전송·배전 운영자 협조 체계 실험실 검증 연구

초록

본 논문은 SmartNet 프로젝트에서 제시한 5가지 전송·배전 협조 방안을 실험실 환경에서 검증한다. 덴마크·이탈리아·스페인 3개 국가의 벤치마크 시나리오를 기반으로, 제어기 성능, 통신 지연·오류 영향, 가격 기반 제어와의 연계성을 각각 시험한다. 실험 결과는 현장 시험에 중요한 인사이트를 제공하고, 현재 협조 방안의 구현 한계도 드러낸다.

상세 분석

SmartNet 프로젝트는 전력 시스템의 탈탄소화와 재생에너지 비중 확대에 따라 전송 시스템 운영자(TSO)와 배전 시스템 운영자(DSO) 간의 실시간 협조가 필수적이라는 전제 하에 5가지 협조 스키마를 설계하였다. 이 논문은 현장 시험이 물리적·경제적 제약으로 모두 수행되기 어려운 상황을 보완하기 위해, 제어기 검증, 통신 영향 분석, 가격 기반 제어 연계성 평가라는 세 축으로 실험실 테스트를 진행하였다.

첫 번째 실험은 각 협조 스키마에 내재된 제어 로직을 하드웨어‑인‑더‑루프(HIL) 환경에서 검증하였다. 여기서는 전압·주파수 보조, 재생에너지 출력 제한, 그리고 부하 전환 전략을 포함한 다중 제어 루프가 실제 현장와 동일한 동적 특성을 보이는지를 확인했다. 결과는 일부 스키마에서 제어 파라미터 튜닝이 부족해 과도한 전압 변동을 초래함을 보여, 현장 적용 전 파라미터 최적화가 필요함을 시사한다.

두 번째 실험은 통신 지연·패킷 손실이 협조 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션하였다. 10 ms~200 ms의 지연과 0 %~5 % 손실률을 가변적으로 적용했을 때, 특히 가격 신호 기반 스키마는 100 ms 이상의 지연에서 안정성이 급격히 저하되는 반면, 규칙 기반(예: 전압 한계 초과 시 자동 차단) 스키마는 비교적 강인함을 보였다. 이는 실시간 가격 신호가 고신뢰·저지연 통신 인프라에 크게 의존한다는 점을 강조한다.

세 번째 실험은 가격 기반 제어가 기존 협조 스키마와 어떻게 통합될 수 있는지를 탐구했다. 전력 시장 가격을 실시간으로 반영하는 가상 가격 신호를 도입하고, DSO가 가격에 따라 부하를 조정하도록 설계하였다. 실험 결과, 가격 민감도가 높은 부하(예: 전기차 충전)에서는 전력 흐름을 효과적으로 재분배했지만, 가격 변동 폭이 작을 경우 제어 효과가 미미했다. 또한, 가격 신호와 전압/주파수 보조 신호 간의 충돌을 방지하기 위한 우선순위 매커니즘이 필요함을 확인했다.

전반적으로 실험실 검증은 현장 시험에서 발견하기 어려운 미세한 동적 상호작용과 시스템 경계 조건을 드러냈다. 특히 통신 지연에 대한 민감도 분석은 향후 5G·Edge 컴퓨팅 기반 통신 인프라 구축 시 고려해야 할 핵심 요소임을 강조한다. 또한, 가격 기반 제어와 전통적인 보조 제어 간의 조화로운 설계가 필요함을 보여, 정책 입안자와 시스템 설계자가 협조 스키마를 선택·조정할 때 다중 목표(안정성, 경제성, 재생에너지 흡수)를 균형 있게 고려해야 함을 시사한다.