태양광발전, 열병합발전, 연료전지발전, 풍력발전과 같은 분산전원은 기존의 전원에 비하여 소규모로 주로 배전계통에 그 도입이 이루어지고 있으며, 그 소유와 운영의 주체관점에서 보면, 그 대부분이 비전기사업자의 발전설비로서 전기사업자가 그의 계획, 관리 및 운용을 집중적으로 수행할 수 있는 기존의 전원과는 그 성격이 다르다. 또한, 이들 분산전원은 전력계통과는 별도로 독립적으로 운용할 수도 있지만, 전력계통과 연결된 상태에서 운전함으로써 수용가 측면에서는 보다 안정한 전력의 확보, 전기사업자 측면에서는 전력설비의 효율적인 활용, 전체적인 측면에서는 자원의 효율적인 활용 등의 이점을 얻을 수 있다.
분산전원이 도입된 배전계통은 기존의 부하만이 존재하는 배전계통과는 달리 부하와 전원이 혼재되어 운용되는 형태로 되기 때문에 기존 배전계통의 전력품질에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다. 특히 21세기는 정보화 사회가 본격적으로 진전되기 때문에 전력품질에 대한 일반수용가의 반응은 상당히 민감하다. 따라서 이제 바야흐로 분산전원의 보급이 확대되고 있는 현 시점에서 전력품질을 유지 내지는 향상시키면서 분산전원을 기존의 배전계통에 보급해 나아갈 수 있는 연계규정마련과 관련 기술의 개발은 상당히 중요하다. 이와 같은 인식은 국내외적으로 공감되어 분산전원 연계규정으로서는 북미의 IEEE 1547 규정, 영국 EA(Electricity Association)의 G59, G75, G77, G83 규정, 독일VDEW(Verband Der Elektrizitatswirtschaft:German Electricity Association)의 연계규정 및 일본 통상산업성 에너지청 공익사업부 전력기술과의 연계규정 등이 발표 및 제정되어 운용되고 있다. 국내의 경우 연계규정이 2005년 4월 19일 한전 배전처의 의하여 최초로 제정되었고, 그 이후 수차례의 개정을 거쳐 2010년 6월 4일 개정된 연계규정안이 마련되어 적용되고 있다.
연계규정에 언급되어 대부분의 내용은 전력품질과 보호협조로 요약될 수 있는데, 이는 분산전원 설치자가 전력회사의 배전계통에 연계신청을 할 경우 주 연계검토대상이 되기 때문이다. 전력품질과 보호협조에 대한 검토를 위해서는 연계대상 배전계통과 도입되는 분산전원의 관련된 데이터가 필요하며, 이 데이터를 이용하여 해석할 수 있는 전문지식과 전문가가 필요하다. 그러나 현재 국내 산학연 및 관련기관에서 이를 정확히 해석/적용할만한 참고자료 및 서적이 거의 없는 관계로 본 저자는 전력품질 중에서도 가장 중요한 전압해석방법을 전기공학을 공부하는 학부생, 대학원생 및 전문가에게 제공함으로써 국내 분산전원 배전계통관련 인력양성과 분산전원의 원활한 도입운용에 이바지하고자 한다.
2012년 6월
저자 김재언
chapter 01│서론
chapter 02│분산전원의 개념과 위상
01 분산전원의 개념 및 정의 16
02 분산전원의 위상 17
1) 현재의 시각 17
2) 장래의 전망 18
chapter 03│분산전원의 종류별 특성분석
01 태양광 발전시스템 22
1) 기본 구성과 기능 22
2) 인버터 23
3) 연계설비 26
02 풍력발전시스템 27
1) 기본구성과 기능 27
2) 기계적 제어장치 30
3) 발전기의 제어?보호장치 31
4) 연계설비 31
03 연료전지 발전시스템 33
1) 기본구성과 기능 33
2) 발전장치의 운전 MODE 33
3) 연료전지발전장치의 특성과 성능 34
4) 인버터 37
5) 연계설비 38
chapter 04│분산전원이 배전계통운용에 미치는 영향
chapter 05│분산전원이 도입된 배전계통의 운용체계
chapter 06│분산전원연계 배전계통의 전압해석용 정적 모델링
chapter 07│배전계통의 전압조정체계 및 전압조정기 모델링
01 배전계통 전압조정체계 52
1) 배전용변전소 52
2) 주상변압기 53
3) 저압선로의 전압강하 54
02 LDC 전압조정기 모델링 55
03 주변압기 모델링 59
chapter 08│배전계통의 조류해석
01 조류해석 방법 62
1) Backward-Forward Sweeping Method 62
2) Forward Sweeping Method 62
3) Newton-Raphson Method 63
02 Forward Sweeping Method 63
1) 주간선(Main Feeder)만이 존재하는 경우 63
2) 주간선과 지선이 존재하는 경우 64
03 DistFlow Method 68
1) 주간선만이 존재하는 경우 68
2) 주간선과 지선이 존재하는 경우 70
3) DistFlow 방정식의 해석방법 71
04 조류계산의 비교 평가 75
1) 모델계통의 선정 75
2) 비교 평가 76
05 DistFlow Method의 개선된 방법 76
1) 개선된 Distflow method 77
2) 주변압기에서 인출되는 다수의 피더 처리 방법 77
3) 하위 지선들의 처리 방법 78
06 분산전원이 도입된 배전계통 조류해석방법 81
chapter 09│배전계통 모델링 및 전압해석
01 표준 모델 배전계통 84
02 분산전원이 연계되지 않은 배전계통의 전압해석 86
1) 전압해석 조건 설정 86
2) 배전계통 전압해석 90
03 분산전원이 도입된 배전계통의 전압해석 94
1) 분산전원 연계조건 94
2) 연계조건별 전압해석 95
chapter 10│분산전원이 배전계통의 전압변동에 미치는 영향
01 분산전원의 연계위치가 전압변동에 미치는 영향 104
02 분산전원의 용량 및 역률이 전압변동에 미치는 영향 105
03 분산전원 연계시 배전계통의 중요 고려사항 105
04 분산전원의 운전역률, 출력량과 송출전압과의 관계 107
05 특고압 배전선로의 전압유지범위 109
06 분산전원이 도입된 배전선로의 간략 전압강하계산법 113
1) 구간전압강하 계산법 113
2) 분산전원이 도입된 경우 구간전압강하 계산법 117
07 분산전원이 도입된 저압배전선로의 전압해석방법 123
1) 전압변동해석을 위한 저압배전 모델 123
2) 주상변압기 임피던스 124
3) 저압배전선로 임피던스 126
4) 저압배전선 및 인입선의 표준 길이 128
5) 단순전압강하 계산법 129
chapter 11│분산전원의 출력과 선로손실
01 분산전원의 출력과 선로손실과의 관계식 134
02 분석예 및 고찰 142
03 Matlab을 이용한 시뮬레이션 결과 147
chapter 12│분산전원의 연계가능용량 산출방법
01 조류계산에 의한 분산전원 연계가능용량 산정방법 152
02 분산전원 연계가능용량 산정을 위한 제약조건 154
1) 제약조건 1 156
2) 제약조건 2 158
3) 제약조건 3 159
4) 제약조건 4 161
5) 제약조건 5 162
03 분산전원 연계가능용량 산정 알고리즘 163
04 사례 분석 164
1) 모델 배전계통 164
2) 배전용변전소 주변압기 2차측 직하에 연계되는 경우 166
3) 피더 말단에 연계되는 경우 167
4) 검증 및 고찰 168
chapter 13│분산전원 도입한계량 초과시 운용방안
<부록>
A. 분산전원의 무효전력에 대한 유효전력 도입한계량범위 산출프로그램 178
B. 분산전원의 역률각에 대한 유효전력 도입한계량범위 산출프로그램 181
C. 분산전원의 무효전력에 대한 유효전력 도입한계량범위 산출프로그램 184
D. 분산전원의 역률각에 대한 유효전력 도입한계량범위 산출프로그램 207
E. 분산전원과 선로손실과의 관계해석(program source) 220
