Special Issues

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최 종 수

한국전기안전공사 전기안전연구원장

1 개 황

지난 2011년 9월 15일 이상고온에 따른 전력사용량 폭증으로 인해 전력 예비력

이 350만 kW미만으로 떨어지면서 전국적으로 사상 초유의 대규모 순환 정전이

발생했다. 급증하는 전력 사용량에 대비하기 위해서는 전력공급설비를 늘이고 신

규 발전소를 건설해야 하나 이에 대한 장시간의 투자와 막대한 비용이 필요한 실

정이다. 이에 피크 전력 발생 시 비상발전기를 가동하여 전력 수요 일부를 자체

충당하여 피크 전력을 줄이는 방안이 대두되고 있다. 한국전기안전공사의 통계에

의하면 2015년 3월 기준 전국의 비상발전기는 총 76,353대이며 용량은 2,415만

kW로 원자력 발전소 약 23기에 해당되는 용량을 보유하고 있다. 따라서, 비상발

전기 자원의 일부를 전력 피크 시 활용한다면 전력 공급 설비의 과잉 투자를 회피

하고 유휴 자원을 활용할 수 있는 방안이 될 수 있다.

ICT 기반 비상발전기 통합모니터링

시스템 구축 방안

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+ ICT 기반 비상발전기 통합모니터링 시스템 구축 방안

2 현 황

지난 대규모 순환 정전사태 이후 비상발전기의 중요

성이 부각된 이후, 2013년 1월 동절기 정전대비 위기 대

응 훈련으로 공공기관의 비상발전기 가동 시험한 결과

전체 가동 대상 954곳 중 절반 이상인 504곳에서 무부

하 운전(일부 미가동) 된 것으로 조사되었다. 이는 현재

국내에 설치되어 있는 비상발전기의 절체장치가 대부

분 자동전환스위치(ATS : Automatic Transfer Switch)

로 구성되어 있어 비상발전기로 절체 시 정전이 수반되

기 때문에 무부하 운전 및 미가동 사례가 발생한 것이

다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 최근에 무정전절

체설비(CTTS : Closed Transition Transfer Switch)가

점차적으로 보급되고 있다. 무정전절체설비는 미리 비

상발전기를 가동시켜 한전 전원과 발전기 전원의 주파

수 및 전압 동기가 확립되면 100ms 이내에서 병렬 운

전을 한 후 무정전으로 발전기 측으로 절체되는 스위치

이다.

발전기 전원측으로 무정전절체시 한전 전원과 발전

기 전원 간의 위상동기가 확립되지 않을 경우 발전기

에 큰 스트레스를 주는 동시에 과전압 사고가 발생할

수 있으므로 일반적으로 전압 위상차 5° 이내, 주파수차

0.2Hz 이내, 전압차 5% 이내로 동기 조건이 충족될 경

우 절체 동작을 수행하도록 되어 있다.

이처럼 발전소 노후화 및 송전선로 준공 지연 등 예

기치 못한 전력공급의 위험성이 항상 존재하기 때문에

비상발전기는 잠재적 자원으로 활용 할 수 있다. 즉, 기

존 정전 등 사고시에만 활용하던 비상발전기를 무정전

절체설비를 이용하여 소방 및 비상부하에서 일반부하

까지 확대 공급하면 국가 재난 및 전력수급 위기 시 안

정적인 전력공급체계를 구축 할 수 있다. 현재 전기안

전연구원에서는 비상수급조절사업의 일환으로 정부의

지원을 받아 전국 40개 공공기관을 대상으로 ‘비상발전

기 공급 자원화’ 시범 사업을 추진하고 있다.

이 사업은 전력 피크 등과 같은 전력 재난 발생 시 공

공기관의 주요 행정망 설비를 보호하고 전력 상황에 능

그림 1 한전 전원에서 발전기 전원으로의 무정전절체 개념도

• ATS : Automatic Transfer Switch

• CTTS : Closed Transition Transfer Switch

한전 한전비상발전기 비상발전기

평상시 부하절체 운전시(무정전 부하절체)

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36 | Journal of the Electric World |

➊

동적으로 대처할 수 있도록 비상발전기 활용 확대를 위

한 무정전절체설비 시설 및 수배전반, 부하설비 시설

개선이 핵심이다.

또한 전기안전연구원에서는 무정전절체설비의 동작

특성을 분석하고 비상발전기의 유지 관리 기술에 관한

실증 연구를 수행하고 있어 앞으로 설비 사고 예방을

위한 무정전 절체 기술 및 비상발전기 현장 유지 기술

개발을 통해 국민들이 안심하고 전기를 사용할 수 있

는 환경 조성에 앞장서고 있다. 이러한 실증연구는 한

국전기안전공사 본사 내 옥외실증시험단지에서 진행

되고 있다. 실증시험장에는 비상시 전력 공급을 할 수

있는 300kW 용량의 비상발전기와 무정전절체장치가

그림 2 180° 위상차 발생 상태에서 절체시 파형 그림 3 위상 동기 절체된 파형

그림 4 비상발전기 공급자원화 사업 개요

상용 전원

180° 위상차 발생 상태에서 절체시 파행 동기 절체된 파행

상용 전원발전 전원

발전 전원

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+ ICT 기반 비상발전기 통합모니터링 시스템 구축 방안

설치되어 있으며, 계획 정전이 아닌 갑작스런 사고 발

생 시 비상발전기 기동 준비시간에 전력공급이 가능

한 ESS(Energy Storage System)를 설치하여 무정전

전력공급이 가능하도록 구성되어 있다. 또한 고객의

중요 설비 부하에 대한 CTTS 설치가 가능하도록 모의

실험 부하기를 통해 무정전절체에 따른 RLC 각 부하

의 전력품질에 끼치는 영향 등을 실험을 할 수 있도록

그림6과 같이 마이크로그리드 실증시험장을 구성하였다.

그림 6 마이크로 그리드 실증실험장 구성 예시

그림 5 비상발전기 공급자원화 사업 구성

※ 마이크로 그리드 실증 : CTTS + Generator(300kW)+Load(100kW)+ESS(250kW)

무정전절체장치(CTTS)•부하 무정전 전력 공급

•발전기-한전 연계 핵심

디젤비상발전기•용량 : 300kW

•비상시 전력 공급

모의 실험 RLC 부하•용량 : R(100kW),LC(10kVA)

•계통 부하 담당

전기안전연구원 옥외실증시험장

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➊

3 향후 계획

전기안전연구원에서는 공공기관 뿐만 아니라 민간

이 보유하고 있는 비상발전기까지 사업 영역을 지속적

으로 확대하고 ICT 기반 기술과 융합한 통합 모니터링

시스템 구축을 계획하고 있다. 이 시스템은 유·무선

통신 기술과 비상발전기 제어 기술을 접목하여 통합관

제센터에서 전국의 비상발전기를 통합적으로 관리하

고 전력재난에 대응하기 위한 것으로 비상상황 발생

시 발전기를 즉시 가동할 수 환경을 구축하는 것이 사

업의 최종 목표이다. 이처럼 비상발전기를 중심으로한

통합모니터링 시스템 구축사업은 국민의 생명과 국가

안보와 직결되어 있는 국가 전력 운영 시스템 계획 수

립에 중요한 전초가 될 것으로 기대한다.

그림 7 차기 후속모델인 ICT기반 비상발전기 통합 모니터링 시스템 구축 방안

• Application Form for Connection of Generation Facilities to the Transmission System, ERIGRID, 2007

• 한국전력공사, 비상발전기의 수요관리 활용 확대방안 연구, 2012

• Remotely Dispatching Distributed Energy at Customer Sites, EPRI, 2005

참고문헌