전기자동차 보급에 따른 배전계통 저전압 문제해결을 위한 차등요금 도입에 관한 연구

Abstract

전 세계적으로 온실가스 배출이 전혀 없는 전기자동차에 대한 관심이 급증하면서 그 보급률이 빠르게 증가하고 있다. 전기자동차 보급이 확대되면 전력시스템은 피크 부하가 증가하고, 기존의 피크 부하와 다른 시간대에 새로운 피크 부하가 생겨날 수 있다. 또한 부하패턴이 변화하고 지역별 전력수요가 변화하는 등의 잠재적 문제점을 안고 있으며 배전계통에서는 배전설비의 과부하, 특고압분기선과 주상변압기 및 저압선로의 저전압을 발생시킬 수 있는 위험을 갖고 있다. 전기자동차 부하가 전력시스템에 미치는 부정적 영향을 줄이기 위해 한국전력에서는 전기자동차 전용 시간대 별 요금제(Time of Use: TOU)를 도입하였다. 최대부하, 중간부하, 경부하로 나누어 다른 시간대 별 요금제보다 큰 가중치를 두어 전력수급에 미칠 영향을 최소화하는 형태를 띠고 있다. 그러나 전기자동차 보급률이 증가하면 기존의 요금체계는 배전계통의 전압위배 문제를 효율적으로 해결할 수 없다. 이에 본 논문에서는 배전계통사업자가 전기자동차 충전사업자에게 전압상황을 고려하여 권고 충전량을 알려주고, 이를 위배할 시에 차등요금을 부과하는 요금체계를 제안한다. 권고 충전량 산정의 목적함수는 전압마진의 최대화로 하여 혼합 정수 비선형 프로그래밍을 통해 해를 구하였다. 아울러 본 논문에서 제안하는 차등 요금 효과를 확인하기 위해 69모선 배전계통 사례연구를 진행하였다. 이를 통해 기존의 요금 체계에 비해 제안한 요금 체계가 효율적으로 배전계통의 전압신뢰도를 회복하는 것을 확인하였다.