전력계통보호제어연구회 총회…구심점 역활 할터
이번 정기총회에서는 2002년도 사업실적 및 수지결산(안)과 올해 사업계획 및 수지결산에 대한 승인이 이뤄졌으며 산자부에서 국내 전력계통에 대한 관심이 증대, 올해부터 산자부 관련 담당자가 당연직 이사로 참여하게 됐다.
이 자리에서 백영기 회장은 인사말을 통해 “연구회가 국내 제작사, 사용자, 공사업체들의 연계를 통한 상호간 구심점 역할을 수행할 것”이며 “2015년까지 국내 전력설비가 증가할 것이며 이분야 수요가 꾸준히 증가할 것으로 예상돼 국내에서 운영기술의 업그래이드를 구축해야 할 것”이라고 강조했다.
또 올해 국제교류 위한 한·중·일 국제 보호계전 단체와의 교류, CIGRE B5참여와 교류, IEEE Power System Relating Committee와의 교류 등 국제 교류사업을 활발히 펼쳐 나갈 뜻을 밝혔다.
우리나라는 그동안 옵저버 형식으로 5년간 참여했으나 작년 9월부터 국제대전력망기술회의(Conference Internationale des Grands Reseaux Electrique : CIGRE) B5(전력계통 보호 및 자동화 분야)의 정식멤버로 참여하게 됨에 따라 전력계통에 대한 국제적인 교류가 활발히 이뤄질 것으로 기대되고 있다.
이와 함께 전력계통 보호제어 분야에 기여한 공로로 △유틸리티 부문 한전 김호표 부장 △산업체부분 피엔씨테크(주) △R&D 부문 명지대학교 차세대전력기술연구센터 △논문부문 전북대학교 강용철 △봉사부문 한국전기안전공사 황계연 등 5개부문 대상에 대한 시상식도 이어졌다.
특히 해외기술소개부문에서는 일본의 TM T&D社의 기술소개가 있었으며 정기총회에 이어 진행된 학술대회에서는 총 10편의 학술 및 기술논문발표회가 있었다. 다음은 이날 발표된 기술논문 중 국내 전력계통에서의 발전기 탈락시 주파수 변화율 분석에 관해 기술한다.
국내 전력계통에서의 발전기 탈락시 주파수 변화율 분석
이소영, 장병태, 김경호(전력연구원), 김호표, 오화진(한전), 조범석(전력거래소)
"저주파 부하 사고시 부하 차단이 가장 바람직"
전력계통에서의 왜란은 대규모 발전력의 탈락 또는 계통 주요개소의 고장과 같은 계통의 갑작스런 변화의 형태를 야기한다. 긴급상황의 경우에서는 제어와 보호 명령들이 계통을 가능한 한 정상적이고 안전한 상태로 회복시키기 위해 필요하다. 컴퓨터 및 측정기술들의 활용증가로 인해 보다 넓은 계통보호범위가 가능해 졌으며 전력계통도 안정도를 향상시키기 위한 지역사용에 사용되는 사고파급방지장치와 같은 것이 등장했다.
전력계통 계획상의 경향을 살펴보면 경제적인 요인과 환경적인 요인에 의한 새로운 제약조건으로 인해 운영요인의 마진이 줄어들고 있는 추세다. 동시에 민자발전기, 독립 전력생산자, 거래 증가, 경쟁환경 및 새로운 장치들은 전력계통을 운영하고 제어하기에 더욱 복잡하게 만들었으며 따라서 왜란에 더욱 취약하다.
광역 왜란 보호의 개념에 대한 검출과 제어 전략이 좋을수록 왜란의 조정이 더욱 쉽게 이뤄지며 이것은 전력전송 및 운전의 경제성을 보다 높게 하는 중요한 기회를 나타내고 있다. 광역 왜란보호는 시스템의 광역 정보를 사용하고 전력계통의 주요한 왜란의 파급을 막기 위해 원거리에 위치한 곳에 해당지역의 정보를 보내는 개념이다.
현재 운영되는 EMS나 SCADA와 다양한 전력계통 분석 도구에 의해 운영되고 있지만 현재의 집중제어명령들은 일부 왜란의 경우에 대해서는 느리게 응답한다. 계통운전자는 매우 복잡한 상황에 빈번히 직면해야 하고 자발적인 해와 정책에 의존해야 하는 실정이다.
따라서 지역별 자동명령들은 빠르게 확산되는 긴급한 상황으로부터 시스템을 보호하는데 여전히 의존적이다.
일반적인 계통의 저주파수 보호의 전략은 부하차단이지만 주파수는 부하차단이 시작되기 전부터 이미 저하되고 있는 상황이다. 그러나 주파수 변화율은 전력 불균형의 순간 표시이며 보다 선택적이고 신속한 보호를 하기 위한 기능을 포함한다.
저주파수 현상의 문제점으로는 Turbine Blade의 공진, 보조기기와 터빈 제어계의 응동에 따른 보일러, 원자로의 불안정 현상 등이 발생할 수 있다. 이는 플랜트 운전 가능 주파수가 중요한 의미를 가진다고 할 수 있다.
그리고 발전기 고장의 장기화로 인한 파장은 경제적으로 큰 손실이 발생한다. 전력서비스 공급자로서 부하차단의 방법을 취한다는 것이 바람직하지 않지만 전력산업구조개편의경제성을 고려한다면 위급한 저주파 저하 사고시의 계통안전화 대책으로는 부하차단방안이 가장 경제적이며 최선의 선택일 것이다.
저주파수 부하차단(ULFS : Under Frequency Load Shedding)의 주된 목적은 정상 운전값에서 벗어난 주파수를 정상운전범위내의 회복을 위해 계획된 부하의 양을 차단하는 것이다.
일반적인 ULFS는 사전 결정된 계획에 기초를 두고 있으며 시시각각으로 변하는 계통상황에 따라 대응하기에는 한계가 있다. 전력계통의 운용환경이 전력회사마다 상이하므로 특별한 계통시스템의 특성과 전력회사 방침에 기반을 둔 부하차단 방식을 설계함에 있어서 여러 보호방식이 적용되고 있다.
주파수 저하를 모의하기 위해 해석계통에서 발전기 6기에 해당하는 5,900㎿를 탈락시켜 주파수 모의결과를 도출했으며 모선별 최대 주파수 변화율은 1400모선에서 -0.877㎐/sec, 5500모선에서 -0.705㎐/sec, 7100모선에서 -2.364㎐/sec로 나타났다. 이는 주파수 변화율 크기가 사고지점으로부터의 전기적 거리에 관계되는 것을 보여준다.
주파수 변화율은 저주파수시의 사고의 파급을 막기위해 전기적 거리로 가장 인접한 부하들을 상대적으로 거리가 먼 부하에 비해 동일 부하차단 시점에서 더 많은 부하차단을 시행하는 것으로서 계통운용상의 중요 지표가 될 수 있다.
저주파수에 따른 부하차단은 전력계통 주파수를 빠르게 안정시켜 신뢰할 만한 전략이다. 주파수 부하화율이 적용된 부하차단방안은 발전력과 부하의 불균형에 대한 적극적인 조치이며 국내 전력계통의 동적부하차단 모의실험 결과로서 초기주차수 정정과 주파수 변화율 계전기들의 수행을 입증함으로써 계통운영을 더욱 신뢰성 있게 만든다.
이러한 저주파수 계전기의 정정은 예비력, 계통 관성, 부하 배분에 근거한 정보를 활용 가능할 때 차단되어질 실제적 부하량을 UFR에 정정할 수 있게 된다.
이번 논문에서 제안하는 동적부하차단을 시행함에 있어 정밀한 계통 데이터의 취득과 상세 계통 모델의 평가가 필요하다.
2003.02.28