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CIRED에서 만난 배전기술의 미래 ④ 복잡해진 배전망 혼잡 관리방안
‘green, yellow, red’ 세 가지 상황별 단계 구분 ‘신호등 개념’ 도입
블록체인 기반 전력거래 통합운영시스템, 한전 전력연구원
CIRED 2019에서는 배전망의 운영, 제어, 보호 분야에서 다양한 주제들이 논의됐다. 배전망 운영 분야에선 최근 각광을 받고 있는 증강현실, 드론을 활용한 설비관리, IoT, 인공지능 기술을 적용한 최적 자산관리 관련 기술이 주로 다뤄졌다. 스마트미터 데이터 활용 사례, 분산에너지자원, EV 등에 기반한 계통의 유연성 확보, 보조서비스 시장 등에 관한 연구도 발표됐다. 제어 분야는 저압과 특고압 배전망에 대한 자동화와 분산전원 연계 선로에서의 단독운전에 관한 내용이 많았다. 보호분야는 전통적 주제인 지락고장의 검출, 고장점 추정과 관련한 여러 국가의 실증 결과가 발표됐다.

분산전원 제어 기술
분산전원 제어 기술에 대한 논의도 진지했다. 배전망에 접속되는 분산전원의 관리 이슈에 대해서 많은 토론이 있었다. 배전망에 연계되는 분산전원은 수 kW ~ 수 MW로 용량이 다양하고 매우 많은 객체가 분산되어 있어 배전계통운영자(DSO: Distribution System Operator) 입장에서 적절한 제어 전략과 접속 규정의 마련이 시급하고 유럽 전체의 공통된 규정을 수립할 필요성이 높았다. 특히, 배전선로의 적정 전압 유지를 위한 분산전원의 제어 측면에서는 비교적 대용량의 분산전원은 DSO가 주기적으로 직접 제어하고 소용량 분산전원에 대해서는 스마트 인버터의 전압제어 기능 설정을 통해 로컬에서 자동적으로 제어되는 모델이 제시되기도 했다. 유럽의 배전회사는 분산전원의 수용성을 향상시키고 안정적 계통운영을 위한 다양한 실증 프로젝트를 통해 계통 연계 기준 및 규정을 수립하는 논의가 진행중이다. 배전계통 운영 분야는 저압계통에 대한 모니터링, 해석, 제어에 관한 최근 트렌드를 느낄 수 있었다. 전통적으로 배전운영시스템은 주로 MV(중전압) 계통을 대상으로 모니터링하고 제어의 대상으로 운영했다. 그러나 분산전원, EV, ESS 등 많이 분산에너지자원이 LV(저전압) 계통에 접속되고 있어 LV계통의 복잡도가 증가함에 따라 DSO 입장에서 LV계통에 대한 정확한 운전 상태 파악이 중요해지고 있는 상황이다. 한국과 비슷하게 유럽국가도 LV계통에 대한 신뢰도 높은 계통 데이터가 확보되어 있지 않은 것으로 파악됐다. 이러한 문제를 극복하기 위해 LV계통에 구축된 스마트미터 데이터를 활용해 LV계통의 연결상태를 파악하고 상(Phase)을 매칭해 GIS(지리정보시스템)의 계통도를 현장과 정확하게 보정하는 기술 등이 프랑스의 스타트업인 ‘Odit-e’가 슈나이더와 협력해 개발하기도 했다.

배전망의 혼잡관리 기술
배전계통이 복잡해지면서 배전망의 상태를 정확하게 파악하고 고장의 위치 판정 정확도를 높이기 위해 동기위상측정장치(PMU: Phasor Measurement Unit)에 대한 관심이 높았다. PMU는 고가이며 주로 송전계통에서 사용되어 왔다. 슈나이더에서는 기능을 간소화한 저가형 PMU를 개발했고 벨기에에서는 PMU를 활용한 배전계통 적용 사례를 발표했다. 배전선로에 설치된 설비의 전력변환기(Transducer)에 PMU를 설치하는 경우 PT, CT의 낮은 정밀도로 PMU가 측정하는 위상 정밀도가 확보되지 않는 문제가 있었고 저압계통에 PMU를 설치하는 경우에는 변압기에 의한 위상 변경의 보정 문제가 있다고 보고됐다. 변전소 인출 계측용 MOF에 PMU를 설치해 배전선로의 루프 순환전류 계산, 전원측 등가임피던스의 정확한 추정을 통한 단락용량 계산 정확도 향상 등으로 PMU 적용 사례가 발표됐다.
다양한 분산에너지자원이 배전망에 접속됨에 따라 배전망에서도 혼잡관리(Congestion Management)가 매우 중요하고 DSO 입장에서 곧 당면할 문제로 다뤄졌다. 전통적인 방법으로 배전선로를 신·증설하는 것은 비용이 많이 들고 한계가 있기 때문에 배전망에 연계되는 분산전원, EV, ESS 등을 배전선로 혼잡관리를 위한 하나의 자원으로 활용하기 위한 기술들이 활발히 연구되고 있었다. 신재생에너지원의 출력저감제어(Curtailment), 출력 조정이 가능한 ESS나 EV 충방전 스케줄링 기술과 선로의 운전상황에 따른 동적 운전용량 산정 기술 등이 발표됐다. 또 수요반응(DR: Demand Response) 분야에서도 전통적으로 계통의 피크 감축 개념 보다는 유연성 자원 확보의 개념으로 접근해 유연성 자원 거래 시장 개념도 제시되고 있다. 특히 독일의 GmbH에서 배전계통 혼잡관리 목적으로 ‘Grid Traffic light concept’라는 개념을 제안했는데, 한정된 도로에 많은 자동차가 원활하게 통행할 수 있도록 신호등을 사용하는 것과 같이 배전망의 혼잡 정도에 따라 신호등의 개념을 도입하자는 것이다. ‘Grid Traffic light concept’에서는 ‘green, yellow, red’와 같이 세 가지 상황별 단계를 구분해 green phase에서는 배전망에 혼잡이 없는 상태로 특별한 제약없이 발전을 하거나 전력거래를 할 수 있는 상태를 나타낸다. yellow phase에서는 배전망에 혼잡이 발생해 DSO가 유효성 자원(사전 계약된 자원, 혹은 시장에서 구매)을 활용해 선로 혼잡을 관리하는 상태가 된다. 마지막 red phase 단계는 전력계통 전체의 안정도에 심각한 위험이 감지되는 상태로 이때는, 계통 운영자가 규정에 따라 출력저감 혹은 계통 탈락 등의 강제적인 제어를 하는 단계로 구분했다. 이와 같이 유럽국가는 배전망에서의 혼잡관리를 굉장히 중요한 문제로 인식하고 있으며 관련 규정과 시장, 솔루션 개발에 많은 노력을 기울이고 있었다.

한전 전력연구원 정원욱 책임연구원


작성 : 2019년 07월 10일(수) 14:35
게시 : 2019년 07월 11일(목) 13:01


유희덕 기자 yuhd@electimes.com        유희덕 기자의 다른 기사 보기

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