배전분야의 '미래 같은 현재'를 만나다(3)

신재생 등 분산전원의 증가...배전계통 품질유지 관건

전기신문 게재(http://www.electimes.com/article.asp?aid=1562213620182058002)

전력품질 및 전자계 호환성(세션2)

□ 지난 6월 3일부터 6일까지 스페인 마드리드에서 개최된 CIRED(국제배전망협의회)는 CIGRE(국제송전망협의회)와 더불어 전력산업분야의 양대 학회 중의 하나이다. 이번 CIRED에는 총 논문 913편, 141개사의 관련제품 전시, 1,529명의 전문가가 참석하여 역대 최고의 성황을 이루었으며, 우리나라에서도 한전 전력연구원, LS산전, 충북대 등 배전분야 관련 다양한 연구기관, 기업, 대학 등이 참석하여 활발한 기술 교류와 29편의 논문을 발표하였다.

□ 세션 2에서는 분산전원 연계와 신기술 개발의 영향으로 계통의 전압 레벨(Voltage Level), 플리커(flicker) 현상, 전압 불평형 및 고조파 (harmonics) 등의 PQ(Power Quality, 전력품질) 문제에 중점을 두었다. 또한, PQ 시스템 모니터링, 전자파 적합성, 전자파 장애, 전기장 및 자기장 문제, 안전성 및 내성 문제에 대해서도 다루었으며, 총 140편의 논문이 발표되었고, PQ와 EMC(Electromagnetic Compatibility)에 대한 현재의 연구해온 사항에 대한 개요를 제시하였다. 세션 2의 논문 주제는 크게 네 가지로 나눌 수 있다.

주제 1 : 전기장 및 자기장, 내성, 안전 및 간섭
주제 2 : 신기술과 전력 품질 문제
주제 3 : 전력 품질 관련 모의분석, 시스템 연구, 측정 및 완화
주제 4 : 공급 품질, 모니터링 및 빅데이터 분석, 표준 및 규제 문제

[전기장 및 자기장, 내성, 안전 및 간섭]
□ 첫 번째 주제에서는 전자기장, 접지 시스템, 스위칭 과도현상, 시스템 내성, 전력 변압기의 고조파 측정 등 다섯 가지 관련된 내용으로 나뉘었다. 먼저, 전기장 및 자기장의 측정과 완화 방안을 제시하였으며, 접지시스템에 대해서는 지락 사고시 인체감전의 위험도 내용, 스위칭 과도현상의 경우는 진공차단기의 NSDD(Non-Sustained Disruptive Discharge) 현상과 상위 변전소 스위칭으로 인한 전압 외란 문제를 다루었으며, 전력변압기나 가전제품 등 고조파에 대한 평가 및 분석도 이루어졌다.

[신기술과 전력품질 문제]
 □ 두 번째 주제에서는 새로운 기술과 PQ 분석 및 완화 방법을 이용하여 PQ 문제의 해결을 다루고 있으며, 주요 토픽으로는 계통, 재생에너지, 전기자동차, LEDs(Light-Emitting Diode), 저장장치 등으로 나뉘었다. 계통분야에서는 송전과 배전 모두 하이브리드 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되었으며, 재생에너지 관련으로는 풍력 발전원보다는 태양광 발전에 대한 논문이 많았고, EV(Eelectric Vehicle)에 관해서는 연계용량, 전압불평형, 플리커 현상, 저주파 및 고주파 발생 등의 문제에 대해 분석 및 연구가 진행되었으며, LEDs에서는 다양한 고조파 발생과 이로 인한 PQ 문제를 해결하기 위한 방향이 제시되었고, 저장장치를 활용하여 PQ 문제를 기여할 수 있는 방안에 대해서도 연구가 진행되고 있었다.

[Shangyu AC/DC 하이브리드 마이크로그리드 구성, 중국 EDF]

[전력품질 관련 모의분석, 시스템 연구, 측정 및 완화]
□ 세 번째 주제에서는 PQ에 대한 모의 분석 및 측정 기반 연구 내용을 다루며, 올해 컨퍼런스에서는 계통의 고조파 임피던스 분석과 전원의 고조파 레벨 측정 및 분석을 주요 주제로 하였다. 이 외에 고조파 왜곡 및 불균형, 전압 강하 및 정전, 고조파 전원의 위치와 영향 등 PQ에 관련된 분석과 측정 방법에 대한 논문이 제안되었고, 특히 PQ 모니터의 수가 증가함에 따른 대규모 측정 데이터를 가공하여 유용한 정보로 변환하는 AI(인공 지능과 기계학습) 응용이 장래 유망한 연구아이템으로 주목받았다.

[공급 품질, 모니터링 및 빅데이터 분석, 표준 및 규제 문제]
□ 네 번째 주제에서는 전력계통에 전력변환장치의 도입증가로 PQ에 관련 현상과 이슈가 제기되면서 PQ 모니터링 시스템이 증가하여 그 데이터의 지속적 증가에 대한 모니터링 시스템의 효율적인 운영, PQ 데이터 수집 및 관련 규정이 배전계통 운영자에게 주요 과제로 대두되었다. 미래의 인텔리전트 배전계통과 관련하여 신뢰성 있는 실시간 데이터와 고속 통신 시스템의 가용성은 계통의 신뢰도 향상과 효율적인 비용 절감을 위해 매우 중요한 연구방향으로 소개되었다. 

[전자계 환경 측정 실험, 스페인 TECNALIA]

[국내 연구방향]
   □ 국내에서는 전력품질 및 전자계 호환성 분야(세션 2)에 총 4편의 논문이 발표되었고, 시스템의 내성, 신기술 개발, 계측 및 데이터 분석 기법, PQ 관련 규정 등의 내용을 다루었다. 충북대학교 전기공학부에서는 비접지 전력계통에 도입된 PCS(Power Conditioning System)의 고조파 분석을 통하여 고조파저감 방법을 제시하였고, 반도체 스위칭 소자를 이용한 선로전압조정장치인 TVR(Thyristor Voltage Regulator)의 설계와 제어 알고리즘이 제안되었다. 또한, 한전 전력연구원에서는 다양한 장비의 외란 조건을 다중-라벨 ELM(extreme learning machine)을 사용하여 배전선로의 상태추정을 위한 실제 모델을 제시하고, 배전선로의 비정상적인 동작을 감지 및 분류할 수 있는 모델 개발과 분산형전원 연계 증가를 고려한 수용능력(Hosting Capacity) 관점에서 고조파에 관련된 규정인 IEC 61000-3-6과 IEEE std. 519의 강점과 약점 비교분석을 통하여 통합방안을 제시하였다.

PQM계측기 설치장면, 누적측정 모습- 배전선로 고조파 측정, 한전 전력연구원

    *PQM : Power Quality Meter (전력품질분석기)

[전압 품질의 기본개념도, 한전 전력연구원]

[시사점]
□ 세션 2에서 제시된 유럽의 배전 분야 연구개발 진행 방향은 PQ와 관련된 내용 중에서도 전자파 적합성(EMC)과 이와 관련된 배전계통의 안전문제, PQ 모니터링을 통해 수집된 대량 데이터로부터 효율적 정보를 도출하기 위한 AI 적용, 그리고 배전전력정보 수집과 데이터 공개에 관련된 제도와 규정 정립이 눈에 띄었다. 국내에서도 분산전원이 대규모 도입이 예상되는 2030년 이후 예상되는 배전계통에서의 PQ 문제해결을 위하여 이 분야에 대한 다양한 기술과 정책개발이 점진적으로 진행되었으면 한다.