오늘날의 사회는 디지털 기술기반에 의해 가속화되는 새로운 사회적, 경제적 경험의 세계로 움직이고 있다. 그 결과로서, 과거 어느 때 보다도 전력시스템, 인터넷, 통신망 등 복잡하고, 상호작용적인 네트워크의 원활한 기능에 전적으로 의존되어 가고 있고, 이러한 상황은 네트워크에 전례 없는 품질과 안정성을 부각시켰다. 또한 디지털 기기의 확산과 디지털 산업의 성장에 따른 고품질의 전력요구, 전력수급의 유형 변화, 소비자 생활양식의 변모 등에 의해 과거와는 다른 새로운 전력 시스템을 요구하고 있다. 이를 위해서는 Electricity Network와 IT Network와의 결합을 바탕으로 다단계의 지능적인 제어 능력을 보유한 전력 Super Highway가 필요하다. 본 논문은 디지털 시대를 대비한 해외의 신 전력시스템 개발 현황 및 이를 뒷받침하기 위한 네트워크 구축 방안들을 살펴보고, 이를 통해 현재 우리나라의 전력시스템 환경에서 필요한 요구조건과 가능한 네트워크 구축 방안에 대하여 살펴본다.
전력계통의 구조가 복잡해지고 무효전력 및 전압제어가 전력계통 운용의 주요사안으로 대두되면서, 급속한 부하증가나 심각한 고장 등의 예측하기 어려운 사고 발생 위험이 커지고 있고, 이로 인해 전압붕괴 등 전력계통 불안정 현상이 전력계통의 안정운전에 큰 위협이 되고 있다. 본 논문에서는 IEC 61850 기반의 변전소 자동화에 사용되는 전압제어기 및 시스템에 대해서 조사하였다.
본 논문은 위상천이 풀브리지 컨버터의 전압 제어기 설계에 있어 게인값의 선정에 따른 위상 이득, 게인 이득을 통해 안정도를 판별하고 게인값에 따른 시스템의 응답특성을 고려하여 최적값을 설계하는데 목표를 두고 있다. MATLAB의 Bode plot을 통해 안정도 및 응답특성을 확인하였고 PSIM 시뮬레이션을 통해 제어가 잘 되는지 확인하였다.
본 논문은 시간영역 모의 테크닉과 과도안정도 해석 직접법을 결합한 하이브리드형 방법을 설명한다. 먼저 객체지향기법을 이용한 시간영역 모의를 통해 실제 시스템의 궤도를 계산하고, 과도안정도 여유도를 계산하기 위한 안정도 지수를 유도하기 위해 과도 에너지함수를 평가한다. 일단 시스템의 어떤 상태(안정 또는 불안정)가 확인되면 CPU 시간을 줄이기 위해 시간영역 모의를 중단하기 위한 적절한 기준이 제시되었다.
전력거래소에서 전력계통 및 전력시장 운영을 위해 도입한 핵심시스템은 EMS, MOS, CBP 이다. 이 세개 시스템은 각각 고유의 기능을 가진 별도의 시스템으로 구축되었다. 우리나라의 전력시장이 발전경쟁단계에 머무르면서 당초 양방향전력시장용으로 도입된 MOS시스템이 활용되지 못함에 따라 MOS시스템의 실시간 급전기능을 활용해 전력계통 운영의 안정성 및 경제성 향상을 꾀하고자 이 세 개의 시스템을 2006년 10월부터 연계 운영하고 있다. 이를 위해 CBP입찰값을 MOS의 입찰형식으로 변환하기위한 CBP-MOS 입찰변환시스템, 실시간 수요예측을 위한 수요예측 프로그램, MOS와 EMS를 일괄적으로 연계하기 위한 연계Mode, 각 발전기 운전원들에게 발전기의 급전계획값 및 실시간 운전현황을 전송하기 위한 급전지시시스템(MX) 및 전반적인 시스템 연계운영을 종합적으로 감시하기 위한 종합감시시스템 등을 개발하여 운영하고 있다.
풍력발전시스템은 기존의 발전시스템과 매우 다르다. 그러므로 전력계통에 풍력시스템을 연계하기 위해서는 동적특성에 대한 연구가 필요하다. 풍력발전기의 안정도해석은 전력계통의 운영에 있어서 중요 쟁점이다. 기존의 동기발전기만으로 구성된 전력계통의 위상각 안정도는 풍력발전기가 포함되면 그 결과가 달라진다. 즉, 풍력터빈에 연계된 발전기는 대부분 비동기인 유도발전기이기 때문이다. 위상각의 동기화 여부로 판별하는 위상각 안정도는 임계고장제거시간(CCT)을 계산하여 평가한다. 계통해석용 풍력터빈의 모델은 다양하여 그 해석에 어려움이 있으나 지금은 크게 4가지 타입으로 표준화가 되어있다. 본 논문에서는 PSS/E-32에서 제공하는 풍력터빈의 3번째 표준모델인 DFIG(Doubly-Fed induction Generator)모델을 이용하여 풍력단지가 연계된 전력계통의 CCT를 풍력단지의 위치와 용량을 고려하여 분석한다.
기존에 사용된 저궤도 인공위성 전력계 시스템을 분석하고, 시스템의 효율을 향상시키는 단순화된 직병렬 구조를 제안한다. 인공위성이 지구를 공전하는 동안 상황에 따라 변화하는 제안된 구조의 동작을 모드로 분류하고, 제안한 시스템을 안정적으로 운용하기 위해 시스템 운용 알고리즘을 제안한다. 모의 실험을 통하여 기존의 직렬구조와 제안된 구조의 효율을 비교 한다. 제안된 단순화된 직병렬 구조의 안정적인 동작을 검증하기 위해, 200W급 태양전지와 100W급 전력조절기 두 모듈을 병렬로 구성하여 실험하였다.
청정지역으로 규정된 제로에미션 지역을 통과하기 위해서는 배터리를 포함한 전기시스템을 사용하여 외력 특성과 무관하게 안정된 운전성능을 유지해야만 한다. 또한 전기시스템이 항구에서 완충된 상태로 출항이 진행되어서 목표지점에 도착한 경우 뿐만 아니라, 운항 중 발전기 시스템에서 배터리를 충전하고 회항지점에서 항구까지 안정된 전력을 유지해야만 한다. 그러나 운항이 진행되면서 선체에 작용되는 외력을 극복하기 위해 추진력을 급속히 변화하게 된다. 이러한 방법은 제한된 에네지를 사용하는 전기시스템에서 급격한 속도 변화는 에너지 사용량을 증가시키고, 진동, 발진등 추진체에 수명을 단축시키는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 전기시스템의 전력 변화량을 기반으로 제로에미션을 운항하는 운전방법을 제안한다. 제안된 속도제어방법은 모드별로 선정된 속도변화량을 기준으로 모터의 토크응답성과 전력 변화특성을 PSIM을 사용하여 모의시험하였고, 구동부 하드웨어를 구현하여 성능을 부하 모의시험장치에서 검증하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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