야생화재 위험과 복원력을 위한 전력망 모델링 프레임워크

초록

본 논문은 전력망과 야생화재가 상호 작용하는 복합 위험을 정량화하기 위한 모델링 프레임워크를 제시한다. 전력계통의 전송·배전 연계, WUI(야생‑도시 경계) 연료 지형, 화재 전파 메커니즘, 그리고 정전이 지역사회에 미치는 사회·경제적 영향을 통합적으로 고려한다. 기존 IEEE 표준 테스트 시스템의 한계를 분석하고, 9가지 분석 차원을 기반으로 격차를 도출한 뒤, 통합 테스트베드 설계 요구사항을 제시한다.

상세 분석

이 연구는 전력계통과 야생화재 간의 양방향 영향을 ‘fire‑to‑grid(f2g)’와 ‘grid‑to‑fire(g2f)’라는 두 축으로 명확히 구분하고, 이를 정량화하기 위한 모델링 차원을 9가지(운영·계획, 시스템 유형, 사례 테스트베드, 위험, 구성요소 노출, 구성요소 응답 모델링, 재난 단계, 지역사회 복원력)로 체계화하였다. 기존 문헌을 표 Ⅰ에 정리하면서, 대부분의 연구가 전송(Tx) 혹은 배전(Dx) 단일 시스템에 국한되고, 두 시스템을 동시에 고려한 연구가 극히 드물다는 점을 강조한다. 특히, 전통적인 IEEE 14‑bus, 30‑bus, 33‑bus, 123‑bus 등 표준 테스트 시스템은 화재 위험, 연료 지형, WUI 특성, 그리고 정전이 지역사회에 미치는 파급 효과를 반영하지 못한다는 한계가 있다.

프레임워크는 먼저 ‘위험 입력’ 단계에서 실시간 기상 데이터(풍속, 습도, 온도)와 지형·식생 정보를 이용해 반경형 화재 전파 모델(FARSITE, FlamMap 등)을 적용한다. 이때 전력 설비(전선, 폴, 변압기)의 물리적 특성(열전도, 내열성)과 주변 연료와의 상호작용을 고려한 ‘구성요소 노출 모델’이 필요하다. 두 번째로 ‘구성요소 응답 모델’에서는 열전달, 구조적 파손, 전기적 차단 메커니즘을 결합한 다중 물리 모델을 제안한다. 예를 들어, 전선이 화재에 노출될 경우 열에 의한 저항 상승, 급격한 전류 변동, 그리고 자동 차단기 작동을 시뮬레이션한다.

운영·계획 차원에서는 PSPS, 자동 차단, 마이크로그리드 섬연(아이솔레이션) 등 기존 완화 전략을 시뮬레이션 환경에 삽입하고, 각 전략이 전송·배전 연계망 전체에 미치는 영향을 정량화한다. 특히, 전송망의 대규모 차단이 배전망에 전압 강하와 부하 재분배를 초래하는 메커니즘을 동적 전력 흐름(DC/AC) 모델과 결합해 분석한다.

마지막으로 ‘지역사회 복원력’ 차원에서는 정전 지속시간, 복구 비용, 핵심 시설(병원, 소방서 등)의 전력 공급 연속성, 그리고 사회적 취약계층에 대한 전력 차단 영향 등을 KPI로 설정한다. 이를 위해 GIS 기반 인구·경제 데이터와 연계한 ‘사회·경제 영향 모델’을 구축한다.

전체 프레임워크는 모듈식 구조를 갖추어, 연구자는 특정 모듈(예: 화재 전파, 전력 흐름, 사회 영향)만 교체하거나 보강함으로써 다양한 시나리오와 정책을 손쉽게 평가할 수 있다. 이러한 통합 접근은 기존 연구가 제시한 ‘단일 시스템·단일 위험’ 패러다임을 넘어, 전력망·화재·지역사회가 상호 연결된 복합 시스템으로서의 거시적 거버넌스를 가능하게 한다.