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지능형 송전 시스템이란?
최용성  |  najunewsn@hanmail.net
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승인 2014.07.28  
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지금까지 스마트 그리드 5대 추진 분야인 지능형 전력망 (Smart Power Grid), 지능형 소비자 (Smart Place),
   
▲ 최용성 교수동신대 전기공학과
지능형 운송 (Smart Transportation), 지능형 신재생에너지 (Smart Renewable), 지능형 전력서비스 (Smart Electricity Service)의 개요에 대하여 기고하였다. 이번 원고부터는 각 추진 분야의 세부 내용에 대하여 기고하겠다.

지능형 전력망은 크게 지능형 송전 시스템과, 지능형 변전 시스템으로 나누고 있다. 그중 지능형 송전 기술은 전력 IT를 기반으로 송전설비 운영 지능화, 전력계통 운영 고도화를 통하여 설비 투자비를 최소화하고, 운영중인 설비의 효율성을 극대화하는 기술이다.

국내 송전선로는 연간 20%의 전력수요 증가율을 보인 1970년대 이후 경제성장에 따라 설비가 팽창하여 현재 40년 이상 운전설비가 지속적으로 증가하고 있다. 그러므로, 기설선로의 설비 이용율을 높이고 신규설비 투자규모를 최소화하며 고장예방을 위한 상태감시 기술을 가공 및 지중 송전설비에 적용하는 송전설비의 지능화가 필요하다.

계통운영 고도화 기술은 시각동기페이저(Synchro-phasor) 측정기술을 바탕으로 광역 전력계통을 실시간으로 감시(Wide Area Monitoring & Measurement System, WAMS), 제어·보호하여 계통운영을 보다 효율적으로 운영하며, 전력계통에 전력전자 컨버터 기술을 적용하여 대용량 전력수송 (Flexible AC Transmission System, FACTS), 계통간 직류연계 (High Voltage Direct Current, HVDC) 등을 수행할 수 있는 IT 기반 최신 기술을 의미한다.

직류송전 (HVDC) 기술은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜서 송전한 후 수전점에서 교류로 다시 변환시켜 전력을 공급하는 기술로서 애자, 전선의 소요량 저감 및 철탑크기 감소, 송전효율 향상, 단락전류억제 및 계통분할 효과, 양방향 전력제어 등 계통의 안정도를 향상시킬 수 있다.
대규모 해상 풍력 발전 단지가 증가하면서 고압직류송전을 이용한 전력시스템 연계가 증가하고 있다. 해상 풍력 발전 단지는 점차 대형화되고 육지에서의 거리도 증가하므로 향후 해상 풍력 발전 단지의 전력 전송을 위한 HVDC의 수요는 더욱 높아질 것으로 생각된다.

또한, HVDC는 남북간 계통 연결을 위한 최적 대안으로 평가되는데, 북한의 전력계통 주파수가 60Hz로 남한과 같아 AC로 연결할 수 있으나, 문제점들을 차단하기 위해서 HVDC 방식이 대안으로 꼽히고 있다.
또한, 러시아, 중극 등 동북아시아 국가들과 상호 전력 융통에 따른 경제적 이익을 위해 계통 연계를 추진한다면, 러시아, 중국의 계통 주파수 (50Hz)가 국내와 다르므로 HVDC 송전 방식을 적용해야 한다.

유연전력전송(FACTS) 기술은 교류전력계통의 송전용량 증대, 계통안정도 향상을 위하여 전력전자 기술을 이용하는 제반 기술을 의미한다. 국가별, 지역별 가용 에너지 자원은 차이가 있기 때문에 FACTS를 이용하면 전력변환설비를 이용한 대용량 전력수송을 통하여 전력계통 운영 효율 향상을 도모할 수 있다.

국내 전력생산과 소비의 특성을 보면 전력생산은 인구밀도가 적고, 용수의 이용이 쉬운 해안가에 대단위 발전단지가 집중되고 있으며, 전력소비는 수도권을 비롯한 대도시 인구밀집 지역 중심으로 되어 있다. 따라서, 대단위 발전단지로부터 수도권을 비롯한 부하소비 집중지역으로 대전력의 수송은 불가피하며, 이를 위해 대용량 송변전 설비 건설을 통한 수송능력과 계통 안정도 확보가 중요하지만, 송변전 설비의 건성은 환경규제, 님비(NIMBY) 현상과 같은 민원의 심화로 어려움이 가중되고 있다. FACTS는 대용량 전력전자제어기술을 이용하여 전력조류, 계통전압과 계통안정도의 계통정수를 고속으로 정밀하게 제어하여 계통안정도 향상, 전력조류의 효율적 제어를 통해 전력수송능력과 계통 설비이용율을 향상시킬 수 있다.

전력산업 환경의 변화로 계통의 안정운전 여유가 감소하여 대규모 광역정전이 발생할 우려가 증대되고 있으며 국내는 수도권 전압불안정, 대규모 발전단지의 과도안정도 문제 등 계통운영에 취약성을 갖고 있다. 따라서, 광역계통 실시간 감시(WAMS) 기술은 이에 대처하기 위해 계통의 실시간 전압, 전류에 대한 동기화된 위상과 크기 정보를 이용하여 계통불안정시에 발생하는 다양한 사전정보를 운전자에게 전달하여 계통운영을 보다 효율적으로 하기 위한 기술이다.

향후 중장기적으로 GW급 HVDC 시스템이 개발되어 국내·외에 사업이 진출될 것으로 기대된다. 또한, 앞으로 FACTS 기술은 다기의 FACTS를 초고압 전력계통 적용 협조제어할 수 있는 운영기술과 신재생에너지를 효과적으로 제어할 수 있는 기술 등으로 더욱 발전하고 적용분야도 다양해질 것이다. 계통의 실시간 동특성 감시뿐만 아니라 계통 안정도를 실시간으로 감시·평가하여 계통불안정시 운전자에게 신속하게 대응하도록 하여 사고파급을 최소화하는 광역계통 실시간 감시제어, 보호 시스템도 기대되고 있다.


 

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