전력계통 운영환경 변화에 따른 전력계량 정밀도 개선 연구 = Improvement og metering accuracy considering hte diversification of power system operating

국문 초록 (Abstract)

최근 들어 전 세계적으로 대기환경 개선에 관심이 높아지면서, EU 등 국가 간 협약을 통해 저탄소 기반의 신재생에너지 보급이 확산되고 있는 추세다. 국내도 예외가 아니다. 정부는 대기환경 개선을 위한 방안으로 태양광 및 풍력 등 청정에너지 기반의 분산형전원 확산과 전기사용량이 많은 대규모 고객뿐만 아니라 소규모 고객에 이르기 까지 가용 가능한 수요자원을 적극 활용하여 에너지 사용의 효율을 극대화 한다는 정책에 따라 전력산업에 급속한 변화를 불러오고 있다. 특히 Power Metering 분야는 변화의 체감속도가 빠르다. 능동적인 수요반응을 위해 지능형 전력망 운영의 근간인 AMI(Automatic Metering Infra) 구축사업이 시작되면서 기계식 전력량계에서 전자식 전력량계로 대체되어 2020년 이후에는 전 고객이 전자식 전력량계로 운영될 예정이며, 한 대의 전자식 전력량계로 분산형전원의 발전전력량과 수전전력량을 모두 계량할 수 있는 양방향 전자식 전력량계가 전면적으로 활용되고 있는 등 많은 변화를 맞고 있는 상황이다.
실제 현장에서는 분산형전원의 확산을 장려하기 위한 정부 에너지 정책에 따른 신재생에너지 기반 요금할인 및 인센티브 지급 등의 제도가 시행되면서 전력거래 신뢰도를 유지하는데 있어 예상치 못한 이슈들이 발생되고 있는 실정이다. 이를 테면 분산형전원의 DC(직류) 기반의 전력을 AC(교류) 전력계통에 연계하기 위해서는 인버터가 필요하며, 저압으로 변환된 AC전력을 특고압(22.9kV) 다중접지 계통에 연계하려면 변압기를 또한 있어야하고, 보호협조를 위해 변압기 연계(△-Yg→Yg-→△)방식도 변경이 되어야 한다. 이러한 전력변환과 변압기 결선 방식의 변경은 전력량계의 결선방식과 전력계량 적산방식에 따라 계량법에서 규정한 정밀도 범위를 벗어날 수도 있는 상황이 발생할 수 있다.
본 논문에서는 이러한 문제의 원인을 계통관점에서 해석하고, 해결방안을 제시하였다. 분산형전원용 전력량계의 정확한 계량방식 적용을 위하여 현장 실제데이터에 근거한 시뮬레이션을 통해 전력계량 오차의 발생 원인을 분석하였고, 종래기술의 한계와 장단점 분석을 통해 현장 적용이 용이한 최적의 전력계량 오차 해소방안을 제안하였다. 본 논문을 통해 제시된 해소방안은 현장 실증으로 유효성 검증을 완료 하였고, 우리 회사에서 운영 중인 전자식 전력량계 구매규격에 적용되어 실시 중에 있다.
본 논문에서는 현재까지 발견된 문제에 대해 해결방안을 제시하였지만, 최근 신재생에너지 보급 확산 장려와 전력계통 최대수요전력을 줄이기 위해 청정에너지 발전과 에너지 저장장치를 결합한 다양하고 복잡한 요금할인 제도가 늘어나고 있는 추세이고, 점진적인 전기자동차 충전인프라 확충에 따라 전력변환 설비가 대폭 늘어나면서 고조파에 의한 새로운 양상의 전력계량과 관련된 문제점들이 발생될 수도 있다. 따라서 앞으로도 공정한 전력거래 기반을 유지하기 위해서는 전력계량과 관련된 지속적인 연구가 진행될 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구 배경 및 목적 1
• 제 2 절 논문의 구성 및 개요 2
• 제 2 장 전력계량시스템 해석모델 개발 4
• 제 1 절 전력계량 하드웨어 및 알고리즘 분석 4
• 1. 전자식전력량계 주요구성 4
• 2. 전자식 전력량계 하드웨어 구성 6
• 3. 연산 알고리즘 15
• 제 2 절 실데이터에 근거한 모델링 26
• 1. 분산전원 연계계통 27
• 2. 태양광발전기 41
• 3. 전기자동차(V2G) 49
• 제 3 장 분산전원 계량영향도 분석 및 최적계량 52
• 제 1 절 변압기 결선특성 분석 및 전려계량 영향분석 52
• 1. 변압기 결선별 영상분 발생조건 52
• 2. 공급계통 영상분 계량영향 분석 57
• 제 2 절 인버터 운전특성 분석 및 전력계량 영향분석 73
• 1. 인버터 구성 및 운전모드 개요 73
• 2. 운전모드별 계량영향 분석 74
• 제 3 절 최적 계량방식(안) 83
• 1. 분산형전원 연계고객의 합리적 계량방식 83
• 2. 전력계량 방식에 대한 표준(안) 83
• 제 4 장 대용량 고객 계량오차 보정기술 개발 86
• 제 1 절 계량오차 발생원인 87
• 1. 3상4선(3소자 방식) 계량방식의 전력량 산정 87
• 2. 3상3선(2소자 방식) 계량방식의 전력량 산정 88
• 제 2 절 기존 계량오차 보정기술 검토 및 실증시험 90
• 제 3 절 3상3선식 계량오차 보정기술 개발 및 실증시험 92
• 1. 종래기술 개요 및 문제점 92
• 2. 개발기술 개요 및 원리 95
• 제 5 장 결론 105
• <시험보고서 #1> 106
• <시험보고서 #2> 109
• 참고문헌 112