전력수요의 지속적 증가가 예상되고, 송전선로 건설 및 대규모 발전설비의 건설이 쉽지 않을 것으로 예상된다. 또한, CO2 규제의 강화가 예상되며 타산업의 에너지 효율성이 중요시되면서 스마트그리드가 제시되었다. 따라서, 지능형 배전 시스템을 기반으로 다양한 산업간의 협업을 통해 미래 산업을 대비하여야 한다.
미래의 배전계통은 신재생에너지를 포함하여 다수의 분산전원이 연계되고 전기자동차, 충전소 등이 보급되고, 마이크로그리드와 같은 새로운 소규모 전력 계통이 제안되는 등 향후 배전계통의 운영환경이 급격히 바뀔 것으로 예상된다.
배전계통의 운영 목표는 현재 계통의 고장 또는 위반 상태의 발생을 감지하고 이를 해소하거나, 지금 발생되지 않았지만 미래의 어느 시점에 발생할 수 있는 위반상황의 가능성을 제거하여 정상상태로 운전을 유지하고 또한 계통을 최적의 상태로 유지하는 것이다. 이를 위해 배전계통에서는 배전선로에 설치되어 있는 개폐기, 차단기의 감시․제어를 통하여 고장이 발생하였을 때 신속한 원격제어로 정전시간 단축, 신뢰도 향상, 상시개방점을 변경하여 계통의 손실 등을 최적화하는 배전자동화시스템 (DAS)이 사용되어 왔다.
전기의 품질이 좋다는 것은 정전이 없고, 전압, 주파수가 정격범위를 유지하는 것이다. 최근에는 그 외에 고조파, 순간전압 변동까지를 포함한 것을 전기품질이라고 말한다. 배전지능화시스템에서는 이런 전기품질을 온라인 상태에서 감시하는 기능을 갖고 있다. 감시 원리는 배전선로 현장에 설치된 배전지능화 단말장치에 전기품질을 측정하는 정밀급의 프로세서를 내장하여 실시간으로 전기품질 이상 여부를 감시하다 지정해 놓은 상․하한값을 초과하는 경우 이를 감지하여 주장치로 이벤트를 전송하여 전기품질 이상 여부를 알 수 있다.
신재생에너지를 포함한 분산전원, 전기자동차, 에너지 저장장치, 제어 가능한 부하를 포함한 DER (Distributed Energy Resources)이 확대보급되고, 이를 이용한 소규모 계통의 운영을 위한 마이크로그리드 EMS, HEMS, BEMS, FEMS 등이 증가될 것이다.
태양광, 연료전지 등을 통해 생산된 전력은 직류이므로 교류 배전계통과 연계시키기 위해 전력변환기를 거쳐 교류로 변환된다. 이렇게 전력변환이 될 때 전력손실이 발생한다.
한편, 대부분의 전력 소비기기는 교류전력을 기기내에서 직류로 변환하여 전력을 소비한다. 특히 스마트폰, 컴퓨터 등 IT 관련 시설 등에서 사용되는 직류부하는 앞으로 더욱 증가할 것으로 예상된다.
일반적으로 동일조건의 교류전압과 비교할 때 직류전압은 더 높은 정격전압의 실효값을 가지므로 DC 배전을 적용할 경우 송전용량을 증가시킬 수 있다. 그리고, 동일한 DC 배전방식의 도체직경이 교류방식에 비해 더 작고, 직류시스템에서는 리액턴스 성분이 없으므로 전압강하와 전력손실이 적은 장점이 있다.
전력회사 관점에서 직류 배전은 수용가측에 직접 직류 전원을 공급할 수 있으며 이에 대한 표준화 및 기반기술 개발도 진행되어야 한다. 직류 배전이 적용 가능한 것으로는 다음이 있다.
장거리 고압 선로를 공급해야 하는 농어촌 장거리 저부하 수용가에 대해 DC 배전을 적용하여 선로 건설 및 운영비용을 절감하며, 수용가의 전력품질도 향상시킬 수 있다.
전기기기의 대량 보급으로 수용가내의 전력수요가 점점 증가하는 추세에 있다. 이에 대비하여 DC 배전을 활용하면 기 설치된 케이블을 활용하여 전력전송 용량을 증대시킬 수 있으며, 손실도 저감할 수 있다.
LED 가로등뿐만 아니라 기존 가로등도 DC를 이용할 수 있다. DC로 대체함으로서 저압측의 손실을 저감할 수 있으며 무효전력 관리도 쉬워진다.
수용가 구내에 설치되는 전기자동차 충전소의 효율 향상을 위해 대용량 변환기를 이용하여 직류로 변환한 후 충전기는 DC/DC 변환 방식을 적용할 수 있다. 또한 직류전원으로 공급함으로써 저압계통 전체로의 영향을 최소화할 수 있고, 배전망과 연계한 급속충전장치의 효율적 운영도 가능할 것이다.
대부분의 신재생 에너지원이 배전선로에 연계되고 있으나 연계기준을 만족하고 연계선로의 전력품질을 유지하기 위해 비용이 소요되고 있다. 따라서 신재생에너지원을 직류망과 연계하여 연계기준이 단순화되고 배전선로의 분산전원 운영정보 취득도 가능해진다. 특히 직류 연계전압이 표준화될 경우 신재생에너지원의 plug & play를 구현할 수도 있어 신재생에너지원의 확대 보급에도 기여할 수 있다.
배전계통에서 고품질 전력을 공급하기 위해 여러 가지 필터를 연계 운전하기 위해서는 선로구성, 보호협조 체계 구축 등 많은 비용이 필요하다. 이런 곳에 직류 네트워크 배전망을 구성하여 보호협조를 단순화하고 간단히 네트워크 배전망을 구축할 수 있을뿐만 아니라 신재생에너지원이나 전기자동차 등의 미래 전원과 부하의 연계 확대가 용이하다.
다음에는 스마트그리드 5대 실행 로드맵의 하나인 지능형 소비자 (Smart Place)의 세부 추진 방향의 하나인 AMI에 대하여 기고하겠다.