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핵심기술
속응형 전압제어기(발전기)와 정지형 전압제어기(조상설비)의 협조제어를 통한 전압제어지역의 계층적 전압/무효전력 제어
최종목표
○ 최종목표
- 전력계통 무효전력 관리 시스템 개발 및 설치
○ 연차별 개발 목표
- 1차년도 : 우리나라 계통의 전압제어 지역 및 대표제어 모선 선정
- 2차년도 : 전압/무효전력 특성 해석 및 무효전력 관리 시스템 기본 설계
- 3차년도 : 전압제어 알고리즘 개발 및 시제품 설계, 제작
- 4차년도 : 제어시스템 검증용 시뮬레이터 개발 및 실증시험<

핵심기술
속응형 전압제어기(발전기)와 정지형 전압제어기(조상설비)의 협조제어를 통한 전압제어지역의 계층적 전압/무효전력 제어
최종목표
○ 최종목표
- 전력계통 무효전력 관리 시스템 개발 및 설치
○ 연차별 개발 목표
- 1차년도 : 우리나라 계통의 전압제어 지역 및 대표제어 모선 선정
- 2차년도 : 전압/무효전력 특성 해석 및 무효전력 관리 시스템 기본 설계
- 3차년도 : 전압제어 알고리즘 개발 및 시제품 설계, 제작
- 4차년도 : 제어시스템 검증용 시뮬레이터 개발 및 실증시험
- 5차년도 : 시제품 현장설치, 성능평가 및 개선, 확대 적용 방안 수립
개발내용 및 결과
○ 전압제어 알고리즘 개발
- 속응형 전압제어 알고리즘(CVC) : 대표모선의 전압을 발전기 등의 속응형 무효전력원을 제어하여 유지. 동작속도가 빠르고 정밀 제어 가능.
※ CVC : Continuous Voltage Controller
- 정지형 전압제어 알고리즘(DVC) : 대표모선의 전압을 조상설비, 탭 등의 정지형 무효전력원을 제어하여 유지.
※ DVC : Discrete Voltage Controller
- 지능형 전압제어 알고리즘 : 전체 계통의 적정 전압 유지를 위한 대표모선의 전압기준 설정 기반기술 개발
- 협조제어 알고리즘 : 속응형 및 정지형 전압제어기의 협조제어 기능 수행
○ 실증시험을 위한 Test-Bed 구축
- 개발 알고리즘과 시제품의 실증시험을 위한 Test-Bed 구축
- KEPS(실시간 전력계통 시뮬레이터, 이하 KEPS) 기반의 Test-Bed 구축
: 시범사업지역(제주) 실시간 모의 계통구성
: 실시간 모의가 가능해 타 외부제어기와의 성능검증 가능
- HVDC 제어기, 발전기 OEL, 변압기 탭 제어, 24시간 부하변동, 동적부하 모델 구현
※KEPS : KEPCO Enhanced Power System Simulator
- KEPS의 전력정보 DB화와 동작상태 감시를 위한 모니터링 시스템 구축
○ 전압관리 시스템 시제품 개발
- 중앙제어기(1식) : 전력정보의 수집과 중앙제어기, 속응형 전압제어 알고리즘, 정지형 전압제어 알고리즘, 지능형 전압제어 알고리즘 탑재
- 지역제어기(2식) : 발전기의 무효전력 배분(RPD)을 통한 발전기 단자전압 제어 알고리즘 탑재
※ RPD : Reactive Power Dispatcher
- KEPS를 이용한 Test-Bed 실증시험을 통하여 성능개선
기술개발배경
○ 최근 국내 전력계통은 지속적인 부하 증가에 따라 계통이 중부하상태로 운전되어 안전도 한계 근처에서 운영되고 있고, 발전단으로부터의 장거리 송전 등에 따른 무효전력 손실의 증가로 인해 무효전력 수급이 불안정하게 되어 전압불안정 현상 발생이 놓아지고 있음.
○ 그러므로 전력계통에서 발생할 수 있는 심각한 고장과 더불어 부하의 지속적인 증가에 대처할 수 있는 경제적이고 실현가능한 계통제어 시스템의 적용과 개발이 절실히 요구되고 있음. 전압 불안정과 붕괴위험의 주된 요인이 되는 전압과 무효전력 수급 최적화는 중부하시, 345/765kV 선로의 고장 또는 대용량 발전기의 탈락과 같은 중대사고시의 경우, 더욱 중요한 문제로 대두되고 있음.
○ 무효전력은 주파수와 달리 국지적인 특성을 가지므로 과거에는 적절한 지침에 의거, 무효전력 제어설비 설치개소에서의 국부적인 조작으로 운용되어 왔으나 최근 컴퓨터와 통신망의 비약적인 발전에 따라 통합제어의 가능성이 열렸음.
핵심개발기술의 의의
종래기술의 경우 속응형 전압제어기와 정지형 전압제어기를 각각 개별 제어하는 스킴을 갖고 있어 효과적인 전압/무효전력 제어가 불가능한 면이 있다. 그러나 개발된 전압관리시스템은 세계최초로 속응형 전압제어기와 정지형 전압제어기를 협조제어를 통하여 전력계통에서 필요로 하는 순동 무효전력 여유를 확보할 수 있는 이점이 있다.
적용분야
기본적으로 본 기술은 광역계통의 전압/무효전력 제어에 활용가능하다. 두 번째로 독립적으로 운전중인 마이크로 그리드 내부의 전압/무효전력 제어가 가능하다. 뿐만아니라 기존 속응형 전압제어기로 고려되고 있는 발전기 외에 새롭게 그 효과가 입증되고 활용성이 확대되고 있는 FACTS 까지 제어대상으로 포함할 수 있다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
• 목 차 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 22
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 22
• 1. 개발기술의 중요성 ... 22
• 2. 개발기술의 필요성 ... 23
• 제 2 절 국내 ․ 외 관련 기술의 현황 ... 25
• 1. 국외 관련 기술의 현황 ... 25
• 2. 국내 관련 기술의 현황 ... 44
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 ․ 경제적 파급 효과 ... 46
• 1. 기술적측면 ... 46
• 2. 산업ㆍ경제적측면 ... 46
• 3. 정책적측면 ... 46
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 47
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 47
• 1. 기술개발 최종목표 ... 47
• 2. 평가방법 ... 47
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 48
• 1. 기술개발 단계목표 ... 48
• 2. 평가방법 ... 48
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 50
• 1. 1단계 1차년도 ... 50
• 2. 1단계 2차년도 ... 52
• 3. 1단계 3차년도 ... 56
• 4. 2단계 1차년도 ... 60
• 5. 2단계 2차년도 ... 61
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 64
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 64
• 1. 전압제어 알고리즘 개발 ... 64
• 2. 실증시험을 위한 Test-Bed 구축 ... 126
• 3. 전압관리시스템 시제품 개발 ... 194
• 4. Test-Bed를 이용한 시제품 성능시험 ... 222
• 5. 시제품 현장설치 ... 266
• 6. 시제품 적용 실계통 시운전 결과 ... 285
• 7. 우리나라에 적합한 적정 무효전력 보상 기초방안 제시 ... 347
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 382
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 385
• 1. 국내외 시장 규모의 현황 및 전망 ... 385
• 2. 해당기술분야의 Product Tree ... 385
• 3. 산업화 전략 ... 386
• 4. 사업화 전망 ... 387
• 참고문헌 ... 389
• 최종보고서 요약서 ... 391