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[국내논문] 국내 실계통에서의 초전도케이블 적용가능성 검토
A Study on the Application of HTS Cable in Korean Power System 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. A / A, 전력기술부문, v.54 no.1, 2005년, pp.8 - 17  

이승렬 (한국전기연구원국 전력연구단) ,  김종율 (한국전기연구원국 전력연구단) ,  윤재영 (한국전기연구원국 전력연구단)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As power system is developed, an expansion of power equipments is very necessary to the stability of power system and the problem of locating the facilities on downtown is more serious. At this time introduction of superconducting devices are very good alternative to solve the problem. This study de...

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문제 정의

  • 그러므로 154kV 상전도케이블 용량인 200 MVA를 초과하는 154kV급 초전도케이블 용량을 고려할 때, 본 사례가 케이블용량을 모두 활용할 수 있는 완전히 적합한 사례는 아니다. 그러나 현재 실계통에서 200MVA 이상의 대규모 부하를 갖으며 초전도케이블 적용이 가능한 단일 수용가 계통은 매우 적으므로, 향후 대규모 수용가 계통이 발생할 경우에 대한 준비검토로서 본 검토를 수행하였다. 도출된 사례와 대규모 수용가 계통에 초전도케이블을 적용 시에 기본적인 계통현상은 유사할 것으로 판단되어 표 11과 같은 해석대상 CASE을 선정하였다.
  • 따라서 본 사례에서는 우선 154kV 수용가로서 154kV 모선의 모든 부하를 154kV 수용가로서 가정을 하였다. 또한, 실 계통에서 모든 부하의 향후 증가량을 예측하는 것은 매우 어려운 문제이므로, 본 연구에서는 2010년도의 수용가 계통에 대해서 초전도케이블을 적용하였을 경우의 기본적인 계통특성을 검토하기 위한 CASE를 선택하였다. 우선, 부하 밀집지역인 서울지역(서울전력관리 처 및 남서울전력관리처)에서 케이블로서 수전하는 모든 말단부하를 대상으로 하였으며, 이 중에서 선로의 길이 및 말단부하 크기에 따른 결과 비교를 위해서 다음 표와 같이 수용가(말단부하) 계통 CASE를 선정하였다.
  • 이러한 분류기준은 가능한 모든 CASE를 포괄하기 위한 것이며, 앞서 기술한 분류기준 하에 실제 적용 가능 CASE를 상정하면 표 6과 같다. 본 검토에서는 도출된 각각의 CASE에 대해서 PSS/E 및 EMTDC 계통검토를 통해서 적용가능성을 판단하고, 기술적 문제점 발생시 이에 대한 대안을 제시한다.
  • 본 사례는 154kV 송전계통에 대한 해석이므로 PSS/E 계통해석을 중심으로 검토하였다. 본 검토에서는 상기 도출된 수용가계통 적용 CASE에 대해서 2010년 계통계획의 부하 수준에서 154kV 초전도케이블을 적용하기 전 .
  • 본 사례는 154kV 수용가 계통의 부하의 증가로 인해서 선로 증설이 필요한 경우, 154kV 상전도케이블과 비슷한 용량을 갖는 22.9kV 초전도케이블을 적용하는 방안이다. 22.
  • 본 사례는 전력회사의 배전계통에 대한 검토이다. 배전계 통의 경우, 수용가 계통과 전력회사 계통에 큰 차이가 없다.
  • 본 사례는 한전 154kV 송전계통 내의 과부하 등으로 인해 증설이 필요한 선로에 대해서 154kV 초전도케이블로 대체하는 것이다. 송전망 내의 154kV 송전선로에서의 초전도 케이블 적용개소를 선정하기 위해서 2010년 peak 계통의 선로의 과부하율이 높은 지중선로들 중 2011년 이후 선로증설 계획(1회선)이 있는 경우를 선택하였다(표 15 및 그림 5 참조).
  • 본 연구에서는 국내 22.9kV 및 154kV 계통에서 초전도케이블의 적용가능성을 판단하기 위해서 계통적용가능 사례를 도출한 후, 각 사례에 대해서 기본계통해석을 수행하여 적용 가능성을 판단하였으며, 나아가서 초전도케이블 개발관련 제안사항을 제시하였다. 본 연구에서도출된 연구결론을 요약 하면 다음과 같다.
  • 이러한 초전도케이블의 계통적용을 위해서는 기술성/경제성 등의 다양한 측면에서의 사전연구가 필수적이다. 본 연구에서는 기술성 관점에서 국내 22.9kV 및 154kV 계통에 초전도케이블을 적용할 수 있는 개소 도출한 후, 각 사례별로 기술적 문제점 확인 및 계통측면에서의 적용가능성을 판단하였다.
  • 9kV feeder 1개에 부하최대량은 10MW이며, 이를 초과할 경우에는 154kV 수전을 해야한다. 즉, 현재 10MW 이하로 수전하는 22.9kV 수용가의 부하가 급증하여 10MW를 초과하는 경우, 22.9kV 수용가는 수전전압레벨을 154kV로 격상해야한다 본 사례는 이러한 경우 154kV 급으로 전압레벨을 승격하는 대신에 50MVA급 22.9kV 초전도케이블로 대체하는 경우에 대한 검토이다. 이렇게 부하의 증가로 인해서 22.

가설 설정

  • - 국내 154kV 계통에서의 고장전류 수준은 차단기의 정격용량인 50kA 미만이므로, 이를 고려하여 2 개의 전원에서 유입되는 고장전류량의 합을 40kA정도로 가정하였다. 따라서 각각의 전원단에서 발생 하는 고장전류가 20kA정도가 되도록 아래와 같이 전원의 등가임피던스를 산정하였다.
  • - 일반적으로 실계통에서 발전단 모선이 아닌 부하 및 중간모선에서의 모선전압은 대부분 1.0 p.u. 이상이므로 본 검토에서는 1.03 p.u. 즉, 158.62kV로 가정하였다.
  • 실계통의 모든 수용가에 대한 초전도케이블 적용 가능성을 판단하기 위한 검토는 현실적으로 불가능 하다. 따라서 본 사례에서는 우선 154kV 수용가로서 154kV 모선의 모든 부하를 154kV 수용가로서 가정을 하였다. 또한, 실 계통에서 모든 부하의 향후 증가량을 예측하는 것은 매우 어려운 문제이므로, 본 연구에서는 2010년도의 수용가 계통에 대해서 초전도케이블을 적용하였을 경우의 기본적인 계통특성을 검토하기 위한 CASE를 선택하였다.
  • 여기서, 수용가의 초기부하는 P = 5 MW이며 향후 이 부하가 급증하여 20MW로 증가하는 경우를 가정하여 계통해석을 수행하였다. 상기 구성한 22.
  • 이 때 적용하는 초전도케이블의 용량은 1GVA로 가정하였으며, 검토결과는 표 16과 같이 정리할 수 있다. 아래 결과에 의하면 전압은 전체적으로 약간 감소하지만, 이러한 전압강하량은 매우 적으므로 전체계통관점에서 큰 문제가 되지는 않을 것으로 판단된다.
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참고문헌 (7)

  1. 산업자원부, 제1차 전력수급기본계획(2002년-2015년), 2002. 8 

  2. 한국전력공사, 송변전사업본부 계통계획실, '2002년 장기 송변전 건설계획(2002년-2015년)', 2002.12 

  3. 한국전력거래소, 계통기술처, '2002년 전력계통 설비정수 종합표', 2002. 6 

  4. Ladie Pieluizi, Mansoldo Andre 'HTS Cable application studies and technical/economical comparisons with conventional technologies', PES-WM 2002 

  5. Richard Silberglitt, Emile Ettedgui, Anders Hove 'Strengthening the Grid : Effect of High Temperature Superconducting Power Technologies on Reliability, Power Transfer Capacity and Energy' RAND, 2002 

  6. Iae-Young Yoon, Jong Yul Kim, Seung-Ryul Lee 'Conceptual application methodology of 22.9kV HTS cable in metropolitan city of Republic of Korea', Journal of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenies, Vol.6, No.2, pp.15-19, 2004 

  7. 김종율, 이승렬, 윤재영 'Life-Cycle비율을 고려한 초전도 케이블 시장진입 가격', 전기학회논문지, 제53A권 제10호, 2004. 10 

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