시간대별 전력수급 예측 오차율의 변화를 반영한 순동예비력 산정방안

국문 초록 (Abstract)

2011년 9월 15일 우리나라에 순환정전이 발생한 이후, 전력계통을 안정적으로 운영하기 위한 예비력 확보에 대한 중요성이 부각되었다. 이로 인해 운영예비력에 대한 용어가 재정립되었고, 운영예비력 확보량에도 변화가 생겼다.
운영예비력은 계통 병입 여부에 따라 순동예비력과 비순동예비력으로 구분할 수 있다. 이 중 순동예비력은 계통에 투입되어있는 발전기가 확보하고 있는 예비력으로, 즉각적인 출력 변화를 통해 수급균형을 조절하고 계통의 주파수를 일정하게 유지하는 역할을 한다. 따라서 계통의 안정운영을 위해선 순동예비력의 확보량을 결정하는 것이 중요한 사항이다. 순동예비력의 확보량을 결정하기 위해선 수급불균형을 초래하는 문제들에 대한 고려가 필요하다. 수급불균형을 초래하는 주요 원인에는 정확하지 못한 수요예측으로 인해 발생하는 수요예측오차, 발전기 탈락 등의 사고 발생으로 인한 발전력 부족, 신재생에너지 발전의 예측오차로 인한 신재생에너지 발전량의 부족이 있을 수 있다. 이 때 순동예비력 확보량이 많을수록 큰 외란에도 수급균형을 안정적으로 유지할 수 있지만, 순동예비력 확보량이 증가할수록 이를 위해 추가적인 발전기를 병입하거나 발전기 배분이 변화하게 되기 때문에 운영비용이 상승하게 되어 경제성은 감소하게 된다. 따라서 적절한 수준의 순동예비력 확보는 계통의 안정성과 경제성 측면에서 매우 중요한 문제이다.
본 연구는 순동예비력 산정에 대하여 시간대별로 순동예비력 산정을 다르게 하는 방법을 제안한다. 순동예비력을 산정하기 위해서 수급불균형을 발생시키는 수요예측오차, 발전력 탈락, 그리고 신재생에너지 예측오차를 고려하였다. 신재생에너지 중에서는 현재 가장 경제성이 있고 계통연계가 활발하게 진행되고 있는 풍력발전을 고려하였다. 시간대별로 오차의 확률분포를 다르게 나타내기 위해 각각에 대해 시간대별 수요예측오차율, 시간대별 발전기기동정지계획의 변화, 시간대별 풍력발전 예측치에 따른 오차의 확률분포 변화를 기준으로 확률분포를 모델링 하였다. 시간에 관계없이 일정하게 예비력을 산정하는 기존의 방법과 비교해본 결과, 평균적으로 같은 순동예비력 산정량에 대하여 제안한 방법이 단기수급균형신뢰도를 일정하게 유지하였다. 또한 제안한 방법을 통해 풍력발전단지의 추가건설로 인한 계통 구성의 변화나 수요예측오차율이 감소한 경우에도 유연하게 순동예비력 확보량을 바꿈으로써 수급균형과 관련된 불확실성의 증가나 감소에도 곧바로 대처 가능한 것을 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 초록 ⅰ
• 목차 ⅲ
• 그림 목차 ⅵ
• 표 목차 ⅷ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 논문의 개요 및 구성 4
• 제 2 장 예비력의 분류와 산정방법 6
• 2.1 예비력의 분류 6
• 2.2 기존의 예비력 산정방법 8
• 2.3 해외의 예비력 체계 12
• 2.3.1 ERCOT의 예비력 체계 12
• 2.3.2 PJM의 예비력 체계 13
• 2.3.3 NYISO의 예비력 체계 14
• 2.4 우리나라의 예비력 체계 15
• 제 3 장 불확실성 요소의 시간대별 확률분포 모델링 19
• 3.1 수요예측오차의 시간대별 확률분포 모델링 19
• 3.2 풍력발전 예측오차의 시간대별 확률분포 모델링 23
• 3.3 발전력 탈락의 시간대별 확률분포 모델링 27
• 제 4 장 시간대별 순동예비력 산정방안 31
• 4.1 단기 수급균형 신뢰도의 정의 31
• 4.2 시간대별 순동예비력 산정 알고리즘 33
• 제 5 장 사례연구 36
• 5.1 사례연구 36
• 5.2 하계와 동계의 순동예비력 산정 결과 41
• 5.2.1 하계의 순동예비력 산정 결과 42
• 5.2.2 동계의 순동예비력 산정 결과 45
• 5.3 풍력발전단지의 발전용량 증가에 따른 시간대별 순동예비력 산정결과 48
• 5.4 수요예측오차율 감소에 따른 시간대별 순동예비력 산정결과 52
• 제 6 장 결론 56
• 참 고 문 헌 59
• 부록 A 63
• Abstract 65