전력 편차를 입력으로 받는 안정화 장치가 보조 신호를 더해 감쇠를 회복시킵니다.
주의할 점
여자 제어는 단자 전압과 무효전력을 다루며, 유효전력과 주파수는 조속기와 원동기 측에서 조절합니다. 두 제어 축을 혼동하면 계통 해석에서 잘못된 결론에 이릅니다. 부하시탭전환기 제어도 전압을 다루지만 변압기 권선비를 바꾸는 훨씬 느린 수단이라는 점에서 역할이 다릅니다.