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제 목 : 송전계통 신뢰도 높이기 위한 기술 - 전기신문 PMU 기사 - PQube3에서 지원

글쓴이 : 관리자 등록일 : 2016-04-23 07:44 조회 : 24280

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MIT 2030 전력그리드의 미래 (2)송전망 및 계통 운영의 고도화

대정전 겪은 미국, 송전계통 신뢰도 높이기 이해 다양한 기술 적용

[ 해당기사 PDF | 날짜별 PDF ]

2003년 미국 북동부 정전당시 뉴욕시 모습. (자료제공:에듀넷)

송전계통의 신뢰도는 현재는 물론, 앞으로도 송전 계획수립과 운영에서 중요한 제약요인이 되겠지만 정확한 측정이 어려운 문제점이 있다. 미국의 송전망 신뢰도가 직면한 문제는 정전의 예측과 예방, 환경영향을 최소화하는 송전용량 증대, 그리고 풍력, 태양열 등을 연계하기 위한 전력망의 운영개선이라 할 수 있다.

미국에서 대규모 정전은 거의 발생하지 않았지만, 광역 정전은 경제적, 사회적으로 매우 심각한 결과를 초래했다. 북미 역사상 가장 큰 대규모의 정전은 2003년에 발생했으며, 북동부 8개 주와 온타리오 주의 소비자 5000만 명이 영향을 받았다.

그 다음 규모는 1965년에 발생한 정전으로 3000만 명의 소비자들에게 영향을 주었다.

이 두 정전은 모두 매우 사소하고 국부적인 문제가 계통을 불안정하게 만들어, 이후 훨씬 더 넓은 지역으로 파급돼 영향을 미친 일련의 연쇄 고장의 결과였다. 이러한 광역정전 예방을 위해선 전력계통의 상태에 대한 모니터링이 필요하다.

이를 위한 광역계통 감시시스템(WAMS)은 측정장치, 통신망, 시각화 소프트웨어로 구성되며, 이 시스템의 가장 중요한 기술은 위상측정장치(PMU) 기술이다. PMU는 변전소, 발전소, 그리고 도시와 같은 전기사용량이 집중된 지역에서 전압과 전류 특성을 실시간으로 측정하는 장치로 전력계통의 주파수 및 기타 수치들도 함께 측정된다. 이들 통해 계통 전체를 흐르는 순간적인 전력조류를 계산할 수 있다. PMU의 이점을 완전히 실현하기 위해서는 PMU 데이터를 종합하고 분석해 유용한 정보를 제공해 주는 소프트웨어 프로그램이 절대적으로 중요하다. 프로그램 개발을 위해서는 최소 수 년에 걸쳐 기준 위상각 데이터를 수집해야 하며, 그 결과가 공유되어야 하지만 위상각 경보 프로그램은 현재 소수의 전력계통에서만 이용되고 있다.

정치적 이유와 환경 정책으로 인해 송전선로 건설이 어려워지면서 송전용량을 증대시킬 수 있는 기술에 관심이 높아지고 있다. 송전선로의 용량증대 기술에는 초고압 교류와 고압 직류송전(HVDC), 고압 송전 오버레이, 지하 케이블, 초전도 기술이 포함된다. 대규모 신재생단지처럼 부하 밀집지역과의 멀리 떨어진 경우에 직류송전이 경제적으로 매력적인 대안이 될 수 있다. 특히 전압형 컨버터(VSC)는 유연한 제어를 통해 계통의 안정성을 개선시키고 원거리 신재생 발전의 계통연계를 용이하게 해줄 수 있는 기술이다. 최근 들어, 기존 선로에 초고압 송전망을 덧붙이는 송전 오버레이 기술을 적용하려는 시도가 이뤄지고 있다. 하지만 최적 오버레이 전력망의 특징적 요소, 비용 등에 관한 부분은 불확실한 상태이다. 초전도 케이블 기술은 기존 송전선로에 케이블만 교체함으로써 송전용량을 높일 수 있어 도심지역과 같이 기존 방법으로는 선로 확장비용을 감당하기 어려운 지역에서 매력적인 대안이 될 수 있다.

앞의 기술들과 달리 PMU 활용 및 동적 송전허용용량(DLR) 시스템은 선로건설 없이도 송전용량을 증대시킬 수 있는 기술들이다. PMU 데이터의 동기화는 송전망을 물리적 한계에 근접한 수준으로 운영할 수 있도록 해줌에 따라, 송전용량을 효과적으로 증가시킬 수 있는 대안을 제공한다.

캘리포니아 ISO들은 PMU 데이터 동기화를 위한 협약을 체결하면서 캘리포니아-오리건 구간의 송전용량이 30% 증가할 것으로 기대한 바 있다. DLR 시스템은 송전선로 외부 환경변화를 측정해 계통운영에 반영함으로써 일부 시간대를 제외한 모든 시간에서 송전허용용량 한계를 증가시킬 수 있다.

기존 선로에 DLR 시스템을 적용할 경우, 조건에 따라 대략 5-30%의 송전용량이 증가하는 것으로 보고되고 있다. PMU가 제공하는 데이터를 처리하기 위해서는 에너지관리시스템의 업그레이드가 필요하다. 기존 전력계통 상태추정모형에 위상 데이터를 추가해 정확성을 개선할 수 있고, 경제급전을 최적에 가깝게 유지할 수 있다. 궁극적으로 상태추정모형은 시스템의 상태를 추정하기보다는 PMU에 기반을 두고 상태를 직접 측정하는 형태로 대체될 필요가 있는데, PMU를 활용한 측정 시스템은 아직 개발단계에 있다. PMU가 정착되기 위해서는 전체 노드의 30-50% 수준까지 설치돼야 신뢰도와 정확성에 대한 논란을 해소할 수 있기 때문에 시스템을 계통운영의 핵심도구로 활용하는 것이 가능해진다.

또 미래 전력계통 운영을 첨단화하는데 핵심적인 기술로 유연송전시스템(FACTS)이 있다. 이 시스템은 전력전자기술을 활용해 송전망을 보다 신속하고 유연하게 제어할 수 있도록 해준다. FACTS가 미래의 전력계통에서 중요한 위치를 차지하기 위해서는 비용절감을 위한 R&D 노력이 필요하다. FACTS에 관한 연구는 크게 세 개의 분야, 즉 반도체 소재, 개별 FACTS 디바이스의 제어 알고리즘, FACTS를 활용한 계통 운영 제어시스템 등의 개발로 나뉠 수 있다.

미래의 계통운영 시스템은 컴퓨터 처리성능의 진보와 이를 충분히 활용할 수 있는 새로운 알고리즘의 지원을 받게 될 것이다. 미국 PJM 전력거래시장에서는 날짜 별로 급전설비와 그 시점을 최적화하는 알고리즘의 개발을 통해 전력거래, 급전과 관련한 상당한 비용 절감이 이루어졌다. 이와 마찬가지로 계통의 다른 분야에서도 새로운, 알고리즘 최적화를 통해 큰 폭의 비용 절감을 기대할 수 있는 분야들이 있다. 예를 들어, 최근에는 전력조류 모델에서 기존의 발전기 생산함수 이외에 송전개폐 최적화를 적용하는 방법에 관한 연구가 진행되고 있다.

작성 : 2016년 04월 12일(화) 08:16
게시 : 2016년 04월 15일(금) 09:56

유희덕 기자 yuhd@electimes.com

ㅇ PQube3는 GPS 위성시각 수신장치(MS1+GPS)를 부착하면 mHz 급으로 주파수측정이 가능함.

PSL사가 제안하고 있는 PQube3 를 이용하여 산업현장에 응용하는 분야

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