SPG운영시스템은 PGOMS(Power Grid Operation & Management System)라고 명명됐다. 지능형 송전, 디지털변전, 지능형 배전시스템들을 스마트그리드 국제표준 플랫폼인 IEC 61970, IEC 61968 공통정보모델(CIM, Common Information System) 기반하에 통합하고, 여기에 전력망을 효율적으로 운용하는 어플리케이션을 탑재하는 형태이다.
기존의 송전, 변전, 배전분야 운영시스템들은 기능이 독립적이면서 고유의 운전 영역을 갖고 있었지만, PGOMS에서는 송변전계통을 통합관리하거나 주변압기와 배전망을 한꺼번에 고려하는 등 고유 영역을 넘어 전체 전력망을 효율적으로 운전하는 기능으로 확장된다. 특히 PGOMS는 스마트그리드 통합관제센터(TOC, Total Operation Center)에 SPG의 운전정보를 제공하게 되며, TOC를 통해 다른 스마트그리드 시스템(ST, SR, SP)들의 운전정보를 받아서 송배전망 운영에 활용되게 된다.
다음은 SPG의 컴포넌트인 배전지능화, 디지털변전, 지능형송전, 능동형텔레메트릭스시스템의 기본기능과 제주 실증현황을 소개한다.
배전지능화시스템은 제주시 구좌읍 지역에 전력을 공급하는 4개의 배전선로에 가공개폐기, 리클로져, 다회로개폐기, 피뢰기 및 낙뢰감시장치, 지능형단말장치 등 7종 37대의 지능형 배전기기를 설치하고 광통신망을 연결해 배전망의 운전상태를 실시간으로 감시·제어한다. 제주 실증단지의 PGOMS 소프트웨어는 제주도 전역의 100개가 넘는 전체 배전선로를 최적 운전할 수 있는 시스템으로 설계됐다. 배전선로 자동고장처리프로그램, 변전소 주변압기 고장시 변전소와 배전선로 통합고장처리프로그램, 주변압기와 배전선로를 통합 고려하는 부하균등화프로그램, 배전망의 손실최소화를 위한 배전망 재구성 프로그램 들은 스마트파워그리드의 목표인 전력망의 고도화를 실현하게 될 것이다.
디지털변전시스템은 일반적으로 변전자동화시스템(Substation Automation System)이라 불린다. 변전소 배전반에 빽빽하게 설치돼 있던 제어기기, 계측기기, 보호기기, 통신기기 등이 하나로 통합된 지능형전자소자(IED, Intelligent Electronic Device)를 사용함으로서 변전소 내부의 기기 설치를 단순하게 만들게 됐으며, 변전설비에 대한 감시, 제어, 측정, 진단과 보호 등의 기능을 수행한다. 특히 최근 이슈가 되고 있는 국제표준 프로토콜인 IEC 61850이 적용돼 있다. SPG에 연결되는 디지털변전시스템은 성산변전소에 설치돼 있는데, 설치된 IED는 송전선로용, 주변압기용, 모선보호용, 배전선로용으로 모두 26대가 설치됐다.
지능형송전시스템은 송전망관리시스템, 전압관리시스템(VMS, Voltage Management System), 위성망을 이용한 위기관리시스템으로 구성돼 있다. 그 첫 번째인 VMS는 송전망의 안정화를 실현하기 위해 전압을 일정하게 유지시키는 시스템으로서 주장치, 무효전력 분배기, 현장정보취득기 등으로 구성된다. 제주화력발전소의 154kV 모선을 대표모선으로 정하고, 대표모선전압을 일정하게 유지하기 위해 발전소의 무효전력 출력과 변전소의 무효전력제어장치를 제어하게 된다. 두 번째인 위기관리시스템은 발전소와 변전소 모선의 전압위상차를 가지고 전력망의 안정성 여부를 판단하는 시스템이다. 제주 전역의 발전소와 변전소에 설치돼 있는 PMU(Phasor Measuring Unit)의 전압을 GPS 시간동기기능을 이용해 동일한 시점의 전압위상차를 계산하고, 이 위상차가 일정값 이상으로 벌어지면 계통의 안정도에 문제가 있음을 운전원이 인식하도록 경보를 발령하게 된다. 마지막으로 송전망관리시스템은 송전철탑에 설치된 각종 센서 정보를 받아 송선선로의 안전유무를 판정하고 운영자에게 이상 유무 정보를 제공하는 시스템이다.
PGOMS의 시스템을 설계하는데 있어서 중요한 요소는 스마트그리드 국제표준 플랫폼인 공통정보모델(CIM, Common Information Model)을 이용한 통합이다. 지능형송전, 디지털변전, 배전지능화, 능동형텔레메트릭스 시스템들이 CIM 모델을 이용해 통합되면, 개별 시스템들은 운전정보를 표준화된 형태로 제공하게 된다. 그러면 PGOMS는 이러한 정보들을 받아서 송배전망의 효율적 운영에 사용하게 되는 것이다. PGOMS HMI의 송배전망 감시기능을 살펴보면, 배전계통의 광역 감시, 송전망의 전압 및 무효전력 감시, 디지털변전소의 운전상태 감시, 발변전소의 모선 전압위상감시, 송선선로의 센서정보 감시, TOC를 통해 전달되는 다른 스마트그리드시스템들의 운전정보 감시 등이 있다.
PGOMS의 DB는 배전지능화시스템의 DB 포맷을 베이스로 하고 여기에 변전소와 송전선로용 DB를 확장하는 형태로 설계됐다. 배전지능화 DB에는 구형 및 신형 배전자동화 기기가 모두 포함돼 있으며, 변전소의 SCADA DB까지 확장돼 있어서 배전자동화시스템과 디지털변전시스템이 제공하는 모든 운전정보를 통합 관리할 수 있다. 여기에 송변전분야 데이터가 추가되는데, 지능형송전분야 데이터로서 철탑센서의 풍속, 일사량, 외부온도, 장력 데이터가 포함되고, 무효전력관리시스템이 제공하는 제주 전역의 발전소와 변전소의 P, Q, 전압 등이 추가되며, 위성망을 이용한 위기관리시스템이 제공하는 제주도 관내 발전소와 변전소의 모선전압 위상차가 추가된다. 능동형텔레메트릭스 데이터로는 송전선로용 볼센서가 제공하는 전선온도, 습도, 풍향, 풍속, 전류 등이 추가된다.
결국 SPG는 송전, 변전, 배전분야의 운영시스템을 스마트 국제표준인 IEC 61970과 IEC 61968(CIM)로 통합한 시스템이다. 이 SPG는 다른 스마트그리드시스템인 ST, SR, SP, SES 등과 CIM으로 연계가 돼 전체 스마트그리드 컴포넌트간에 데이터를 공유하고 이 정보들을 활용해 전력망의 고도화와 분산전원의 수용능력 향상 및 안정적인 전력공급을 실현하게 된다. SPG 실증시스템은 제주스마트그리드실증단지에서 2011년 초부터 시범운전을 시작했으며, 2012년까지 송전 분야의 설비구축과 시스템 통합작업을 마무리해 2013년에는 세계 최초의 스마트파워그리드 모델을 완성하게 될 것이다.
KEPCO-전력연구원 송배전연구소 공학박사 하복남
한국전력신문
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