인버터가 늘어난 전력망의 새로운 진동 — 컨버터 주도 안정도와 이베리아 정전 (인버터 전력망 1편)

2026년 10월 3일

2025년 4월 28일 낮 12시 33분, 스페인과 포르투갈 본토의 전력망이 한꺼번에 멈췄다. 두 나라의 전기는 약 10시간 동안 끊겼다. 대규모 정전은 보통 발전기가 갑자기 빠지거나 송전선이 끊겨 공급이 수요를 따라가지 못할 때 일어난다. 이 정전은 달랐다. 유럽 송전계통운영자 협의체(ENTSO-E)의 조사단은 이 사고를 과전압이 일으킨 첫 대규모 정전으로 보고했다. 붕괴 직전 30분 동안에는 전력망 전체가 일정한 주기로 오르내리는 진동이 두 차례 관측됐고, 그 가운데 하나는 인버터로 연결된 발전소의 제어 동작에서 시작된 것으로 판정됐다.

전력 공급을 늘리는 논의는 대개 발전소를 얼마나, 어떤 연료로 지을지에 모인다. 그러나 이베리아 정전은 발전 용량이 충분해도 전력망이 안정하게 움직이지 못할 수 있다는 사실을 보여 준다. 이 글은 태양광·풍력·배터리처럼 인버터라는 전력전자 장치를 거쳐 연결되는 설비가 늘어난 전력망에서 왜 새로운 종류의 진동이 생기는지를 다룬다. 논지는 하나다. 인버터의 비중이 커지면 전력망의 동작을 정하는 주체가 발전기 회전체의 물리 법칙에서 설비 안의 제어 알고리즘으로 옮겨 가고, 그 결과 기존 분류로 설명되지 않는 진동 불안정이 나타난다. 이 논지를 따라가기 위해 교류 전력망의 기본 원리부터 차례로 설명한다.

교류 전력망이 하나의 주파수를 유지하는 방식

가정과 공장에 들어오는 전기는 교류다. 교류는 전압과 전류의 방향이 1초에 수십 번씩 바뀌는 전기를 말한다. 1초 동안 방향이 바뀌는 주기의 횟수를 주파수라고 하고, 단위는 헤르츠(Hz)를 쓴다. 한국과 미국의 전력망은 60Hz, 유럽 대륙의 전력망은 50Hz로 운영된다. 60Hz 전력망에서는 전압 파형이 1초에 60번 같은 모양을 되풀이하므로 한 주기의 길이는 약 16.7밀리초다.

전력망에 연결된 대형 발전기는 대부분 동기발전기다. 동기발전기는 터빈이 돌리는 회전자에 자석 역할을 하는 전자석을 붙이고, 그 둘레에 고정된 코일을 감은 구조다. 회전자가 돌면 자기장이 코일을 지나가면서 전자기 유도로 코일에 교류 전압이 생긴다. 이때 전압의 주파수는 회전자가 도는 속도로 정해진다. 2극 발전기가 1초에 60바퀴, 즉 1분에 3,600바퀴 돌면 60Hz 교류가 나온다.

'동기'라는 이름은 한 전력망에 연결된 모든 발전기가 같은 주파수로 함께 돈다는 데서 왔다. 어느 발전기가 다른 발전기보다 조금 앞서 돌면 그 발전기가 전력망에 내보내는 전력이 늘어나고, 늘어난 전력만큼 회전자에 제동이 걸려 다시 늦어진다. 반대로 뒤처진 발전기는 내보내는 전력이 줄어 회전이 빨라진다. 이 되돌림 작용을 동기화력이라고 한다. 동기화력은 회전자와 코일 사이의 전자기 법칙에서 저절로 생기며, 제어 장치의 계산을 거치지 않는다.

전력망의 주파수는 공급과 수요가 맞는지를 알려 주는 지표이기도 하다. 수요가 공급보다 커지면 발전기는 모자란 전력을 회전자가 가진 운동 에너지에서 꺼내 쓰고, 그만큼 회전이 느려져 주파수가 내려간다. 공급이 수요보다 크면 반대로 주파수가 올라간다. 회전하는 질량이 가진 운동 에너지 때문에 주파수가 급하게 바뀌지 않고 천천히 변하는 성질을 관성이라고 한다. 관성이 있으면 발전기 한 대가 갑자기 빠져도 주파수가 떨어지는 속도가 느려서, 다른 발전기의 출력을 올릴 시간이 생긴다.

정리하면 동기발전기로 이루어진 전력망에서는 주파수, 발전기 사이의 동기, 고장 직후의 첫 반응이 상당 부분 회전체와 전자기 유도라는 물리 현상으로 정해진다. 제어 장치는 이 물리적 반응 위에서 출력과 전압을 조금씩 조정하는 역할을 맡아 왔다.

인버터는 교류를 어떻게 만드는가

태양광 패널과 배터리는 직류를 낸다. 직류는 방향이 바뀌지 않는 전기다. 이 직류를 전력망의 교류로 바꾸는 장치가 인버터다. 풍력발전기 가운데 상당수도 발전기에서 나온 교류를 일단 직류로 바꾼 뒤 다시 인버터로 전력망 주파수의 교류를 만든다. 이렇게 전력전자 변환 장치를 거쳐 전력망에 연결되는 설비를 통틀어 인버터 기반 자원(IBR, Inverter-Based Resource)이라고 부른다.

인버터 안에는 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터) 같은 반도체 스위치가 들어 있다. 이 스위치는 1초에 수천 번 켜지고 꺼진다. 스위치를 켜 두는 시간의 비율을 조금씩 바꾸면 출력 전압의 평균값이 바뀌는데, 이 비율을 사인파 모양으로 바꿔 가면 평균적으로 교류에 가까운 파형이 나온다. 이 방식을 펄스폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation)라고 한다. PWM으로 만든 파형에는 스위칭 때문에 생긴 높은 주파수 성분이 섞여 있으므로, 리액터와 커패시터로 만든 출력 필터로 그 성분을 걸러 낸 뒤 전력망에 보낸다.

동기발전기와 인버터가 교류를 만드는 경로의 비교. 동기발전기는 회전 속도가 주파수를 정하고, 인버터는 제어기가 계산한 스위칭 순서가 주파수와 위상을 정한다.

스위치를 언제 켜고 끌지는 제어기가 정한다. 계통에 연결된 인버터의 제어는 보통 여러 단계로 이루어진다. 가장 안쪽에는 출력 전류를 목표값에 맞추는 전류 제어가 있고, 수 밀리초 안에 반응한다. 그 바깥에는 유효전력과 무효전력, 또는 연결 지점의 전압을 목표값에 맞추도록 전류 목표값을 정하는 외부 제어가 있다. 유효전력은 빛·열·동력으로 소비되는 전력이고, 무효전력은 전압을 유지하는 데 쓰이는 전력 성분이다.

여기에 위상고정루프(PLL, Phase-Locked Loop)가 더해진다. PLL은 연결 지점의 계통 전압을 측정해 그 전압 파형이 지금 한 주기 가운데 어느 위치에 있는지, 즉 위상을 실시간으로 추정하는 장치다. 대부분의 계통 연계 인버터는 PLL이 알려 준 위상에 맞춰 전류를 내보낸다. 이런 방식을 계통 추종형(grid-following)이라고 한다. 계통 추종형 인버터는 이미 존재하는 전력망 전압을 따라가며 전류를 넣는 장치이므로, 따라갈 전압이 불안정해지면 인버터의 동작도 불안정해질 수 있다. 전압과 주파수를 스스로 만들어 내는 계통 형성형(grid-forming) 인버터도 개발돼 쓰이기 시작했지만, 이 경우에도 전압과 주파수를 어떻게 만들지는 제어 알고리즘이 정한다.

계통 추종형 인버터의 기본 구성. 위 줄은 전력이 흐르는 경로이고 아래 줄은 제어 경로다. 각 제어 단계의 응답 속도에 따라 계통과 주고받는 상호작용의 주파수 대역이 달라진다.

동기발전기와 비교하면 차이가 분명하다. 동기발전기의 주파수, 동기화력, 관성은 회전체의 물리 법칙에서 나온다. 인버터에는 회전체가 없으므로 이 성질들이 저절로 생기지 않는다. 인버터가 주파수 변화에 어떻게 반응할지, 전압이 떨어질 때 전류를 얼마나 낼지, 위상을 얼마나 빨리 따라갈지는 모두 제어기 안의 계산식과 그 계산식에 넣은 설정값이 정한다. 같은 하드웨어라도 제어 소프트웨어가 바뀌면 전력망에서 보이는 거동이 바뀐다. 이 글의 나머지 논의는 모두 이 차이를 전제로 한다.

안정도는 무엇이고 어떻게 분류해 왔는가

전력 공학에서 안정도는 전력망이 외란을 겪은 뒤 다시 정상 운전 상태로 돌아오는 능력을 말한다. 외란은 송전선 고장, 발전기 탈락, 부하의 급변처럼 운전 상태를 바꾸는 사건이다. 안정한 전력망은 외란 뒤에 진동이 가라앉고 전압과 주파수가 허용 범위 안의 새 운전점으로 돌아온다. 불안정한 전력망에서는 진동이 커지거나 전압이 계속 내려가거나 발전기가 동기를 잃고, 보호 장치가 설비를 차례로 떼어 내면서 정전이 넓어진다.

전력 공학계는 2004년 미국전기전자공학회(IEEE)와 국제대전력망기구(CIGRE)의 공동 작업반이 정리한 정의와 분류를 오래 기준으로 써 왔다. 쿤두르(P. Kundur) 등이 IEEE Transactions on Power Systems 19권 3호에 발표한 이 분류는 안정도를 세 가지로 나눴다. 첫째는 회전자각 안정도로, 발전기들이 외란 뒤에도 서로 동기를 유지하는 능력이다. 회전자각은 발전기 회전자의 상대적 위치를 나타내는 각도이며, 이 각도의 차이가 계속 벌어지면 발전기가 동기를 잃는다. 둘째는 전압 안정도로, 모든 지점의 전압을 허용 범위 안에 유지하는 능력이다. 셋째는 주파수 안정도로, 공급과 수요의 큰 불균형 뒤에도 주파수를 허용 범위로 되돌리는 능력이다. 세 가지 모두 동기발전기와 그 제어 장치가 계통의 동작을 정한다는 전제 위에 서 있었다.

2021년 7월 IEEE 전력에너지학회(PES) 작업반은 하치아르귀리우(N. Hatziargyriou) 등의 이름으로 같은 학술지 36권 4호에 개정 분류를 발표했다. 개정의 이유로는 인버터로 연결되는 발전원·부하·송전 설비가 늘어 기존 세 분류에 들어가지 않는 현상이 많아졌다는 점을 들었다. 작업반은 기존 세 가지를 유지하면서 공진 안정도와 컨버터 주도 안정도를 새로 더했다. 컨버터는 인버터처럼 교류와 직류를 서로 바꾸는 전력전자 변환 장치를 통틀어 부르는 말이다.

IEEE/CIGRE 공동 작업반의 2004년 분류(Kundur 외, IEEE Trans. Power Systems 19권 3호)와 IEEE PES 작업반의 2021년 개정 분류(Hatziargyriou 외, 같은 학술지 36권 4호). 주파수 대역은 2021년 개정 분류의 일반적 서술을 따랐다.

공진 안정도는 전력망 안의 특정 주파수에서 에너지가 서로 주고받히며 진동이 커지는 현상을 다룬다. 하나는 발전기와 터빈을 잇는 회전체가 비틀리며 진동하는 기계적 공진이고, 다른 하나는 송전선에 넣은 직렬 커패시터와 발전기의 전기적 특성이 만드는 전기적 공진이다. 컨버터 주도 안정도는 원인이 전력전자 장치의 제어 동작에 있는 불안정을 다룬다. 두 분류를 나눈 기준은 진동을 일으키는 주체다. 공진 안정도에서는 커패시터와 회전체 같은 수동적인 설비 특성이 진동을 정하고, 컨버터 주도 안정도에서는 제어기의 계산이 진동을 정한다.

컨버터 주도 안정도의 두 가지 상호작용

2021년 개정 분류는 컨버터 주도 안정도를 다시 빠른 상호작용과 느린 상호작용으로 나눴다. 기준은 문제를 일으키는 제어 단계의 응답 속도다.

빠른 상호작용은 인버터 안쪽의 전류 제어와 PWM이 출력 필터, 케이블, 송전선의 인덕턴스·커패시턴스와 영향을 주고받으며 생긴다. 인덕턴스는 전류의 변화를 늦추는 성질이고 커패시턴스는 전압의 변화를 늦추는 성질인데, 둘이 함께 있으면 특정 주파수에서 공진이 생긴다. 전류 제어기가 그 주파수 근처에서 전류를 오히려 키우는 방향으로 반응하면 진동이 줄지 않고 커진다. 이런 진동은 수백 Hz에서 수 kHz에 걸쳐 나타나며, 전력망 주파수의 정수배 근처에서 생기는 경우가 많아 고조파 안정도라고도 부른다.

느린 상호작용은 PLL과 외부 제어처럼 느린 제어가 주변 동기발전기의 기계적 움직임이나 약한 송전망과 영향을 주고받으며 생긴다. 주로 10Hz 이하의 낮은 주파수로 나타난다. 약한 계통은 연결 지점의 단락 용량이 인버터 용량에 비해 작은 계통을 말한다. 단락 용량은 그 지점에서 고장이 났을 때 흘러들어올 수 있는 전류의 크기로, 계통이 전압을 유지하는 능력을 나타낸다. 단락 용량이 작으면 인버터가 전류를 조금만 바꿔도 연결 지점의 전압이 크게 변한다. PLL은 그 전압을 기준으로 위상을 추정하는데, 인버터 자신의 전류가 기준 전압을 바꿔 놓으면 PLL은 자기가 만든 변화를 다시 따라가게 된다. 이 되먹임이 특정 주파수에서 진동을 키우는 방향으로 작용하면 불안정해진다.

공진 안정도와 컨버터 주도 안정도가 실제 사고에서 어떻게 구별되는지는 두 사례가 보여 준다. 2009년 미국 텍사스에서는 직렬 커패시터로 보상한 송전선에 이중여자 유도발전기(DFIG)를 쓰는 풍력단지가 연결된 상태에서 약 20Hz의 진동이 생겼다. 풍력 터빈이 다수 탈락했고 발전기 보호 회로가 손상됐다. 직렬 커패시터와 발전기의 전기적 특성이 만든 공진에 제어가 더해진 사례로, 2021년 분류에서는 공진 안정도에 가깝다.

2015년 7월 1일 중국 신장 위구르 자치구 하미 지역의 사례는 달랐다. 이 지역에는 직렬 커패시터가 없었다. 그런데도 영구자석 동기발전기와 전력 변환 장치를 쓰는 풀컨버터형 풍력단지 무리에서 20~40Hz의 준동기 진동이 생겼다. 준동기 진동은 계통 주파수보다 낮은 주파수의 진동을 말한다. 이 진동 전류가 여러 전압 단계의 송전망을 타고 약 300km 떨어진 화력발전소까지 전달됐고, 터빈 회전체의 비틀림 진동을 일으켜 발전기 3대가 보호 장치에 의해 정지했다. 계통에서 빠진 출력은 1,280MW였다. 후속 연구들은 약한 계통 연결과 풍력발전기 제어 설정을 주요 원인으로 지목했다. 직렬 커패시터 없이 컨버터 제어와 약한 계통의 상호작용만으로 진동이 생겼다는 점에서 컨버터 주도 안정도의 대표 사례로 꼽힌다.

지역간 진동의 통상 범위는 전력계통 동특성 교과서의 일반 서술, 이베리아 정전의 두 진동은 ENTSO-E 최종보고서(2026년 3월), AI 학습 시설의 변동 대역은 마이크로소프트·오픈AI·엔비디아 연구진 논문(2025년 8월), 텍사스·하미 사례는 사고 분석 문헌, 컨버터 주도 상호작용의 대역은 2021년 IEEE 개정 분류의 일반 서술을 따랐다. 범위 표시는 대략적이다.

하미 사례에서 진동을 만든 것은 발전기 회전체도 커패시터도 아니었다. 같은 풍력발전기라도 제어기의 설정값을 바꾸면 진동이 생기지 않을 수 있었고, 같은 설정값이라도 계통이 강했다면 문제가 드러나지 않았을 수 있다. 진동의 원인이 제어 설정과 계통 조건의 조합에 있다는 점이 기존 세 분류와 다른 지점이다. 이 조합은 운전 조건에 따라 달라지므로 설비 하나를 따로 시험해서는 찾아내기 어렵다.

2025년 이베리아 정전에서 나타난 두 진동

이베리아 정전의 경위는 ENTSO-E가 2025년 10월 3일 낸 사실 보고서와 2026년 3월 20일 낸 최종보고서에 정리돼 있다. 최종보고서는 49명의 전문가로 구성된 조사단이 작성했고, 원인을 하나로 정하지 않았다. 보고서는 진동, 전압과 무효전력 제어의 공백, 나라와 설비마다 다른 전압 조정 관행, 급격한 출력 감소와 발전기 탈락, 고르지 않은 안정화 능력이 서로 영향을 주고받으며 전압 급상승과 연쇄 탈락을 낳았다고 결론지었다. 태양광 전문 매체 PV Tech의 정리에 따르면 조사단이 지목한 요인은 15가지가 넘고, 권고는 23개이며 그 가운데 13개가 직접 원인과 연결돼 있다.

붕괴 직전 30분의 진동은 두 차례였다. 첫 진동은 12시 3분부터 8분 사이에 나타났고 주파수는 약 0.63Hz였다. 최종보고서는 이 진동을 스페인의 한 인버터 기반 발전소에서 시작된 컨버터 주도 강제 진동으로 판정했다. 강제 진동은 어떤 설비가 주기적인 변동을 전력망에 밀어 넣어서 생기는 진동이다. 전력망 자체의 진동 성질이 불안정해서 생기는 진동과는 원인이 다르다. 두 번째 진동은 12시 19분부터 22분 사이에 나타났고 주파수는 약 0.2Hz였다. 이 진동은 유럽 대륙 동부·중부·서부의 발전기 무리가 서로 반대 방향으로 오가는, 오래전부터 알려진 지역간 진동 모드였다.

ENTSO-E 사실 보고서(2025년 10월)와 최종보고서(2026년 3월)를 바탕으로 정리한 시간 순서. 진동 구간의 시각은 보고서의 서술을 따랐고, 막대의 길이는 대략적이다.

운영자들은 진동을 줄이려고 국가 간 송전량을 줄이고 송전선을 다시 연결하는 조치를 취했다. 송전선을 더 연결하면 계통이 강해져 진동이 줄어든다. 조치는 진동을 줄이는 데 성공했다. 붕괴 1분 전에는 진폭이 20mHz를 넘는 진동이 관측되지 않았다. 그러나 최종보고서가 지적한 대로 이 조치들은 이베리아 계통의 전압을 높이는 성격을 갖고 있었다. 송전선은 길이에 비례해 무효전력을 만들어 내고, 전력을 덜 보내는 송전선일수록 전압을 높이는 쪽으로 작용한다. 전압을 눌러 줄 동기발전기는 그날 많이 운전되고 있지 않았고, 사용할 수 있는 분로 리액터 용량이 남아 있었는데도 전압 상승 과정에서 투입되지 않았다.

12시 33분 직전 수 초 동안 스페인의 발전 설비가 차례로 계통에서 떨어졌다. 일부는 과전압 보호가 동작한 결과였지만, 최종보고서는 대부분의 탈락 원인을 확정하지 못했다고 밝혔다. 발전 설비가 떨어지면 그 설비가 흡수하던 무효전력도 사라지므로 전압이 더 오르고, 오른 전압이 다시 다른 설비를 떨어뜨렸다. 이베리아 계통은 유럽 대륙 계통과의 동기를 잃고 분리됐다. 조사단은 태양광 인버터 제조사로부터 받은 자료에서 그날 특정 시간대에 많은 인버터가 과전압으로 정지한 사실도 확인했다.

이 정전의 원인을 두고는 해석이 서로 달랐다. 사고 직후에는 재생에너지가 많아 관성이 부족했기 때문이라는 주장이 퍼졌다. 사실 보고서와 최종보고서는 관성 부족과 지역간 진동을 직접 원인으로 보지 않았고, 전압 제어를 중심에 두었다. ENTSO-E의 다미안 코르티나스 회장은 문제의 원인을 재생에너지가 아닌 전압 제어에서 찾았고, 유럽 태양광 산업협회와 풍력 산업협회도 같은 취지의 성명을 냈다. 다만 산업협회는 재생에너지 보급이라는 이해관계를 가진 단체이므로, 그 성명은 보고서의 결론을 자기 산업에 유리한 방향으로 강조한 것으로 읽어야 한다.

이 글의 논지와 관련해 중요한 대목은 두 가지다. 첫째, 첫 진동의 출발점이 발전소 한 곳의 제어 동작이었다. 진동이 정전을 직접 일으킨 것은 아니지만, 진동에 대응한 운영 조치가 전압 여유를 줄였고 그 상태에서 연쇄 탈락이 일어났다. 제어 동작에서 시작된 사건이 운영 판단을 거쳐 전압 문제로 옮겨 갔다. 둘째, 권고안은 기존 발전기의 전력계통 안정화 장치(PSS)와 함께 HVDC와 인버터 기반 발전 설비의 전력 진동 억제(POD) 기능을 강화하라고 요구했다. 전력계통 안정화 장치와 전력 진동 억제 기능은 진동을 감지해 그 반대 방향으로 출력을 조정하는 제어 기능이다. 진동을 줄이는 수단 역시 상당 부분 전력전자 설비의 제어 기능에 맡겨져 있다는 뜻이다. 진동을 일으키는 쪽도 줄이는 쪽도 제어 소프트웨어가 정한다.

부하도 진동을 만든다 — AI 학습 시설의 전력 변동

진동의 원인이 발전 쪽에만 있는 것은 아니다. 2025년 8월 마이크로소프트, 오픈AI, 엔비디아 연구진은 「Power Stabilization for AI Training Datacenters」라는 논문에서 대규모 AI 학습 시설의 전력 소비가 전력망에 진동을 일으킬 수 있다고 분석했다.

대규모 AI 모델은 수만 개의 그래픽 처리 장치(GPU)를 동시에 돌려 학습한다. 학습은 GPU들이 각자 계산하는 단계와, 계산 결과를 서로 주고받으며 맞추는 통신 단계를 번갈아 거친다. 계산 단계에서는 GPU가 전력을 많이 쓰고, 통신 단계에서는 계산이 멈춰 전력이 크게 줄어든다. 수만 개의 GPU가 같은 순간에 같은 단계를 지나므로, 시설 전체의 소비 전력이 일정한 주기로 크게 오르내린다. 연구진은 이 변동의 주파수 성분이 0.2~3Hz에 모이고, 시설 규모가 커지면 한 시설에서 수십에서 수백 MW가 오르내릴 수 있다고 분석했다.

이 대역은 전력망이 원래 가진 진동 모드와 겹친다. 앞의 그림에서 보듯 지역간 진동의 통상 범위와 이베리아 정전의 두 진동이 모두 이 대역 안에 있다. 연구진은 이 주기의 변동이 터빈·발전기 회전체나 장거리 송전선의 고유 진동과 맞으면 설비 손상과 계통 불안정을 일으킬 수 있다고 썼다. 대책으로는 학습 소프트웨어의 작업 순서를 조정하는 방법, GPU 단에서 전력 소비를 평탄하게 만드는 방법, 시설 단에 에너지 저장장치를 두는 방법을 함께 검토했다.

이 사례가 보여 주는 것은 부하 쪽에서도 같은 변화가 일어나고 있다는 점이다. 과거의 대형 부하는 전동기나 전기로처럼 물리적 공정에 따라 전력을 썼다. AI 학습 시설의 전력 변동 주기는 학습 프로그램의 계산과 통신 순서가 정한다. 진동의 주파수가 소프트웨어의 작업 스케줄에서 나오고, 대책도 다시 소프트웨어와 전력전자 장치의 제어에서 찾는다.

해석 방법은 어떻게 달라져야 하는가

전력망의 동작을 미리 확인하는 도구는 계통 해석 시뮬레이션이다. 계통 해석 시뮬레이션은 묻는 질문에 따라 여러 종류로 나뉜다.

조류 해석은 특정 시점의 정상 상태에서 각 송전선에 전력이 얼마나 흐르고 각 지점의 전압이 얼마인지를 계산한다. 시간에 따른 변화를 보지 않으므로 계획 단계에서 송전선 과부하나 전압 범위를 확인하는 데 쓴다. 실효값(RMS) 안정도 해석은 전압과 전류를 크기와 위상만 가진 페이저로 단순화해, 수 밀리초에서 수십 초 사이의 동작을 계산한다. 발전기 회전자의 움직임, 주파수 변화, 지역간 진동처럼 기존 세 가지 안정도를 다루는 데 쓰여 왔고, 대규모 전력망 전체를 계산할 수 있다. 전자기 과도(EMT) 해석은 전압과 전류의 순시 파형을 수 마이크로초 간격으로 계산한다. 스위칭, 필터 공진, 전류 제어의 동작처럼 페이저로 표현되지 않는 빠른 현상을 볼 수 있지만, 계산량이 많아 넓은 계통을 다루기 어렵다. 임피던스 기반 해석은 인버터와 계통을 각각 주파수에 따른 임피던스로 표현하고 둘을 맞대어 어느 주파수에서 불안정해지는지를 찾는다. 시간 영역 시뮬레이션 없이 위험한 주파수 대역을 빠르게 찾는 데 쓴다.

컨버터 주도 안정도는 이 도구들의 역할 분담을 바꾼다. 빠른 상호작용은 수백 Hz 이상에서 일어나므로 페이저로 단순화하는 실효값 해석에는 나타나지 않는다. 이 영역은 전자기 과도 해석이나 임피던스 기반 해석으로 확인해야 한다. 느린 상호작용은 PLL과 외부 제어를 충분히 상세하게 모델링하면 실효값 해석으로도 일부 다룰 수 있지만, 약한 계통에서는 단순화가 결과를 바꿀 수 있다. 어느 방법이든 공통 조건이 하나 있다. 인버터 제어기의 구조와 설정값이 모델에 정확히 들어가야 한다. 동기발전기는 회전체의 관성과 리액턴스 같은 물리 상수로 거동을 상당 부분 표현할 수 있었지만, 인버터의 거동은 제어 알고리즘을 알지 못하면 계산할 수 없다.

결론 — 진동의 원인과 대책이 모두 제어 알고리즘으로 옮겨 갔다

인버터가 늘어난 전력망의 진동 문제는 세 가지 근거로 정리된다. 첫째, 동기발전기의 주파수·동기화력·관성은 회전체의 물리 법칙에서 저절로 생기지만 인버터의 같은 성질은 제어기의 계산식과 설정값이 만든다. 둘째, 그 결과 2021년 IEEE 개정 분류가 컨버터 주도 안정도를 따로 세워야 할 만큼, 제어와 계통 조건의 조합에서 생기는 진동이 하미 사례처럼 실제 사고로 나타났다. 셋째, 2025년 이베리아 정전에서는 발전소 한 곳의 제어에서 시작된 진동이 운영 조치를 거쳐 전압 문제로 이어졌고, 권고안이 제시한 진동 억제 수단도 상당 부분 전력전자 설비의 제어 기능이었다. AI 학습 시설처럼 소프트웨어의 작업 순서가 전력 변동 주기를 정하는 부하도 같은 대역에서 나타나기 시작했다.

이 변화는 발전 설비를 얼마나 확보하느냐와 다른 질문을 제기한다. 발전기를 더 지으면 공급 능력은 늘지만, 늘어난 설비가 고장과 외란에 어떻게 반응할지는 그 설비의 제어 알고리즘과 설정값이 정한다. 전력망의 안정성을 판단하려면 설비의 용량과 함께 그 제어가 계통 조건과 만났을 때의 거동을 계산할 수 있어야 하고, 그 계산에는 제어기의 구조와 설정값에 대한 정보가 필요하다. 같은 변화가 고장을 찾아 떼어 내는 보호 장치와, 설비를 원격으로 관리하는 통신망과, 장거리 직류송전 설비에서도 나타난다. 고장 전류를 다루는 보호 장치의 문제는 인버터 전력망 2편 「인버터의 고장 전류와 보호계전기의 오판」이 이어서 다룬다.

인버터의 고장 전류와 보호계전기의 오판 — 역상분 전류와 계통 연계 기준 (인버터 전력망 2편)

2026년 10월 3일

송전선에 고장이 나면 전력망은 고장 난 구간을 0.1초 안팎의 짧은 시간 안에 떼어 내야 한다. 이 일을 맡는 장치가 보호계전기와 차단기다. 보호계전기는 전압과 전류를 측정해 고장인지, 고장이 어느 방향에 있는지를 판정하고, 차단기에 열라는 신호를 보낸다. 이 판정 원리는 수십 년 동안 동기발전기가 고장 때 내는 전류의 특징을 전제로 다듬어졌다. 태양광·풍력·배터리처럼 인버터로 연결되는 설비가 늘자, 고장 때 흐르는 전류의 성질이 그 전제와 달라지기 시작했다.

이 글은 그 차이를 다룬다. 논지는 하나다. 송전망 보호 원리는 동기발전기가 물리 법칙에 따라 내는 고장 전류, 특히 역상분 전류를 전제로 만들어졌으므로, 인버터가 그 전류를 내지 않으면 계전기가 오판할 수 있고, 그래서 계통 연계 기준은 인버터에 동기발전기와 비슷한 고장 전류를 제어로 만들어 내라고 요구하는 쪽으로 바뀌었다. 이 논지를 따라가려면 3상 교류, 고장의 종류, 대칭좌표법이라는 계산 방법을 먼저 알아야 한다. 차례로 설명한다.

보호계전기는 무엇을 판정하는가

전력망에서 말하는 고장은 대부분 단락이다. 단락은 원래 서로 떨어져 있어야 할 전선끼리, 또는 전선과 땅이 낮은 저항으로 이어지는 상태를 말한다. 낙뢰, 나뭇가지 접촉, 절연체 파손, 설비 노후가 흔한 원인이다. 단락이 생기면 전류가 부하를 거치지 않고 짧은 경로로 흐르므로 평소보다 훨씬 큰 전류가 흐르고, 고장 지점 근처의 전압은 크게 떨어진다. 이 상태가 오래가면 전선과 변압기가 열로 손상되고, 전압이 떨어진 넓은 지역에서 발전기와 부하가 차례로 떨어져 나간다.

그래서 보호 장치는 두 가지를 동시에 해야 한다. 고장 구간은 빠르게 떼어 내고, 고장과 상관없는 구간은 떼어 내지 않아야 한다. 뒤의 성질을 선택성이라고 한다. 선택성을 지키려면 계전기는 고장이 났다는 사실뿐 아니라 고장이 자기가 지키는 구간 안에 있는지 밖에 있는지를 가려야 한다.

보호는 겹으로 짜여 있다. 고장 구간을 직접 지키는 주 보호가 동작하지 않으면, 그보다 바깥에 있는 후비 보호가 조금 늦게 동작해 더 넓은 구간을 떼어 낸다. 주 보호가 판정에 실패하면 고장은 제거되더라도 정전 범위가 넓어지고, 고장이 오래 남은 만큼 주변 발전기와 인버터가 전압 저하를 견뎌야 하는 시간도 길어진다.

이를 위해 여러 판정 원리가 쓰인다. 과전류 계전기는 전류가 정해 둔 값을 넘으면 동작한다. 원리가 단순하지만, 고장 전류가 평소 부하 전류보다 충분히 커야 쓸 수 있다. 거리 계전기는 측정한 전압을 전류로 나눠 임피던스를 계산한다. 송전선의 임피던스는 길이에 비례하므로, 계산한 값이 작으면 고장이 가까이 있다고 판단한다. 방향 계전기는 전압과 전류 사이의 각도를 보고 고장이 계전기 앞쪽에 있는지 뒤쪽에 있는지를 가린다. 전류 차동 계전기는 보호 구간 양 끝의 전류를 통신으로 주고받아 비교한다. 들어온 전류와 나간 전류가 다르면 그 차이만큼이 구간 안에서 새고 있다는 뜻이므로 고장으로 판정한다. 차동 방식은 전원의 성질에 덜 의존하지만, 구간 양 끝을 잇는 통신 회선이 있어야 한다.

시간 기준으로 보면 이 판정이 얼마나 빨라야 하는지 알 수 있다. 60Hz 전력망에서 한 주기는 약 16.7밀리초다. 송전망의 주 보호는 고장을 감지한 뒤 한두 주기 안에 판정하고, 차단기는 다시 몇 주기 안에 전류를 끊는다. 계전기는 고장 직후 수십 밀리초 동안 들어온 전압·전류 파형만으로 판정해야 하므로, 그 짧은 구간에 전원이 어떤 전류를 내는지가 판정 결과를 정한다.

과전류·거리·방향 판정은 모두 고장 때 흐르는 전류의 크기와 각도가 일정한 패턴을 따른다는 전제를 갖고 있다. 그 패턴을 만든 것이 동기발전기였다.

3상 교류와 고장의 종류

송전망은 3상 교류로 운영된다. 3상 교류는 전선 세 가닥에 크기가 같고 위상이 120도씩 어긋난 교류를 하나씩 흘리는 방식이다. 위상은 교류 파형이 한 주기 안에서 어디쯤 와 있는지를 각도로 나타낸 값이며, 한 주기 전체가 360도다. 세 상을 보통 a, b, c로 부른다. a상이 최고점에 이른 뒤 120도 뒤에 b상이, 다시 120도 뒤에 c상이 최고점에 이른다. 세 상의 크기가 같고 간격이 정확히 120도이면 평형 상태라고 한다. 정상 운전 중인 송전망은 거의 평형 상태다.

고장은 평형을 깨는 방식에 따라 몇 가지로 나뉜다. 3상 단락은 세 상이 한 점에서 모두 이어지는 고장으로, 전류가 커져도 세 상은 여전히 평형을 이룬다. 선간 단락은 두 상끼리 이어지는 고장이다. 1선 지락은 한 상이 땅과 이어지는 고장이고, 2선 지락은 두 상이 함께 땅과 이어지는 고장이다. 3상 단락을 제외한 나머지는 세 상의 크기와 각도가 서로 달라지는 불평형 고장이다. 낙뢰나 나무 접촉처럼 한 가닥에서 시작되는 사고가 많으므로 송전망에서 발생하는 고장의 상당수는 불평형 고장이다.

불평형 고장에서는 세 상의 전류가 제각각이어서 그대로는 계산과 판정이 복잡하다. 이 문제를 푼 계산 방법이 대칭좌표법이다.

대칭좌표법 — 불평형을 세 개의 평형으로 나누기

1918년 미국 웨스팅하우스의 기술자 찰스 포테스큐(Charles L. Fortescue)는 미국전기학회(AIEE) 논문집 37권에 실린 논문에서, 임의의 불평형 3상 값은 세 가지 평형 성분의 합으로 정확히 나타낼 수 있다는 것을 보였다. 이 방법이 대칭좌표법이고, 세 성분을 정상분, 역상분, 영상분이라고 부른다.

정상분은 평상시와 같은 순서로 도는 평형 3상이다. a상, b상, c상이 120도 간격으로 a→b→c 순서를 따른다. 역상분은 크기가 같고 120도씩 떨어져 있지만 순서가 a→c→b로 거꾸로 도는 평형 3상이다. 영상분은 세 상이 크기와 위상이 모두 같은 성분이다. 세 상의 영상분 전류는 같은 방향으로 함께 흐르므로, 세 전선으로 나갔다가 땅이나 중성선을 거쳐 돌아올 경로가 있어야만 흐를 수 있다.

대칭좌표법의 개념도. 왼쪽 불평형 페이저는 오른쪽 세 성분의 벡터 합으로 계산해 그렸다. 각 성분의 크기는 설명을 위해 임의로 정했다.

이 분해가 유용한 이유는 각 성분이 각자의 회로를 따로 흐르는 것처럼 계산할 수 있다는 데 있다. 송전망을 정상분 회로, 역상분 회로, 영상분 회로로 나눠 그리고, 고장 종류에 따라 세 회로를 정해진 방식으로 연결하면 고장 전류를 손으로도 계산할 수 있다. 계전기도 이 원리를 쓴다. 디지털 계전기는 측정한 세 상의 전압·전류를 매 순간 세 성분으로 분해하고, 각 성분의 크기와 각도를 판정에 쓴다.

1선 지락을 예로 들면 계산 방법이 드러난다. a상이 땅과 이어지는 고장에서는 정상분·역상분·영상분 회로를 고장점에서 직렬로 이어 붙인다. 그러면 세 회로에 같은 전류가 흐르고, 고장 전류는 그 전류의 3배가 된다. 선간 단락에서는 정상분 회로와 역상분 회로를 병렬로 잇고, 땅으로 돌아오는 경로가 없으므로 영상분 회로는 빠진다. 3상 단락에서는 정상분 회로 하나만 남는다. 고장 종류마다 어떤 성분이 나타나는지가 정해져 있으므로, 거꾸로 측정한 성분을 보면 고장의 종류를 추정할 수 있다.

판정에 특히 유용한 것은 역상분과 영상분이다. 정상 운전 중에는 역상분과 영상분이 거의 0이다. 불평형 고장이 나면 이 성분이 갑자기 커진다. 그러므로 역상분이나 영상분이 나타났다는 것 자체가 불평형 고장의 신호가 된다. 부하 전류는 대부분 정상분이므로, 역상분을 기준으로 판정하면 부하가 많을 때도 고장을 가려낼 수 있다는 장점도 있다.

고장 종류별로 고장 전류에 나타나는 대칭 성분. 대칭좌표법의 표준 결과를 정리했다. 영상분은 변압기 결선과 접지 방식에 따라 흐를 수 있는 경로가 정해진다.

동기발전기는 고장 때 어떤 전류를 내는가

동기발전기는 내부에서 만들어지는 기전력 뒤에 리액턴스가 붙은 전압원으로 볼 수 있다. 리액턴스는 교류 전류를 제한하는 성질로, 발전기 코일의 구조와 크기가 정한다. 고장이 나서 바깥 회로의 임피던스가 갑자기 작아지면, 전류를 막는 것은 발전기의 리액턴스와 고장점까지의 송전선 임피던스뿐이다. 그래서 고장 직후 동기발전기는 정격 전류의 여러 배에 이르는 전류를 낸다. 이 전류의 크기는 회로의 물리량이 결정하며, 제어기가 개입하지 않는다.

역상분도 같은 방식으로 나타난다. 동기발전기는 역상분 전류에 대해서도 일정한 크기의 리액턴스를 가진다. 불평형 고장이 나면 고장점에서 역상분 전압이 생기고, 그 전압이 발전기와 송전선의 역상분 리액턴스를 통해 역상분 전류를 흘린다. 송전선과 발전기의 임피던스는 대부분 유도성이므로, 역상분 전류와 역상분 전압 사이의 각도도 예측 가능한 범위에 들어온다. 계전기 설계자들은 이 각도와 크기가 언제나 비슷한 패턴을 따른다는 사실을 바탕으로 판정 기준을 정해 왔다.

영상분은 조금 다르다. 영상분 전류는 땅으로 돌아오는 경로가 있어야 흐르므로 변압기의 권선 연결 방식과 접지 방식이 그 경로를 정한다. 송전망에서는 접지된 변압기 중성점이 영상분 전류의 주된 경로가 된다.

인버터는 고장 때 어떤 전류를 내는가

인버터 안의 반도체 스위치는 짧은 시간의 과전류에도 열로 손상된다. 그래서 인버터는 고장 중에도 출력 전류를 정격 전류 근처로 묶어 둔다. 2019년 CIGRE 미국위원회 학술회의에 발표된 논문은 인버터 기반 자원의 고장 전류를 정격의 1.1~1.5배로 정리했다. 같은 논문은 이 값이 과전류 계전기에 주는 문제를 계산 예로 보였다. 고장 전류가 정격의 1.1배일 때 이를 확실히 잡으려고 동작 기준을 그 75퍼센트로 낮추면 0.825배가 되는데, 이는 평소 부하 전류인 1.0배보다 낮아 정상 운전 중에도 계전기가 동작한다. 고장 전류와 부하 전류가 비슷한 크기여서 과전류만으로는 둘을 가릴 수 없다는 뜻이다.

여기서 '정격의 1.1배'라는 표현은 단위법이라는 관행을 따랐다. 전력 공학에서는 설비마다 크기가 달라 전류를 암페어로 비교하기 어렵기 때문에, 그 설비의 정격 전류를 1로 놓고 몇 배인지로 나타낸다. 정격의 1.1배는 1.1단위(1.1pu)로 적는다. 동기발전기의 고장 전류는 이 단위로 여러 배에 이르고, 인버터는 1을 조금 넘는 수준에 머문다.

전압과 주파수를 스스로 만드는 계통 형성형 인버터도 이 제한에서 자유롭지 않다. 계통 형성형은 전압원처럼 동작하므로 고장 순간에 전류가 커지는 방향으로 반응하지만, 반도체를 보호하려면 전류 한계에서 멈춰야 한다. 같은 CIGRE 미국위원회 논문은 동기발전기의 방정식을 제어기에 넣어 흉내 내는 방식의 인버터가 부하 전류의 3.5배까지 고장 전류를 낼 수 있다고 소개했는데, 이 값도 하드웨어를 그만큼 크게 설계했을 때의 이야기다. 2023년 IEEE 학술지에 발표된 「Controlling Grid-Forming Inverters to Meet the Negative-Sequence Current Requirements of the IEEE Standard 2800-2022」는 기존 계통 형성형 제어 방식이 역상분 고장 전류를 억제하거나 제어하지 않은 채 두고 있다고 지적하고, IEEE 2800-2022의 역상분 요구를 충족하도록 계통 형성형 인버터의 제어를 새로 설계했다.

역상분 문제는 이보다 더 직접적이다. 많은 인버터는 불평형 고장 중에도 세 상에 같은 크기의 평형 전류를 내도록 제어된다. 출력 전류에 정상분과 역상분이 함께 섞이면 인버터가 내보내는 전력이 계통 주파수의 2배로 진동하고, 이 진동이 인버터 안쪽의 직류 회로에 전압 맥동을 만든다. 이를 피하려고 역상분 전류를 억제하는 제어가 널리 쓰였다. 그 결과 인버터는 불평형 고장 중에 역상분 전류를 거의 내지 않거나, 내더라도 그 크기와 각도가 제어 방식에 따라 제각각이 된다.

영상분의 경로는 주로 연계 변압기가 정한다. 북미 전력신뢰도공사(NERC)가 2018년에 낸 인버터 기반 자원 성능 지침은 인버터 단자와 송전망 사이에 보통 델타-와이 결선 변압기가 하나 이상 있고, 영상분 전류는 접지 변압기가 충분히 공급하므로 인버터가 영상분을 낼 필요는 없다고 정리했다. 델타 결선은 세 권선을 삼각형으로 이은 방식으로, 영상분 전류가 그 안에서 맴돌 뿐 반대편으로 넘어가지 않는다.

정리하면 동기발전기의 고장 전류는 크기와 각도가 물리량으로 정해지고, 인버터의 고장 전류는 크기는 정격 근처로 제한되고 역상분의 유무와 각도는 제어기가 정한다. 같은 불평형 고장이라도 전원이 무엇이냐에 따라 계전기가 보는 신호가 달라진다.

고장 중 인버터의 동작은 설정값이 정한다 — 2017년 캘리포니아 사례

인버터의 고장 응답이 제어 설정에 달려 있다는 사실은 보호계전기 문제보다 먼저 대규모 출력 손실로 드러났다. 2017년 10월 미국 캘리포니아 남부에서 산불로 송전선 고장이 잇따랐을 때, 고장 자체는 정상적으로 제거됐는데도 약 900MW의 태양광 출력이 한꺼번에 사라졌다. NERC가 2018년 2월 낸 사고 보고서는 원인을 인버터의 설정에서 찾았다.

보고서의 결론은 이렇다. 상당수 인버터가 고장 순간 순시 주파수를 잘못 측정해 주파수 이상으로 판단하고 정지했다. 대다수 인버터는 전압이 0.9~1.1단위 범위를 벗어나면 전류 출력을 잠시 멈추는 '순간 정지' 모드로 설정돼 있었다. 한 제조사의 인버터는 직류 역전류 고장으로 판정해 주 차단기를 열었고, 이는 현장에서 손으로 재설정해야 하는 고장으로 분류돼 평균 81분 동안 다시 연결되지 못했다. 세 가지 모두 제어 소프트웨어와 보호 설정이 만든 응답이었다.

이 사례는 이후 NERC의 인버터 기반 자원 성능 지침과 IEEE 2800-2022의 고장 지속 운전 요구로 이어졌다. 고장 지속 운전은 전압이 잠시 떨어지거나 올라가도 계통에서 떨어지지 않고 정해진 전류를 계속 내는 능력을 말한다. 역상분 주입 요구는 이 고장 지속 운전 규정의 일부로 들어가 있다. 인버터가 고장 중에 계통에 남아 있어야 계전기가 볼 신호도 생기므로, 두 요구는 한 묶음이다.

계전기가 오판하는 조건

역상분을 쓰는 대표적인 판정 요소가 역상분 방향 요소와 역상분 과전류 요소다. 역상분 방향 요소는 역상분 전압과 역상분 전류 사이의 각도를 보고 고장이 앞쪽인지 뒤쪽인지를 가린다. 역상분 과전류 요소는 역상분 전류가 정해 둔 값을 넘으면 동작한다. 두 요소 모두 불평형 고장에서 충분한 크기의 역상분 전류가 예측 가능한 각도로 흐른다는 전제를 갖고 있다.

역상분 방향 판정의 전제가 전원의 종류에 따라 달라지는 과정. IEEE PES 전력계통 계전 위원회 보고서와 미국 태평양북서부 국립연구소(PNNL) 검토 보고서(2024)의 서술을 바탕으로 정리했다.

인버터 비중이 큰 지점에서는 이 전제가 깨질 수 있다. IEEE 전력에너지학회 산하 전력계통 계전 위원회(PSRC)는 「Impact of Inverter Based Resources on Utility Transmission System Protection」 보고서에서 인버터가 역상분 전류를 억제한 상태에서 역상분 방향 요소가 잘못 동작한 사례를 분석했다. 미국 에너지부 산하 태평양북서부 국립연구소(PNNL)가 2024년에 낸 검토 보고서(PNNL-36069)는 관련 연구를 모아, 인버터 기반 자원이 역상분 고장 전류를 내지 않으면 보호 시스템이 오동작할 수 있다고 정리했다. 이 보고서가 소개한 사례 가운데에는 역상분 전류의 크기가 모자라 방향을 판정하지 못하는 경우, 역상분 전류의 각도가 동기발전기 때와 달라 판정 영역 밖으로 벗어나는 경우, 반대로 이중여자 유도발전기를 쓰는 풍력발전기의 역상분 전류가 정해 둔 값을 넘어 고장과 무관한 계전기를 동작시키는 경우가 함께 들어 있다.

역상분 전류를 내도록 제어한 인버터에서도 시간 문제가 남는다. PNNL 검토 보고서가 정리한 연구 가운데에는 역상분 전류가 목표값까지 올라가는 데 걸리는 시간 때문에, 아주 빠르게 동작하는 순시 역상분 과전류 요소가 고장 초기에 충분한 전류를 보지 못한 경우도 있다. 동기발전기는 고장 순간부터 물리적으로 역상분 전류를 내지만, 인버터는 측정·계산·출력의 순서를 거쳐야 하므로 응답에 시간이 든다.

이 문제의 성격은 앞의 분석과 같다. 계전기가 보는 역상분 신호는 동기발전기에서는 회로의 물리량이 정했지만, 인버터에서는 제어기 설계가 정한다. 제조사마다, 같은 제조사라도 제품과 설정값마다 그 신호가 다를 수 있다. 계전기 설정을 맞추는 보호 엔지니어는 인버터 제어 방식에 대한 정보 없이는 고장 때 어떤 신호가 들어올지 예측하기 어렵다.

대안이 없는 것은 아니다. 전류 차동 계전기는 구간 양 끝의 전류를 비교하므로 전원의 성질에 덜 의존한다. 그러나 차동 방식은 구간마다 통신 회선을 깔아야 하고, 통신이 끊기면 다른 판정 방식으로 넘어가야 한다. 기존 송전망에 깔린 방대한 거리·방향 계전 체계를 한꺼번에 바꾸는 일도 쉽지 않다. 그래서 다른 접근이 함께 나왔다. 계전기를 바꾸는 대신 인버터가 동기발전기와 비슷한 역상분 전류를 내도록 요구하는 방식이다.

연계 기준은 무엇을 요구하게 되었나

계통 연계 기준은 발전 설비를 전력망에 연결하려면 갖춰야 할 성능을 정한 기술 규정이다. 송전망 운영자나 표준 기구가 정하고, 설비는 이 기준을 충족해야 연결 허가를 받는다.

독일은 일찍 이 방향으로 기준을 바꿨다. 2018년 11월판 고압 연계 기준 VDE-AR-N 4120과 초고압 연계 기준 VDE-AR-N 4130은 불평형 고장 때 인버터가 역상분 무효전류를 내도록 요구한다. 그 크기는 연결 지점의 역상분 전압 변화에 비례하며, 비례 계수를 k계수라고 부른다. 역상분 전류를 일정한 계수로 내면 인버터는 역상분 회로에서 일정한 임피던스처럼 보이게 되고, 계전기 쪽에서 보면 동기발전기의 역상분 리액턴스를 흉내 내는 효과가 생긴다. PNNL 검토 보고서에 소개된 한 연구는 풀컨버터형 풍력발전기에 이 기준에 맞춘 역상분 제어를 넣자, 역상분 과전류 요소의 오동작이 해소됐다고 보고했다.

북미에서는 2022년 승인된 IEEE 2800-2022 표준이 같은 요구를 담았다. 이 표준은 송전망에 연결되는 인버터 기반 자원의 연계 성능을 정한 것으로, 불평형 고장 때 정상분 무효전류와 함께 역상분 전류를 내도록 요구한다. 역상분 전류는 역상분 전압보다 위상이 90~100도 앞서야 하고, 이중여자 유도발전기를 쓰는 풍력발전기는 90~150도로 범위가 넓다. 앞선 각도를 지정한 이유는 동기발전기의 역상분 전류가 유도성 리액턴스를 통해 흐를 때 보이는 각도 관계를 재현하기 위해서다. 이 각도 관계에서 인버터는 역상분 회로에서 무효전력을 흡수하는 유도성 리액턴스처럼 보이고, 그만큼 고장 중 역상분 전압, 즉 전압 불평형을 줄이는 효과도 생긴다. 전류 한계에 닿으면 정상분과 역상분 무효전류를 가능하면 같은 비율로 줄이되, 정상분이 역상분보다 작아지지 않게 하라는 우선순위도 정했다. 다만 이 표준은 k계수의 값을 하나로 정하지 않고 능력을 요구한 뒤 구체적인 설정은 사업별 검토와 합의에 맡겼다.

이 요구에도 대가가 있다. 인버터가 낼 수 있는 전체 전류는 정해져 있으므로, 역상분 전류를 더 내면 정상분 유효전류가 줄어든다. 2026년 텍사스 전력신뢰도위원회(ERCOT)의 인버터 기반 자원 작업반 회의에서 미국 전력연구소(EPRI)는 k계수 설정을 높일수록 역상분 무효전류는 커지고 정상분 유효전류는 그만큼 줄어든다는 시험 결과를 소개했다. 같은 회의에서는 역상분 주입이 변환 장치의 전류 한계와 제어 우선순위에 따라 모양이 정해지는 제어된 응답이므로, 보호 검토에 쓸 수 있도록 측정 가능한 성능 정의가 더 필요하다는 의견이 모였다.

여기서 보호 문제의 성격이 다시 드러난다. 동기발전기 시절에는 역상분 전류를 '요구'할 필요가 없었다. 발전기가 물리 법칙에 따라 저절로 냈기 때문이다. 인버터 시대에는 그 전류를 기준 문서로 정의하고, 제어 알고리즘으로 만들어 내고, 각도와 크기가 기준 범위에 드는지 시험으로 확인해야 한다. 제조사가 소프트웨어를 갱신해 제어 방식을 바꾸면 고장 때의 역상분 응답도 달라질 수 있으므로, 연결할 때 한 번 확인한 것으로 끝나지 않는다.

결론 — 보호 원리가 전제한 물리량을 이제 제어가 만들어야 한다

송전망 보호 원리와 인버터의 관계는 세 가지 근거로 정리된다. 첫째, 과전류·거리·방향 계전기는 고장 전류의 크기와 역상분의 크기·각도가 일정한 패턴을 따른다는 전제를 갖고 있고, 그 패턴은 동기발전기의 리액턴스라는 물리량이 만들었다. 둘째, 인버터는 반도체를 보호하려고 고장 전류를 정격의 1.1~1.5배로 제한하고, 전력 맥동을 피하려고 역상분 전류를 억제하는 경우가 많아 그 전제를 따르지 않는다. IEEE 계전 위원회와 PNNL이 정리한 연구들은 이 때문에 역상분 기반 판정 요소가 판정을 못 하거나 잘못 판정하는 조건을 보고했다. 셋째, 독일의 VDE-AR-N 4120과 4130, 북미의 IEEE 2800-2022는 계전기를 바꾸는 대신 인버터에 역상분 전류를 정해진 비율과 각도로 내라고 요구하는 쪽을 택했다.

이 선택은 보호의 신뢰성이 놓이는 자리를 옮긴다. 과거에는 발전기의 설계 상수가 고장 때의 신호를 보장했고, 보호 엔지니어는 그 상수를 바탕으로 설정값을 계산했다. 이제는 인버터 제어기의 알고리즘과 설정값이 그 신호를 만들고, 기준 문서와 시험과 소프트웨어 관리가 그 신호를 보장해야 한다. 고장 때 인버터가 어떤 전류를 낼지를 정하는 소프트웨어는 원격 갱신과 통신망을 통해 바뀔 수 있다는 점에서 보안의 문제와도 이어진다. 그 문제는 인버터 전력망 3편 「통신망에 연결된 인버터와 해외 의존 HVDC 제어기」이 다룬다.

통신망에 연결된 인버터와 해외 의존 HVDC 제어기 — 전력망 제어 소프트웨어의 보안과 기술 자립 (인버터 전력망 3편)

2026년 10월 3일

인버터로 연결되는 발전 설비와 초고압 직류송전(HVDC) 설비는 공통점이 있다. 전력을 어떻게 내보낼지, 고장과 진동에 어떻게 반응할지를 설비 안의 제어 소프트웨어가 정한다. 동기발전기 중심의 전력망에서는 이런 반응의 상당 부분을 회전체의 물리 법칙이 정했고, 제어 장치는 발전소 안에 닫힌 채로 운영됐다. 지금은 사정이 다르다. 전국에 흩어진 수많은 인버터가 원격 감시와 출력 제어를 위해 통신망에 연결되고, 제조사가 원격으로 소프트웨어를 갱신한다. 장거리 송전을 맡을 HVDC 설비의 제어기는 세계적으로 소수 기업이 공급한다.

이 글의 논지는 하나다. 전력망의 동작을 제어 소프트웨어가 정하게 되면서, 그 소프트웨어에 닿는 통신 경로를 지키는 일과 그 소프트웨어를 해석하고 고칠 수 있는 역량이 전력망 안정성의 조건이 됐다. 앞부분은 인버터의 통신 구조와 사이버 공격 사례, 공급망 문제를 다루고, 뒷부분은 HVDC의 원리와 한국의 국산화 사업을 다룬다.

발전 제어망을 떼어 놓는 원칙

발전소와 변전소에는 두 종류의 전산망이 있다. 하나는 문서, 메일, 회계처럼 일반 업무를 처리하는 정보기술(IT)망이다. 다른 하나는 발전기, 차단기, 밸브 같은 물리 설비를 직접 움직이는 운영기술(OT)망이다. OT망의 장치로는 현장 신호를 모아 원격지로 보내는 원격 단말 장치(RTU), 설비를 정해진 순서로 움직이는 프로그래머블 논리 제어기(PLC), 운전원이 화면으로 설비를 보고 조작하는 인간-기계 인터페이스(HMI)가 있다.

OT망이 공격을 받으면 정보 유출에 그치지 않고 설비가 멈추거나 잘못 움직인다. 그래서 오랫동안 기본 대책은 OT망을 인터넷과 물리적으로 떼어 놓는 망분리였다. 외부에서 들어올 통로가 없으면 공격자가 설비에 닿기 어렵다는 논리다. 망분리는 대형 발전소처럼 한 곳에 설비가 모여 있고, 운영 주체가 하나이며, 외부와 주고받을 데이터가 적을 때 효과가 크다.

전력망을 겨냥한 사이버 공격이 실제 정전으로 이어진 첫 사례로 널리 알려진 것은 2015년 12월 23일 우크라이나 사건이다. 공격자는 배전 회사 세 곳의 업무망에 악성 메일로 침투한 뒤, 훔친 계정으로 VPN을 거쳐 원격 감시 제어 시스템에 접속했다. 그리고 운전원 화면을 조작해 변전소 차단기를 원격으로 열었고, 약 22만 5천 가구의 전기가 수 시간 동안 끊겼다. 공격자는 복구를 늦추려고 현장 통신 장치의 펌웨어를 덮어써 쓸 수 없게 만들고 운영 컴퓨터의 데이터를 지웠다. 이 사건은 원격 접속 경로가 공격 경로가 되고, 통신 장치를 망가뜨리면 원격 제어와 복구가 함께 어려워진다는 점을 보여 줬다.

망분리에도 한계는 있었다. 분리된 망도 점검용 노트북, 이동식 저장 장치, 유지보수 업체의 접속처럼 사람이 들고 들어오는 경로로 뚫릴 수 있다. 그런데 재생에너지 설비는 이보다 앞선 단계에서 망분리의 전제와 맞지 않는다. 구조상 외부와 연결돼 있어야 운영되기 때문이다.

분산형 인버터는 왜 외부 통신망에 연결되는가

태양광과 풍력 발전단지는 수백 kW에서 수백 MW까지 크기가 다양하고 전국에 흩어져 있다. 운영사가 모든 발전단지에 사람을 상주시킬 수 없으므로 원격 감시가 기본이다. 발전량, 인버터 상태, 고장 기록을 실시간으로 받아 보고, 문제가 생기면 원격으로 설정을 바꾸거나 재기동한다.

전력망 운영자와의 통신도 필요하다. 재생에너지 비중이 커지면 송전망 용량이 모자라거나 공급이 수요보다 많은 시간대가 생기고, 운영자는 발전단지에 출력을 줄이라는 지령을 보낸다. 전압 조정을 위해 무효전력 목표값을 내려보내기도 한다. 이 지령은 통신망을 거쳐 발전단지의 제어기와 인버터에 전달된다.

세 번째 연결은 제조사와의 연결이다. 인버터 제조사는 자사 제품의 상태를 원격 서버로 모아 고장을 진단하고, 소프트웨어 결함을 고치거나 새 계통 연계 기준에 맞추기 위해 원격으로 펌웨어를 갱신한다. 펌웨어는 장치 안에 저장돼 하드웨어를 직접 제어하는 소프트웨어다. 소규모 주택용 설비에서는 인버터가 제조사의 클라우드 서버에 바로 연결되기도 한다.

발전단지 내부 장치와 외부를 잇는 일반적인 통신 경로. 발전단지 규모와 운영 방식에 따라 경로의 수와 구성은 다르다.

이 구조에서 보안상 문제가 되는 지점은 두 가지다. 하나는 외부로 열린 통로가 많다는 점이다. 운영사의 원격 접속, 전력망 운영자의 지령 회선, 제조사의 관리 서버가 모두 발전단지 안으로 들어오는 경로가 된다. 다른 하나는 같은 제품이 같은 방식으로 대량 관리된다는 점이다. 한 제조사의 인버터 수만 대가 같은 펌웨어와 같은 관리 서버를 쓰면, 그 서버나 갱신 경로가 뚫렸을 때 한 번의 침입이 여러 발전단지의 설비에 동시에 미칠 수 있다. 대형 발전소 한 곳을 공격하는 것과 달리, 여러 지역의 출력을 같은 순간에 바꿀 수 있다는 점이 다르다.

제조사의 집중도도 이 위험과 관련이 있다. 에너지 분석 회사 우드 매켄지(Wood Mackenzie)는 2023년 세계 인버터 시장에서 중국 기업 화웨이와 선그로우 두 회사의 점유율이 절반을 넘었다고 집계했다. 2026년 유럽연합(EU)의 한 관계자는 중국이 세계 인버터 공급의 80퍼센트를 차지한다고 말했다.

2025년 12월 폴란드 재생에너지 발전단지 공격

통신망에 연결된 재생에너지 발전단지가 실제 공격 대상이 된 사례가 2025년 말 폴란드에서 나왔다. 폴란드 국가 컴퓨터 비상대응팀(CERT Polska)이 2026년 1월 공개한 보고서에 따르면, 2025년 12월 29일 오전과 오후에 걸쳐 30곳이 넘는 풍력·태양광 발전단지, 약 50만 가구에 열을 공급하는 대형 열병합발전소, 제조업체 한 곳이 조직적인 공격을 받았다. 보고서는 모든 공격의 목적을 설비와 데이터의 파괴로 판단했다.

재생에너지 발전단지에서 공격자가 들어온 경로는 발전단지 경계에 놓인 보안 장비였다. 공격받은 모든 발전단지에는 포티넷(Fortinet)의 포티게이트(FortiGate) 장비가 방화벽과 가상사설망(VPN) 접속 장치 역할을 함께 하고 있었다. VPN은 원격지에서 내부망에 암호화된 통로로 접속하게 해 주는 장치다. 이 장비들은 인터넷에 노출돼 있었고, 보안업계의 분석에 따르면 상당수가 다중 인증 없이 운영됐으며(다중 인증은 비밀번호 외에 휴대전화 확인 같은 두 번째 수단을 함께 요구하는 방식이다) 현장 장치에는 기본 비밀번호가 남아 있었다. 공격자는 이 경로로 관리자 권한을 얻은 뒤 내부를 정찰했고, 12월 29일 자동화된 순서에 따라 발전단지 내부의 산업용 장치를 망가뜨렸다. 마지막으로 경계 장비를 공장 초기 상태로 되돌렸다.

CERT Polska 보고서(2026년 1월)와 2026년 8월 공개된 보충 보고서를 바탕으로 재생에너지 발전단지 공격의 단계를 정리했다. 발전단지마다 세부 경로는 다를 수 있다.

결과는 공격자의 의도와 달랐다. 재생에너지 발전단지와 배전사업자 사이의 통신과 원격 제어는 끊겼지만, 전력 생산은 영향을 받지 않았다. 열병합발전소에서는 내부 서버의 데이터를 지우는 악성 프로그램(와이퍼)이 배포됐으나 단말 보안 프로그램(EDR)이 이를 막았고, 난방 공급도 끊기지 않았다. 2026년 8월 공개된 보충 보고서는 같은 날 약 5만 명에게 열을 공급하는 소형 열병합발전소에서도 공격이 있었고, 이동통신사의 사설망을 거친 새로운 침입 경로가 쓰였다고 밝혔다.

단말 보안 프로그램은 개별 컴퓨터에서 파일을 한꺼번에 지우거나 덮어쓰는 것 같은 의심스러운 동작을 감지해 멈추는 소프트웨어다. 열병합발전소의 업무용 서버에는 이런 프로그램이 있었지만, 재생에너지 발전단지의 운전 화면용 컴퓨터와 제어 장치에는 감시 수단이 거의 없었다는 분석이 보안업계에서 나왔다. 같은 분석은 대형 발전소보다 보안 장치가 적은 소규모 발전단지를 공격자가 노렸다고 보았다.

이 사례에서 확인되는 것은 두 가지다. 첫째, 재생에너지 발전단지의 외부 연결 지점이 실제 공격 경로로 쓰였다. 공격자는 발전단지마다 따로 침투 방법을 개발하지 않고, 같은 종류의 경계 장비가 같은 방식으로 설정돼 있다는 점을 이용해 30곳이 넘는 발전단지를 같은 날 공격했다. 둘째, 이번에는 발전이 멈추지 않았다. 공격이 통신·감시 장치를 망가뜨리는 데 그쳤고 인버터의 출력 제어까지는 이르지 않았기 때문이다. 공격자가 출력 지령이나 인버터 설정에 닿았다면 결과는 달랐을 수 있다. 이 공격이 들어온 경로는 운영사의 보안 장비였고, 인버터 제조사의 관리 경로와는 구별해야 한다. 외부로 열린 통로 가운데 어느 하나라도 관리가 허술하면 같은 결과가 나온다.

공급망 문제 — 문서에 없는 통신 장치와 EU의 자금 지원 제한

통로가 장치 안에 숨어 있을 가능성도 제기됐다. 로이터 통신은 2025년 5월 14일, 미국 전문가들이 전력망에 연결된 중국산 태양광 인버터 일부를 분해해 점검하다가 제품 문서에 없는 통신 장치를 발견했다고 보도했다. 보도에 따르면 지난 9개월 동안 이동통신 무선 모듈 같은 장치가 여러 중국 공급사의 인버터와 배터리에서 나왔다. 전력 회사들은 인버터가 중국과 직접 통신하지 못하도록 방화벽을 두는데, 문서에 없는 무선 모듈은 그 방화벽을 우회하는 통로가 될 수 있다는 것이 보도의 요지였다.

이 보도는 해석할 때 조건을 함께 봐야 한다. 정보원은 익명의 두 사람이었고, 장치가 발견된 제조사와 수량은 공개되지 않았다. 미국 정부는 이 발견을 공식 확인하지 않았고, 신흥 기술의 위험을 계속 평가하며 신뢰할 수 있는 장비를 전력망에 들이는 작업을 하고 있다고만 밝혔다. 문서에 없는 모듈이 어떤 기능을 했는지도 보도에 나오지 않았다. 보도는 위험의 가능성을 알렸지만, 의도적인 장치였는지는 확인해 주지 않는다.

EU는 정책으로 대응했다. 유럽연합 집행위원회는 2026년 4월 23일, 유럽투자은행(EIB)과 유럽투자기금(EIF) 같은 EU 자금이 중국·러시아·이란·북한 등 고위험국의 인버터를 쓰는 에너지 사업에 들어가지 못하도록 제한했다. 대상에는 그 나라의 기업이나 개인이 소유하거나 지배하는 회사의 제품도 포함되고, 태양광뿐 아니라 풍력과 에너지 저장장치의 전력 변환 장치까지 들어간다. EU 전력망에 연결되는 북아프리카와 서발칸 지역의 사업도 적용 대상이다. 집행위원회는 이유로 사이버보안 위험을 들었다. 금융기관은 5월 15일까지 진행 중인 해당 사업을 집행위원회에 알려야 했다.

이 조치는 공적 자금 지원의 제한이며 수입 금지와 다르다. 민간 자금으로 짓는 사업은 여전히 중국산 인버터를 쓸 수 있다. 반응은 이해관계에 따라 달랐다. 유럽 태양광 제조업 협의회(ESMC)는 결정을 환영하며 유럽과 서방 제조사가 수요를 충족할 생산 능력을 갖고 있다고 밝혔다. 이 단체는 중국 제품과 경쟁하는 유럽 제조사들의 단체이므로, 그 평가에는 사업상 이해가 함께 들어 있다. 중국 상무부는 필요한 조치를 취하겠다고 대응했다. 보안 조치가 무역 분쟁과 겹치는 지점이다.

앞의 두 사례를 함께 놓으면 위험의 종류가 둘로 나뉜다. 폴란드 사례는 운영사의 접속 관리가 허술할 때 생기는 위험이고, 로이터 보도와 EU 조치는 제조사와 공급망 자체를 신뢰할 수 있느냐는 위험이다. 앞의 위험은 다중 인증, 장비 설정 관리, 감시 체계로 줄일 수 있다. 뒤의 위험은 장치 안의 하드웨어와 소프트웨어를 검증할 수 있어야 줄어든다. 펌웨어가 무엇을 하는지 분석하고, 갱신 내용을 확인하고, 문서에 없는 기능을 찾아낼 역량이 있어야 공급사를 믿을지 판단할 수 있다.

원격 갱신 자체를 지키는 수단으로는 전자 서명이 쓰인다. 제조사가 펌웨어에 전자 서명을 붙이고 인버터는 서명이 맞는 펌웨어만 설치하면, 중간에서 누군가 바꿔치기한 펌웨어는 걸러진다. 그러나 서명은 그 펌웨어가 제조사에서 나왔다는 사실을 보증할 뿐, 펌웨어가 무엇을 하는지는 보증하지 않는다. 제조사의 서버나 서명 키가 탈취되거나 제조사 자체를 믿을 수 없는 경우에는 서명이 오히려 악성 갱신에 정당성을 준다. 그래서 공급망 위험을 다루는 정책은 기술적 검증과 함께 공급사의 소유 구조와 국적을 따지는 방향으로 간다. EU의 결정이 제품의 생산지 대신 기업의 소유·지배 관계를 기준으로 삼은 것도 이 때문이다.

HVDC는 무엇이고 왜 필요한가

같은 문제가 송전 설비에서도 나타난다. 대표 사례가 HVDC다. 전력망은 대부분 교류로 전력을 보내지만, 아주 먼 거리나 바다 밑으로 큰 전력을 보낼 때는 직류가 유리하다.

교류 송전에는 몇 가지 제약이 있다. 교류 전선은 전선과 땅 사이, 전선과 전선 사이에 커패시터처럼 전하를 쌓았다 내놓기를 되풀이하는데, 이때 흐르는 충전 전류가 전선 용량의 일부를 차지한다. 해저 케이블은 전선과 바닷물 사이의 거리가 가까워 이 충전 전류가 특히 크므로, 교류로는 수십 km 이상 길게 쓰기 어렵다. 직류는 방향이 바뀌지 않으므로 충전 전류가 계속 흐르지 않는다. 전선 수에서도 차이가 난다. 3상 교류는 전선 세 가닥이 필요하지만 직류는 두 가닥으로 같은 전력을 보낼 수 있어, 먼 거리에서는 선로 비용과 손실이 줄어든다. 또 직류는 주파수가 없으므로 주파수나 위상이 다른 두 교류 계통을 이을 수 있고, 보내는 전력의 양을 제어기가 정할 수 있다.

대신 직류 송전에는 양 끝에 교류를 직류로, 직류를 다시 교류로 바꾸는 변환소가 있어야 한다. 변환소의 주요 장치는 두 가지다. 하나는 교류 계통의 전압을 변환에 맞는 크기로 바꾸고 두 쪽을 전기적으로 분리하는 변환용 변압기다. 다른 하나는 반도체 스위치 수백에서 수천 개를 묶어 교류와 직류를 바꾸는 변환 밸브다. 여기에 밸브를 언제 켜고 끌지를 계산하고, 보낼 전력과 전압을 조절하고, 고장 때 설비를 지키는 제어·보호 장치가 붙는다.

양 끝 변환소와 직류 선로로 이루어진 HVDC 한 구간의 기본 구성. 실제 설비에는 필터, 리액터, 직류 차단 장치 등이 더 붙는다.

변환 방식은 쓰는 반도체에 따라 두 가지로 나뉜다. 전류형(LCC, Line-Commutated Converter)은 사이리스터를 쓴다. 사이리스터는 켜는 시점은 제어할 수 있지만 끄는 시점은 교류 전류가 0을 지날 때 저절로 정해진다. 그래서 전류형은 연결된 교류 계통의 전압에 기대어 동작하며, 무효전력을 따로 공급하는 설비가 필요하고, 약한 계통에 연결하기 어렵다. 대용량을 먼 거리로 보내는 육상 송전에 오래 쓰였다. 교류 쪽 전압이 고장으로 갑자기 떨어지면 사이리스터가 제때 꺼지지 못해 송전이 잠시 끊기는 전류 전환 실패가 생길 수 있다는 점도 전류형의 약점이다.

전압형(VSC, Voltage Source Converter)은 IGBT처럼 켜고 끄는 시점을 모두 제어할 수 있는 소자를 쓴다. 인버터와 같은 원리로 교류 전압 파형을 스스로 합성하므로, 유효전력과 무효전력을 따로 제어할 수 있고, 정전된 계통을 다시 살리는 데 쓰거나 해상풍력 발전단지처럼 약한 계통에 연결할 수 있다. 그만큼 동작의 대부분을 제어 소프트웨어가 정한다. 최근의 대용량 전압형 설비는 작은 변환 단위 수백 개를 직렬로 쌓은 모듈형 다단 변환기(MMC) 구조를 주로 쓴다. 각 단위의 스위칭을 따로 조절해 계단 모양으로 사인파에 가까운 전압을 만들므로, 수천 개 소자의 동작 순서를 실시간으로 계산하는 제어기가 설비의 성능을 정한다. 전압형 HVDC는 계통 입장에서 보면 대용량 인버터 두 대를 직류 선로로 이은 설비다. 앞의 두 글에서 다룬 진동과 고장 전류의 문제가 모두 여기에도 해당한다.

전류형과 전압형 HVDC의 일반적인 특성 비교. 실제 설비는 용량, 계통 조건, 제조사 설계에 따라 다르다.

HVDC 기자재의 공급 집중과 한국의 국산화 사업

대용량 HVDC 설비의 세계 공급은 소수 기업에 모여 있다. 한국전력은 2026년 9월 10일 발표에서 히타치, 지멘스, GE 등 소수 글로벌 기업이 HVDC 주요 기자재 공급을 독점하고 있어 전력망을 제때 짓고 산업 경쟁력을 높이려면 독자 기술 확보와 공급망 다변화가 필요하다고 밝혔다.

한국은 HVDC 송전망을 크게 늘리려 한다. 정부와 한전은 서해안과 호남에서 생산될 해상풍력·태양광 전력을 수도권으로 보내기 위해 2GW급 HVDC 선로 4개를 2038년까지 단계적으로 짓는 서해안 HVDC 계획을 추진하고 있다. 1단계는 전북 새만금에서 경기 화성까지 약 220km를 해저 케이블로 잇는 새만금~서화성 구간이며, 용량은 2GW다. 이 구간의 준공 목표는 당초 2031년 12월이었다가 2030년으로 1년 앞당겨졌다. 2026년 3월 한전은 해저 케이블 경로의 설계 절차에 들어갔다고 밝혔다.

이 사업에 국산 기자재를 쓰려는 계획도 함께 진행 중이다. 한전은 2026년 7월 밸브·제어기 국산화에 참여할 기업을 공모했고, 8월 31일 전력과 국산화 분야 전문가로 구성된 평가단의 평가를 거쳐 효성중공업을 사업자로 선정했다고 9월 10일 발표했다. 효성중공업은 MW급 전압형 HVDC 기술을 바탕으로 2025년부터 GW급으로 기술을 높여 왔고, 경기 양주변전소에 200MW 전압형 HVDC 설비를 설치한 실적이 있다. 변환용 변압기는 2025년 9월부터 효성중공업, LS일렉트릭, HD현대일렉트릭, 일진전기 4개사가 국책 연구과제로 개발하고 있다. 한전은 이렇게 개발한 기자재를 새만금~서화성 HVDC에 적용해 실제 전력망에서 성능과 신뢰성을 검증하고, 그 실적을 해외 수출로 잇는 '개발-실증-사업화-수출'의 전 과정 모델로 추진하겠다고 밝혔다. 정부는 2030년까지 대용량 전압형 HVDC 기술 개발과 실증을 마치고 2030년대에 수출 산업으로 키운다는 목표를 제시했다.

제어 소프트웨어와 지식재산권이 남기는 과제

국산화의 의미는 기자재를 국내에서 만드는 데서 그치지 않는다. 전압형 HVDC의 동작은 제어기 안의 알고리즘과 설정값이 정하기 때문이다. 이 알고리즘은 HVDC가 송전망의 진동을 줄일지 키울지, 교류 쪽 고장 때 어떤 전류를 낼지, 주변 인버터나 다른 HVDC와 어떻게 상호작용할지를 정한다.

2025년 이베리아 정전의 최종보고서는 진동 대책으로 기존 발전기의 전력계통 안정화 장치와 함께 HVDC와 인버터 기반 발전 설비의 전력 진동 억제 기능을 강화하라고 권고했다. 이런 권고를 따르려면 운영자가 HVDC 제어기의 설정을 바꾸고, 바꾼 결과가 계통 전체에서 어떻게 나타날지를 미리 계산해야 한다. 그 계산에는 제어기의 구조와 설정값을 담은 상세 모델이 필요하다. 제어 소프트웨어의 소스 코드와 상세 모델을 공급사만 갖고 있다면, 설정 변경과 원인 분석은 그때마다 공급사의 일정과 조건에 맞춰야 한다.

설비가 여럿일 때는 문제가 더 커진다. 서해안 HVDC처럼 같은 지역에 HVDC 여러 회선과 대규모 해상풍력 발전단지의 인버터가 함께 연결되면, 각 설비의 제어가 같은 교류 계통 전압을 사이에 두고 서로 영향을 준다. 이런 상호작용을 미리 계산하려면 모든 설비의 상세 제어 모델을 한 시뮬레이션에 넣어야 한다. 제조사마다 모델을 공개하는 범위가 다르면, 운영자는 설비 하나하나는 기준을 충족하는데 함께 연결했을 때 문제가 생기는지를 확인하기 어렵다.

운영 기간도 고려해야 한다. 송전 설비는 수십 년을 쓴다. 그 기간 동안 계통 연계 기준이 바뀌고, 주변에 새 인버터와 HVDC가 들어서고, 보안 위협도 바뀐다. 제어 소프트웨어는 그때마다 고쳐야 할 대상이 된다. 앞에서 본 인버터의 원격 갱신 문제와 같은 질문이 여기에도 해당한다. 누가 그 소프트웨어를 고칠 수 있고, 갱신 내용을 누가 검증하며, 갱신 경로는 어떻게 보호하는가.

그러므로 HVDC 국산화가 전력망 운영에 주는 효과는 국산화의 범위에 달려 있다. 밸브와 변압기를 국내에서 만드는 것은 공급 일정과 비용의 위험을 줄인다. 제어 알고리즘을 설계하고, 상세 모델을 만들어 계통 해석에 쓰고, 소스 코드 수준에서 고칠 수 있는 역량까지 확보해야 진동과 보호 문제를 국내에서 분석하고 해결할 수 있다. 한전이 국산화 대상으로 밸브와 함께 제어기를 묶어 발표한 것은 이 점에서 의미가 있다. 실증 구간에서 확인해야 할 것도 기자재의 정격 성능만이 아니라, 제어기가 실제 계통 조건과 만났을 때의 거동이다.

결론 — 제어 소프트웨어에 닿는 경로와 그것을 다루는 역량이 안정성의 조건이 됐다

인버터와 HVDC의 통신·공급 문제는 세 가지 근거로 정리된다. 첫째, 분산된 인버터는 원격 감시, 출력 제어 지령, 제조사의 원격 갱신을 위해 구조적으로 외부 통신망에 연결되며, 같은 제품이 같은 방식으로 대량 관리된다. 2025년 12월 폴란드에서는 이 외부 연결 지점의 허술한 보안 장비를 통해 30곳이 넘는 재생에너지 발전단지가 같은 날 공격을 받았다. 둘째, 장치 안에 문서에 없는 통신 경로가 있을 수 있다는 보도와 EU의 자금 지원 제한은 운영 관리와 별개로 공급사 자체를 신뢰할 수 있느냐는 문제를 제기했다. 셋째, 전압형 HVDC는 대용량 인버터와 같은 원리로 동작하며, 그 제어기를 소수 해외 기업이 공급한다. 한국은 2030년 준공을 목표로 하는 새만금~서화성 구간에서 국산 밸브·제어기와 변환용 변압기를 실증하려 한다.

세 가지 문제는 같은 변화에서 나온다. 전력망의 동작을 정하는 것이 회전체의 물리 법칙에서 설비 안의 제어 소프트웨어로 옮겨 가면서, 전력망의 안정성은 발전 설비와 송전선의 용량뿐 아니라 그 소프트웨어에 누가 접근할 수 있는지, 누가 그 내용을 해석하고 고칠 수 있는지에 따라서도 달라지게 됐다. 진동을 다룬 인버터 전력망 1편 「인버터가 늘어난 전력망의 새로운 진동」과 고장 전류를 다룬 인버터 전력망 2편 「인버터의 고장 전류와 보호계전기의 오판」에서 본 문제도 제어 알고리즘과 설정값의 문제였다. 통신 경로를 지키는 일과 제어 소프트웨어를 다루는 역량은 이 세 문제가 공통으로 요구하는 조건이다.