무효전력 경제급전을 고려한 345㎸ 계통 기준전압에 관한 연구

Abstract

국내 전력계통의 전압기준은 전압조정목표와 전압유지범위로 구분하여 운영하고 있으며 전압유지범위는 고장이나 외란에 대비하여 전력계통이 유지해야 하는 전압 한계이며 전압조정목표는 정상상태의 운전범위이다. 국내 765㎸, 154㎸ 계통이나 해외 사례를 보면 기준전압을 전압유지범위의 중간값으로 운영하는데 국내 345㎸ 계통만 중간값이 아닌 353㎸으로 운영하고 있다. 전력시스템은 발전 측면에서는 전통적 화석연료에서 신재생에너지로, 부하 측면에서는 용량성 부하가 증가하는 추세로 에너지 전환이 진행 중이며 이에 따라 안정적 전압유지를 위한 충분한 무효전력 공급과 예비력 확보가 중요해지고 있다. 이러한 변화에도 불구하고 국내 전력계통은 1996년 제정된 계통 신뢰도 및 전기품질 유지 기준에서 정한 계통 기준전압을 20년이 지난 지금까지도 353㎸로 운영하고 있다. 전력시장의 성장률은 90년대 10% 초반에서 2015년 1.27%로 급격하게 하락하였으며 전력 판매량도 2014년을 기점으로 감소하고 있다. 향후 발전사업자의 수익은 점차 감소될 것으로 예상되는 상황에서 전압보상을 위해 무효전력을 무상 공급하는 발전사업자에게 안정적 무효전력 공급과 설비투자에 대한 동기를 부여하기는 어려워질 것이다. 이러한 상태가 지속된다면 2003년 북미 대정전(blackout)과 같은 재난이 국내에서 발생하지 않는다고 보장할 수 없다. 본 연구 보고서는 해외 무효전력 시장 연구로 국내 적용 가능한 무효전력 비용 모델을 제시하고 무효전력 비용 보상을 전제로 전력조류 방정식의 무효전력과 전압과의 관계를 이용하여 무효전력을 경제급전할 수 있는 345㎸ 기준전압을 연구하였다. IEEE 14 모선 시스템과 실제 한전 계통에서 PSS/E 프로그램을 이용한 사례 연구를 통해 본 연구과제의 타당성을 검증하였다.