송전망에서의 협조된 전압제어

(Coordinated voltage control in transmission networks)

본 문서는 현재의 협조된 송전망 전압제어에 관한 개관을 제공하고 있으며, 4개의 계층적 레벨이 다양한 운영사례에서 다소 명시적으로 나타나고 있다는 것을 보여준다. 서로 다른 레벨에서 기대되는 효과는 동특성, 운영품질, 계통안정성(security), 신뢰도(reliability)등과 관련하여 상술되고, 기술적으로 보다 진보적이고 원천적인 것으로 보이는 사항들을 강조하고 있다. 현재의 다양한 프로젝트에서(어떤 경우에는 수동제어도 포함된다) 자동화 수준이 변화함에 따라, 계통안정성, 신뢰도, 운영품질 등의 등급이 다르게 될 것이다.

협조된 송전망 전압제어를 증진하기 위하여, 연구 및 진보된 엔지니어링 프로젝트의  여러 주요경향을 전력계통 및 설비 감시, 운영자 지원 의사결정 시스템, 3차 전압제어 구현 방향, 협조된 전압제어와 광역 보호간의 연계 등에 필요한 관련 S/W 및 H/W 요구사항과 함께 대체적인 경향에 대해 서술된다.

본 문서는 과거 CIGRE와 IEEE 저작물로부터 얻어지는 방대한 참고자료집에 유용한 추가자료가 된다. 특별히 본 문서는 현존하는 분석방법과 소프트웨어 도구뿐만 아니라, 여러 국가에서의 사례현황, 기술 이슈등을 바탕으로 전압제어 협조에 대한 원천 자료를 제공한다.

CIGRE C4.602 테스크포스 히원과 기여자는 30인 이상 늘어나 10개국 17개 기관을 대표한다. 아래에서는 주요 chapter에 대한 간략한 요약을 제공한다.

보고서 구성

Chapter 1 개요(introduction)

본 chapter는 송전망 전압제어 문제, 여러 국가에서 적용된 전압제어의 계층적 설계(scheme), 현재의 사례 및 미래의 추세 등에 대해 서술한다. 또한, 이보고서 주제와의 관련성을 보여주기 위해 CIGRE와 IEEE에 의해 생산된 보고서 목록을 제공한다.

Chapter 2 현재의 주요 계층화된 전압제어 형태 - 벨기에, 프랑스, 이탈리아의 해법(Major Existing Configuration of Hierarchical Voltage Control)

본 Chapter는 이탈리아, 프랑스, 벨기에에서 현재 운영중인 협조된 전압제어 설계(scheme)에 대해 서술한다. 2차 전압제어시스템은 전압품질, 안전성 및 운영의 유연성을 향상시키기 위한 방법으로 일부 유럽국가에서 처음 소개되었다. 2차 제어는 송전망을 이론적으로 각 지역내에서의 전압이 독립적으로 제어되면서 상호작용이 없는 지역으로 나누는 것을 포함하고 있다. 2차 전압제어는 해당 지역내 모든지점의 전압을 대표하는 것으로 간주되는 특정 지점(파일럿 노드(pilot node)로 알려진)에서의 전압을 제어하기 위해 특정 발전기의 무효전력을 자동적으로 조절한다. 이러한 설계들간의 유사성과 차이점들이 이 chaper에서 서술된다.

Chapter 3 - 발전된 고압측 전압 조정기(Advanced High Side Volatage Regulators)

AVR의 선로 전압강하 보상을 통해 발전기의 고압측 전압을 자동 조정하는 것은 1차 전압조정기들간의 상호작용을 불안정하게 할 가능성에대한 부담이 있지만, 부분적으로 망 전압 지원을 증가시킨다. 현대의 디지털 이론들은 상호작용에 생기는 부작용을 최소화하면서 의도된 목표를 달성하도록 한다. 다수의 현대적인 디자인 및 설계들을 이 chapter에서 서술한다.

Chapter 4 - 송전망에서 협조된 제어:캐퍼시터와 리액터 뱅크, 전력전자 소자, LTC 자동변압기(Coordinated Control in Transmission Networks:Capacitor and Reactor Banks, Power Electronic Devices and LTC Autotransformer)

아주 긴 송전망과 원격지 발전원을 가진 계통의 경우, 발전원이 없는 지역들에서는 개념적으로 SVC(Static Var Compensator) 또는 변압기 탭전환기(tap changer)의 전압 설정치(set-point)를 효율적으로 변경하는 것과 함께, 션트리액터 뱅크의 스위칭을 조정하는 방법으로 등가 SVR을 가질 수 있다. 다른 chapter 뿐만 아니라 이 chapter에서는 본문과 함께 다수의 참고문헌이 보완되어 있다.

Chapter 5 - 제어시스템 디자인 특징(Control System Design Characteristics)

chapter2에서 살펴본 계층적 전압제어 시스템과 chapter3에서 서술된 발전된 고압측 전압조정기의 핵심적인 디자인 특징들이 이 chapter에서 제공된다. 이러한 특징들에는 제어시스템 구조(architecture), 기능적 조직, 다양한 설비들을 위한 H/W와 S/W 주요 설계 종류, 실제 구현 방향, 예상되는 동적 성능 등이 있다.

Chapter 6 - 현장시험을 포함한 성능 검증(Verified Performance including Field Tests)

현장 동작시험(commissioning test)와 장기 운영감시로부터 확인된 동적 성능준수의 주요 결과들이 이탈리아, 벨기에의 계층적 전압제어시스템에 대하여 서술된다.

이탈리아의 경우, 작동 및 감시활동은 발전소 및 지역급전소 수준에서 이루어진다. 2007년 말 작동된 3차 전압 조정(Tertiary Voltage Regulation)을 구성하는 지역국가 전압조정기(National Voltage Regulator)와 손실최소화제어(Losses Minimization Control)의 성능을 평가하기 위해 실시될 향후 시험을 위한 정보들이 제공된다.

벨기에의 계층적 전압제어 결과에 대해서는 간략하게 언급하도록 한다.

Chapter 7 - 실제 모의 결과를 포함한 분석 및 디자인 컴퓨터 도구(Computer Tools for Analysis and Design including Typical Simulation Results)

전기사업자, 제작사, 대학, 연구소 등에서 계층적 전압제어 설계를 위한 분석 및 디자인을 위해 개발되거나 사용되는 다양한 컴퓨터 도구들이 이 chapter에서 서술된다. 또한, 이 chapter에서는 연습용 소규모 계통 뿐 아니라 실제 계통에서 얻어진 모의결과를 설명하는 참고자료가 보완되어 있다. 본 테스크포스의 활동 회원으로부터 제공된 활용가능한 S/W에 대한 모든 정보(편집을 위한 수정 가미)가 이 chapter에 포함되어 있다.

Chapter 8 - 협조된 전압제어:대안의 비용효과 분석과 계통 구조개편의 영향(Coordinated Voltage Control:Cost-Benefit Analysis and The Impact of System Restructuring)

FACTS 제어기 활용(주로 SVC와 STATCOM)은 비록 내재된 비용이 이러한 선택을 정당화시키지 못하고, 지속적으로 적용되는 경우, 발전기를 위해 여기서 서술된 것과 유사한 협조된 제어시스템이 요구되겠지만, 망 전압 지원을 위해 최근 수년간 채용이 검토되고 있다. 그러나 이러한 설비들은 동적 전압지원, 위상 및 전압 안정도 개선을 위해 중요하다. 이 chapter에는 이탈리아 송전망 전압 프로파일 조정을 위한 대안에 근거한 SVC와 실제 이탈리아에 구성된 SVR 및 TVC 설계간의 비용효과분석이 포함되어 있다. 구조개편과 에너지 시장 규제완화의 도래와 함께, 계층적 전압제어시스템은 점진적으로 보다 더욱 매력적으로 되어가고 있다. 계통운영자들은 SVR과 TVR이 송전망 전압 자동제어를 단순화하고 계통 무효전력 여유(margin)를 보다 직접적으로 산정할 수 있도록 해주며, 또한 전압 조정 보조서비스에 다른 참여자들이 기여하는 것을 입증할 수 있다고 인식하고 있다. 서로 다른 소유관계는 새로운 전압 조정 설계개념(scheme)을 구축하거나 기존의 것을 개선하는데 어려움을 주겠지만, 그렇게 중요한 기술적 사항은 특수한 조정 규칙을 요구한다.

Chapter 9- 결론(Conclusions)

이 chapter에서는 테스크포스의 업적과 관련 기술 보고서에 대한 전반적인 평가를 하기위해 노력하였으며 이는 아주 긍정적으로 생각된다. 또한, 추가적인 과제를 위한 주제들(전압 비상 제어, 송전망내 전압 광역 보호 등)을 제안한다.