전력망 연쇄 고장 초기 사고 식별 방법

본 논문은 전력 전송망에서 연쇄 고장을 유발할 수 있는 초기 사고(컨틴전시)를 체계적으로 식별하는 새로운 방법론을 제시한다. 서론에서는 2003년 미국‑캐나다 대규모 정전 등 과거 대규모 정전 사례를 언급하며, 초기 사고가 연쇄 고장의 “트리거” 역할을 한다는 점을 강조한다. 특히, FACTS 장치, HVDC 링크, 보호계전기와 같은 현대 전력망의 핵심 보호·제어 장치가 연쇄 고장 전파에 미치는 영향을 고려해야 함을 지적한다. 2절에서는 연쇄 고장의 동적 모델을 상세히 기술한다. 고전압 전송망에 널리 사용되는 DC 전력 흐름 모델을 기반으로, 전력 흐름 방정식 P_b = Aᵀ·diag(B)·A·θ 를 제시하고, 여기서 B는 각 가지의 서스셉턴스(임피던스)이며, TCSC가 장착된 경우 X_C,i 를 포함해 동적으로 변한다. TCSC는 1차 동적 방정식 dX_C,i/dt = –X_C,i + X_ref,i + u_i 로 모델링되며, u_i는 PID 제어기에 의해 전력 흐름 오차 e_i에 기반해 생성된다. HVDC 링크는 정류기·인버터의 전력 소비·생산을 전류 I_d와 각도 α,γ 로 표현하고, 전력 흐름에 미치는 영향을 정량화한다. 보호계전기는 전력 초과 시 타이머 T가 만료되면 차단기를 작동시켜 해당 가지의 서스셉턴스를 0으로 만드는 논리 함수를 G(P_e,σ) 로 정의한다. 이러한 요소들을 결합해 각 단계 k에서의 서스셉턴스 벡터 B_k = G(P_{k‑1}^e,σ) ∘ F(B_{k‑1}) 로 표현하고, “cascading step”을 하나의 위상 변화(가지 차단)로 정의한다. 3절에서는 초기 사고 식별을 비선형 최적화 문제로 공식화한다. 목적함수 J(δ,B_m) = ½‖P_m^e(δ)‖² 로, m번째 연쇄 단계에서의 전력 손실을 최소화한다. 여기서 δ는 초기 사고에 의해 선택된 가지의 임피던스 변화이며, δ∈