도미노식 전달 전력계통 사고 현상 미연에 방지
전력IT를 통한 국내 전력 계통산업 안정화 기여


최근 IT와 NT 등 기술발달로 기술간의 융·복합화가 활발해지고 있으며 새로운 시장이 창출되고 있다.

이러한 변화 속에 전력산업은 돌파구를 모색, 새로운 성장 동력을 창출하고 있으며 기술 융합형 컨버젼스 사업인 전력IT 사업에 촉각을 곤두세우고 있다.

전력IT사업은 IT기술의 적용을 통해 기존 전력시스템의 고도화와 지능화를 추구하는 것으로, IT분야의 강자로 떠오른 우리나라에서 특히 기술적 강점을 지닐 수 있는 분야이다.

이러한 전력 IT의 사업 분야는 및 전력 시스템 및 전력기기 전 분야에 해당될 수 있다.

시스템 구현의 통신 및 정보처리기술과 기존의 전력시스템 융합 중 한 예를 위성통신과 계통보호시스템에서 찾을 수 있다.

위성통신은 천재지변이나 기타 재난사항에 준하는 환경 하에서, 확보돼있던 모든 유선통신이 마비되었을 때도 운용할 수 있는 통신망이다.

고 신뢰성 특징뿐만 아니라, 위성통신은 넓은 지역에 동시에 데이터를 전송할 수 있는 능력을 가지고 있다.

이 같은 동보성, 광역성의 특징은 다단의 통신 노드들로 구성돼 통신지연이 필수적으로 일어날 수 있는 유선통신에 비해 단 하나의 노드만을 가지고 있는 위성통신이 지니고 있는 우수한 장점 중 하나이다.

현재 위성통신을 국가 에너지 체제의 중추인 광역 전력 계통보호를 위한 재난용 통신망으로 적용하는 움직임이 일고 있다.

전력계통의 중요성

전력 계통망은 거대인프라를 갖춘 분야로 국가의 중추인프라이다.

이 것은 전력생산을 담당하는 발전단과 전송과 배전을 담당하는 계통망으로 이뤄져있다.

특히 국내의 전력 계통 환경은 발전단과 계통망이 환상망으로 복잡하게 연결돼있다.

각각은 765KV, 345KV, 154KV의 주요 송전라인으로 구성돼 있으며 각 라인을 연결하는 모선으로 이뤄져있다.

복잡하게 구성돼 있는 계통망은 사고에 매우 취약한 특징을 가지고 있다.

계통의 사고 중에 발전단의 과부하로 인한 동기 탈조는 순간적으로 계통망 전역에 영향을 주게 돼 짧은 순간에 연결된 대부분의 모선으로 사고가 파급되는 특징을 가질 수 있다.

이 같은 예는 지난 2004년 한여름 폭염속에 미국동북부에서 발생한 대 정전 사고의 경우에서 찾아볼 수 있다.

당시 현격히 낮아진 전력예비율과 사고지점의 전력 공급을 담당하고 있던 주요 원자력발전소의 비상정지 상황에서, 부족한 전력 분을 주변의 발전소에서 분담하는 과정에서 예고 없는 대형 사고가 발생했다.

사고의 상황을 분석해본 결과, 최초에 사고지점의 주파수가 내려가고 모선이 떨어진 후, 사고가 퍼져나가게 돼 1분 내에 동북부지역 전역이 정전사태를 맞게 됐다.

이때 최초의 증상은 가장 많은 부하가 집중됐던 지역을 담당했던 모선이 과부하로 인해 떨어지고, 이어 주변의 모선들이 부족한 전력을 우회경로를 통해 전력공급을 수행했으며, 결과적으로 우회경로 또한 늘어난 전력을 소화할 수 없게 되는 사태를 초래했었다.

결국 광역정전은 최초 모선파괴에 따른 주변 모선들의 연쇄 파괴가 전체 광역 계통망의 파괴로 이어지게 된 것이다.

이 대규모 정전에 대해, NERC(North American Electric Reliability Corporation)는 ‘적절한 부하 분산과 경보 시스템이 존재했다면 이러한 광역의 정전사태를 방지할 수 있었을 것’이라는 분석보고서를 내기도 했다.

도미노현상과 같은 형태로 사고의 전달이 이루어지는 계통사고는(기상이변이 속출하고 있는 요즘 자연재해로 인한 통신망의 두절이라는 최악의 상황을 상정해 볼 때) 한 지점의 사고라도 주변 모선의 상황에 심각한 영향을 미치게 됨을 알 수 있다.

이에 비해 동보성, 광역성 등의 특징을 가지고 있는 위성통신망을 이용해 광역계통경보시스템을 구축 한다면 재난상황에서 국가 중요인프라의 보호에 중요한 역할을 할 수 있다.

위성망 위기관리시스템

현재 위성통신망을 이용해 국가 전력 계통망의 보호를 위한 위기관리시스템의 구축에 관한 연구가 산학연 공동으로 진행 중이다.

위성망을 이용한 계통의 위기관리시스템의 경우 전력계통 '위기'의 정의와 각 '위기'의 검출, 그리고 검출된 '위기'의 등급과 해당 '위기'에 대한 계통의 보호 단계 등을 연구해 위성통신망을 이용, 통보 및 명령을 내리는 것이다.

특정 계통사이트에서 발생된 사고가 주변에 연결된 모선으로 사고를 파급 시키는 것을 막기 위한 다단계의 대응시스템이 그것이다.

이것을 위기대응 시나리오로 부를 수 있으며, 주요 모선에 대한 주변모선들의 단계별 대응시나리오를 지정해 줄 수 있다.

이 대응 시나리오에 맞춰 위성을 통해 모선에 대응방안을 전송하게 된다.

대응시나리오는 차단, 경계, 안전 등의 단계로 나눠 경보를 주게 되며 비상시 위성통신을 통해 사고의 파급을 막고 주변 계통을 보호할 수 있게 된다.

국내 계통망의 보호를 위한 가장 중요한 이슈는 북상조류를 고려한 효율적이고 안정적인 지역분할이다.

이때 전력계통을 지역별로 분할하고 나눠진 영역과 사고파급영역을 정의하는 것이 위성을 이용한 기간 통신망구축에도 가장 중요한 요소로 작용 될 수 있다.

계통망의 ‘위기’는 주파수와 관련된 voltage 위상측정이 기반이 돼야 하며, 따라서 전압 위상 차에 의한 동기탈조로 정의하는 것이 효율적이다.

추가적으로 계통의 미소신호 안정도, 과도 안정도, 전압 안정도를 이용해 ‘위기’의 발생여부를 수시로 모니터링 할 수 있도록 시스템을 구현해야 한다.

기존의 전력산업에 위성통신기술을 접목함으로써, 재난 시에도 전국 계통망을 관리하고 모니터링 할 수 있는 시스템이 만들어 질 수 있었다.

이는 국내의 전력계통산업의 안정화에 기여할 수 있는, 재난 대비 시스템을 갖출 수 있을 것으로 사료된다.

비용절감, 수출증대 신기술개발로 대변 되고 있는 전력IT 산업이 차세대 신 성장 동력산업으로의 새로운 발전을 기대 한다.