재생에너지 등 분산 전원의 증가에 맞춰 배전분야는 ‘전력품질을 어떻게 유지할 것인가’ 라는 고민이 시작됐다. 이런 고민은 비단 우리나라에 국한 된 것이 아니라 풍력 태양광 등 재생에너지가 늘고 있는 국가들의 공통된 고민이다. 6월초 스페인 마드리드에서 개최된 CIRED(국제배전망협의회)에서도 배전선로의 전력품질 확보방안에 대한 논의가 활발했다. 논의 된 내용은 계통의 전압 레벨(Voltage Level), 플리커(flicker) 현상, 전압 불평형 및 고조파 (harmonics) 등 전력품질(PQ-Power Quality) 문제가 핵심을 이뤘다.

전력품질 문제를 다룰 때 중요하게 분류되는 것은 계통, 재생에너지, 전기자동차, LEDs(Light-Emitting Diode), 저장장치 등이다.

계통분야는 송전과 배전 모두 하이브리드 시스템에 대한 연구가 활발히 진행됐다. 재생에너지와 관련해선 풍력 발전원 보다는 태양광 발전에 대한 논문이 많았고, EV(Eelectric Vehicle)는 연계용량, 전압불평형, 플리커 현상, 저주파 및 고주파 발생 등의 문제에 대해 분석 및 연구가 진행됐다.

LEDs에서는 다양한 고조파 발생과 이로 인한 PQ 문제를 해결하기 위한 방향이 제시됐다. 저장장치를 활용해 PQ 문제를 극복할 수 있는 방안에 대한 연구가 활발했다.

PQ에 대한 모의 분석 및 측정 기반 연구 내용도 논의됐다. 올해 컨퍼런스에선 계통의 고조파 임피던스 분석과 전원의 고조파 레벨 측정 및 분석이 주요 주제로 다뤄졌다.

이 외에 고조파 왜곡 및 불균형, 전압 강하 및 정전, 고조파 전원의 위치와 영향 등 PQ에 관련된 분석과 측정 방법에 대한 논문이 제출됐다.

특히 PQ 모니터의 수가 증가함에 따른 대규모 측정 데이터를 가공해 유용한 정보로 변환하는 AI(인공 지능과 기계학습) 응용이 장래 유망한 연구아이템으로 주목 받았다. 또 미래의 인텔리전트 배전계통과 관련해 신뢰성 있는 실시간 데이터와 고속 통신 시스템의 가용성은 계통의 신뢰도 향상과 효율적인 비용 절감을 위해 매우 중요한 연구방향이 됐다.

국내에서도 이와 관련된 연구는 활발히 진행되고 있다. 이번 컨퍼런스에서 충북대학교 전기공학부는 비접지 전력계통에 도입된 PCS(Power Conditioning System)의 고조파 분석을 통해 고조파저감 방법을 제시해 큰 호응을 얻었다. 또 반도체 스위칭 소자를 이용한 선로전압조정장치인 TVR의 설계와 제어 알고리즘이 소개됐다. 한전 전력연구원은 다양한 장비의 외란 조건을 다중-라벨 ELM(extreme learning machine)을 사용해 배전선로의 상태추정을 위한 실제 모델을 소개했다. 배전선로의 비정상적인 동작을 감지 및 분류할 수 있는 모델 개발과 분산형전원 연계 증가를 고려한 수용능력(Hosting Capacity) 관점에서 고조파에 관련된 규정인 ‘IEC 61000-3-6’과 ‘IEEE std. 519’의 강점과 약점을 비교 분석해 통합방안을 제시했다.

유럽의 배전 분야 연구개발 진행 방향은 PQ와 관련된 내용 중에서도 전자파 적합성(EMC)과 이와 관련된 배전계통의 안전문제, PQ 모니터링을 통해 수집된 대량 데이터로부터 효율적 정보를 도출하기 위한 AI 적용, 그리고 배전전력정보 수집과 데이터 공개에 관련된 제도와 규정 정립이 눈에 띄었다.

국내에서도 분산전원이 대규모 도입이 예상되는 2030년 이후 예상되는 배전계통에서의 PQ 문제해결을 위해 이 분야에 대한 다양한 기술과 정책개발이 요구된다.

자료 제공 : 충북대학교 전기공학부 김재언 교수/ 한전 전력연구원 조남훈 책임연구원