지멘스 코리아(www.siemens.co.kr)
전력자동화 사업부_정종찬 차장
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개요

최근 전 세계적으로 화두가 되고 있는 스마트그리드에 대한 간략한 소개와 이와 연계한 전력자동화 시스템 동향을 소개하고자 한다. 본고에서는 크게 스마트그리드, 전력 시스템 보호, 변전소 자동화 등 세 부분으로 나눠 설명했다

스마트그리드

인구 및 메가시티(Megacity) 증가에 따른 전력 수요의 증가, 천연자원의 고갈에 따른 에너지 효율성 향상의 필요성 그리고 기후변화에 따른 청정에너지원의 요구 등이 전 세계의 주요 관심사이다. 이에 대한 해결책 중 하나로 스마트그리드가 최근 크게 부각되고 있다.
스마트그리드는 위에 언급된 요구사항을 실현하기 위한 각 전력 기자재의 연구, 개발 및 상용화 등 일련의 과정을 포함하고 있다.
스마트그리드가 꼭 갖춰야 할 요소로서, 첫째 고객의 요구 변화에 유연하게 대처할 수 있는 유연성(Flexible)을 들 수 있다. 둘째 쉽게 접근할 수 있어야 한다. 스마트그리드는 신재생에너지원 및 분산적인 고효율 저탄소발전소의 사용자들이 쉽게 전력네트워크에 접속할 수 있는 접근성(Accessible)이 요구된다. 셋째 디지털 세대에 요구되는 보안성 및 불확실성에 기반한 위험요소들을 관리하는 신뢰성(Reliable)이 필요하다. 마지막 네 번째 요소가 혁신과 에너지의 효율적 관리를 통해 최고의 고객가치를 창출해 내는 경제성(Economic)이다.
스마트그리드의 실현을 위해서는 제도적인 뒷받침이 무엇보다 중요하다. 따라서 세계 각국에서는 관련 제도 마련에 힘쓰고 있다.
환경 친화적인 전력 공급을 위해서는 <그림 1>과 같은 구도가 절실히 필요하다. 또한 송배전 그리고 소비자 측면에서 그리드의 중요성은 <그림 2>와 같이 표현할 수 있다.

 

위에 언급된 주요 기술혁신을 통한 제품 개발을 통해 지능화된 전력망을 구축하는 것이 중요하다.
주요 기술을 간략히 정리하자면 HVDC, UHV AC-System 등을 포함한 슈퍼그리드(Super Grid), 향상된 에너지 관리 시스템(EMS), 정정 예방 및 방지 시스템(Phasor Measurement, Wide Area Monitoring), 상태 감시 시스템을 포함한 스마트그리드, 스마트 빌딩 및 에너지 저장 장치 등을 언급할 수 있다.
지속 성장 가능한 에너지 시스템을 공급하기 위해서는 세 가지 요소가 필요하다. 이 요소는 스마트그리드 구축에 반드시 필요한 것들이다.
첫째 기술 과제가 있다. 각 나라에 적합하고 필요한 요소 기술이 무엇인지를 먼저 파악하고 각국에 적합한 최적의 제품을 적용해야 한다. 이를 위해서는 시범사업을 위한 공동 투자, 공급자 및 운영자 그리고 사용자 간의 리스크를 분할할 수 있는 기반이 중요하다.
둘째 장기적 관점에서의 투자 및 인센티브 제도는 스마트그리드의 실현을 앞당기는 중요한 요소가 될 것이다. 국지적인 관점이 아니라 글로벌 관점에서의 스마트그리드 솔루션을 찾는 것 또한 매우 중요하다.
셋째 사회적인 합의, 제도적인 장치, 그리고 산업체 간의 협업 또한 정착시켜야 할 과제이다.

전력 시스템 보호

스마트그리드를 구현하기 위해, 또는 전력 시스템의 안정도 향상을 위해서 전력 시스템의 감시는 매우 중요하다. 전력 시스템 보호의 예를 간단히 소개하고자 한다.
지능형 보호계전기를 통해 먼저 <그림 3>과 같이 불안정한 시스템을 분리한다. 여기서 통신 속도의 신뢰성을 확보하기 위해, <그림 4>와 같이 P2P(Peer to Peer) 통신을 사용한다. 또한 페이저 측정 및 위상각 차이 등의 데이터를 확보, 과도현상 시뮬레이션을 통해 동기그룹과 비동기그룹으로 나눠 시스템을 분리한다. <그림 5>는 주파수 안정도를 위해, 시스템 분리 후에 부하 불평형을 도식화한 것이다. 부하 불평형은 로드 셰딩(Load Shedding)을 통해 발전용량을 재계획한 후 <그림 6>과 같이 평형 부하를 이룬다. <그림 7>은 IEC 61850을 이용한 지능형 로드 셰딩을 나타내고 있다.

변전소 자동화

여기서 간단히 지멘스의 변전소 자동화 분야의 로드맵을 소개하고자 한다.

 

지멘스는 남제주 화력발전소를 필두로 국내 최초로 IEC 61850을 공급했다. 현재 15여 개의 IEC 61850 기반의 전력 감시 시스템 및 보호계전기가 국내에서 운용되고 있다. 또한 PMU(Phasor Measurement Unit) 및 광역 네트워크 시스템 모니터링(Wide Area Network)을 구비하고 있다.
IT기술의 발전과 함께 변전소 자동화 분야도 지속적으로 발전하고 있으며, 관련 제품 및 기술이 등장하고 있다. 지멘스는 Bay Level부터 Control Center에 이르기까지 동일한 제품군으로 제품 포트폴리오를 갖추고 있다.

마무리

본고에서는 스마트그리드 및 변전소 자동화를 간단히 소개했다.
세계적으로 많은 IEC 61850 기반의 전력IT화된 현장이 급속히 증가하고 있다. 신뢰성 있는 IED를 통한 전력 시스템의 안정성. 이는 바로 IEC 61850 규격을 채택함으로써 전력IT
의 실현에 기여하고, 전력IT화를 통해 사람들에게 안전한 전력 공급이 이루어질 수 있다. 이 또한 스마트그리드를 성공적으로 구축하기 위한 중요한 발자취가 될 것이다.

 

 

보호계전기 전기회로의 단락, 과부하, 지락 등의 사고가 발생했을 때 즉시 사고 부분을 계통에서 분리해 사고가 타 계통으로 파급되는 것을 방지하고, 기기가 가능한 한 손상을 받지 않도록 하는 기기

<Energy News>