운영예비력

왜 배우는가: 운영예비력은 주파수 안정과 정전 방지의 핵심 수단이며, 전력계통 신뢰도 기준과 전력시장운영규칙에서 종류별 정의와 확보 기준이 반복해 출제된다. 주파수제어·1차·2차·3차 예비력의 동작 시간과 유지 시간을 구분하는 것이 답안 점수를 좌우한다.

출제 이력: 제119회 1교시 12번, 제111회 3교시 1번, 제98회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의: 운영예비력은 평상시 주파수 유지와 고장 시 주파수 회복을 위해 확보하는 공급능력이며, 주파수제어예비력·초속응성예비력·1차·2차·제3차예비력으로 구분한다.

핵심 키워드

• 운영예비력
• 주파수제어예비력
• 1차예비력
• 2차예비력
• 3차예비력
• 초속응성예비력
• 속응성자원
• 공급예비력

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 운영예비력은 발전소가 평소에 여유를 남겨 두었다가 주파수가 흔들릴 때 바로 꺼내 쓰는 힘이다. 전력은 수요와 공급이 항상 같아야 주파수가 60Hz로 유지되므로, 공급이 부족해지기 전에 빠르게 메울 수 있는 여유 용량이 필요하다.

정식 정의는 「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」 제2조에 따른다. 예비력은 전력수급의 균형을 유지하기 위하여 전력수요를 초과하여 보유하는 공급능력이며, 공급예비력과 운영예비력으로 나뉜다. 운영예비력은 평상시 안정적 주파수 유지를 위한 주파수제어예비력과 고장 발생 시 주파수 회복을 위한 초속응성예비력, 1차예비력, 2차예비력, 제3차예비력을 말한다.

핵심 용어를 나눠 보면 다음과 같다.

• 주파수제어예비력: 발전기의 자동발전제어(AGC) 운전으로 5분 이내 동작하여 30분 이상 출력을 유지할 수 있는 예비력이다. 5분 이내 동작, 30분 이상 유지
• 1차예비력: 조속기(Governor Free) 운전과 전기저장장치의 주파수추종 운전으로 주파수 변동 10초 이내 동작하여 5분 이상 출력을 유지하는 예비력이다. 10초 이내 동작, 5분 이상 유지
• 2차예비력: AGC 운전으로 10분 이내 동작하여 30분 이상 유지하는 예비력이다. 10분 이내 동작, 30분 이상 유지
• 3차예비력: 중앙급전발전기를 통해 30분 이내에 확보할 수 있는 예비력이다. 30분 이내 확보
• 초속응성예비력: 전기저장장치와 수요자원 등으로 주파수변동 2초 이내 동작하여 10분 이상 출력을 유지하는 예비력이다.

3. 등장 배경과 필요성

전력계통은 발전과 부하가 실시간으로 맞아야 하며, 대용량 발전기가 탈락하면 주파수가 급격히 떨어진다. 최대 용량 발전기 1기 고장 시 최저 59.7Hz 이상을 유지하고 1분 이내 59.8Hz로 회복해야 한다는 기준이 있으므로, 이를 만족시키려면 고장 직후부터 단계적으로 동작하는 예비력이 필요하다.

예비력은 시간대별로 역할이 나뉜다. 초 단위의 급격한 변동은 조속기 응답과 초속응성 자원이 맡고, 분 단위의 회복은 AGC 기반 주파수제어 및 2차예비력이 맡으며, 수십 분 단위의 복구는 3차예비력이 맡는다. 이처럼 동작 시간을 기준으로 나누어 두어야 주파수 회복 단계마다 필요한 용량을 정확히 확보할 수 있다.

또한 예비력은 발전 설비의 여유뿐 아니라 수요관리와 전기저장장치 같은 자원까지 포함하는 개념으로 확장되고 있다. 이 때문에 공급능력 확보 방식과 운영예비력 참여 기준을 전력시장운영규칙과 함께 관리하는 것이 중요하다.