광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 김윤수 전기전자컴퓨터공학과 교수팀이 태양광 발전·에너지저장장치(ESS) 등 분산에너지자원(DER) 출력을 조정할 때 전력망의 안전을 보장하고, 각 장치가 추가로 조정할 수 있는 전력량을 실시간으로 계산·제공하는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.
이 기술은 여러 발전·저장장치를 하나의 발전소처럼 묶어 운영하는 가상발전소(VPP)나 전력거래 과정에서 각 장치의 출력 조정이 전력망에 미치는 영향을 함께 고려하는 일종의 '안전 가드레일'이다. 문제는 각 장치가 자체 용량을 지키더라도 여러 장치가 동시에 출력을 바꾸면 전력망의 전압이 지나치게 높거나 낮아지거나 특정 선로에 과부하가 걸릴 수 있다는 점이다. 같은 양의 전력을 조정하더라도 장치가 연결된 위치와 주변 전력 흐름에 따라 전력망에 미치는 영향이 달라진다.
전력망의 상태를 한 번 점검한 뒤 다음 점검까지의 시간에도 개별 장치의 출력이 달라질 수 있어, 장치별 용량만 확인하는 방식으로는 전력망의 안전을 충분히 판단하기 어렵다.
연구팀은 전력망의 현재 전압과 전력 흐름을 점검하고, 운전 한계를 벗어난 경우 일부 분산에너지자원의 출력을 조정해 안전한 상태를 확보한 뒤, '운전 유연성 여유량(OFM)'을 계산·검증하는 프레임워크를 개발했다. 전력망 상태를 15분 단위로 모니터링하고, 운전 여유량을 계산·검증하는 과정을 하나로 연결한 것이 특징이다.
새로 개발한 프레임워크는 먼저 전력망의 전압과 전력 흐름을 확인하고, 운전 한계를 벗어난 경우 일부 분산에너지자원의 출력을 조정해 안전한 상태로 복구한다. 전력망이 안전한 상태인지 확인한 뒤 운전 여유량 계산을 진행한다. 이어 여러 장치의 출력 조정량을 함께 계산하고, 해당 조정량만큼 동시에 출력을 바꿨을 때도 전압과 선로의 운전 한계를 지키는지 반복적으로 검증한다. 이렇게 검증된 결과는 각 장치의 운전 판단에 활용할 수 있도록 제공한다.
연구팀이 실제 프레임워크가 전력망의 안전을 유지하면서 ESS의 활용도 유지할 수 있는지 확인한 결과, 개별 ESS의 기기 조건만 고려했을 때 6.7%였던 전력망 운전 한계 위반율이 개발 기술을 적용한 경우 0%로 감소했다. 반면 전체 ESS의 충·방전 처리량은 거의 그대로 유지됐다. 전력망에 부담을 주는 위치의 장치 대신 상대적으로 여유가 있는 위치의 장치에 출력 조정량을 배분함으로써, 전력망의 안전성을 확보하면서도 ESS의 활용 수준을 유지할 수 있음을 확인했다.
실제 배전선로 규모에서도 관제 주기 안에 계산을 마칠 수 있는지 제주도의 배전선로 데이터를 활용한 추가 모의실험해 15분 관제 주기 안에서 여러 배전선로의 운전 여유를 산정할 수 있는 계산 성능을 규명했다.
김윤수 교수는 “이번 연구는 배전망 운영자가 개별 분산자원의 자율적인 운전을 최대한 보장하면서도 전력망의 물리적 한계를 침범하지 않도록 실시간 안전 가드레일을 제공하는 핵심 기술”이라며, “현재 한국전력의 실제 배전계통 시스템(DSO-MD)에 적용되고 있는 만큼, 향후 재생에너지 수용성을 높이고 한국형 배전계통 운영체계와 지역 전력시장을 안착시키는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
전남광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
