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신재생에너지의 분산전원 연계 및 운영기술
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승인 2016.04.18  
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▲ 동신대 전기공학과
    최용성 교수
최근, 대규모 발전-송전-배전 방식이 아닌 부하 소비 지역에서의 소규모 발전인 분산 전원의 필요성이 대두되고 있다. 태양광, 풍력발전, 연료전지와 같은 신재생에너지가 분산 전원으로서 연계되고 있다.
 
또한, 대용량의 풍력발전 단지와 대수력 발전 등을 제외하면 신재생에너지원의 대부분인 비교적 소규모 신재생에너지원은 배전 계통에 연계된다고 볼 수 있다. 따라서, 기존의 배전 인프라는 본질적으로 많은 용량의 분산 전원 수용에 한계를 갖고 있다.
 
또한, 분산전원의 인버터 등 에너지 변환장치 사용으로 고조파가 발생 등으로 전기설비 오동작 및 손상이 발생하거나, 상시 및 순시출력 변동으로 전압 품질이 저하하여 적정 전압유지가 곤란하거나 순간 전압강하가 발생하는 등 전기품질, 계통보호, 안전, 계통 안정도 등에 영향을 미친다.

앞서 기술된 분산전원이 기존 배전계통에 연계되어 발생시키는 기술적 문제를 방지하고자 분산전원 배전계통 연계 기술기준에서는 여러 가지 기술적 요건을 제시함과 동시에 접속 설비별 연계용량 기준을 규정하고 있다.

분산 전원이 배전계통에 미치는 영향에 따라 배전선로 전체에 연계되어 있는 분산전원의 누적용량과 개별 분산전원의 용량인 단위용량에 대한 연계용량 평가를 위한 기술적 요건과 연계용량을 제한하는 직접적인 요건으로 적용하지는 않으나 계통의 전기품질 유지 및 보호협조 관점에서 검토되어야 하는 기술검토 항목은 다음과 같다.

분산전원의 누적 연계용량은 주변압기 뱅크와 피더에서 각각 평가할 수 있다. 먼저 주변압기 뱅크의 누적 연계용량은 계통의 적정전압 유지측면과 단락용량 상회 측면에서 분산전원의 연계로 인해 배전계통 전체 전압을 제어하는 주변압기의 불필요한 동작을 야기하지 않아야 하며 배전계통에 설치된 보호기기의 차단용량을 상회하지 않는 수준으로 연계용량을 평가할 수 있다.

또한, 분산전원의 연계용량을 누적용량 개념으로만 평가할 경우 특정 뱅크 또는 특정 피더에 단위용량으로 대용량의 분산전원이 연계될 수 있다. 단위용량으로 분산전원이 대용량화될 때, 계통 병입시 발생되는 순시전압변동과 급격한 출력변동에 의한 순시 전압변동이 일어날 수 있다. 따라서, 순시전압변동 허용 기준을 바타으로 분산전원의 단위 연계용량을 평가할 수 있다.

이 외에도 ‘분산형전원 배전계통 연계 기술기준’에서 제시된 각종 기술요건은 분산전원의 계통 연계 신청시 해당 기술요건을 만족하는지 또는 대책이 무엇인지를 검토하는 기술검토 항목으로 적용될 수 있다.

설비별 전압강하 한도와 선로 공급 용량을 고려하면 현재 배전계통에서 전압변동 여유도는 부하에 의한 전압변동 허용폭이 크기 때문에 신재생에너지원에 허용될 수 있는 전압변동 허용폭이 작다. 따라서, 설비별 전압강하 배분 한도를 줄이면 신재생에너지원에 허용할 수 있는 전압변동 허용폭을 완화하여 연계용량을 증가시킬 수 있지만 인프라 보강 비용이 필요하다.

그리고, 적정전압 유지를 위해 배전계통의 전압제어는 주변압기의 탭으로 실시한다. 분산전원이 확대 연계될 때에는 선로간 부하 패턴이 상이해지고 탭에 의한 배전계통 전체의 전압조정에 한계가 있으며, 신재생에너지원의 간헐적 발전특성에 의해 선로에서의 고정탭에 의한 전압조정도 한계가 있다. 그러므로 분산전원을 고려한 전압조정 기술 및 시스템의 개발이 필요하다.

또한, 태양광, 풍력발전과 같은 간헐적 발전 특성을 갖는 신재생에너지원의 유효출력을 실시간으로 에측하고 제어하는 것은 거의 불가능하므로 무효전력 및 역률제어 기술이 필요하다.
다음 호에는 전력저장 기술에 대하여 기고하겠다.

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