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문제 정의
- 또한 전력산업 구조개편에 의해 효율적인 전력시장 운영을 위해 2002년 미국 ABB사로부터 전력시장운영시스템(M0S)을 도입하여 부분 활용하고 있다. 본고에서는 활용중인 EMS의 계틍해석 종류와 기능을 약술하고 측정값 대비 EMS 상태추정 정학도, 할용중인 상태추정, 상정고상해석, 조류게산, 고장계산의 EMS 계통해석 기능과 PSS/E 비교 결과, 반전기 출력조정의 근본인 MOS의 SE 값과 와 EMS의 SE 값의 상호 비교 결과를 소개하여 전력계통 운용과 전력시장 운용의 신뢰성과 투명성 제고의 기회를 갖고자 한다.
제안 방법
- 이렇게 받은 SCADA 데이터를 이용하여 1분 주기로 MOS에서 상태추정을 실시하고 있으며 5분마다의 발전소 급전지시용 조정 출력값은 EMS로 보내기 직전 수행된 상태추정 결과가 전달된다. MOS의 상태추정 정확도는 신뢰성 있는 전력시장 운영에 중요하며 이의 확보를 위해 MOS의 상태추정 값과 EMS 상태추정 값 및 SCADA 값을 상호 비교 검중하였다. 검증 대상은 EMS와 동일하게 모선전압 , 발전기, 송전선로, 변압기, 부하의 유효/무효전력에 대해 편차를 분석하고 정확도는 전력시장 운영규칙에 제시된 “EMS 제공자료 품질기준에 의거 판단하였다.
- 외국 전력사의 EMS 상태추정을 비롯하여 여타 계통해석 정확도의 분석결과를 입수할 수가 없어서 비교대상과 기준을 정하기가 매우 어려웠다. 그리하여 EMS의 계통해석 결과를 1차적으로 비교할 수 있는 방법으로서 전 세계적으로 정확도가 인증되어 통용되고 있는 미국 PTI사의 PSSZE의 결과와 상호비교하기로 하였다. 이를 위해 1단계로 EMS와 PSS/E의 조건을 동일하게 하기 위해 EMS DB에 정의된 설비 정수와 PSS/E에 정의된 설비정수를 상호 비교하고 약간의 오차 부분까지 수정하였다.
- 2단계로는 현재의 실계통과 EMS에서 노드 기반으로 정의되고 도식화된 전력계통 토폴로지와 이용자 화면(CRT)의 일치성을 재확인하였다. 다음 3단계로 EMS 의 상태추정의 결과를 기본케이스로 반영한 조류계산 결과를 PTI 포맷으로 변환하여 조류계산, 상정고장해석, 고장계산 등을 PSS/E의 수행결과와 비교하였다. 이 결과 조류계산에서는 변압기 및 송전선로의 무효전력의 정확도가 99.
- 발전기에 대한 5분 단위 선행 급전지시 (NSA/NCD)의 입력요소로 활용되고 있는 전력시장 운영시스템(MOS)의 상태추정 결과 값을 전력계통 운영시스템(EMS)의 상태추정 결과를 상호 비교하였다.
- 시 경보를 제공한다. 상정고장 시 계통의 이상 상태와 취약정보를 경보와 같이 제공하며, 현계통과 상정고장계통의 조류제약, 전압제약 동의 해소방안을 제시하여 안전도률 개선하고 연료비용과 송전손실을 최소화하는 방안을 제공한다. 상태추정(SE)은 사전 구축된 계통 모델과 발전소, 변전소로부터의 차단기 등 이산데이터를 기반으로 모선구조 등 토폴로지를 구성한 후 취득된 모선 전압, 조류, 부하, 발전력, 탭 등 여분의 아날로그 정보와 모델데이터를 가중최 소자승법 (Weighted Least Square)을 이용하여 취득오류를 보정하고 모선전압, 위상각, 발전력, 부하, 조류, 탭 위치 둥 계통 상태를 계산하여 다른 계통해석기능에 유효한 기본 해를 제공한다.
- 그리하여 EMS의 계통해석 결과를 1차적으로 비교할 수 있는 방법으로서 전 세계적으로 정확도가 인증되어 통용되고 있는 미국 PTI사의 PSSZE의 결과와 상호비교하기로 하였다. 이를 위해 1단계로 EMS와 PSS/E의 조건을 동일하게 하기 위해 EMS DB에 정의된 설비 정수와 PSS/E에 정의된 설비정수를 상호 비교하고 약간의 오차 부분까지 수정하였다. 비교대상은 송전선로의 R, X, Y, RO, X0, 선로용량, 발전기의 단자전압, 정격용량, 차과도 리액턴스, 영상 임피던스, 변압기의 임피던스 둥이었다.
대상 데이터
- MOS의 상태추정 정확도는 신뢰성 있는 전력시장 운영에 중요하며 이의 확보를 위해 MOS의 상태추정 값과 EMS 상태추정 값 및 SCADA 값을 상호 비교 검중하였다. 검증 대상은 EMS와 동일하게 모선전압 , 발전기, 송전선로, 변압기, 부하의 유효/무효전력에 대해 편차를 분석하고 정확도는 전력시장 운영규칙에 제시된 “EMS 제공자료 품질기준에 의거 판단하였다. 그 결과 발전기 유효전력의 경우 MOS의 상태추정 값이 SCADA 데이터와 비교시 99.
- 이를 위해 1단계로 EMS와 PSS/E의 조건을 동일하게 하기 위해 EMS DB에 정의된 설비 정수와 PSS/E에 정의된 설비정수를 상호 비교하고 약간의 오차 부분까지 수정하였다. 비교대상은 송전선로의 R, X, Y, RO, X0, 선로용량, 발전기의 단자전압, 정격용량, 차과도 리액턴스, 영상 임피던스, 변압기의 임피던스 둥이었다. 2단계로는 현재의 실계통과 EMS에서 노드 기반으로 정의되고 도식화된 전력계통 토폴로지와 이용자 화면(CRT)의 일치성을 재확인하였다.
데이터처리
- 2006년 1차 상태추정 실행특성 분석 및 정확도 검증 후 동년 7월에 기타 활용중인 EMS 계통해석 결과 값에 대한 정확도를 검증 하였다. 외국 전력사의 EMS 상태추정을 비롯하여 여타 계통해석 정확도의 분석결과를 입수할 수가 없어서 비교대상과 기준을 정하기가 매우 어려웠다.
- EMS의 상태추정 결과를 기반으로 한 EMS 계통해석 결과의 신뢰성 검증을 위해 EMS 계통해석 결과를 기본케이스로 하는 PSS/E 결과와 상호비교를 통한 정확도를 재확인하였다. 발전기에 대한 5분 단위 선행 급전지시 (NSA/NCD)의 입력요소로 활용되고 있는 전력시장 운영시스템(MOS)의 상태추정 결과 값을 전력계통 운영시스템(EMS)의 상태추정 결과를 상호 비교하였다.
성능/효과
- 그 외 모선전압의 경우도 SCADA와의 비교 시 91% 이상의 정확도를 나타냈으며, EMS 상태추정과는 93% 이상의 정확도를 보였다. 결과 값 간의 차이는 계통과 시장운영의 운영툭성에 기인하는 취득데이터 가중치 부여와 프로그램 파라미터 설정의 상이 등 고유 특성에 기인한 것으로 분석된다. 비교결과는 아래 표-5와 같이 나타낼 수 있다.
- 검증 대상은 EMS와 동일하게 모선전압 , 발전기, 송전선로, 변압기, 부하의 유효/무효전력에 대해 편차를 분석하고 정확도는 전력시장 운영규칙에 제시된 “EMS 제공자료 품질기준에 의거 판단하였다. 그 결과 발전기 유효전력의 경우 MOS의 상태추정 값이 SCADA 데이터와 비교시 99.3% 이상의 정확도를 나타냈으며 이는 상대적으로 발전기 MW에 높은 가중치를 두었기 때문이다. EMS 상태주정 결과와는 약간의 차이를 나타내었다.
- EMS 상태주정 결과와는 약간의 차이를 나타내었다. 그 외 모선전압의 경우도 SCADA와의 비교 시 91% 이상의 정확도를 나타냈으며, EMS 상태추정과는 93% 이상의 정확도를 보였다. 결과 값 간의 차이는 계통과 시장운영의 운영툭성에 기인하는 취득데이터 가중치 부여와 프로그램 파라미터 설정의 상이 등 고유 특성에 기인한 것으로 분석된다.
- 25 14:30. 기준으로 16, 817 포인트의 EMS 아날로그 취득데이터와 상태추정 결과를 비교한 결과 양자의 평균 편차는 3~2.2 로 비교적 정확성을 보였으나 설비 취득 값, 모델 값 개선에 의한 편차의 최소화가 필요한 것으로 분석되었다. 이는 모선전압, 발전기, 선로, 부하, 변압기의 MW/MVAr믈 커다란 취듁오류를 배제하고 비교한 결과이다(표-1 참조).
- 전력거래소의 EMS 계통해석 활용은 처음 도입 시 내외의 비판에도 불구하고 급전원의 계통운영 및 교육 훈련에 있어 혁신적인 패러다임 변화를 가져왔다. 아날로그 값 오류 시 상태추정을 이용한 연속적인 계틍운용정보 확보, 실시간 상정고장해석 결과를 이용한 취약개소 사전 대책수립과 계통 고장 시 신속 정확한 대처눙력 확보를 위한 금전원 훈련 등으로 계통안전성을 증잔 하는 효과를 거두었다. 이러한 계통운영과를 더욱 배가하고 EMS와 MOS의 모든 계통해석 연제 프로그램이 신뢰할 수 있는 최상의 결과 해를 도출하기 위해선 현장 취득 값과 계통모델 및 선로정수 등 각종 계통 정수의 정확성, 프로그램 자체 파라미터의 적절한 튜닝으로 상태추정(SE) 결과가 왜곡 없이 정밀하고 안정되게 운전 되어야 한다.
- 다음 3단계로 EMS 의 상태추정의 결과를 기본케이스로 반영한 조류계산 결과를 PTI 포맷으로 변환하여 조류계산, 상정고장해석, 고장계산 등을 PSS/E의 수행결과와 비교하였다. 이 결과 조류계산에서는 변압기 및 송전선로의 무효전력의 정확도가 99.4%와 99.6% 이며 그 이외의 발전기, 부하 및 송전선로의 유효전력에서는 거의 100%의 정확도를 나타내었다. 이 결과를 평균하면 99.
- 6% 이며 그 이외의 발전기, 부하 및 송전선로의 유효전력에서는 거의 100%의 정확도를 나타내었다. 이 결과를 평균하면 99.63%로서 EMS의 조류계산(PF) 와 PSS/E간 결과 값의 편차는 0.37% 이내이다. 또한 상정고장에서는 정의된 1,500여개의 고장선로 중 조류편차 및 과부하율 오차가 1% 이하였으며 발생 개소는 14개 선로에 국한되었다.
- 이러한 계통운영과를 더욱 배가하고 EMS와 MOS의 모든 계통해석 연제 프로그램이 신뢰할 수 있는 최상의 결과 해를 도출하기 위해선 현장 취득 값과 계통모델 및 선로정수 등 각종 계통 정수의 정확성, 프로그램 자체 파라미터의 적절한 튜닝으로 상태추정(SE) 결과가 왜곡 없이 정밀하고 안정되게 운전 되어야 한다. 이번 비교, 검증과정을 통해 EMS와 MOS 계통해석의 신뢰성을 입증하였다. 그러나 전력거래소가 계통운영과 시장운영이라는 쌍두마차를 더욱 효율적으로 운영하기 위해서는 EMS/MOS의 계통모델, 입력데이터 오류에 대한 지속적인 발굴과 개선, 현장 취득데이터의 정도개선과 사업자의 정확한 계통정수 산정 및 제공의 필요성이 더욱 절실하게 요청되며 EMS와 MOS 의 계통해석기능을 효율적으로 유지관리 할 수 있는 인력양성 둥 다각적인 노력이 필요하다.
후속연구
- 상태추정(SE)의 정도개선, 수렴율을 개선하기 위하여 지역급전소(RCC)의 SCADA 현장설비 장애, DB불일치, EMS 절체에 따른 취득데이터 불완전 원인 해소와, 변한기(Transducer) 취득오류의 주기적 검 - 교정, 취득 오류 해결을 위한 TM 발행 실적 제고와 사업자의 산속조치가 필요하다. 또한 설비 신증설에 따른 DB 맵핑, 토폴로지 구성, 정수 입력 등 DB 구축 시 발생하는 간헐적인 입력 오류의 최소화가 필요하고, 취득 불완전 시 모델 값(Pseudo-measurement) 활용에 의한 추정의 정도 개선을 위해 계절별, 요일별, 특이일, 시간별 다양한 부하 스케줄 모델의 개발 활용이 필요하다.
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