전력산업의 구조개편과 아울러 디지털 정보화 사회로의 패러다임 변화에 따라 컴퓨터·통신 기기를 비롯한 다양한 디지털 기기가 급속히 보급되는 등 변화하는 전기사용 환경에 대처하기 위해서는 종래의 단순 전력 에너지의 전송 시스템으로부터 디지털 정보화 기기에 적합한 고품질, 고신뢰의 전력공급 및 전기이용 시스템으로의 전환이 필요하게 되었다.
최근, 산업체는 첨단 전력설비 및 자동화시스템의 도입을 통한 생산성 향상 및 고부가가치 제품의 생산을 위해 더욱 안정된 고품질의 전기에너지 공급을 요구하고 있다. 이를 위해 한전은 고객과 가장 긴밀한 관계를 유지해야 하는 배전시스템의 경우 통신 네트워크 및 정보통신기술(IT)을 배전계통 운영에 적용함으로써 고객의 요구에 대처해오고 있다.
하지만 향후 점진적으로 관련 배전기기 및 운영시스템을 보다 지능화하고 첨단화함으로써 산업체와 일반 소비자들의 다양화되고 고도화된 전력공급 요구에 대처해야만 할 필요성이 제기되고 있다. 현재 한전에서 개발·보급중인 배전자동화시스템과 2005년 10월 산업자원부 주관으로 전력IT 국가전략과제로 추진하고 있는 ‘배전지능화시스템 개발’에 대해 소개한다.
배전자동화시스템 개발, 전력공급 신뢰도 향상
한전이 개발한 배전자동화시스템은 컴퓨터와 통신기술을 이용해 배전선로에 산재되어 있는 개폐기를 현장에 가지 않고 원격으로 감시·제어하고, 고장구간을 자동으로 찾아내며, 전압·전류 등 선로 운전정보를 자동으로 계측하는 시스템이다. 이를 통해 정전구간 및 정전시간을 최소화시켜 전력공급 신뢰도를 높일 수 있다.
배전자동화시스템은 중앙제어장치, 통신채널 및 현장 단말장치로 구분되어진다. 중앙제어장치는 기본적으로 운영 신뢰성을 높이기 위해 이중화된 서버, 사용자와의 인터페이스를 담당하는 MMI (Man Machine Interface) 그리고 현장에서 올라오는 각종 데이터를 처리하는 FEP(Front End Processor)로 구성된다.
중앙제어장치와 현장의 장치 사이의 통신을 위해 페어케이블, 무선방식 및 광통신을 이용한 다양한 통신방식을 이용하고 있다. 현장에는 배전선로에 설치되어 있는 개폐기 등의 계측 정보 및 제어신호를 전송하는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)으로 구성된다.
2015년까지 개폐기 자동화율 50%까지 확충 계획
한전은 1979년 배전선로 자동화 추진계획을 처음으로 수립해 개폐기 스스로 고장구간을 분리할 수 있는 루프스위치 도입을 시작했다. 이어 1990년 국책연구사업으로 ‘한국형 배전자동화시스템(KODAS: Korea Distribution Automation System) 개발연구를 통해 본격적인 배전자동화시스템 개발에 착수했다.
1998년 16개 사업소를 대상으로 배전자동화시스템을 적용시켜 나가다가 자동화 개폐기가 일정량 이상인 사업소를 대상으로 종합배전자동화시스템을 보급, 2006년 현재 전국 배전사업소에 소규모 배전자동화시스템 123개, 종합배전자동화시스템 67개 등 총 190개 사업소에 확대·적용시켜나가고 있다.
표-배전자동화 시스템 보급 현황
2006년 현재 배전선로에 설치된 약 12만대 중 자동화 개폐기 수는 약 3만3,785대로 개폐기 자동화율은 약 26.4%에 해당한다. 한전에서는 배전자동화시스템을 계속 보급해 2015년까지 개폐기 자동화율을 50%까지 확충할 계획이다.
오재형 배전처장은 “배전자동화시스템의 도입으로 정전 발생시 신속한 복구가 가능하게 됨에 따라 복구시간이 종전 53.8분에서 3.3분으로 단축되어 국민생활 편익 향상에 크게 기여하고 있으며, 국내 기술력을 활용해 자체개발 후 적용함으로써 1조737억 원에 달하는 수입대체 효과와 핵심기술의 확보, 국내 고용창출 등 전력 IT분야에 중추적인 역할을 담당하고 있다”고 강조했다. 아울러 배전자동화시스템의 도입은 정전시간 단축, 배전선로 최적화를 통한 선로손실 감소 등을 통해 향후 10년간 6천여억 원의 상당한 경제적인 효과를 거둘 것으로 전망된다.
하지만 배전자동화시스템 운용에 있어 풀어야할 숙제도 있다. 바로 통신망의 정비다. 오 처장은 “배전자동화시스템의 통신망은 광통신망, 유선망, CDMA망 등 다양하게 혼재되어 있어 배전계통 운전시 혼란을 초래하고 성능구현에 한계가 발생하고 있어 이의 개선을 위해 통신망은 장기적으로 광통신방식으로 단일화할 계획이며 현재 순차적으로 정비를 시행하고 있다”고 밝혔다.
현재 배전자동화시스템은 송·변전 원격감시제어시스템인 SCADA와 지리정보시스템을 기반으로 계획, 설계, 시공 및 설비관리 등 전체 배전업무를 통합한 시스템인 신배전정보시스템(NDIS:New Distribution Information System)과의 연계를 추진하고 있고, 중국, 인도 등의 아시아 국가들에 배전자동화시스템을 수출하기 위한 노력을 하고 있다. 2005년 10월부터는 산업자원부 주관의 전력IT 국가전략과제 중 하나인 ‘배전지능화 시스템 개발’을 추진하고 있다.
오 처장은 “2014년까지의 ‘중장기 배전자동화 계획’을 수립하고 인공지능형 배전자동화 시스템개발, 배전자동화 구성장치 성능 향상 등 단계별로 성능개선을 추진하고 있으며, 올해도 359억 원을 배전자동용 개폐기 확충과 종합배전자동화 주장치 및 소프트웨어 설치 확대에 투자하고 있다”고 밝혔다.
2005년 10월부터 ‘배전지능화시스템 개발’ 추진
전기를 생산하고 사용자에게 공급하는 일련의 설비를 전력계통이라고 한다. 전력계통은 여러 가지 요소로 구성되어 있는데, 발전소, 송전선로, 변전소, 배전선로 등으로 나눌 수 있다. 이런 전력계통을 구성하는 여러 요소들의 원격 감시 및 제어를 하는 시스템을 ‘전력자동화시스템’이라고 한다.
이런 전력자동화시스템은 아래 그림과 같이 우리나라 전체의 에너지 수요, 공급 및 수송을 제어하는 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System), 송전 및 변전설비의 감시제어를 담당하는 변전 감시제어 시스템(SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition), 배전계통의 설비관리 및 운영을 하는 배전자동화 시스템(DAS: Distribution Automation System), 수용가의 계량기를 원격으로 읽어오는 원격검침시스템(AMR: Automatic Meter Reading)으로 구성되어 있다.
현재 운용중인 배전자동화시스템이 배전선로에 설치되어 있는 개폐기만을 원격 감시 및 제어하는 시스템인 반면, 배전지능화시스템은 변전소에서 수용가에 이르는 배전계통 및 분산전원에 해당하는 모든 전기설비에 대한 원격 감시제어 시스템을 말한다. 배전지능화시스템을 통해 GIS 기반위에서 고·저압 배전설비를 관리하고, SCADA, DAS, AMR 및 TCS(Trouble Call System) 등의 시스템과 분산전원을 연계해 통합 운영한다.
또한 진단센서 등을 내장한 변압기, 전압제어기, 전기품질 제어기 등을 개발하고 배전계통의 손실최소화, 부하균등화, 전압 및 무효전력제어, 전기 품질 관리 등 배전계통의 최적화 운전을 가능하게 한다.
한전이 추진 중인 ‘배전지능화시스템’은 4개의 핵심기술로 나눠 개발된다. 4개의 핵심기술은 ▲배전지능화 시스템의 중앙제어장치 개발 ▲지능형 다기능 단말장치 및 데이터 처리장치 개발 ▲ 지능형 배전기기 개발 ▲분산전원 연계 운용기술 및 연계용 기기개발 등이다.
▲배전지능화시스템 중앙제어장치 개발
배전지능화시스템 중앙제어장치 개발기술에서는 국제표준규격을 지원하는 배전지능화시스템 주장치를 설계하고, 변전SCADA와 배전자동화시스템(DAS) 및 원격검침시스템(AMR)을 통합한 HMI(Human Machine Interface)를 설계하고 인공지능 기법을 활용한 배전지능화 계통 최적운전 알고리즘을 개발한다.
개발된 배전지능화시스템은 국내 전력시험센터에서 실증시험을 거친 후 해외 실계통을 대상으로 Pilot Project를 시행할 예정이어서 해외 각국에서 요구하는 배전관리시스템의 기술규격을 만족할 수 있는 시스템 기술이 확보돼 적극적인 해외 마케팅이 가능할 것으로 기대되고 있다.
▲지능형 다기능 단말장치 및 데이터 처리장치 개발
지능형 다기능 단말장치 및 데이터 처리장치 개발기술에서는 고품질의 전력공급을 위한 배전설비의 자동화 운전 및 예방진단용 지능형 단말장치를 개발한다. 또한 배전계통의 지능화운전에 필요한 최적의 네트워크 설계 및 초고속 대용량 데이터 처리장치를 개발하고, 배전변전소 및 Switching Station용 단말장치도 개발한다. 이로써 기술력 및 가격경쟁력이 우수하고 전 세계 전력시장에 판매가능한 지능형 다기능 단말장치의 제작기술을 확보하게 될 전망이다.
▲지능형 배전기기 개발
지능형 배전기기 개발기술에서는 배전지능화 시스템에 적용 가능한 지능형 배전기기를 개발한다. 개발대상품목으로는 진단센서 일체화 배전기기(EVT, ECT, 비접지 고장검출센서 내장형), Fuse부 다회로 개폐기 디지털 제어장치, 원격감시용 배전용 변압기, 원격 전압 제어기기, 무효전력 제어기기, 전기품질 제어기기를 개발한다. 또한 원격 낙뢰감시 및 피뢰기 성능감시 일체화 기기 및 지능형 Compact-substation도 개발하게 된다. 진단, 감시, 제어 기능의 배전기기 적용으로 선진형 배전시스템 구축이 가능하며, 세계 최고 수준의 전기품질을 유지할 수 있게 된다.
▲분산전원 연계 운용기술 및 연계용 기기개발
분산전원 연계 운용기술 및 연계용 기기개발 기술은 분산전원이 연계된 신배전계통을 구성하고 운용 방안을 도출한다. 그리고 분산전원 계통연계장치 및 보호장치를 개발하고 최종적으로 실증시스템을 구축, 실증시험을 수행한다.
분산전원 연계 운용기술 및 연계용 기기개발은 2011년까지 신재생에너지 비중을 5%로 확대할 예정인 정부의 대체에너지 보급 확대 정책에 이바지하고 분산전원 계통연계 실증시험기술 및 기반 기술을 확립할 것으로 기대된다.
배전지능화시스템 개발로 적극적 해외마케팅 추진
한전은 배전지능화시스템의 개발시 해외 각국에서 요구하는 배전관리시스템의 기술규격을 만족할 수 있는 시스템 기술이 확보돼 적극적인 해외 마케팅 및 해외시장 개척이 가능해 질 것으로 기대하고 있다.
또 전 세계에서 가장 앞서 있는 국내의 IT기술 및 통신 인프라를 기반으로 지능화된 배전계통의 운영을 함으로써 고품질의 전력을 안정적으로 공급할 수 있으며, 지속적인 기능향상을 통한 전력IT 분야 기술우위 확보 및 배전용 기기 관련 산업에 대한 기술 수준을 효과적으로 향상시킬 수 있을 것으로 내다보고 있다.
특히, 최근 끝없이 솟아오르는 국제유가와 기후변화협약 교토의정서 발효 등 에너지가 국가적 아젠다로 떠오르는 현 시점에서 풍력발전, 태양광발전 및 연료전지 등 신·재생에너지를 이용한 분산전원의 지속적인 확대 보급 사업에 큰 기여를 할 것으로 전망하고 있다.
한편 한전은 개발되는 배전지능화시스템을 국내 배전계통에서의 실증시험을 거쳐 확대·적용하고, 신뢰도를 확보해 중국, 인도 등의 아시아 지역의 해외 시장에 진출할 계획이다.
오 처장은 “ 직접 접지방식을 사용하는 한국의 배전계통구성이 동남아 국가 등 대부분의 외국방식과 상이하고 배전자동화의 운전범위가 변전소를 벗어난 배전계통에만 국한되어 있어 외국에서 요구하는 배전자동화의 구현을 위해서는 다양한 배전방식에 적용가능하고 변전소와 배전계통을 통합 운영하는 시스템이 필요하다”며 “적절한 실증시험과 현장 검증을 위해 외국 전력회사를 인수하는 등 그 대책이 필요할 것으로 본다”고 말했다.
아울러 한전은 2014년까지의 ‘중장기 배전자동화 계획’에 의거, 인공지능형(고장예지형) 배전자동화시스템 개발, 배전자동화 구성장치 성능 향상 및 전문인력 양성 등을 추진할 계획이다.
