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전압운전실적 분석을 통한 지역별 전압 운영기준 검토
최윤혁*, 서상수*, 이병준*, 권세혁*, 정응수**, 조종만**
고려대학교*, 한국 전력거래소**
The study of System-area voltage operating level based on analysis of voltage profiles
*Yun-Hyuk Choi, *Sangsoo Seo, *Byongjun Lee, *Sae-Hyuk Kwon, **Eungsoo Jung, **Jongman Cho
*Korea University, **KPX
구분 353kV이하 모선 353kV이상 모선
계통지역
동해, 신김해, 신마산, 신울산, 고령, 서대구, 청양, 신포항, 신광주, 신화순, 아산, 신강진, 신당진, 군산, 신김제,
신진천, 신옥천
신제천, 신영주, 울주, 의령, 신경산, 신양산,
북부산, 청원, 신서산, 광양
부하지역
서서울, 양주, 신성남, 화성, 신용인, 신안성,
영서, 의정부,
동서울, 미금,
신인천, 신시흥 지역 모선
수도권 부하지역 전 모선
서해남부 신광주, 신화순, 신강진
Abstract - 전압은 무효전력과 밀접한 연관성을 가지기 때문에 전체 계통의 전압 운영은 통일된 기준이 아니라 지역별로 수립되어야 한다.
이러한 사실을 바탕으로 본 논문에서는 우리나라 계통의 상황을 고려하 여 기 운전된 실적 데이터를 지역별로 구분하여 분석하고 그 결과를 이 용하여 지역별 전압 운영 기준을 검토한다.
1. 서 론
현재 우리나라는 전체 계통에 동일한 전압유지 기준을 적용하고 있 다. 이는 실 계통의 안정 유지 필요 요건을 무시한 것으로 적절하지 못 하기 때문에 계통의 전압을 안정하게 유지하기 위해서 투자 및 운영비 용이 증가하고 있다. 그러므로 이러한 문제를 해결하려는 방안으로 지역 별 전압 특성이 반영된 전압 운영 기준 수립이 필요하다. 해외의 사례 중, 일본 동경전력의 경우, 부하수준 별 목표 전압을 다르게 하여 운영 중에 있고 발전지역, 계통지역, 부하지역으로 구분하여 전압을 관리하고 있다[1]. 또한 미국 PJM의 경우, 각 상황에서의 운전 전압 한계를 지정 해주고 있다[2]. 지역별 전압 기준을 수립하기 위해서 본 논문에서는 전 압 운전 실적 데이터를 분석하였다. 검토된 실적 데이터는 2005년과 2006년의 주요 345kV 모선의 전압이다. 그 중에서 하계 첨두부하 시의 주요 345kV 모선에 대해서 분석하여 지역별 전압 운영 기준이 필요함 을 밝히고 실적에 따른 적절한 기준을 수립하였다,
2. 본 론
2.1 실 계통 전압 실적 데이터
실적 데이터는 EMS로부터 5분 단위로 얻은 데이터를 한 시간 단위 로 평균 낸 평균 전압 값으로 2005년과 2006년의 하계 첨두부하 시의 운전 전압 값이다. 한국 전력거래소에 따르면 하계 첨두부하 일시는 2005년의 경우 8월 22일, 23일, 24일이고, 2006년의 경우 8월21일, 22일, 23일이다. 분석된 모선은 345kV이상 모선을 대상으로 했으나 발전모선 의 경우 6개의 모선 데이터만 존재하여 분석대상에서는 제외하였다.
2.2 분석 방향
본 논문에서 분석하고자 하는 방향은 크게 두 가지이다. 첫째, 현재 345kV 모선의 목표 운전 전압은 353kV이다. 따라서 데이터 분석을 통 하여 353kV 이상으로 운전 중인 모선과 353kV이하로 운전 중인 모선을 구분하였다, 둘째, 지역별 전압 특성을 파악하기 위하여 발전지역, 계통 지역, 부하지역으로 구분하거나 전체 계통을 관리처 별로 5개 지역으로 구분하여 전압 분포를 분석하고 그 유사성을 찾는다.
2.2.1 353kV 기준 전압 적용
주요 345kV 모선의 하계 첨두부하 시의 실적을 분석하면 표1과 같이 353kV를 기준으로 2개의 그룹으로 나뉜다.
<표 1> 345kV모선의 기준 전압에 따른 구분
345kV 모선들을 실제 목표 전압인 353kV 기준으로 구분해보면 계통
쪽에서는 발전모선에 인접한 345kV 모선들이 353kV 보다 낮게 운전됨 을 알 수 있다. 우리나라 계통의 경우 부하지역 즉, 수도권에 부하가 집 중되어 있어 발전지역에서 수도권으로 갈수록 전압이 높게 운전되는 경 향을 보인다. 이것은 정해진 규칙이 아니라 계통 운영자의 경험에 따른 운전 결과이다. 따라서 전압 운전 기준을 설정할 시에 중요한 고려사항 이 된다.
2.2.2 지역 구분
본 절에서는 먼저 전체 계통을 발전지역, 계통지역, 부하지역으로 나 누어서 패턴을 분석한다. 앞에서 밝힌 바와 같이 발전 모선은 분석대상 에서 제외한다.
<그림 1> 부하지역 하계 첨두부하 시의 전압 패턴
<그림 2> 계통지역 하계 첨두부하 시의 전압 패턴
부하지역의 모선들은 상당히 유사한 패턴을 가지고 있고 계통지역 모 선들과는 다른 패턴을 보인다. 모든 모선들이 주로 348kV에서 356kV사 이에서 운전되며 353kV를 기준으로 운전 전압 크기에 따라 두 개의 그 룹으로 나눌 수 있다. 중 부하일 것이라고 예상했던 오후 2시보다 오히 려 새벽 1시에 모든 모선의 전압이 감소함을 보였고 이것은 수도권이라 는 사회적 특성에 기인한 것으로 판단된다.
이번에는 전체 계통을 관리처 별로 5개 지역으로 구분하여 패턴을 분 석한다. 구분된 지역은 표2와 같다.
<표 2> 관리처 별 5개 지역 구분
2007년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2007. 7. 18 - 20
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지역 모선
서해내륙 신서산, 청양, 아산, 신당진, 군산, 신김제, 신진천, 청원, 신옥천
남동해안 북부산, 신김해, 신마산, 의령, 신양산, 신울산, 울주, 신경산, 고령, 서대구, 신포항, 광양
강원권 동해, 신제천, 신영주
<그림 2> 남동해안 하계 첨두부하 시의 전압 패턴
<그림 3> 서해남부 하계 첨두부하 시의 전압 패턴
각 지역 모선들은 전압 패턴이 거의 유사하다. 특히 서해 남부와 강원 권은 거의 밀접한 패턴을 보여준다. 모든 모선들이 주로 350kV에서 356kV사이에서 운전되며 남동해안의 경우, 중 부하일 것이라고 판단되 는 오후2시에 일제히 감소하는 경향을 보여준다. 이러한 결과는 인접한 모선들끼리는 비슷한 전압 범위를 갖는 즉, 무효전력의 지역적 특성을 잘 반영한 것이라 할 수 있다. 따라서 현재와 같이 전체 계통에 동일하 게 적용된 기준으로 운전된 실적을 분석하였지만 지역별로 거의 유사한 패턴이 관찰된다.
2.3 목표 전압 설정
2.2절에서 분석된 실적을 바탕으로 각 지역별 목표 전압을 설정하여 본다. 본 절에서 제시된 결과는 이론적 바탕을 둔 결과가 아니라 실 계 통 운영자의 경험이 바탕이 되었기 때문에 현재의 운영 기준과 큰 차이 점은 없지만 앞으로 운영 기준을 정할 시에 참고 사항이 될 것이다.
2.3.1 운전 전압 범위 선정
먼저 분석된 실적을 바탕으로 2005년에서 2006년까지의 하계 첨두부 하 시의 실 계통의 운전 전압 범위를 정한다.
<표 3> 계통, 부하지역의 운전 전압 범위
구분 운전 범위(kV) 최대전압 최소전압
345kV 계통지역 346~354 356 342
부하지역 348~354 358 346
계통지역과 부하지역을 비교하여 보면 부하지역으로 갈수록 전압이 높아짐을 알 수 있다. 이것은 위급한 상황 시에 부하가 집중된 수도권의 전압을 안정하게 유지하기 위해 과 보상하기 때문으로 판단된다.
2.3.2 목표 전압 설정
현재 345kV 모선들은 353kV 전압을 목표로 운전되고 있다. 이것은 지금까지의 계통 운영 경험에 의한 목표 값이다. 본 논문에서 제시하고 자 하는 목표 전압은 기 운전 실적을 바탕으로 2.2절에서 구분한 각 지 역의 하루 동안의 시간대 별 운영 기준이 된다.
<그림 4> 남동해안 하계 첨두부하 시의 목표 전압
<그림 5> 서해남부 하계 첨두부하 시의 목표 전압
각 지역의 하루 동안의 시간대 별 운영 기준은 하계 첨두부하 시의 운전 패턴에서 최대 전압 값과 최소 전압 값을 고려하여 결정하였다. 하 루 동안의 기준이므로 부하의 변동에 따라 목표 전압을 다르게 가져가 고 특정 시간대의 전압의 변동을 최소화하였다. 실적 데이터를 분석한 결과, 지역별로 유사한 전압 패턴이 관찰되므로 목표 전압도 지역별로 다르게 설정하였다.
3. 결 론
본 논문에서는 EMS로부터 얻은 데이터를 바탕으로 실 계통의 전압 운전 실적을 분석하고 분석 결과를 활용하여 운전 전압 범위를 설정하 였다.
동일한 기준으로 설정되어 있는 운전 전압 값을 계통 특성을 고려하 여 지역별로 목표 전압을 다르게 가져가기 위한 근거로 실 계통의 전압 패턴을 관찰하였다. 이를 위해 전체 계통을 발전지역, 계통지역, 부하지 역으로 나누거나 혹은 관리처 별로 구분하였다. 이때 각 지역 모선들의 전압 패턴은 매우 유사하였으며 부하지역 모선들은 각 모선들의 운전 전압에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 비록 운전 실 적이 계통 운영자의 경험에 의존하였지만 지역적으로 다른 패턴을 보여 주고 지역 내의 모선들 간의 밀접한 관계를 보여줌으로써 지역별 전압 운영 기준의 수립에 중요한 근거가 된다. 또한 우리가 관심을 가지는 수 도권은 각 모선 간의 유사성 외에도 환상망 구조이므로 고립되어 있는 모선들이 존재한다. 이러한 모선들은 인접 모선들의 전압 패턴에 정확히 따라감을 확인하였고 이러한 사실은 수도권을 하나의 지역으로 구분하 는 근거가 된다. 실적 데이터의 분석 결과를 바탕으로 지역별로 다른 목 표 전압을 설정하였고 이것은 하루 동안의 부하 변동을 고려한 것이기 때문에 계통 운영자에게 유용한 정보를 제공해준다.
앞으로 고려해야 할 부분은 본 논문에서 중점적으로 분석한 하계 첨 두부하 시의 전압 패턴을 포함하여 과전압 시의 전압 기준 문제를 고려 하기 위해 하계 비 첨두부하 시 및 동계 첨두부하, 비 첨두부하 시의 운 전 실적 분석이 필요하다, 또한 계통 운영자의 경험이 중시되는 실적 분 석 결과와 실 계통 해석을 통한 결과 간의 비교를 통해 적절한 전압 운 영 기준을 수립하는 것이 필요하다. 우리나라 계통은 지속적으로 부하가 증가하고 있으므로 계통 운영자들의 경험에 의한 방법만으로는 한계가 있으므로 계통 해석을 통해서 좀 더 체계적이고 이론적인 기준 설정 방 안이 요구된다.
감사의 글
본 연구는 한국 전력거래소의 연구지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
[참 고 문 헌]
[1] M. Tamura, O. Takahashi, E. Tsukada, M. Tanimoto, J. Ohtani,
"Development on a Central VQC Method based upon Setting Target Voltage for Local Control Equipment", 2003 National Convention Record IEE Japan, No.6-104, pp.175-176.
[2] Jianzhong Tong, "Application of intelligent system in PJM system operations", Power Engineering Society General Meeting, 2006. IEEE, 18-22 June 2006
