IEEE Std 2800-2022 강의 연재. 표준 본문의 문장을 옮기지 않고 요구사항을 다시 서술하며, 각 요구사항 뒤의 §번호는 IEEE Std 2800-2022의 조항 번호다. 시리즈 목록은 Grid 코너에서 볼 수 있다. 이 글은 2부이다.
1부에서 본 것처럼 IEEE 2800-2022는 정해진 지점에서 성능을 판정하는 표준이다. 4장은 그 판정을 가능하게 하는 조건을 정한다. 어디서 재는가(적용 기준점), 무엇을 재는가(적용 전압과 주파수), 얼마나 정확히 재는가(측정 정확도), 누가 무엇을 명령할 수 있는가(통신과 제어 능력), 여러 요구가 동시에 걸릴 때 무엇이 먼저인가(우선순위), 언제 계통에 들어올 수 있는가(진입 조건)가 그 내용이다. 이 글의 논지는 다음과 같다. 4장은 개별 기술 요구를 담은 장이 아니라 5장부터 7장까지의 요구가 어떤 조건에서 어떤 순서로 작동하는지를 정하는 운영 규칙이며, 그중 응답 우선순위(4.7)와 진입 조건(4.10)을 알아야 뒤의 장들을 바르게 읽을 수 있다.
4장 서두는 요구사항의 기본 단위가 IBR 플랜트라고 다시 확인한다. 특별히 명시한 경우에만 IBR 유닛에 적용되고, 플랜트는 보충 IBR 장치를 써서 요구를 맞출 수 있다. 계통에 영향을 주는 유닛의 능력, 하드웨어, 제어 소프트웨어는 계통 어디에 있든 RPA에서 이 표준을 만족해야 하며, 성능 요구는 기능적이지 특정 설비나 설계를 지정하지 않는다 4.1. 플랜트는 4장부터 12장까지의 성능·시험·검증 요구를 만족하도록 설계·설치되어야 하고, 상호운용성 요구는 4.5와 4.6에 있다 4.1.
표준은 이 요구가 어떤 계통 운영·망 조건에서 적용되어야 하는지를 정하지 않는다 4.1.1. 대신 규제 요건에 따라 TS 소유자·운영자가 IBR 소유자와 협의해 접속 시점과 예견 가능한 미래의 합리적인 계통 조건을 명시할 것을 권고하고, IBR 소유자가 요청하면 플랜트 설계에 필요한 계통 데이터를 제공할 것을 권고한다. 그 데이터의 예는 부속서 H에 있다 4.1.1. 주석은 이 정보가 설계 문제의 범위를 정하고, TS 측이 상정사고 때 플랜트 출력을 일시 제한하는 식의 교정 조치를 줄이는 데 도움이 된다고 설명한다.
접속 과정에서 IBR 소유자는 ICR과, 해당하면 ISR을 TS 운영자나 AGIR에 등록할 것을 권고받는다. 에너지저장을 포함하면 ICAR도 등록한다. TS 운영자는 접속 전에 계통 검토로 ICR·ISR이 열적·전압·안정도 한계를 넘지 않는지 확인할 것을 권고받는다 4.1.2. 플랜트가 운전에 들어간 뒤 이 표준이 정의한 응답을 바꾸는 제어 변경은 TS 운영자와 IBR 소유자가 상호 합의해야 한다 4.1.2. 이 문장은 shall이다. 즉 운전 중인 플랜트의 제어 파라미터를 한쪽이 일방적으로 바꿀 수 없다.
유닛이나 보충 장치가 정비·고장으로 운전 정지 상태이면 플랜트의 능력과 성능이 ICR·ICAR·ISR 기준보다 낮아질 수 있다. 그 때문에 표준을 일시적으로 지키지 못하게 되면 TS 운영자, 지역 신뢰도 조정자, 부하균형 주체와 조율해 교정 조치를 취해야 한다 4.1.3. 각주는 그 조치가 플랜트를 일시 정지시키는 것부터 출력을 일시 제한하는 것까지 가능하다고 설명한다.
보충 IBR 장치는 유닛과 같은 자리에 있을 필요는 없지만 플랜트 안에 있어야 하며, 위치와 무관하게 요구를 만족해야 한다 4.1.4. 보충 장치는 플랜트 설계 평가(12.2.3)가 정하는 바에 따라 해당 설비 표준의 최소 요건을 만족하거나 넘어야 한다. 각주 36은 실무적 함의를 적는다. 보충 장치가 표준의 모든 요구를 만족할 필요는 없지만 플랜트 안에서 맡은 목적에 필요한 요구는 만족해야 하며, 설비 표준 이상의 사양이 필요할 수 있으므로 플랜트 설계자가 구매 단계에서 공급자에게 그 사양을 전달해야 한다. 시운전 뒤 보충 장치가 고장 나거나 정지되어 플랜트가 불이행 상태가 되면 IBR 소유자가 교정 조치를 취해야 한다 4.1.4.
동기조상기를 보충 장치로 쓰는 경우는 1.4의 면제 조항이 다시 적용된다. 플랜트가 요구를 다 만족하지 못할 수 있으면, 늦어도 플랜트 설계 평가 전에 IBR 소유자와 TS 측이 어떤 요구를 채택하고 어떤 요구를 면제할지 정해야 한다 4.1.4. 하이브리드 플랜트에서는 IBR 부분에만 표준이 적용되고, 단일 자원으로 제어되는 하이브리드 플랜트 전체의 요건은 좋은 공학 관행을 따른다 4.1.5. 주석은 TS 운영자가 약계통 개선 목적으로 설치한 동기기처럼 IBR 부분의 표준 적합에 필수적이지 않은 동기기는 보충 장치가 아니라고 명시한다.
달리 명시하지 않는 한 모든 요구의 RPA는 POM이다 4.2.1. 각주 39는 그 이유를 설명한다. 접속 형태가 워낙 다양해서 POM 이외의 지점에 맞는 성능 요구를 표준에서 만드는 것이 비현실적이기 때문이다. 표준의 전기량은 달리 명시하지 않으면 RPA의 값이며, 유닛에 적용되는 요구는 해당 조항이 POC를 RPA로 지정한다 4.2.1. 직류로 연결된 격리 IBR은 VSC-HVDC 설비를 플랜트의 일부로 보고 TS와 접속하는 교류측에 RPA를 둔다. 격리 IBR 자체에는 요구가 적용되지 않으며, 격리 IBR은 VSC-HVDC 플랜트가 요구를 만족하는 데 필요한 보충 장치 역할을 할 수 있다 4.2.2. 비IBR을 포함한 하이브리드 설비가 전용 VSC-HVDC로 연결된 경우에는 TS 측이 표준의 전부나 일부를 적용할 수 있다 4.2.3.
적용 전압은 RPA의 전압, 적용 주파수는 RPA의 주파수다. 유효접지 계통이면 적용 전압은 선간전압과 상전압 모두이고, 그 밖의 계통이면 선간전압이다 4.3. 각주는 대부분의 송전계통이 유효접지이고 일부 부송전계통은 고임피던스 접지라고 설명한다. 적용 주파수는 적용 전압의 기본파 성분이고, 적용 전압은 달리 명시하지 않으면 기본파 페이저 성분으로 정량화한다 4.3. 각주 43은 전압이 1.2 p.u.에 가깝거나 넘으면 기본파 페이저로는 부족해 순시값(point-on-wave)을 써야 할 수 있다고 덧붙인다.
| 요구 | 관련 전압의 정의(§4.3) |
|---|---|
| 저전압 라이드스루(7.2.2) | RPA 적용 전압의 기본파 페이저 가운데 가장 낮은 크기를 해당 공칭전압으로 나눈 값 |
| 고전압 라이드스루(7.2.2) | 가장 높은 기본파 페이저 크기를 해당 공칭전압으로 나눈 값 |
| 과도과전압 라이드스루(7.2.3) | 순시 적용 전압의 가장 큰 크기를 해당 공칭전압으로 나눈 값 |
| ROCOF 라이드스루(7.3.2.3.5) | 0.1초 이상의 평균화 창에서 구한 평균 주파수 변화율 |
표 1. 요구별로 '관련 전압'을 정하는 규칙. 공칭전압과 공칭주파수는 TS 소유자가 지정한다.
이 규칙은 뒤의 7장을 읽을 때 중요하다. 세 상 가운데 한 상만 낮아진 불평형 고장에서도 '가장 낮은 상'이 저전압 라이드스루의 판정 기준이므로, 한 상의 전압이 곡선 아래로 내려가면 그 지점에서 요구가 적용된다.
11장에 따라 측정·보존해야 하는 모든 파라미터는 표 1(정상상태)과 표 2(과도)의 정확도를 만족하거나 넘어야 한다. 정확도 요구는 파생량에도 적용되며, 정해진 범위 안에서만 요구되고 밖에서는 완화될 수 있다. TS 소유자가 요청하면 IBR 소유자는 실제 정확도 값을 그 표의 형식으로 밝혀야 한다 4.4. 각주 46은 실제로 측정되는 것은 시간·전압·전류뿐이고 주파수·유효전력·무효전력은 그로부터 계산되는 파생량이라고 설명한다. 각주 44는 '측정하는 IBR'에 플랜트 제어기, 보호계전기, 측정 변환기까지 포함된다고 밝힌다.
중요한 한계가 하나 있다. 이 표의 정확도는 11장의 감시·검증용 데이터에 적용되는 것이지, 성능 요구를 이행하는 데 쓰이는 측정(예: 라이드스루 판정용 전압 측정)의 정확도는 이 표준이 정하지 않는다 4.4. 그 경우 TS 소유자가 요청하면 IBR 소유자는 제조사 명시 정확도를 정상상태는 표 1 형식으로, 과도는 상호 합의한 형식으로 밝혀야 한다. 각주 47은 플랜트 설계 평가에서 이런 측정 정확도를 고려할 수 있다고 적는다.
| 파라미터 | 최소 정확도 | 적용 범위 | 주석 요지 |
|---|---|---|---|
| 전압 | ±2.5 % | 0.5~1.2 p.u. | 정격값 기준 백분율. 전압 THD 2.5 % 미만, 개별 고조파 1.5 % 미만 조건 |
| 전류 | ±2.5 % | 0.2~1.2 p.u. | 정격값 기준 백분율 |
| 주파수 | ±0.010 Hz | 0.80~1.1 p.u. (60 Hz 계통 48~66 Hz) | 기본파에 한하고 정상분 전압이 공칭의 10 %를 넘을 때 |
| 유효전력 | ±5 % | 0.2 p.u. < P < 1.0 p.u. | 기본파 공칭 피상전력 기준 백분율, 양방향 |
| 무효전력 | ±5 % | 0.2 p.u. < Q < 1.0 p.u. | 같음 |
표 2. 정상상태 측정 정확도(IEEE 2800 표 1의 요구값을 재구성). 전압 제어와 SCADA 용도에 쓰일 수 있다고 주석 f가 밝힌다.
| 파라미터 | 최소 정확도 | 슬라이딩 창 최대 길이 | 최대 분해능 | 적용 범위 |
|---|---|---|---|---|
| 전압(기본파 페이저) | ±10 % (TVE) | 1 사이클(알고리즘에 따라 +¼ 사이클) | 1/32 사이클 | 0.1~2.0 p.u. |
| 전류(기본파 페이저) | ±10 % (TVE) | 1 사이클(+¼ 사이클) | 1/32 사이클 | 0.1~1.4 p.u. 직류 성분 영향 제거 가능해야 함 |
| 주파수(기본파) | ±0.010 Hz | 6 사이클 | 1/4 사이클 | 0.80~1.1 p.u. |
표 3. 과도 측정 정확도(IEEE 2800 표 2 재구성). 센서와 측정계 전체의 정확도를 포함한다. 동적 전압 지원, 보호, 단락 기여 분석에 쓰인다(주석 k).
IBR 플랜트는 안전한 방식으로 양방향 통신이 가능한 로컬 IBR 통신 인터페이스를 제공해야 하고, 상태·운전 모드와 정상상태·동적·과도 측정값을 실시간 운영 정보로 안전하게 제공할 수 있어야 한다 4.5. 통신 프로토콜과 교환 데이터는 접속 계약이나 플랜트가 제공하는 서비스가 정하고, 시험·검증 방법은 TS 운영자와 IBR 운영자가 합의한다. 각주 50은 IEEE 1815(DNP3)와 IEEE 2030.5를 프로토콜의 예로 든다. 각주 49는 이 정보가 TS 운영자, 부하균형 주체, 신뢰도 조정자, 시장의 에너지관리시스템에 통합되기 위한 것이라고 설명한다.
IBR 소유자·운영자는 모든 통신 능력과 프로토콜, 모든 운영 주체와의 데이터 교환에 대해 가용성·무결성·기밀성 조치를 구현해야 한다 4.5. 이 사이버보안 조치의 시험·검증도 TS 운영자와 IBR 운영자가 규제와 가용 기술을 고려해 합의한다. 각주 48은 북미에서는 NERC CIP 표준의 적용 여부를 부속서 A의 참고문헌에서 볼 수 있다고 안내한다. 표준은 통신망의 구조는 정하지 않는다(1.4). 요구되는 것은 안전한 통신 능력의 '제공'이다.
플랜트는 외부 제어 입력에 반응할 수 있어야 한다. 입력은 수동 제어반이나 4.5의 통신 인터페이스로 들어올 수 있다 4.6. 표준이 드는 예는 두 가지다. 허가 서비스(permit service) 설정이 해제되면 TS 운영자가 정한 시간 안에 운전을 중지하는 능력, 그리고 TS 운영자가 정한 시간 안에 유효전력을 ICR 아래의 값으로 제한하는 능력이다. 모드 변경은 통신 인터페이스에서 설정 변경을 받은 뒤 TS 운영자가 요구하는 시간 안에 이루어져야 하고, 플랜트 출력이 요구된 기간에 걸쳐 매끄럽게 전환되어야 한다 4.6.1. 제어 파라미터 변경에도 램프나 그와 같은 매끄러운 전환이 요구되며, 모든 제어·보호 설정에 대해 입력부터 동작 시작까지의 시간은 TS 운영자가 요구하는 값을 넘지 않아야 한다 4.6.2.
5장의 무효전력 제어, 6장의 주파수 응답, 7장의 라이드스루는 동시에 걸릴 수 있다. 예를 들어 전압이 떨어진 순간 주파수도 떨어지면 무효전류를 늘려야 할지 유효전력을 늘려야 할지 정해야 한다. 4.7이 그 순서를 정한다.
순서를 읽으면 표준의 가치 판단이 보인다. 허가 서비스 해제와 고장 제거를 위한 트립은 무엇보다 먼저다 4.7 a), b). 설비의 영구 손상을 막기 위한 자체 보호 트립은 다른 요구보다 앞설 수 있지만, 그것이 표준 이행 의무를 없애지는 않으며 불이행이 될 수 있다 c). 라이드스루(7.2.2, 7.2.3, 7.3.2)는 5장과 6장의 모든 요구보다 앞선다 d). 주파수 응답(6장)은 앞의 항목을 제외한 모든 요구보다 앞서고 e), 유효전력 제한 신호 응답이 그다음이며 f), 5장의 무효전력·전압 제어는 나머지 요구보다 앞선다 g). 각주 53은 실제 설정값에 따라 우선순위가 낮은 모드가 먼저 작동할 수도 있다고 덧붙인다. 예컨대 무효전력 제어의 데드밴드가 좁고 주파수 응답의 데드밴드가 넓으면 작은 외란에서는 무효전력 제어만 움직인다.
주파수 응답이 무효전력 제어보다 앞서는 배치는 5장과 6장을 읽을 때 기억해야 한다. 인버터의 전류 한계 안에서 유효전류와 무효전류는 서로를 제약하므로, 두 기능이 동시에 전류를 요구하면 6장의 유효전력 응답이 우선한다.
TS 운영 관행이 요구하면, 접근하기 쉽고 개방 상태가 눈에 보이는 격리 장치를 TS와 플랜트 사이에 두어야 한다. 가스절연개폐장치이면 TS 소유자와 협의해 대체 수단을 허용할 수 있고, 장치에는 관련 규정에 따른 표지를 권고한다 4.8. 플랜트는 TS가 정전 상태일 때 TS를 여자해서는 안 된다. 블랙스타트 IBR은 TS 운영자 재량으로 예외가 될 수 있다 4.9. 이 두 조항은 짧지만 작업자 안전과 직결되는 요구이며, 배전용 표준인 IEEE 1547에도 같은 취지의 조항이 있다.
4.10은 TS 운영자가 별도의 접속·재접속 관행을 정하지 않은 경우에만 적용된다 4.10. 적용되는 상황은 두 가지다. 밤이나 무풍처럼 1차 에너지원이 없어서, 또는 시장 조건이나 정비 때문에 운전 정지였던 플랜트가 TS 운영자의 지시로 들어올 때, 그리고 내부 고장의 자체 보호나 라이드스루 실패로 트립된 뒤 7.4에 따라 TS 운영자 지시로 복귀할 때다 4.10.1. 표 3의 기준은 진입이 허용되는 필요조건이지, 그 범위 안의 모든 전압·주파수에서 진입할 능력을 요구하는 것도, 진입이나 운전 유지를 강제하는 것도 아니다 4.10.1, 4.10.2.
진입하거나 복귀할 때 플랜트는 적용 전압과 적용 주파수가 표 3의 범위 안에 있고 허가 서비스가 '사용'으로 설정될 때까지 TS에 유효전력을 내보내서는 안 된다. TS 운영자가 특별히 진입을 지시하면 이 제한은 적용되지 않는다 4.10.2.
| 항목 | 기본값 | 설정 가능 범위 |
|---|---|---|
| 허가 서비스 | 해제(Disabled) | 사용/해제 |
| 적용 전압 최솟값 | TS 운영자 지정 | 0.90~0.95 p.u. (약계통이면 합의 가능) |
| 적용 전압 최댓값 | TS 운영자 지정 | 1.05~1.10 p.u. |
| 적용 주파수 최솟값 | TS 운영자 지정 | 0.98~0.99 p.u. (60 Hz 계통 58.8~59.4 Hz, 50 Hz 계통 49.0~49.5 Hz) |
| 적용 주파수 최댓값 | TS 운영자 지정 | 1.002~1.02 p.u. (60 Hz 계통 60.12~61.2 Hz, 50 Hz 계통 50.1~51 Hz) |
표 4. 진입 기준(IEEE 2800 표 3). 주석 c는 플랜트 내부 설비의 한계도 고려하라고 권고한다.
진입 중의 동작은 4.10.3이 정한다. 허가 서비스가 해제이면 진입을 막을 수 있어야 하고, 전압·주파수가 표 3 범위 안에 계속 머무를 때 0~600초의 조정 가능한 의도적 최소 지연을 둘 수 있어야 하며 기본값은 TS 운영자가 정한다 4.10.3 a), b). 유효전력은 대략 선형으로 늘려야 하고 평균 변화율은 ICR을 진입 기간으로 나눈 값을 넘지 못한다. 진입 기간은 1~1000초에서 조정 가능하고 기본값은 TS 운영자가 정한다. 한 번의 스텝은 ICR의 5 % 이하여야 하며, 계단형 램프를 쓰면 한 스텝 시작부터 다음 스텝 시작까지의 평균 변화율도 전체 평균을 넘지 못한다. 이것은 최대 램프율 요구이므로 더 느리게 올려도 된다 4.10.3 c). 각주 55는 에너지저장 IBR이 트립 전에 드룹이나 급전으로 충전 중이었다면 복귀 시 유효전력 방향이 음(충전)일 수 있다고 설명한다.
진입 램프에 상한만 있고 하한이 없는 이유는, 이 조항의 목적이 수백 MW의 플랜트가 갑자기 들어와 주파수와 전압을 흔드는 것을 막는 데 있기 때문이다. 반대로 빨리 들어오라는 요구는 7.4(트립 후 복귀)와 접속 계약의 영역이다.
풍력 발전기를 제외한 IBR 유닛은 IEEE C37.90.2, IEC 61000-4-3 또는 그 밖의 해당 산업 표준에 따라 최소 30 V/m의 전계 강도에 대해 적합해야 하고, 풍력 발전기는 IEC 61000-6-2나 풍력 설비에 해당하는 산업 표준에 적합해야 한다. 이 값 이하의 전자기 간섭이 이 표준의 성능에 영향을 주는 상태 변화나 오동작을 일으켜서는 안 된다 4.11.1. 연결계통은 TS 소유자가 정한 정격에 따라 전압·전류 서지를 견뎌야 하고, 보호·제어·통신 장치는 IEEE C62.41.2, IEEE C37.90.1, IEEE C62.45-2002 또는 IEC 61000-4-5가 정의한 서지와 환경을 견뎌야 한다 4.11.2. 격리 뒤에도 계속 전압을 내는 플랜트나 유닛을 격리하는 개폐장치는, 격리점 양단의 위상이 어긋난 전압을 무기한 견디도록 정격전압의 220 %를 견뎌야 한다 4.11.3. 위상이 180도 어긋난 두 전압의 차는 최대 두 배가 되므로 220 %는 그 값에 여유를 더한 수치다.
접지는 표준이 정하지 않는다. 플랜트와 TS 사이의 접지 방식 통합에 관한 요구는 없고, TS 소유자가 필요에 따라 정할 수 있다 4.12.
4장을 관통하는 것은 '표준이 정하는 것'과 'TS 운영자가 정하는 것'의 경계다. 표준은 RPA의 기본 위치, 적용 전압의 정의, 측정 정확도의 수치, 진입 조건의 설정 범위, 램프의 상한처럼 물리적으로 필요한 최소치를 정하고, 그 범위 안의 기본값과 시간, 프로토콜, 시험 방법은 TS 운영자와의 합의에 넘긴다. 세 가지 조항이 뒤의 장을 읽는 틀이 된다. 첫째, 관련 전압의 정의(4.3)는 불평형 고장에서 가장 낮은 상이 라이드스루 판정의 기준임을 뜻한다. 둘째, 응답 우선순위(4.7)는 보호와 라이드스루가 제어 기능보다 앞서고, 주파수 응답이 무효전력 제어보다 앞선다는 순서를 준다. 셋째, 진입 조건(4.10)은 트립 뒤 복귀(7.4)와 짝을 이루며, 플랜트가 계통에 들어오는 속도의 상한을 정한다.
운전 중 제어 변경에 상호 합의를 요구하는 4.1.2와, 보충 장치의 사양을 구매 단계에서 정하라는 각주 36은 이 표준이 설계 시점의 시험뿐 아니라 수명 기간 전체의 관리를 염두에 두었음을 보여 준다. 통신 능력의 시험과 사이버보안 조치의 검증을 모두 합의 사항으로 남겨 둔 것은, 이 표준이 나온 2022년 시점에 그 부분의 표준화가 아직 이르렀다고 판단했기 때문이다. 3부는 이 틀 위에 놓이는 첫 번째 능력 요구인 5장, 무효전력 능력과 전압 제어 모드를 다룬다.