분산형 전원계통 연계기술검토 지원시스템 개발

기사 분류 > 전기기술

분산형 전원계통 연계기술검토 지원시스템 개발

2005년 8월 2일 (화) 23:31:00 | 지면 발행 ( 2005년 7월호 - 전체 보기 )

이 원고는 일본 《電氣現場伎術》誌에서 번역 전재한 것입니다.분산형 전원계통 연계기술검토 지원시스템 개발분산형 전원이 고압배전선에 연계하는 경우 ‘전기설비 기술기준(해석)’ 및 ‘전력품질확보에 관계되는 계통연계 기술요건 가이드라인’을 바탕으로 분산형 전원의 역조류로 인한 전압변동 등의 기술검토를 실시할 필요가 있다.고압배전선의 전압부하관리는 배전설비 관리용 업무시스템(이하, 배전종합시스템)을 이용하고 있지만 분산형 전원의 역조류에는 대응하고 있지 않기 때문에 이제까지는 표 계산 소프트 등을 활용해 기술검토를 진행해 왔다.그러나 검토항목이 다방면에 걸쳐 검토내용이 복잡한 점과 분산형 전원의 증가·다양화로 인해 계산조건이 보다 복잡해졌다는 점에서 업무품질의 유지와 검토업무의 노동력 절감을 꾀하기 위해 배전종합시스템의 설비 데이터를 활용한 기술검토 지원시스템을 개발했다.종래 계산방법과 문제점배전종합시스템의 경우 고압배전선의 전압부하 계산에서는 <그림1>과 같이 변전소에서 말단(또는 전압조정기 설치점)까지의 배전선을 배전선분기점·부하접속점·전선경종변경점 등으로 분할해서 구간마다 유입·유출전류를 산출하고, 식(1)을 이용해 전압강하만을 계산하고 있다.고압배전선에는 다수의 고압·저압부하가 접속되어 있고 이들 모두를 개별적으로 계측하기는 힘들다. 때문에 고압부하는 계약전력, 저압부하는 전력사용량 데이터 등을 이용해 각 부하를 추정하고 각 구간의 부하전류를 산출하고 있다.또 산출한 각 구간 부하 전류의 총화와 변전소 송출전류를 일치시키기 위해 양자의 비를 이용해 각 구간에 변전소 송출전류를 안분하고 계산에 사용할 각 구간의 유입·유출전류를 산출하고 있다<그림2>.역률은 모든 부하의 역률을 개별적으로 계측하기 어렵기 때문에 변전소 송출의 역률을 모든 구간에 적용하고 있다.분산형 전원이 연계할 경우 전압 강하 및 전압상승의 양쪽을 적정하게 계산할 필요가 있지만 이 같은 계산방법은 분산형 전원에서의 역조류를 상정하지 않기 때문에 적정한 전압계산을 실시하는 일은 어려웠다.분산형 전원을 고려한 계산방법 검토조류계산은 전력계통의 전압계산 방법 중 가장 엄밀한 방법으로 알려져 있으며 주로 송전선의 전압해석으로 이용하고 있다. 이 계산법은 전력방정식에 기초해 Newton-Raphson법 등의 수렴계산으로 각 지점의 전압을 구하는 것이며, 모든 부하의 유효전력·무효전력을 정확하게 부여함으로써 복잡한 회로구성에 있어서도 손실전력을 포함한 엄밀한 계산이 가능하다.그러나 고압배전선에는 다수의 고압·저압부하가 접속되어 있어 모든 부하의 유효전력·무효전력을 정확하게 파악하는 일은 실질적으로 어렵다. 또 배전선은 송전선과 비교해 긍장(지지물 사이의 수평거리)이 짧아 손실전력이나 전압위상각을 무시하고 취급해도 실질상으로 문제가 없기 때문에 종전부터 앞의 <그림1>의 계산방법에 따라 고압배전선의 전압계산을 실시해왔다.그래서 앞의 <그림1>의 전압부하 계산방법을 발전시켜, 계산이 용이한데다 분산형 전원에서 발생하는 역조류로 인한 전압상승을 반영할 수 있는 계산법을 검토했다.종래 계산방법은 식(1)과 같이 근이 임피던스 Z을 사용하고 있고 부하역률(=위상각 θ)이 고정되어 있다는 점에서, 부하전류의 부호를 반전시켜도 <그림3>의 제 4상한 및 제 2상한의 계산밖에 대응할 수 없기 때문에 제3상한을 사용하는 풍력발전 등의 계산은 쉽지 않았다.그러나 부하전류를 유효전로와 무효전류로 분해하고 <그림4>의 식(2)로 취급함으로써 모든 상한에 대응한 전압계산이 가능하다. 이로써 기존부터 활용했던 계산방법을 크게 바꾸지 않고도 분산형 전원에서의 역 조류를 고려한 계산이 가능해졌다. 본 방법은 종래 계산법과 정합을 꾀했으며 배전종합시스템에서 다루고 있는 부하전류데이터를 그대로 이용할 수 있기 때문에 실용적인데다 범용성이 큰 계산방법이다. 본 시스템에서는 이 계산법을 적용하기로 했다.시스템의 구성시스템의 구성은 <그림5>에 보이는 대로 직장 내에 설치된 배전종합 시스템과 본 시스템이 인스톨된 PC 및 직장 내 LAN으로 인해 구성된다.배전종합 시스템에서 검토에 필요한 배전설비 데이터를 출력한 후, 직장 내 LAN을 경유해 본 시스템이 인스톨된 PC에 데이터를 전송함으로써 검토 작업이 가능해 진다.

시스템의 기능과 특징본 시스템에서는 계통연계에 필요한 기술요건 중 8항목(전력용량·전기방식·역률·뱅크 역조류·상시전압변동·순시전압변동·후릭카·단락용량)의 검토가 가능하며 다음과 같은 특징이 있다.1. 입력 작업의 노동력절감① 데이터입력의 노동력절감배전종합시스템에서는 다양한 배전설비 데이터를 보유하고 있지만, 고압배전선의 전압부하계산에 필요한 구간 정보 데이터(전선종류별·긍장·부하전류 등)는 Feeder단위로 관리하고 있으며 표계산 소프트(Excel)형식에서의 파일출력도 가능하다.그래서 배전종합시스템에서 출력한 구간정보 데이터를 직접 읽어 들임으로써 방대한 배전설비 데이터의 입력 작업에 필요한 노동력을 큰 폭으로 줄였다<그림6>.② 계통도의 자동작화당사는 이전부터 좌표식 전주번호를 이용한 설비관리를 실시하고 있다. 좌표식 전주번호는 80㎞, 10㎞, 1㎞, 100m 사방에 구획한 매트도 상에 전주를 배치하고 그 위치의 X·Y좌표를 전주번호로 한 것으로 전주1기 단위에 12자리 번호를 설정하고 있다<그림7>. 이러한 관리 방법으로 인해 신규 전주번호의 설정을 효율화하면서 동시에 정밀도가 높은 자동 작화기능의 도입을 가능하게 하고 있다.본 시스템은 좌표식 전주번호의 특징을 살려서 계통도의 자동 작화기능을 부가해 입력 작업의 노동력절감과 시인성(視認性) 향상을 꾀했다.③ 발전설비의 세분화발전설비는 발전기·변압기·부하설비 등의 심볼로 세분화하고 다양한 설비형태로 대응시켰다<그림8>. 발전설비 입력은 계통도 상에 각 설비의 심볼을 배치하고 다이얼로그박스에서 설비제원을 입력함으로써 간단하게 작업할 수 있다. 신설 분산형 전원 외에 기설 분산형 전원 등록도 가능하게 해(등록대수 제한 무) 다양한 연계형태로 대응시켰다.

2. 4종의 계통상태 관리로 인한 편리성 향상연계검토는 다양한 계통 조건 하에서 검토할 필요가 있다는 점에서 동일계통을 기준으로 하고 각종 공사(전선 새로 교체, SVR신설, 철거 등)를 실시한 후의 계통을 모의할 필요가 있다.본 시스템은 1건의 검토로 4종의 계통 상태(현상계통, 현재공사 계통, 신설연계계통, 신설공사계통)를 관리하는 기능을 갖추고 복수공사 후 계통의 비교·확인을 용이하게 해서 편리성을 향상시킴과 더불어 시스템이 보유하는 검토 데이터의 파일 용량을 축소시켰다.이하, 각 계통상태의 개요를 나타낸다. (<그림9>참조)

① 현재계통현재계통을 작성하는 모드이다. 기설발전설비가 연계되어있는 경우는 현재계통에서 설치한다.② 현재공사계통현재계통에 대해서 공사를 실시하는 모드이다. 현재계통에서 계통 내에 전류·전압이상이 발생했을 때 전선 새로 교체나 SVR의 신설·철거·용량변경 등의 공사를 실시해서 이상을 제거할 수 있다. 공사계통은 복수 작성할 수 있기 때문에 다양한 계통상태의 모의가 가능하다.③ 신설연계계통연계검토를 실시하는 모드이다. 검토대상인 발전설비를 설치하고 각종 기술요건에 관해서 검토를 실시한다. 연계하는 계통은 ‘현재계통’또는 ‘현재공사계통’ 중에서 선택이 가능하다.④ 신설공사계통신설연계계통에 대해서 공사를 실시하는 모드이다. 신설 연계계통에서 계통 내에 전류·전압이상이 발생했을 때 전선교체나 SVR의 신설·철거·용량변경 등의 공사를 실시해서 이상을 제거할 수 있다. 공사계통은 복수 작성할 수 있기 때문에 다양한 계통상태의 모의가 가능하다.3. 계산결과의 자동판정

본 시스템에서는 단순히 기술 계산만을 실시하는 것이 아니라 가이드라인 등의 연계요건에 대한 적합여부를 자동 판정할 수 있게 하고 판단 오류나 검토 누설방지를 도모했다.검토결과는 화면상에 일람표시 가능한 것 외<그림10>에 표 계산 소프트(Excel) 형식에서 파일 출력을 가능하게 하고 편리성 향상을 도모했다<그림11>.

검토결과에 불량이 발생한 경우는 불량개소의 배전선을 적색으로 표시하면서 동시에 당해 연계지점의 연계 가능용량과 전압 변동대책에 필요한 무효전력 보상용량의 산출을 가능하게 했다.분산형 전원이 고압배전선에 연계할 때 기술검토를 지원하는 시스템을 개발했다. 본 시스템의 개발로 인해 방대한 설비데이터의 입력 작업인 노동력을 절감하고 연계요건의 기술검토를 용이하게 했다.향후 각종전압 조정기기(SVR, SVC 등)의 동작에 시뮬레이션 기능을 부가하는 등 시스템의 고기능화를 도모해 갈 것이다.