분산전원 연계기술기준

왜 배우는가: 분산형전원은 배전계통에 역조류, 전압 변동, 단독운전 등 새로운 문제를 일으키므로 연계 기준을 알아야 계통 설계와 보호 협조를 바르게 할 수 있다. 감시·제어, 분리·재병입, 전기품질 항목은 발송배전기술사 시험에서 여러 교시에 걸쳐 반복 출제되는 핵심 주제다.

출제 이력: 제138회 3교시 6번, 제136회 3교시 4번, 제134회 3교시 6번, 제129회 3교시 1번, 제102회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

분산형전원 연계기술기준은 소규모 발전설비를 배전계통에 연계할 때 계통의 안전성·신뢰성·전기품질을 유지하기 위해 정한 기술 요건이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 분산형전원
• 배전계통 연계
• 단독운전(Islanding)
• 분리·재병입
• 전기품질
• 감시·제어 설비
• 무효전력 제어

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 발전설비를 전력망에 붙일 때 지켜야 할 규칙이다. 태양광, 풍력, 소형 열병합처럼 수용가나 배전선로에 가까이 설치되는 발전기를 분산형전원이라 한다. 이들이 배전선에 연결되면 전력이 한 방향으로만 흐르지 않고 역방향으로도 흐른다. 이 때문에 전압이 올라가거나 보호기기의 동작이 바뀌는 문제가 생긴다.

정식으로는 분산형전원이 배전계통에 연결되어 운전될 때 계통 측이 요구하는 전기적 조건, 보호 조건, 통신·감시 조건을 정한 기준을 말한다. 한국에서는 한국전력의 「분산형전원 배전계통 연계기술기준」이 대표적이다. 전기설비기술기준의 판단기준은 분산형전원을 법령 차원에서 정의하고 설치 요건을 정한다.

핵심 용어는 다음과 같다.

단독운전은 계통이 정전되었을 때 분산형전원이 일부 부하에만 전력을 계속 공급하는 상태다. 작업자 감전과 재폐로 실패를 일으키므로 가장 먼저 막아야 한다.

분리·재병입은 계통 이상 시 분산형전원을 계통에서 떼어내고, 계통이 정상으로 돌아온 뒤 다시 연결하는 동작이다. 재병입은 계통 전압과 주파수가 허용범위 안에 들어온 것을 확인한 뒤에만 한다.

전기품질은 전압, 주파수, 고조파, 플리커, 직류분 같은 값이 허용 범위 안에 있는 상태를 말한다. 분산형전원은 출력이 변동하므로 전기품질 관리가 필수다.

동기화 변수는 발전기를 계통에 병입할 때 맞춰야 하는 전압 크기, 위상, 주파수다. 허용 편차를 넘으면 병입 때 큰 돌입 전류가 흐른다.

3. 등장 배경과 필요성

재생에너지 보급이 늘면서 배전계통에 연결되는 분산형전원 용량이 빠르게 커졌다. 과거 배전선은 변전소에서 수용가로 한 방향으로만 전력을 보내도록 설계되었다. 분산형전원이 많아지면 이 가정이 깨진다. 그 결과 전압 상승, 보호협조 실패, 단독운전 위험이 함께 나타난다.

계통 신뢰도 측면에서도 기준이 필요하다. 분산형전원이 계통 고장 때 떨어지지 않으면 고장 구간이 넓어지고 복구가 늦어진다. 반대로 계통 전압이 조금만 흔들려도 한꺼번에 떨어지면 계통 안정도가 낮아진다. 따라서 분리 시간과 재병입 조건을 정해 계통과 발전기를 함께 보호해야 한다.

전기품질도 중요하다. 인버터형 분산형전원은 고조파와 플리커를 발생시킬 수 있다. 전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준은 전압 불평형률을 송전용 설비에서 3% 이내로 정하고, 발전기의 무효전력 제공 성능을 정격출력 기준으로 정한다. 신재생발전기에 대해서는 풍력과 조력 발전기가 뒤진 위상 0.95에서 앞선 위상 0.95 범위의 무효전력을 제공하도록 정하고 있다.

이 배경에서 연계기술기준은 세 가지 목적을 가진다. 첫째, 단독운전을 빠르게 검출해 분리한다. 둘째, 전압과 주파수 이상 시 정해진 시간 안에 분리한다. 셋째, 계통 전기품质을 해치지 않도록 출력과 무효전력을 제어한다.