HVDC는 새로 건설하는 대규모 송전 시스템에서 AC 송전 시스템을 대체하고 있다. DC 송전의 장점은 송전 손실이 적고, 케이블 효율이 좋아서 더 얇고 적은 수의 케이블로도 동일한 크기의 전력 송전이 가능하며 특히, 전력 시스템의 이상으로 파급되는 문제를 막을 수 있다. 본 논문에서는 HVDC 시스템을 운영하는데 있어서 가장 중요한, 시스템의 신뢰성을 높이기 위한 시스템의 이중화 구성을 분석하고, 이중화의 예시와 효율적인 방안을 제시한다.
유연 송전시스템(FACTS)은 송전선의 효율을 높임으로서 발전소의 추가 설비 없이도 전력수요에 맞는 전력공급을 가능하게 하는 제어기이다. 특히, 직렬형 유연 송전시스템에서 사용하는 외부제어기는 미소 리액턴스 신호를 발생하여 내부제어기에 인가함으로서 전력시스템의 저주파 댐핑을 효과적으로 향상시키는데 사용된다. 본 논문에서는 효과적인 외부제어기 설계를 위해 하이브리드시스템 모델링 이론을 유연 송전시스템을 포함한 전력시스템에 적용하였다. 하이브리드시스템은 전력시스템의 고유의 비선형성을 포함하여 모델링을 함에도 불구하고 전체 시스템 행렬을 계산할 수 있게 도와줌으로서 고유치 분석을 통한 적절한 외부제어기 설계를 가능하게 한다. 본 논문에서 제시한 방법을 적용하여 설계된 외부제어기의 성능을 1기 무한모선 시스템에 적용하여 평가하였다.
송전망 확충과 병행하여 기존선로를 최대한으로 활용하는 문제가 대되되어 왔고, 동일한 송전선로 확보공간을 보다 효율적으로 사용하여 전력전송을 극대화 하기 위한 연구가 추진되어 왔다. 그 대책으로서 송전전압 격상을 추진하고 있고, 신 전력전송기술의 하나로 FACTS가 연구되고 있음과 아울러, 기존 송전시스템을 그대로 활용하면서 근본적인 전력전송을 증대시키는 방안으로 고다상 송전(High Phase Order(HPO) Transmission)에 관한 연구가 10여년전부터 미국을 중심으로 추진되어 왔으며, New York State Electric and Gas Corporation사는 최근 실계통인 115KV Goudey-Oakdale 송전선로에 6상 송전을 시험 적용하기에 이르렀다. 여러가지 제약조건으로 해서 최대한으로 송전능력을 향상시켜야 하는 시대적 요청에 부응하여, 미국 PTI사가 주도적으로 행한 연구결과를 중심으로 고다상 송전기술에 대하여 기술한다.
본 논문은 Vernier 모드에서 운전하는 2-모듈 TCSC로 구성된 전력송전시스템의 특성 해석을 위하여 싸이리스터 점호각 계산을 푸리에 공간에서 수행한다. 이를 위하여 싸이리스터 스위칭 함수를 이용하여 TCSC 리액터 전류에 관한 연립방정식을 구하였다. TCSC 모듈의 등가 임피던스가 전력송전 시스템이 요구하는 특정값을 갖게 하는 싸이리스터 점호각을 수치해석 방법을 사용하여 구하고, TCSC 전력송전시스템의 정상상태 특성을 해석하였다. 또한 EMTP 시뮬레이션을 수행하여 푸리에 공간에서의 점호각 계산의 타당성을 시평면상에서 검증하였다.
HVDC 시스템은 전력을 AC를 DC 로 변경하여 송전하고, DC를 다시 AC 로 변경하여 수용가에 공급하는 고전압 DC 송전 시스템이다. 송전시스템으로서 시스템의 안정도를 위해 각 서브 시스템을 이중화하는 것이 매우 일반적이며 이중화된 시스템을 독립적으로 운영되여 Fault 발생 시 '절체' 된다. 독립적인 측정시스템은 편차를 가질 수밖에 없으며, 이와 같은 차이가 제어기를 통해 제어 출력에 순각적인 변화를 발생시킬 수 있다. 이는 제어의 안정도 및 기기의 수명 등에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문은 이와 같은 영향을 감소시키기 위한 기법을 제안한다.
지진 하중을 받는 전체 네트워크 시스템 및 네트워크 구성 절점에 대한 신뢰성 지수를 구할 수 있는 지진 재해 신뢰성 평가 방법을 전력 송전 네트워크 시스템을 대상으로 개발하였다. 전력 송전 시스템에 대하여 절점과 링크로 구성된 네트워크 모형을 개발하였으며, 절점인 변전소의 지진 취약도 곡선은 변전소 구성 기기의 개별 취약도 곡선으로부터 구하였다. 입력 지진 모형으로서 점 지진원 모형을 사용하였고, doubly truncated Gutenberg-Richter 관계식과 감쇠공식을 적용하였다. 몬테 카를로 시뮬레이션을 적용하여 전력 송전 네트워크 시스템의 신뢰성을 평가한 결과 한국의 전력망에 대한 지진 재해의 효과는 무시할 수 있는 수준은 아닌것으로 평가되었다.
송전선 경과지 선정의 어려움과 같은 여러 가지 이유로 송전 설비를 확충하는데 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 기존 송전 설비의 활용도를 높이는 방법으로 전력 계통의 신뢰도를 극대화할 필요가 있으며, 최근 이의 한 방편으로, 전력공급의 유연성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 송전기술인 유연송전시스템(FACTS: Flexible AC Transmission System)이 사용되고 있다. 본 논문에서는 유연송전시스템을 포함한 전력계통의 모델을 설정하고, 이를 포함한 전력�墳育� 상태추정을 수행하였다. 개발된 프로그램은 6모선 시험계통을 이용하여 타당성을 검증하였다.
100년전 토마스 에디슨이 주장한 직류 전력 전송 방식인 DC 송전은 AC 송전보다 장거리 송전 시 손실이 적고 안정도가 좋다. 또한 다른 주파수를 가진 두 지역을 연계하여 전력을 전송 할 수있으며 전력 조류를 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나, AC와 DC전력간의 변환 장치를 필요로 하여 설비 구축 비용이 비싸다는 점과 고도의 제어기술 및 검증 기술이 요구된다는 단점은 이제 굳이 논할 필요도 없는 사실이다. 이에 수년전부터 국내에서도 손실이 적고 안정도가 좋다는 장점이 지속적으로 부각되고 있으며 친 환경 발전 및 스마트 그리드의 호황 속에 DC 송전 기술의 필요성은 차세대 기술로 각광받으며 DC 고압 직류 방식인 HVDC (High Voltage Direct Current, 이하 HVDC)에 대한 연구 및 사업이 시작되었다. 그러나, HVDC 시스템의 손실 측정은 계산으로 인해 이루어지고 있으며, 이에 대한 실측 방안은 현재 없다. 또한 시스템 설계 시, 고려해야 하는 시스템의 Feasibility 및 신뢰성에서 손실은 중요한 지표 중의 하나이다. 그러나, HVDC 를 개발하고 설치, 운전하여 양도 또는 인수하는 과정에서 손실은 전력 요금과 직결되기 때문에 계산 및 측정에 대한 논란이 있는 실정이다. 계산 및 측정하는 HVDC의 손실은 무부하 손실 및 부하 손실로 구분된다. 본 논문에서는 현재 사용되고 있는 손실 계산 방법을 소개하고 당사에서 측정을 실시한 HVDC 손실 측정 방법에 대해서 소개하고자 한다.
본 논문은 HVDC 시스템의 최대 송전능력을 다루었다. HVDC 시스템은 AC 시스템과 연결되는 부분에서 DC출력의 60%정도의 무효 전력을 소비한다. 그러므로 상대적으로 약한 AC 시스템에 연결될 경우에는 전압 안정도(Voltage Stability)문제를 유발할 수 있다. 이러한 전압 안정도가 HVDC의 최대 송전 전력을 결정하는 주된 요인이다.
전체송전용량은 열 안정도, 과도안정도, 전압안정도 등에 의하여 제한을 받게 되는데, 한전 전력시스템에서는 주로 전압안정도에 의하여 제한을 받는다. 현재에도 상당한 규모로 북상조류가 흐르고 있어서, 전력시스템의 안정도를 고려한 융통전력의 한계가 중요한 문제로 부각되고 있다. 본 논문에서는 평가선로 조류의 모선 전력 민감도를 활용하여 전체송전용량을 산정하는 기법이 IEEE 39 모선 테스트 시스템에 적용되며, 실제적으로 운용하고 있는 경제급전의 순서인 Merit order(우선 순위)를 적용하여 전체송전용량 산정을 하는 것과의 결과를 비교 검토한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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