서로 다른 이해를 추구하는 다수의 전기사업자가 경쟁하는 전력산업 패러다임의 변화는 전력의 안정적 공급과 이러한 공정한 경쟁이 이루어질 수 있도록 뒷받침 해주는 환경조성이 더욱 절실하게 되었다. 이를 위해 국내는 계통신뢰도및전기품질 유지를 위한 최소 기술적 요건을 정하여 거래소와 전기사업자가 이를 준수하도록 관련 고시가 발효되어있다. 그러나 지난 수년간의 시장체제하에서의 계통신뢰도 확보의 보완사항과 변화하는 대외적 환경변화에 발맞추어 계통신뢰도 기준에 대한 선진화의 필요성이 제기되었으며, 신재생전원 확대, 지능형 송전망 구축 국가적 마스터플랜 등에 따른 기술고시 개정이 논의 중에 있다. 이에 국내 전력계통신뢰도및전기품질 유지 기준 선진화를 위한 제도적, 기술적 현안사항들을 다루어 보고자 한다.
우리나라는 전계통 정전 발생 및 광역지역 정전에 대비하여 매년 "전계통 정전시 복구계획"을 수립하여 정전발생에 대비하고 있다. 우리나라는 외부와 고립된 계통으로 외부수전이 불가능하므로 전국 7개 지역에 12개 자체기동발전기를 지정하여 운영하고 있다. 정전 발생시 우리나라 계통복구 절차를 살펴보면 먼저 거래소가 EMS와 전국 발 변전소로부터 올라온 정보를 분석하여 광역정전 여부를 파악하여 정전상황을 각 사업소에 통보하게 된다. 그 후 즉시 자체기동발전기를 기동하고, 시송전 선로를 구성하게 된다. 이 시송전선로를 통해 자체기동발전기에서 생산한 전력을 우선공급발전소에 전달하여 최초 계통복구를 위한 시송전계통을 구성하게 된다. 이후 안정후공급발전기에 기동전력을 공급하면서 계통에 병입되는 전력에 맞춰 계통 부하복구를 시행하게 된다. 지역별 계통이 안정화되었을 경우 지역간 계통을 연계하여 복구과정을 마치게 된다. 이러한 복구계획의 시초가 되는 자체기동발전기가 우리나라와 같은 고립계통에서 매우 중요하므로 자체기동발전기 정기시험을 매년 시행하고 있다. 마지막으로 2006년 제주계통 정전시 복구계획 적용사례와 이때 발생되었던 문제점 및 해결방안을 설명하였다.
수직 통합된 체제의 전력회사가 6개의 발전회사와 1개의 판매회사로 분리되고 전력거래소를 통한 전력거래가 본격화되면서 발전회사는 자체 소유 발전설비의 공급가능용량을 어떻게 활용하느냐에 따라 영업상 수익의 영향을 받게 된다. 특히, 하루 전 발표되는 한계가격(System Marginal Price, Base Load Marginal Price)에 맞도록 전력생산을 위한 발전 비용함수를 적용한다면 익일의 공급가능용량이 최적 배분됨으로써, 변동비 반영 시장(Cost based Generation Pool)과 입찰가격 반영 발전시장(Price Bidding Generation Pool)에 적용될 계통운영보조서비스의 계약 물량 산출 및 익일 생산비용의 최적화를위한 입찰전략(Bidding Strategies) 수립이 가능해 지므로 보유 설비에 대한 최적이용이 가능하게 된다. 따라서 본 논문에서는 수요예측 오차와 과거 시장운영 실적을 기초로 년 간 유지보수 계획을 수립하고, 계통운영보조서비스에 대한 계약물량 산출과 개개 발전기의 비용함수 산출, 적용을 통한 발전설비의 효율적인 입찰 방안에 대해 논하고자 한다.
정부의 배전분할 유보결정에 따라 전력거래소에서는 현행 발전경쟁시장의 효율성 향상을 위한 많은 사업을 추진하고 있다. 그중 우선적으로 추진하였던 사업이 도매전력시장을 대비해 구축한 시장운영시스템(MOS; Market Operation System)을 현행 계통운영을 담당하고 있는 급전 자동화시스템(EMS; Energy Management System)과의 연계활동이다. 이는 시장운영시스템(MOS)에 내재되어 있는 최첨단 기능중에서 일부를 현행 전력시장에 적용함으로써 계통운영의 효율성 향상뿐만 아니라 계통운영기술을 선진화하는 것이다. 특히, 기존 급전시스템에 비해 가장 두드러지는 점은 발전기들에 대한 에너지 및 예비력 급전계획을 사전적으로 5분단위로 최적화하여 수립하고 이를 발전기들에게 송신함으로써 경제적이며 안정적인 전력계통운영을 가능하게 해 줄 수 있는 것이다. 이를 가능하게 하기 위해서는 바로 정확한 미래 수요수준의 결정이 필수불가결한 요소이다. 따라서 본 논문에서는 MOS-EMS 연계활용에서의 실시간 수요예측의 중요성과 기존 제작사의 알고리즘과 국내 전력수요특성간의 불일치점 그리고 이를 해결하고자 모색했던 방안들에 대하여 설명하고자 한다.
전력거래소는 국내 유일하게 한국의 전력계통을 실시간으로 감시 제어하고, 계통의 안전성을 평가 후 최적으로 운용하기 위해 2002년부터 현 EMS 시스템을 운용해 오고 있다. 초기 모든 계통해석의 근간이 되는 상태추정의 운용을 위해 계통모델과 필요 취득 데이터를 대폭 정비하였다. 현재는 154kV 무인 변전소의 탭을 추가취득 하고 모든 아날로그 취득데이터의 그룹별 가중치 조정에 의한 상태추정 등 계통해석의 정도개선 노력을 지속적으로 추진해오고 있다. 또한 상정고장 개소와 발변전소 3상 단락 고장 개소를 대폭 확대 정비하여 예상되는 모든 고장에 급전원이 신속히 대처할 수 있도록 하였다. 또한 무효전력 제어를 통한 계통손실 최소화 방안의 합리적 도출을 위한 최적화 기능의 실시간 계통운용 등 괄목한 성과를 거두었다. 본고에서는 이들 EMS 계통해석 기능을 중심으로 현재의 활용실태와 미래의 방향에 대하여 소개하고자 한다.
EMS 계통해석 최적화기능은 전압계획(VVD), 안전도개선(SENH), 최적조류계산(OPF) 기능을 지원하고 있다. 그러나 이들 기능은 부등호 제약처리, 이산 제어요소 처리, 제어DB 구축과 최적화 파라미터 튜닝의 어려움, 급전 가능한 제어대상 최소화, 수렴특성 난조 등 프로그램의 강인성의 문제로 전 세계적으로 실 계통에서 활발히 사용되지 못하고 있다. 본고에서는 전력거래소(KPX) EMS 최적화 프로그램 기능소개와 실계통 활용을 위한 제어DB 재구축, 튜닝, 특성시험 결과와 향후계획을 소개하고자 한다.
우리나라의 변동비반영시장(CBP)은 자동발전제어(AGC)의 제공수준에 관한 정량적 평가방법을 수립되지 않아, 동 서비스의 제공과 직접적으로 관계없는 에너지 공급량에 비례하여 공급대가를 지불하고 있다. 이에 따라 전력거래소는 시장효율 향상을 위한 제도개선의 일환으로 발전기별 이행성과 및 기여도를 반영하는 AGC 정산체계를 수립하였다. 새로운 정산체계에서 발전기별 AGC 이행성과와 기여도는 각각 계통의 기대출력에 대한 실제출력의 통계적 상관계수와 EMS의 제어참여율로 결정된다. 본 논문은 AGC 정산체계의 개선방안에 관한 세부내역 및 근거를 설명하고, 사례분석을 통해 방법론의 유효성을 입증하고 있다.
‘구역전기사업제도’의 도입을 주된 내용으로 하는 전기사업법시행령 개정안이 지난 2004년 6월 국무회의를 통과함에 따라 같은 해 7월 1일부터 시행에 들어갔다. 구역전기사업은 비교적 소용량의 발전기를 이용해 전기를 생산, 이를 전력거래소를 통하지 않고 특정한 공급구역 내의 소비자에게 직접 공급하는 새로운 형태의 전기사업이었기에 제도 시행 전부터 사업자들 사이에서 많은관심을 불러일으키기에 충분했다. 특히 구역전기사업은 분산형 전원개발의 촉매제 역할을 할 것이란 기대감 속에 많은 관심을 받아왔다. 하지만 현실적으로 부담스러운 허가기준 등으로 인해 사업이 활성화되기까지 쉽지 않은 과정을 겪고 있다. 그 과정에서 2005년 11월 케너텍은 서울 동작구 사당동 신동아 아파트 현장에서 시설을 완공, 구역전기사업자중초로 생산한 전기를 공급하기 시작했다. 그리고 현재 20여개의 사업자가 탄생했고, 올해 초에는 도시가스사업자들이 주축이 된 구역전기사업자 협의회가 정식 발족하기도 했다. 사실 구역전기사업은 이제부터가 시작이다. 그동안은 사업자로만 선정이 됐지, 일부 업체를 제외하고는 사실상 건설에만 치중해 왔고, 실질적으로 전기를 생산·판매하지는 못했다. 그러나 이제 사업자들이 속속 발전설비 건설을 마무리 하고 본격적으로 전기를 공급하려 하고 있다. 이제 기지개를 켜려 하고 있는 구역전기사업의 과거와 현재, 미래를 짚어본다.
전력거래소(KPX)는 전국에 산재된 발 변전소로부터 2초 혹은 4초 주기로 계통운영에 필요한 아날로그, 디지털 데이터를 실시간으로 취득하고 있다. 이렇게 취득한 데이터는 EMS 전력계통 감시 및 제어를 위한 각종 화면, 자동발전제어/경제급전(AGC/ED), 상태추정(SE), 상정고장해석(CA)등 실시간 계통운영과 조류계산(PF), 고장계산(SCT), STNET(PF, CA), 상정고장해석 등 검토모드로 급전소 휴전업무 검토에 활용되고 있다. 또한 EMS에서 취득한 실시간 데이터를 MOS(시장 운영시스템)로 보내어 상태추정을 추행하고 이 값을 기반으로 발전기별 경제적인 출력 값인 FMD(5분 급전지시)를 EMS로 보내어 EMS의 주요기능인 AGC(자동발전제어)로 경제적이고 안정된 출력 조정을 하고 있다. 이러한 이유로 EMS 및 MOS의 상태추정 견과의 정확도와 실행 안정성은 매우 중요하다고 하겠다. 본고에서는 EMS 계통해석기능 검증 결과와 향후 데이터 정확도 개선은 위한 과정의 일환으로 EMS의 상태추정과 MOS의 상태추정의 상호비교 결과를 소개하고자 한다.
본 연에서는 현재 전력거래소에서 사용하고 있는 단기수요예측 산법을 전력시장 운영환경에 대응 하도록 보다 정확하면서도 공정성이 보장되는 산법으로 개선하였다. 접근방법은 기존의 산법들을 면밀히 분석한 다음 산법의 개선과 매개변수의 튜닝을 통하여 예측정확도를 개선하였으며, 예측과정의 투명성을 확보하기 위하여 예측절차를 출력하는 기능을 포함하였다 예측정확도를 개선하기 위한 주요 방안으로 종합분석모형의 경우는 실적자료가 생길 때 마다 즉시 민감도가 갱신되도록 하였으며, 회귀분석모형은 분석과정에서 의미가 있는 자료만을 선택하도록 하였다. 또한 신경망 모형의 경우는 모의를 통하여 최적의 입력변수를 찾아 설정하였으며, 지식기반모형에서는 최근의 수요특성을 분석하여 새로운 규칙들로 구축하였다. 제안한 산법의 효용성을 평가하기 위하여 2004년도 실계통 자료를 대상으로 모의를 해 본 결과, 모든 산법에서 개선된 예측정확도를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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