연구개발

연구분야 배전 연구개발

다수 분산전원 연계계통 전압제어기술

배전계통에 연계되는 분산전원의 용량이 증가함과 동시에 이로 인한 전압문제는 배전계통 운영에 어려움을 야기할 수 있어 배전선로별로 전압문제 여하에 따라 연계를 제한하고 있다. 이러한 문제를 해결하고 더 나아가 배전계통의 안정적인 운영을 통한 분산전원 수용력 확대를 위해 실시간 전압계측 기반의 배전선로 능동전압제어장치(SVR-AVM1))와 분산전원의 역률(무효전력) 제어기능을 이용하여 연계점 전압을 제어하는 분산전원 능동전압제어장치(DG-AVM*)를 개발 하였다. SVR-AVM은 강원도의 실계통에 적용하여 배전선로에서 나타날 수 있는 분산전원으로 인한 과전압 문제와 장긍장 선로의 피크부하로 인한 저전압 문제를 동시에 해결할 수 있음을 확인하였고, 향후 다수의 분산전원이 연계된 장긍장의 배전선로에서 나타날 수 있는 전압문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 기대된다. DG-AVM은 고창전력시험센터에서 분산전원의 역률제어를 통해 분산전원 연계점의 전압을 효율적으로 관리할 수 있다는 점을 검증하였고, 연계점 적정전압 유지 문제로 계통연계가 어려운 분산전원 측에 비용효율적인 전압문제 해소 방안이 될 것이다. 특히, DG-AVM은 2015년 중에 전압문제로 계통연계가 불가능한 태양광 발전소 4개소에 시범적으로 적용한 후에 본격적으로 현장에 도입할 예정이다. 앞으로 이러한 전압제어기술은 분산전원 연계로 인한 전압문제 해결로 분산전원의 연계용량 확대뿐 아니라 실시간 전압관리를 통해 배전선로의 적정전압 유지관리에도 기여할 것으로 기대된다.

배전선로 능동전압제어 실증
분산전원 연계점 능동전압제어 실증

고저항 지락고장 검출시스템 개발

가공배전선의 단선에 의한 지락 발생시 대지와 불완전 접촉일 경우 고저항에 의해 고장전류가 부하전류 이하로 된다. 이러한 경우 전원측 과전류계전기로 검출이 어려워 감전사고 및 화재로 진전될 수 있어 이의 해결을 위해 배전연구소에서는 고속 신호처리 기능으로 DWT(Discrete Wavelet Transform)를 수행하여, H/W 부담을 최소화하는 고성능 전류파형 분석법을 개발하였다. 개발된 제품의 알고리즘이 구현하는 기능은 선진제품과 동등이상으로 고저항 지락검출 정확도가 85%이상인 것으로 분석되었다.
검출신뢰도 향상을 위해 고창 실증시험선로에서 토양 형태별로 보도블럭, 아스팔트, 잔디 등 5개 경우에 대해 연간 174회의 인공 지락시험을 수행하였으며 다수의 실증 결과 12km 에서 보도블럭 80%, 아스팔트(우천 시) 90%, 잔디 99% 검출신뢰도를 도출하였다.
또한 제품의 활용성 제고와 현장 적용성 평가를 위해 2014년 6월부터 1년 동안 경기도 11개 S/S 182개 D/L의 전자식 전력량계에 고저항 지락고장 검출기능을 탑재하여 실 선로에 시범 적용 하였다. 현재 배전계통 실시간 통합 상태감시시스템과 호환을 위해 알고리즘 보완 및 시스템 운영의 경제성 확보를 위해 전력품질 감시기능과 통합하여 운영 중이다.
향후 신뢰도 증대와 배전지능화시스템과 연계 및 저압 AMI와 통합 운영을 계획하고 있다. 고저항 지락고장 검출시스템은 일반인 안전사고 예방, 제품의 수입대체 등 연간 12억원의 경제적 효과가 있을 것으로 분석되었다.

고저항지락 고장 현장실증(고창)

배전계통 통합감시 개념
시범운영 프로그램 HMI
11개 변전소 감시장치 설치

대용량, 친환경 케이블의 수명평가시험장 구축

도심 전력설비의 고밀도화에 따른 경과지확보 문제 해소와 청정에너지 환경정책에 부응하기 위해 선진 전력사에서는 송전케이블의 대용량화, 친환경 소재 개발에 주력하고 있다. 현재, 배전계통 에서는 가교폴리에틸렌 절연 케이블을 널리 사용하고 있으나 이는 분해되지 않는 절연물질로, 환경 저해요인으로 취급되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 선진 각국에서는 내열성과 비가교 특성이 우수한 폴리프로필렌 절연 케이블을 개발 중에 있다. 기존 가교폴리에틸렌 절연 케이블보다 높은 온도에서 운전할 수 있고 비가교 특성을 가진 케이블이 개발되면, 용량 증대로 인한 계통보강 비용이 절감되며 더불어 탄소배출권 및 환경문제로 받고 있는 각종 규제에도 능 동적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.
배전연구소에서는 2014년부터 LS전선(주)과 공동으로 고내열 비가교 특성을 가진 폴리프로필렌 절연 케이블에 대한 재료적 물성적 평가를 수행하였고 케이블 설계수명 검증 및 장기신뢰성 평가를 위한 배전급 케이블 장기열화시험장을 구축하였다. 장기열화시험장은 CENELEC1) HD 620/605 및 IEEE Guide 1407 등 국제규격을 만족하는 국내 최대이자 유일한 설비이며 수조, 전압원(50Hz/500Hz)과 전류원(2kA), 제어/계측 시스템, 수배전반(750kVA), 기타 감시설비와 안전설비로 구성되어 있다. 본 설비는 가속인자별로 전압은 최대 60kV, 전류는 최대 2kA, 주파수는 60Hz, 500Hz를 조정할 수 있으며 동시에 네가지 조건의 열화시험이 가능하다. 특히 500Hz 장기열화시험(Long duration test)는 360일 가속수트리시험을 3000시간 약 4개월로 1/3 단축 할 수 있어 시험기간 및 비용 절감 효과가 기대된다.
현재 폴리프로필렌 절연 케이블 시제품에 대한 500Hz 장기열화시험 및 현장적용성 평가가 진행중이며 기존 XLPE 절연 케이블과의 비교평가를 통해 설계수명을 검증하고 표준 규격 수립 및 수명평가 기술을 개발할 계획이다.

배전케이블 장기열화시험장
시험케이블의 배치 구성도(예)

차세대 SCADA 보안기술 (사용자 인증, 시각동기)

차세대 SCADA는 고성능 하드웨어와 고속 네트워크 지원을 통해 방대한 양의 변전소 지능화 정보를 통합하여 정확하고 신속한 계통분석을 가능하게 하는 시스템으로, 2018년까지 전사에 확대 적용될 예정이다. 향상된 정보처리 및 통합분석 환경을 바탕으로 기존 아날로그 기반 시스템 에서 구현하기 힘들었던 PKI 인증서를 활용한 사용자(전력시스템 운영자) 인증기술이 적용된다. 이 기술은 일반 IT 및 금융환경과 차별화된 전력시스템 특성(광역 분산 시스템)을 반영하여 설계 되었으며, 사용자의 근무지를 실시간으로 검증하여 미리 지정된 보안정책을 위반하는 접근을 차단할 수 있어 차세대 중앙 SCADA 인증기술로 채택되었다. 현장 실증 및 적용을 위하여, 차세대 SCADA 관련 사업자에게 기술이전 계약이 체결되었으며, 2015년 말에 시범운영 될 예정이다. 전력시스템 사고 이벤트 분석과 정확한 계통해석을 위하여 시각동기 정밀도 개선 연구를 수행 하였고 그 결과 시각오차 수준을 800ms 대에서 1ms 이하로 낮추는데 성공하였다. 시각오차가 전력시스템 반주기(60Hz 주파수 시스템에서 약 8ms) 이상일 경우, 계통사고 전후 분석이 불가능한 단점이 있으나 시각오차를 반주기(8ms 이하)로 단축하여 정확한 사고분석이 가능한 환경을 개발하였다.
이 기술은 차세대 SCADA 확대사업(’15. 5월)을 통해 현장 SCADA 네트워크에 적용될 예정이며, GPS 위변조 공격 등 외부 교란으로부터 안전하게 전력시스템 내부 시각을 유지할 수 있도록 할 것이다.

사용자 인증 기술 개요

시각동기 기술 개요
PKI 인증체계 적용 전후 비교도
시각동기 기술 개발 경과

지중용 PLC-AMI 기술 개발

지중구간은 지중케이블의 감쇠 특성과, 多분기 및 장거리로 포설된 전력선 등의 구조적인 환경 요인으로 인해 가공구간에 비해서 상대적으로 열악한 통신환경을 가지고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자, 열악한 통신환경에서도 상대적으로 통신 신뢰성과 장거리 통신이 가능한 ITU-T 국제표준기반의 NB(Narrow Band) PLC 통신방식과 자발적인 Push 검침 구조를 기반 으로 지중용 NB PLC-AMI 시스템을 개발하고 실증을 완료하였다. 자발적인 Push 검침 구조는 통신성능 열화가 발생하더라도 검침성공률 향상과 더불어 실시간성을 제공할 수 있는 장점을 제공한다.
또한 지중구간이라는 구조적인 한계로 추가적인 광통신망 포설이 불가능하여, 고속무선통신인 LTE(Long Term Evolution) 방식을 처음 적용하였다. LTE 모뎀을 사용할 경우 검침서버에서 계기로 접속하는 역방향 접속은 look-up서버와 SMS 방식을 이용하여 구현되며, 이에따라 자발적인 Push 검침이 실패할 경우 검침서버가 계기에 역방향으로 접속(on-demand 방식)하여 검침 데이터를 추가적으로 수집할 수 있는 기능을 제공한다.
사업화 가능성 타진 및 성능검증을 위해서 대전동구의 아파트고객과 대전유성구의 일반고객 총 3,400호를 대상으로 test-bed를 구축하고 실증을 완료하였다. 개소별 검침성공률의 편차가 발생하지만, 30일간의 3,400호의 15분 적시검침 성공률의 평균은 91.5%로 측정되었다. 3,400호 test-bed 구축 방법, 통신성공률 및 검침성공률 향상을 위한 노하우 등을 포함한 최종보고서를 본사 사업부서로 제출했으며, 사업부서인 SG&신사업처는 NB PLC-AMI 기술과 LTE 통신방식을 이용한 2만호 규모의 시범사업을 진행 중에 있으며 향후 사업화 규모를 확대할 계획이다.

사변압기에 DCU 및 모뎀 설치 사진

DCU 내부 사진
시스템 전체구성도
모뎀 사진