[논문]배전계통의 신뢰도 지수와 수용가 밀도에 관한 연구

배인수; 김진오

doi:10.5370/kiee.2011.60.9.1646

배전계통의 신뢰도 지수와 수용가 밀도에 관한 연구
A Study on the Reliability Index and Customer Density of Distribution System 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.60 no.9, 2011년, pp.1646 - 1650

Abstract ▼ AI-Helper

SAIDI(System Average Interruption Duration Index) is the index that signifies the power quality of customers. SAIDI is also used to know how well utilities operate their systems. The annual interruption time in the areas that consists of widely distributed customers, is generally longer than that in the areas that consists of heavily concentrated customers. The Reliability index of huge system is not necessarily better or worse than that of small system, because SAIDI is irrelevant to the total amount of power sold or the total number of customers. This paper proposes a customer density very relevant to SAIDI. The proposed customer density is used to modify the existing SAIDI to more clearly express the service level of power supply. A modified WSAIDI(weighted SAIDI) can be a useful indicator helping utilities improve the reliability of their systems and customers evaluate the service level of receiving power.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 전력품질을 대표하는 지수로서 일반 대중에게 가장 널리 알려진 SAIDI 지수의 단점을 지적하였다. SAIDI 지수는 수용가가 실제로 겪는 정전을 평균값으로 표현한 지수로서는 부족함이 없다.
그렇지만 정전사고의 원인이 너무 다양하고 정전시간을 줄이기 위한 방안도 방대해서, 수용가 밀도와 신뢰도 사이의 정량적인 상관관계 연구는 거의 전무한 실정이다. 이에 본 논문에서는 배전계통 신뢰도 지수와 가장 연관성이 깊다고 판단되는 수용가 밀도를 새롭게 정의하였으며, 배전계통 신뢰도 연구에서 가장 많이 인용되는 사례연구 모의계통을 활용하여 수용가 밀도를 배전계통 신뢰도 지수에 적용하는 방법에 대해 논하였다.

가설 설정

WSAIDI를 계산하기 전에 승수 k를 먼저 선정하기 위해, 기본 계통을 축소한 ‘집중 계통’(i = 1)과 기본 계통을 확장한 ‘분산 계통’(i = 2)을 가정하였다.

제안 방법

송배전선로는 길이가 길수록 내부적인 원인 뿐만 아니라 외부적인 원인으로 인해 고장이 자주 발생하므로, 수용가의 신뢰도 지수를 계산하기 위해 송배전선로의 고장데이터를 표현하는 단위로 가장 많이 사용되는 것은[회/yr·km]이다[3]. 따라서, 본 논문에서는 수용가 밀도에 면적 대신 선로길이를 적용하였다. 또한, 다회선 선로로 인해 수용가 밀도가 감소하는 오류를 방지하기 위해 선로길이를 표현하는 방식 중 선로긍장(route length)을 적용하였다.
따라서, 본 논문에서는 수용가 밀도에 면적 대신 선로길이를 적용하였다. 또한, 다회선 선로로 인해 수용가 밀도가 감소하는 오류를 방지하기 위해 선로길이를 표현하는 방식 중 선로긍장(route length)을 적용하였다. 본 논문에서 제안하는 수용가 밀도를 수식으로 표현하면 식 (2)와 같다.
또한, 자세한 배전계통 모델링을 위해 참고문헌 [6]의 ‘case E’에 추가로, main breaker의 active, passive 고장과 11kV 전원측 등가 신뢰도 지수(참고문헌 [6]의 Table10)도 같이 고려하였다. 모선, 변압기, 배전선로, main breaker의 고장률, 고장시간과 부하점 별 수요량, 수용가수, 그리고 배전선로 길이 등 기본 데이터는 참고문헌 [6]에 자세히 언급되어 있으므로, 본 논문에서는 이에 대한 언급은 생략하도록 한다.
수용가 밀도가 서로 다른 지역끼리 단순히 SAIDI 지수의 값으로 서로의 전력품질을 비교하는 것은, 높은 수준의 전력품질을 폄하하거나 낮은 수준의 전력품질을 과대 평가하는 오류를 범할 수 있다. 이에 본 논문에서는 수용가수를 선로긍장으로 나눈 수용가 밀도를 새롭게 정의하였으며, 수용가 밀도로 기존 SAIDI 지수를 수정한 WSAIDI 지수를 새롭게 제안하였다.
또한 다음 년도의 신뢰도 목표치를 설정하고자 하는 경우에도, 전력사 A는 전력사 B에 비해 조금 더 긴 정전시간을 목표값으로 설정하는 것이 타당하다. 이에 본 논문에서는, 전력사의 현재 정전관리 수준을 표현하거나 미래의 신뢰도 목표치에 활용할 수 있는 지수로 Weighted SAIDI (WSAIDI)를 식 (3)과 같이 제안한다.

대상 데이터

사례연구 배전계통은 그림 1의 계통도에서 점선으로 표현된 N/O switch가 설치되어 있고, 그림 1의 우측 Detail 부분에 표시된 바와 같이 각 부하점마다 변압기와 함께 disconnect와 fuse가 모두 설치되어 있다. 단, 고압 대규모 수용가인 부하점 8과 부하점 9는 변압기 없이 전력을 수전한다.
수용가 밀도와 승수 k를 결정하고 최종적으로 WSAIDI를 계산하는 하나의 예로서, 그림 1과 같은 RBTS(Roy Billinton Test System) 2번 모선의 배전계통을 대상으로 하였다[4,5].

성능/효과

수용가 밀도가 낮은 지역의 전력사 A는 사고가 발생하지 않도록 유지보수를 더 자주 시행해야 하고 정전사고시 더 많은 설비와 인원을 동원해야 정전시간 10분에 도달할 수 있다. 따라서, 두 전력사의 SAIDI는 10분이라고 동일할지라도 수용가 밀도가 낮은 전력사 A는 수용가 밀도가 높은 전력사 B에 비해 정전을 관리하는 수준이 더 높다고 평가할 수 있다. 또한 다음 년도의 신뢰도 목표치를 설정하고자 하는 경우에도, 전력사 A는 전력사 B에 비해 조금 더 긴 정전시간을 목표값으로 설정하는 것이 타당하다.

후속연구

그러나, 정전시간의 단축을 위해서는 많은 투자비용과 운용비용을 소요한다. 더욱이, 국내의 현 정전관리 수준에서 몇 분 단위의 정전시간을 더 단축하기 위해서는 매년 점점 더 과중한 투자를 필요로 할 것이다. 국내의 현 정전관리 수준이 적당한지, 아니면 정전시간을 단축하기 위해 얼마큼의 비용을 더 투자해야 하는지는 본 논문에서 다루고자 하는 영역이 아니며, 경제성을 고려하여 합리적으로 결정할 문제이다.
전력사는 WSAIDI 지수를 통해 다른 전력사와 비교하여 현재 정전관리 수준을 평가할 수 있으며, 차년도 신뢰도 계획에 있어서 WSAIDI 지수를 활용하여 더욱 합리적인 목표치 설정을 기대할 수 있다. 또한 WSAIDI 지수는, 수용가가 자신이 수전하는 전력의 품질을 좀 더 객관적으로 비교, 평가할 수 있는 기반이 될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	System Average Interruption Duration Index는 국민들에게 무엇을 알리는 대표 지표인가?	이는 수용가가 사용하는 전력의 품질을 나타내는 지표 중 하나지만, 정전이 발생하지 않도록 각 전력사가 얼마나 계통을 잘 관리하는지 비교하기 위한 지표로서도 널리 사용되고 있다. 특히 배전계통 신뢰도 지수 중 SAIDI 지수는, 국민들에게 국내 전력품질 수준을 알리는 대표 지표로서 ‘호당 평균 정전시간’이라는 용어를 사용하여 그 값을 공개하고 있으며, 국내 전력품질을 해외 전력품질과 비교하는 대상으로 널리 사용하고 있다.
	배전계통 신뢰도 지수로는 어떤 것들이 있는가?	전세계적으로 널리 사용되는 배전계통 신뢰도 지수 SAIDI(System Average Interruption Duration Index), SAIFI(System Average Interruption Frequency Index), CAIDI(Customer Average Interruption Duration Index) 등은 수용가가 얼마나 공급지장 없이 지속적으로 전력을 공급 받고 있는지 표현하는 지수이다. 이는 수용가가 사용하는 전력의 품질을 나타내는 지표 중 하나지만, 정전이 발생하지 않도록 각 전력사가 얼마나 계통을 잘 관리하는지 비교하기 위한 지표로서도 널리 사용되고 있다.
	배전계통 신뢰도 지수란?	전세계적으로 널리 사용되는 배전계통 신뢰도 지수 SAIDI(System Average Interruption Duration Index), SAIFI(System Average Interruption Frequency Index), CAIDI(Customer Average Interruption Duration Index) 등은 수용가가 얼마나 공급지장 없이 지속적으로 전력을 공급 받고 있는지 표현하는 지수이다. 이는 수용가가 사용하는 전력의 품질을 나타내는 지표 중 하나지만, 정전이 발생하지 않도록 각 전력사가 얼마나 계통을 잘 관리하는지 비교하기 위한 지표로서도 널리 사용되고 있다.

참고문헌 (6)

D. J. Pearson, etc, "Risk Assessment Model for Distribution System Reliability", CIRED 97, no. 438, pp. 6.38.1-6.38.4, 1997.
V. Ajodhia, etc, "Experience with Regulation of Network Quality in Italy, the UK and the Netherlands", Electrical Power Quality and Utilisation, vol. 2, no. 1, pp. 3-9, 2006.
R. Billinton, etc, Reliability Evaluation of Power Systems, Plenum Press, 1996.
I. S. Bae and J. O Kim, "Reliability Evaluation of Distributed Generation Based on Operation Mode", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, pp. 785-790, 2007.

상세보기
I. S. Bae and J. O Kim, "Reliability Evaluation of Custsomers in a Microgrid", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 23, no. 3, pp. 1416-1422, 2008.

상세보기
R. N. Allan, etc, "A Reliability Test System for Educational Purposes - Basic Distribution system Data and Results", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 6, no. 2, pp. 813-820, 1991.

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