산업사회의 급속한 발전과 생활수준 향상에 따라 전력수요 및 공급전망에 대한 인식이 점차 강조되고 있다. 에너지자원이 부족한 우리나라는 전체 에너지의 약 97%를 수입에 의존하고 있으므로 전력공급의 정확한 수요예측을 통해서 안정적, 경제적으로 전력을 공급해야 한다. 2001년 전력산업구조개편에 따라 전력시장은 발전부문만 시장에 참여하여 경쟁하는 발전경쟁체제로 발전사업자의 입찰량과 전력거래소의 전력수요 예측 결과를 이용하여 시간대별 전력시장가격을 결정하는 가격결정발전 계획을 수립하고 있다. 본 논문에서는 청정 녹색에너지로 피크시간대에 발전하여 주파수 조절을 담당함으로써 전력계통에 크게 기여하고 있는 수력 발전기의 최적 입찰 전략 및 수력발전 사업계획에 활용할 수 있는 전력거래가격 전망 전략을 제시하여 수력발전사업자의 수익 증대와 전력시장 가격 안정화에 기여하고자 한다.
국내에서 CBP전력시장이 운영된지 벌써 7년이 흘렀다. 그간 많은 개선을 통해 한국 전력산업의 고유 특성을 반영한 전력시장으로 발전해왔다. 타 산업에서의 시장과 달리 실시간으로 발생하는 전력계통의 제약을 반영하면서 수많은 데이터를 처리해야하는 특성으로 인해 전력시장은 IT기술의 발전과 동행해 왔다고 할 수 있다. 특히 이렇게 복잡한 실시간 시장을 감시하고 분석할 수 있는 기법 및 IT시스템은 전력시장을 운영하는 모든 나라에서 지속적으로 발전해왔으며, 향후에도 계속 발전해 갈 것이다. 우리나라도 이제 안정단계에 접어든 전력시장을 더욱 발전시키기 위해서는 전력시장을 감시하고 분석할 수 있는 다양한 기법 및 IT시스템의 발전이 필수적일 것이다. 이러한 관점에서 이번 전력거래소에서 구축한 전력시장 종합분석시스템은 우리나라의 전력시장 발전에 커다란 의미가 있다.
송전망에 장거리 지중선로로 재생 발전원이 연계되는 경우, 지중선로의 커패시턴스 성분으로 인한 계통으로 무효전력 주입이 발생하여 전압상승을 야기시킬 수 있다. 또한 재생 발전원의 발전량 조절의 어려움은 경부하시 전력 생산과 소비의 불균형을 발생시킬 수 있으며 계통의 전압상승을 심화시킬 수 있다. 계통의 전압상승은 계통의 신뢰도를 저하시키고 계통운영에 어려움을 수반한다. 이러한 전압상승은 무효전력보상을 통해 완화가 가능하다. 인버터 기반의 재생 발전원은 무효전력제어 제어 정밀도가 높고 빠르게 제어가 가능하여 계통의 전압상승 완화에 좋은 솔루션이 될 수 있다. 본 논문에서는 송전망 계통에서의 전압상승 완화를 위한 재생 발전원의 무효전력제어기술을 설명한다. 재생 발전원의 무효전력지원에 따른 전압상승 완화 효과를 평가하기 위해 Matlab을 활용하여 송전망 전압상승 및 재생 발전원의 무효전력지원을 모의하였다. 계통 모델에는 영광의 태양광 및 풍력 발전소와 주변 계통의 파라메터를 적용하여 구현하였다.
전력산업은 기존의 독점적 구조에서, 분할을 통해 경쟁을 도입하는 시장 구조로 변환하려는 움직임이 현재 진행 중이다. 전력산업의 발전설비 투자는 일반적으로 대규모의 자금과 오랜 공사시간을 요구하며, 안정적인 전력 공급을 위해 지속적으로 필요하다. 전력산업 구조개편 이전에는 일반적으로 정부가 장기적인 전력공급의 안정을 위해 전력공급계획을 수립하고, 독점회사인 한국전력공사가 이에 따른 발전설비 투자를 시행하였다. 그러나 전력산업 구조개편 이후에는 전력수급 안정을 위해 새로운 개념의 전력수급기본계획을 수립하였다. 이전과 가장 큰차이는 발전사업자가 발전설비를 투자하는데 있어 자유롭게 사업계획을 세울 수 있게 되었다는 점이다. 본 논문에서는 기존 독점구조에서의 발전투자와 경쟁시장이 도입된 이후의 발전투자의 효율성을 비교할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다.
전기학회지의 전력전자 특집호에 게재할 원고로 우리나라를 중심으로 하는 "전력전자분야의 발전사"라는 제목이 집필을 부탁받았다. 참으로 힘든 과제이다. 한 나라의 문학이니 음악의 발전사는 그나마 그 나라의 고유전통이 있어 어지간히 줄거리를 잡을 수 있다고 본다. 그러나 개발도상국가에서의 과학기술 발전은 선진국의 후진에 머물러 있기 마련이고 결국 선진국의 발전사에 시간의 지연을 추가하면 비슷한 패턴이 될 것이라고 생각된다. 필자는 미비한 자료를 갖추고 교수생활과 학회 회원을 지내는 동안의 기억을 더듬어서 다음과 같은 내용으로 엮어 보았다. 처음에 방전관시대에서부터 Thyristor 발명까지의 Power Electronics 탄생을 위시하여 전력전자의 공학과 산업이 어떻게 한국에 정착했는가를 기술하였다. 이어서 전기학회에서의 전력전자의 역할과 국제교류의 단서가 되는 학술회의의 개최가 전력전자분야의 발전에 얼마나 기여했는가를 기술하면서 나름대로 우리나라 전력전자의 발전사로 하였다. 발전사로 하였다.
현대중공업 전기전자시스템사업본부는 전력계통의 송배전전분야에 걸쳐 꾸준한 기술개발로 최고의 품질을 갖는 중전기기를 생산하는 Global Leader로써 성장하였다. 최근에는 신 재생에너지 분야 사업에 집중하여 태양광발전, 풍력발전, 조력발전의 연구개발을 활발히 진행 중에 있으며, 이러한 분산발전의 핵심기술인 PCS 개발에 매진하고 있다. PCS의 핵심은 전력전자기술을 기반으로 고품질의 전력을 계통으로 역송전하는 기술이다. 계통 연계형 태양광 PCS는 계통에 연계되어 운전되므로 전력계통의 이상 유무를 감지하여 전력계통의 보호협조 기능을 갖는 전력변환장치이다. 그래서 단순히 인버터라 부르지 않고 PCS (Power Conditioning System)라 부른다. 이는 일반적인 인버터 제어와 더불어 제어동작에서 계통의 안정성을 최우선으로 고려하여야 하며, 효율을 최대화하여 고객에게 최대의 수익을 창출할 수 있도록 하여야 한다. 이러한 계통과 연관된 인버터 기술의 발전으로 인하여 태양광 발전분야가 급속도로 성장하는 계기가 되었다. 본 논문은 현대중공업 제품을 중심으로 태양광 발전용 PCS의 개발 동향을 소개하고자 한다.
자립 운전시 전력조절기는 일반적으로 태양광 발전에서 사용을 할 경우 부하에 의해 출력이 결정되어 최대전력 추종을 할 수 없는 구조로 되어있다. 본 연구에서는 자립 운전시의 태양광 발전시스템이 안정적인 최대전력 추종을 할 수 있도록 에너지 저장장치가 결합된 구조를 제안하였다. 이러한 구조에서는 태양광 발전의 전력 손실을 줄이고 또한 태양광 발전 전력이 부족할 경우에서도 부하 측의 안정적인 동작을 보장하기 위하여 에너지 저장장치와 DC-DC 양방향 컨버터를 이용한다. 에너지 저장장치의 한 예로 슈퍼커패시터를 충 방전함으로써 태양광 발전 에너지에 의한 안정적인 출력을 낼 수 있고, 태양광 발전 전력의 효율적인 사용을 위한 전력조절 시스템의 아키텍처를 제안하고자 한다.
전력시장의 효율적인 운영을 위한 전력산업 구조개편은 전 세계적으로 진행되고 있다. 우리나라의 경우 발전부문의 분할과 부분적인 경쟁의 도입되고 있다. 따라서 발전설비투자에 있어서 정부의 역할이 축소되고 점차 시장 기제 속에서 발전사업자 각각의 투자권한이 강해지고 있는 실정이다. 구조개편 이전에는 일반적으로 정부가 장기적인 전력 공급의 안정을 위해 전력공급계획을 수립하고, 독점회사인 한국전력공사가 이에 따른 발전설비투자를 시행하였다. 그러나 전력산업 구조개편 이후, 새로운 전력수급기본계획을 수립하였다. 이전과 가장 큰 차이는 발전사업자가 발전설비를 투자하는데 있어 자유롭게 사업계획을 세울 수 있게 되었다는 점이다. 본 논문에서는 발전분할 전후의 투자효율성을 비교하는 방법론을 제시하고, 그 프레임을 한국 전력시장에 적용시켜보았다.
풍력발전은 신재생에너지 설비 개발에 대한 적극적인 정책지원 등으로 인하여 이의 확대 보급이 가속화 되고 있다. 반면에 풍력발전은 특성상 전력품질 적정 유지 및 전력공급 신뢰도 측면에서 기존의 발전시스템에 비하여 상대적으로 취약한 형태이다. 따라서 전력계통에서 풍력발전 비중이 증가됨에 따라 나타날 수 있는 계통안정도 변화와 같은 동특성 분석이 절실히 요구되고 있다. 본 논문은 풍력발전시스템을 전력계통에 연계하여 이의 동특성을 해석하기 위해 풍력발전시스템을 모의하고 이의 영향을 검토한 사례이다.
현대중공업은 2009년 충북 음성에 500kW급 태양광 발전소를 건설하여 태양광 인버터 개발품에 대한 실증시험을 진행하고 있다. 본 연구의 목적은 태양광 발전소내에서의 실제 발전 전력을 분석하여 고품질의 전력을 발전하는 제품을 만들고자 하는 데 있다. 전력의 품질은 태양광 인버터의 제어특성 뿐만 아니라 일사량이나, 구름의 움직임, 온도 그리고, 계통의 부하에 따라 변화하므로 발전량 전영역에서 고품질의 전력을 생산하는 것이 매우 어렵다. 본 연구에서는 전력의 품질을 확인하기 위하여 역률 및 고조파를 측정하여 나타내었다. 연구 결과 저전력에서의 역률 및 고조파의 큰 변화를 확인할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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