분산전원의 전력시스템에의 영향

단락 용량 증가

분산 전원이 계통에 도입되면 사고 발생시 그리드에 의한 사고 전류 이외에도 분산 전원에 의한 사고전류가 더해지게 되어 사고 지점으로 흐르는 사고 전류가 증가하게 된다.
이것은 단락 용량의 증가를 가져와 보호 계전기의 정정과 함께 차단기의 용량이 증가되어야 한다.

분산 전원이 계통에 도입되면 사고 발생시 그리드에 의한 사고 전류(1) 이외에도 분산 전원에 의한 사고 전류(2)가 더해지게 되어 사고 지점으로 흐르는 사고 전류가 증가하게 된다.

기존의 전력시스템, 특히 배전시스템의 경우 방사상 계통 구성으로 되어 있으며, 평상시 전력조류는 변전소에서 부하측을 향해 단방향으로만 전력이 흐르게 된다.
그런데, 분산 전원이 배전 시스템에 도입될 경우, 부하측에서 변전소 방향의 역방향의 전력 조류가 발생하여, 부하 상태에 따라서 전력 조류의 방향이 바뀌게 되는 문제가 있다.
신재생 에너지원을 채용한 분산 전원의 경우 출력을 예측하기 힘드므로, 전압 조정에 어려움이 있으며, 과전압이 발생할 수 있는 가능성이 있다.

배전시스템에서 변전소측의 한전 전원이 상실되었을 때, 분산 전원이 운전을 계속하는 것을 단독 운전(Island Operation) 이라고 한다.
이 경우 작업원이 선로 작업을 한다면 안전에 크게 위협을 받게 되고, 이후 한전 전원이 복구될 경우 양측 전압의 위상차에 의해 단락 혹은 동기 탈조 등의 현상이 발생할 위험이 있다.
따라서, 분산 전원은 단독 운전 방지를 위한 대책이 수립되어 있어야 한다.

기존의 보호 시스템은 단방향 전원에 맞추어 각 보호 장치들의 협조 체계가 되어 있다.
그런데, 분산 전원이 배전 시스템에 도입될 경우, 사고 발생시 한전 전원측으로부터 뿐만 아니라 분산 전원으로부터 사고 전류가 발생하여 양방향 전류가 발생하게 되어 기존의 보호 협조 체계에 혼란을 주게 된다.
예를 들어, 재폐로 차단기(Recloser, R/C)는 사고 발생시 자동적으로 차단과 재폐로를 반복하여 순간 고장일 경우 투입 상태를 유지하고 일시 고장일 경우 완전 개방(Lcok-Out)하여 고장 구간을 분리하는 대표적인 선로 보호기이다.
재폐로 차단기는 자동 선로구분개폐기(Sectionalizer, S/E)와 연동되어 동작한다.
이러한 재폐로 차단기의 보호 영역 내에 분산형 전원이 연계되어 있을 경우 분산 전원의 위치가 특정 위치에 있을 때, 사고시 재폐로 차단기에 의해 선로가 차단되더라도 분산 전원이 단독 운전을 계속할 경우, 이로 인해 선로의 무전압 상태를 감지하는 구분개폐기의 오동작을 야기하게 되므로, 이에 대한 대책이 필요하다.
따라서, 분산 전원의 도입에 의해 전력시스템 보호 협조 문제에 끼치는 영향이 최소화 되도록 하여야 한다.

위에서 언급하였듯이, 분산 전원의 단독 운전은 심각한 문제를 초래하므로, 이 기능의 장착이 필수이다.
기본적인 방식은 수동적 방식으로서 연계점의 전압의 위상이나 주파수를 검출하여 도약 혹은 급변이 발생하였으면, 단독 운전으로 판단하는 방식이다.
신재생 에너지원을 채용한 분산 전원의 경우 전력 전자 컨버터를 통하여 전력 시스템과 연계되므로, 컨버터의 출력을 변동시켜 이에 대한 영향을 감지하여 단독운전 여부를 판단하는 능동적 방식도 많이 사용한다.