이베리아 대정전을 다시 읽기 · 1편

1편. 이베리아 대정전의 하루 — 두 번의 진동에서 27초 붕괴와 복구까지

이날 계통은 한순간에 무너지지 않았다. 30분 가까운 진동 대응이 전압 여유를 써 버린 뒤, 그라나다 변압기 차단에서 시작한 과전압 연쇄 탈락이 27초 만에 두 나라를 꺼뜨렸다. 복구에는 포르투갈 12시간, 스페인 16시간이 걸렸다.

2026년 11월 8일

2025년 4월 28일 월요일 12시 33분(중부유럽 서머타임), 스페인 본토와 포르투갈 본토의 전력망이 동시에 꺼졌다. 유럽 송전계통운영자 협의체(ENTSO-E, 이하 엔트소이)는 이 사고를 유럽 전력망에서 20년 넘게 없던 가장 심각한 정전이자 같은 종류로는 처음 일어난 사고로 분류했다. 송전계통운영자는 고압 송전망을 실시간으로 운전하는 회사이고, 스페인에서는 레드 엘렉트리카(Red Eléctrica, 이하 REE), 포르투갈에서는 REN이 그 일을 맡는다.

대정전의 상당수는 큰 발전소가 떨어지거나 송전선이 고장 나 전기가 모자라면서 시작된다. 이날은 반대였다. 전압이 너무 높아져 발전소가 차례로 스스로를 떼어 냈고, 그 결과 주파수가 무너졌다. 엔트소이 전문가 패널은 2025년 10월 사실 보고서에서 발전 설비의 연쇄 탈락과 전압 상승이 함께 정전으로 이어진 일은 유럽 대륙 동기 계통에서 이번이 처음이라고 정리했다. 이 글은 그날의 사건을 시각 순서로 다시 놓는다. 전날 오후의 발전 편성부터 이튿날 새벽의 복구까지, 세 공식 조사가 적은 시각과 수치를 대조해 하나의 시간표로 엮는다.

시간표로 놓고 보면 이날 계통은 한순간에 무너지지 않았다. 12시 03분부터 30분 가까이 관제실이 진동을 잡으려고 한 조치가 전압을 누를 여유를 조금씩 써 버렸고, 그 여유가 바닥난 상태에서 12시 32분 57초부터 27초 동안 일어난 과전압 연쇄 탈락은 사람의 손이 닿지 않는 속도로 진행됐다. 세 조사는 이 순서에는 대부분 동의한다. 서로 다른 것은 그 순서 가운데 어느 고리를 원인의 앞자리에 두느냐다.

전날 오후와 당일 오전 — 낮은 수요, 한낮의 태양광, 열한 기의 전압 조정용 화력

4월 28일의 발전 편성은 전날인 일요일 27일에 정해졌다. 스페인 정부 위원회 보고서(2025년 6월 17일 공개, 비공개 부분을 가린 판본)에 따르면 27일 정오에 열린 이베리아 전력 도매시장(OMIE)의 28일 하루 평균 가격은 메가와트시당 18.50유로였고, 한낮 시간대는 가격이 0이거나 음수였다. 같은 보고서는 2024년 연평균 가격을 58.6유로로 적는다. 햇빛이 강한 봄날 한낮에 전기가 남아돌았다는 뜻이다.

시장 결과만으로는 계통을 안전하게 운전할 수 없다. 송전계통운영자는 시장이 정한 발전 계획을 받아 전압과 송전 제약을 따져 보고, 필요한 발전소를 따로 켜게 한다. 스페인에서는 이 절차를 '기술적 제약 해소'라 부르고 운영절차 3.2가 규정한다. 정부 보고서는 REE가 27일 14시 43분에 잠정 운전 계획을 공표했고, 그 안에서 전압 제어만을 목적으로 화력 10기(원자력 3기, 가스 복합화력 7기)를 28일에 돌리도록 편성했다고 적는다. 지역별로는 중부 1기, 남서부 2기, 남동부 1기, 북서부 1기, 북부 1기, 동부 2기, 레반테 북부 1기, 레반테 남부 1기였다.

편성된 10기 가운데 남서부의 1기가 27일 19시 47분 고장으로 운전 불가를 신고했다. 정부 보고서에 따르면 REE는 이 발전기를 대신할 복합화력을 28일 오전 9시까지 모두 4시간(0~2시 전압 제어용, 8~9시 예비력용)만 편성했고, 9시 이후에는 전압 수준이 적정하고 그 지역의 전압 제어 자원이 충분하다는 판단으로 연장하지 않았다. 그 결과 12시 30분에 계통에 붙어 있던, 전압 조정 의무를 진 화력은 원자력 4기, 석탄 1기, 가스 6기로 모두 11기였다. 정부 보고서는 이 숫자가 2025년 들어 어느 날에도 기록되지 않은 가장 적은 값이라고 썼다. 같은 보고서에 따르면 28일분 편성 시점에 소유주가 운전 불가를 신고한 설비는 모두 1만 2,800 MW였고, 그 가운데 복합화력이 약 7,400 MW, 원자력이 약 3,000 MW였다.

당일 오전에는 날씨가 맑고 기온이 온화했다. 엔트소이 최종 보고서는 재생에너지 발전이 늘면서 시장 가격이 내려가고 스페인의 수출이 모두 5 GW에 이르렀다고 적는다. 9시 무렵부터 스페인의 전압 변동 폭이 커졌고, 10시 30분 직후에는 400 kV 송전망 일부의 전압이 스페인의 운전 상한인 435 kV 가까이 올랐다. 2025년 10월의 사실 보고서는 오전 내내 전압이 허용 범위 안에 있었다고 썼다. 최종 보고서는 여기에 보충을 붙였다. 10시 49분 44초에 올메디야 변전소의 전압이 433 kV, 11시 47분 18초에는 435.7 kV에 이르러 몇 초 동안 운전 상한을 0.7 kV 넘었다고 적었다.

12시 30분 무렵의 계통 모습은 정부 보고서가 정리했다. 스페인 본토 수요는 2만 5,184 MW였다. 월요일 한낮, 온화한 기온을 감안하면 낮지만 드물지 않은 값이다. 여기에 양수발전소가 싼 한낮 전기로 물을 퍼 올리는 데 2,978 MW를 쓰고 있었다. 발전량 구성은 재생에너지 82퍼센트, 원자력 10퍼센트, 가스 3퍼센트, 석탄 1퍼센트, 열병합·폐기물 4퍼센트였고, 풍력과 태양광만 합치면 계통에 연결된 발전의 59.21퍼센트였다. 엔트소이 보고서는 같은 시각의 총소비를 2만 9,631 MW로 적는데, 이 값은 저주파수 부하차단 분석에 쓰려고 추정한 전체 부하로 집계 기준이 다르다.

지역 분포도 한쪽으로 기울어 있었다. 엔트소이 보고서 그림 1-4에 따르면 12시 32분 스페인 남서부의 발전량은 1만 8,720 MW, 수요는 8,260 MW였다. 남서부에서 남는 1만 MW 남짓이 중부와 북부, 그리고 프랑스·포르투갈·모로코 쪽으로 먼 길을 흘러야 했다. 같은 시각 남서부에서 전압 조정 의무를 지고 돌던 대형 동기발전기는 원자력 660 MW, 복합화력 320 MW 정도였다.

12시 03분에서 12시 22분 — 두 번의 진동과 관제실의 대응

전력망의 주파수는 유럽 대륙 전역에서 50 Hz로 맞춰 돈다. 이 값이나 전압이 몇 초 주기로 오르내리는 현상을 전력 진동이라 부른다. 엔트소이 보고서는 정전 전 30분 동안 큰 진동이 두 번 있었다고 적는다. 첫째는 12시 03분부터 08분까지 이어진 0.63 Hz 진동, 곧 1.6초 남짓한 주기로 흔들린 진동이다. 둘째는 12시 19분부터 22분까지의 0.2 Hz 진동으로 주기가 5초다.

두 진동은 성격이 다르다. 0.63 Hz 진동은 이베리아반도 안, 특히 카르모나와 알마라스 사이에서 가장 컸고, 평소 계통에 존재하는 고유한 흔들림이 아니었다. 엔트소이는 이를 인버터 제어가 만들어 낸 '강제 진동'으로 분류했다. 인버터는 태양광 패널의 직류 전기를 계통의 교류로 바꾸는 전력전자 장치다. 진폭이 가장 큰 지점 바로 옆에는 기존 발전기로 분류된 인버터 기반 발전소가 연결되어 있었고, 최종 보고서 4.2절은 그 발전소가 바다호스주에 있다고 적는다. REE는 6월 보고서에서 이 발전소를 '태양광 발전소 A'라 부르고 진동 당시 출력을 약 250 MW로 적었다. 엔트소이 보고서는 이 인버터가 12시 03분부터 12시 15분 12초까지 쓸 수 있는 태양 에너지보다 출력을 낮게 제한하고 있었고, 12시 16분에 출력 지령을 올린 뒤 진동 경향이 약해졌다고 기록했다. 진동이 일어난 제어상의 이유는 2편 「진동을 잡는 조치는 왜 전압을 올렸나」에서 다룬다.

두 번째 0.2 Hz 진동은 유럽 대륙 계통에 원래 있는 '동부·중부·서부 지역 간 모드'였다. 이베리아반도 전체가 한 덩어리로, 대륙 중부와 동부에 맞서 흔들리는 진동이다. 최대 주파수 진폭이 약 200 mHz로 첫 진동보다 훨씬 컸고, 엔트소이의 감쇠 추정치는 12시 19분 무렵 음수로 내려갔다. 감쇠가 음수라는 것은 흔들림이 저절로 잦아들지 않고 커지는 상태라는 뜻이다. 엔트소이는 그 전제 조건으로 카르모나와 프랑스 국경의 산타 요가이아 사이 상차각이 약 80도로 컸다는 점, 일부 선로가 꺼져 있었다는 점, 대형 발전기 일부에 진동 억제 장치(PSS)가 없었고 있는 장치도 감쇠가 부족했다는 점을 꼽았다. 시뮬레이션에서는 0.63 Hz 진동이 0.2 Hz 모드를 자극하는 데 한몫했다는 결과도 나왔다.

관제실의 대응은 미리 정해 둔 절차를 따랐다. REE와 프랑스 송전계통운영자 RTE는 감쇠가 낮은 0.1~0.35 Hz 대역 진동이 20 mHz 넘는 진폭으로 나타나면 함께 실행하는 협정을 맺어 두었다. 엔트소이 보고서에 따르면 첫 진동을 감지한 지 1분 뒤 REE가 RTE에 전화해 이 절차를 시작했다. 두 회사는 12시 07분부터 스페인에서 프랑스로 가는 교환 계획을 2,300 MW에서 1,500 MW로 줄이는 800 MW 규모의 상쇄 거래를 실행하고, 스페인·프랑스 직류 연계선의 운전 방식을 바꿨다. 상쇄 거래는 운영자가 국경 한쪽의 발전을 줄이고 다른 쪽 발전을 늘려 두 나라 사이 전력 흐름을 인위로 줄이는 조치다. 이날은 프랑스 쪽 발전을 늘렸다.

스페인·프랑스 직류 연계선은 산타 요가이아와 프랑스 박사스 사이 320 kV 초고압 직류송전(HVDC) 설비로, 평소에는 두 끝의 위상 차이에 비례해 전력을 보내 교류 선로처럼 움직이는 방식으로 돈다. 관제실은 12시 10분 무렵 이를 정해진 전력만 보내는 '정전력 모드'로 바꾸고, 스페인에서 프랑스로 1,000 MW를 보내도록 설정했다. 전환 시각은 엔트소이 보고서 본문이 12시 09분, 같은 보고서 그림 6-9가 12시 10분 30초, 정부 보고서가 12시 11분으로 조금씩 다르게 적는다. 동시에 REE는 평소 전압을 낮추려고 열어 둔 400 kV 선로를 연결해 나갔다. 표 2-2에 따르면 12시 07분에 3회선, 12시 08분에 2회선, 12시 15분에 1회선이 들어갔다. 정부 보고서는 11시 10분부터 400 kV 10회선이 여러 단계에 걸쳐 연결되어, 계통이 처음 계획보다 촘촘하게 묶였다고 썼다.

진동이 전압도 흔들었다. 정부 보고서는 12시 03분 진동 때 400 kV 전압의 최저값이 390 kV 아래로 내려갔다고 적는다. REE는 전압을 끌어올리려고 12시 04분부터 07분 사이에 분로 리액터 4기(비야비시오사, 과다메, 루에다, 아라곤)를 떼어 냈다. 엔트소이 보고서 본문과 정부 보고서는 아라곤 리액터를 12시 05분으로, 같은 보고서의 표 2-2와 그림 6-9는 12시 07분으로 적는다. 분로 리액터는 변전소에서 무효전력을 빨아들여 전압을 낮추는 대형 코일이다. 이것을 떼면 전압이 오른다. 엔트소이는 이 조작이 진동 대응 절차에 들어 있지 않고 낮은 전압 때문에 한 것이라고 명시했다.

첫 대응은 효과가 오래가지 않았다. 7월의 중간 발표(포르투갈 규제기관 ERSE가 7월 15일 패널 회의 뒤 공개한 조사 평가)에 따르면 12시 10분에는 상쇄 거래와 선로 연결 덕분에 스페인 각 지점 사이의 전압 위상차가 크게 줄었다. 그러나 12시 15분에는 스페인·프랑스 교환량이 다시 늘어 위상차가 첫 진동 이전 수준으로 돌아갔고, 중간 발표는 이 각도 증가가 두 번째 진동의 조건을 다시 만들었다고 썼다. 최종 보고서의 집계로는 12시 07분 프랑스행 수출 계획이 2,000 MW였을 때 실제 교환은 약 1,300 MW였고, 12시 10분에는 계획이 그대로인 채 약 670 MW였다. 12시 16분에는 0.63 Hz 진동이 작은 크기로 다시 나타났고, REE는 12시 17분 카브라 리액터를 또 떼어 냈다.

두 번째 진동이 시작되자 REE는 12시 20분 프랑스행 수출을 1,500 MW에서 1,000 MW로 줄였다(500 MW 상쇄 거래). 12시 21분 27초 피니야-로미카, 12시 22분 10초 피니야-로카모라 선로가 연결됐고, 12시 21분부터 24분 사이 리액터 3기(페냐플로르, 팔로스, 모라타, 합계 400 Mvar)가 낮은 전압 때문에 떨어져 나갔다. 같은 12시 20분 REE는 진동 억제 장치를 갖춘 남부의 복합화력 1기를 추가로 켜라고 지시했다. 그 발전소는 90분이 걸린다고 답했고, 12시 26분 14시 연결이 확정됐다. 정전은 그 전에 왔다.

To damp these oscillations, the operators in the control rooms of the relevant TSOs took several mitigating measures, such as reducing exports from Spain to France, coupling internal power lines in the South of Spain, and changing the operating mode of the high-voltage direct current (HVDC) link between France and Spain. While these measures effectively mitigated the oscillations, their nature led to an increase in voltage in the Iberian power system.

이 진동을 감쇠시키려고 관련 송전계통운영자의 관제실 운영자들은 스페인에서 프랑스로 가는 수출 감축, 스페인 남부 내부 송전선 연결, 프랑스·스페인 고압 직류 연계선의 운전 방식 변경 같은 여러 완화 조치를 취했다. 이 조치들은 진동을 효과적으로 줄였지만, 그 성격상 이베리아 전력 계통의 전압 상승으로 이어졌다.

ENTSO-E 전문가 패널, 『Grid Incident in Spain and Portugal on 28 April 2025: Final Report』(2026년 3월 20일), 1.2절, 12쪽

엔트소이는 조치의 효과도 따로 평가했다. 첫 진동 때의 조치는 지역 간 진동용으로 만든 절차여서 0.63 Hz 진동에는 작지만 긍정적인 효과만 냈고, 두 번째 진동 때의 조치는 효과가 분명했다는 결론이다. 진동은 멎었다. 문제는 선로를 더 묶고 국경 조류를 줄인 계통이 전압 쪽에서 어떤 상태가 되었느냐다. 그 물리적 경로는 2편과 3편 「전압을 누를 자원이 모자랐던 이유」가 다룬다. 이 편은 그 다음 10분의 시각을 따라간다.

12시 22분에서 12시 32분 — 진동이 멎은 뒤의 전압

두 번째 진동이 끝난 뒤에도 선로 연결은 이어졌다. 12시 25분 23초 과다메-카브라, 12시 26분 01초 토르데시야스-갈라파가르 선로가 들어갔다. 엔트소이 보고서 4.1절은 12시 20분부터 25분 사이에 리액터 3기가 떨어지고 선로 4회선이 연결되어 계통의 무효전력 생산이 늘었다고 요약한다.

전압은 곧 올랐다. 12시 25분부터 29분 사이 430 kV 경보가 24번 울렸고, 12시 27분 46초에는 435 kV 경보가 한 번 울렸다. REE는 12시 26분 54초부터 12시 28분 01초까지 리액터 5기(비토리아, 페냐플로르, 과다메 2기, 모라타, 합계 700 Mvar)를 다시 연결했다. 엔트소이는 이 조작으로 12시 30분에는 전압이 대부분 420 kV 아래로 돌아왔다고 적는다. 경보가 울리면 리액터와 선로를 조작해 몇 분 안에 전압을 되돌리는 일은 이날 오전 내내 반복됐고, 보고서는 그런 조치가 대부분 5분 안에 효과를 냈다고 평가했다.

12시 28분 이후 정전까지 더 연결된 리액터는 없었다. 엔트소이 보고서에 따르면 12시 32분부터 정전까지 스페인 분로 리액터 가운데 7,700 Mvar가 연결되어 있었고 5,600 Mvar가 떨어져 있었다. 연결 비율로 따지면 약 58퍼센트다. 떨어져 있던 리액터는 진동 뒤 전압이 특히 낮았던 남부에 몰려 있었다.

12시 30분 앞뒤로는 출력 조정이 겹쳤다. 12시 30분에는 스페인에서 포르투갈로 가는 수출이 계획에 따라 0.4~0.5 GW 줄어들 예정이었다. REE가 12시 20분 REN과 합의한 감축이다. 정부 보고서와 REE 보고서는 포르투갈행 교환 계획이 2,545 MW에서 2,000 MW로 545 MW 줄었다고 적고, 정부 보고서는 조정이 12시 27분에 시작됐다고 덧붙인다. 엔트소이 최종 보고서는 그림 2-62에서 이 감축을 545 MW로, 그림 4-5에서는 2,259 MW에서 2,000 MW로 259 MW로 적어 같은 보고서 안에서도 값이 엇갈린다. 12시 29분부터는 스페인 전체에 최대 0.4 GW의 하향 2차 예비력 지령이 내려갔다. 2차 예비력은 수급 균형을 맞추려고 발전소 출력을 몇 초~몇 분 단위로 자동 조정하는 서비스인데, 스페인에서는 지령이 발전소 묶음 단위로 나가서 실시간으로는 어느 발전소가 출력을 바꿀지 알 수 없었다. 5 MW 넘는 재생에너지 발전소의 합계 출력은 12시 27분부터 12시 32분 48초까지 약 0.9 GW 줄었고, 그 가운데 약 0.5 GW가 12시 32분 00초 이후에 줄었다.

역률 고정으로 운전하는 태양광·풍력 발전소는 출력에 비례해 무효전력을 빨아들인다. 출력을 줄이면 빨아들이는 무효전력도 함께 줄고, 그만큼 전압이 오른다. 엔트소이는 이날 대부분의 재생에너지 발전소가 무효전력을 흡수하는 쪽의 역률로 운전하고 있었다고 적는다. 12시 31분 32초에 관제실은 직류 연계선의 스페인 쪽 전압 기준을 412 kV에서 409 kV로 낮췄다. 12시 32분 00초의 전압은 카르모나 409.1 kV, 타베르나스 397.1 kV, 산타 요가이아 405.4 kV로 모두 허용 범위 안이었고, 20 mHz 넘는 진동도 없었다.

12시 32분 00초에서 12시 33분 18초 — 과전압 연쇄 탈락

엔트소이 전문가 패널은 사고의 시작 시각을 12시 32분 00초로 정했다. 그때부터 전압이 여러 변전소에서 함께 오르기 시작했다. 정부 보고서는 이 상승이 거의 선형이었다고 쓰고, 올메디야 변전소가 57초 동안 413 kV에서 428 kV로, 아로요 데 산 세르반 변전소가 같은 시간에 411 kV에서 424 kV로 올랐다고 적었다. 엔트소이 보고서는 안달루시아 그라나다의 400 kV 변전소(보고서 표기 TS1)가 12시 32분 12초 400.6 kV에서 12시 32분 56초 417.2 kV로, 분당 22.6 kV의 속도로 올랐다고 기록했다.

같은 1분 동안 전압을 밀어 올린 요인은 여럿이었다. 앞에서 본 재생에너지 출력 감소 약 0.5 GW가 있었다. 배전망 쪽에서는 순부하가 약 317 MW 늘었는데, 엔트소이는 그 일부를 1 MW 미만 소형 발전, 주로 지붕 태양광의 차단으로, 일부를 전압 상승에 따라 저절로 늘어나는 부하로 설명했다. 여기에 12시 32분 00초부터 57초 사이 남부와 북부의 분산형 풍력·태양광 208 MW가 원인을 알 수 없는 급격한 출력 저하나 차단을 겪었다. 정부 보고서는 이 1분 동안 국경 수출, 특히 프랑스행 수출이 꾸준히 줄었다고 적는다. 엔트소이 보고서 3장은 프랑스 국경 조류가 12시 32분부터 33분 사이에 1,500 MW 줄었다고 집계했다.

12시 32분 57초를 몇 밀리초 넘겨 첫 큰 탈락이 일어났다. 그라나다 변전소의 400/220 kV 변압기가 220 kV 쪽 과전압 보호 장치의 동작으로 끊어졌다. 이 변압기의 220 kV 쪽에는 태양광·풍력·태양열 발전소 여럿이 물려 있었다. 차단 직전 변압기는 계통에 355 MW를 보내면서 165 Mvar의 무효전력을 빨아들이고 있었고, 400 kV 쪽 전압은 417.9 kV로 운전 상한보다 낮았다. REE는 400 kV 쪽에 과전압이 없었으므로 변압기 탭(전압비 조정 장치)이 전압 상승을 따라가지 못해 2차 쪽에 과전압이 생겼을 것으로 추정하고, 이 차단을 부적절한 탈락으로 판정했다.

탈락한 발전소는 그때까지 빨아들이던 무효전력을 더 이상 빨아들이지 않는다. 남부의 발전이 빠지면 남쪽에서 북쪽과 국경으로 가던 조류도 줄어 송전선이 무효전력을 덜 소비한다. 두 효과가 모두 전압을 더 올렸다. 19.5초 뒤인 12시 33분 16초 443에 바다호스주의 400 kV 변전소 한 곳에서 발전 연계선이 과전압 보호로 끊어졌고, 이 지점의 전압은 간접 계산으로 432.4 kV로 추정됐다. 377밀리초 뒤인 16초 820에는 바다호스의 다른 400 kV 변전소에서 태양광 발전소가 떨어졌다. REE 보고서는 두 곳의 출력을 각각 582 MW와 145 MW로 적었고, 합계 727 MW였다.

그다음 1초 남짓 사이, 12시 33분 17초부터 18초 020까지 세고비아, 우엘바, 바다호스, 세비야, 카세레스에서 풍력과 태양광 928 MW가 떨어졌다. 일부는 과전압 보호가 원인이었지만 엔트소이는 대부분의 원인을 확정하지 못했다. 패널의 분석은 일부 발전소의 과전압 보호 설정값이 규정이 정한 전압 한계보다 낮았다는 데까지 나아갔다. 스페인 규정(Orden TED/749/2020)은 400 kV에 연결된 발전기가 440 kV를 60분 동안 견뎌야 한다고 정하고, 스페인 400 kV 계통의 운전 상한은 435 kV다. 엔트소이는 스페인이 다른 유럽 나라보다 넓은 전압 범위로 400 kV 계통을 운전해 왔기 때문에, 허용 운전 상한과 발전기가 떨어져도 되는 전압 사이 여유가 작거나 아예 없었다고 지적했다.

12시 32분 00초부터 12시 33분 18초 020까지 순부하 증가와 확인된 발전 손실을 더하면 2.5 GW가 넘는다. 그 가운데 1.6 GW 남짓이 마지막 2초에 몰렸다. 이 시간 동안 포르투갈과 프랑스에서는 발전기가 떨어지지 않았다. 그래도 포르투갈의 전압은 스페인을 따라 올라, 12시 32분 00초부터 57초 사이 400 kV 모선에서 평균 3퍼센트, 220 kV 모선에서 5.5퍼센트 상승했다. 엔트소이 보고서의 전압 열지도에 따르면 12시 33분 18초에는 스페인 송전망 전압이 435 kV를 넘었다. 엔트소이는 마지막 과전압 구간에서 REE 관제실이 사태가 너무 빨리 진행되어 수동 조치를 실행할 수 없었다고 적었다.

12시 33분 18초에서 12시 33분 24초 — 주파수 붕괴와 이베리아 분리

발전이 대량으로 빠지면 주파수가 떨어진다. 12시 33분 18초부터 21초 사이 스페인 남부 전압이 가파르게 올랐고, 포르투갈도 따라 올랐다. 과전압이 발전 탈락을 더 부르면서 스페인과 포르투갈의 주파수가 내려갔다. 12시 33분 19초, 두 나라 계통은 유럽 대륙 계통과의 동기를 잃기 시작했다. 동기를 잃는다는 것은 이베리아의 발전기들이 대륙의 발전기들과 같은 박자로 돌지 못하고 위상 차이가 계속 벌어진다는 뜻이다.

REE 보고서에 따르면 12시 33분 19초 620에 프랑스에서 들어오는 전력이 최대 3,807 MW에 이르렀고, 교류 선로만 보면 4,609 MW였다. 수출국이던 스페인이 몇 초 만에 대규모 수입국으로 바뀌었다. 엔트소이 보고서는 위상차가 90도를 넘으면 들여오는 전력이 오히려 줄고, 270도에 이르면 다시 스페인에서 프랑스로 전력이 나가는 왕복이 점점 빨라지며 반복된다고 설명했다. 12시 33분 20초 473에는 모로코와의 교류 연계선이 모로코 쪽 저주파수 보호로 끊어졌다.

주파수가 내려가면 미리 정해 둔 순서대로 부하를 끊는 자동 방어 장치가 움직인다. REE 보고서에 따르면 49.5 Hz에서 양수발전소 펌프 약 2,000 MW가, 49.3 Hz에서 588 MW가 더 끊겼다. 엔트소이 집계로는 주파수 변화율이 처음 초당 1 Hz에 이른 12시 33분 20초 560에 스페인은 이미 발전 5,750 MW 이상을 잃었고, 양수 펌프 부하 약 2,500 MW를 끊은 상태였다. 포르투갈도 양수 펌프 부하 2,100 MW를 끊었다. 스페인의 저주파수 부하차단은 12시 33분 20초 600에 49.0 Hz 아래로 내려가면서 1단계가 동작했고, 12시 33분 22초 040에 48.0 Hz 아래에서 6단계까지 동작했다. 끊긴 부하는 모두 8,504.9 MW로 직전 소비의 약 29퍼센트였다. 포르투갈은 1,955 MW에 49.2 Hz에서 끊긴 대형 산업 수요 218 MW를 더해 직전 소비의 37.1퍼센트를 끊었다. 엔트소이는 두 나라 모두 설계 목표인 38퍼센트에 못 미쳤지만, 부하차단 장치 자체는 설계대로 동작했다고 판단했다.

부하차단은 이날 전압 문제를 거들었다. 정부 보고서와 REE 보고서는 수요가 낮은 상황에서 부하를 끊으면 송전선의 부하가 더 줄어 전압이 더 오른다고 지적했다. 12시 33분 21초 535, 프랑스와 스페인을 잇는 교류 가공선이 동기 이탈 보호 장치로 끊어졌다. 이 차단 덕분에 교란은 유럽 대륙 계통으로 번지지 않았다. 이때부터 스페인과 포르투갈은 고립된 섬처럼 운전됐고, 발전과 수요의 차이는 계속 커졌다. REE 보고서는 그 뒤 원자력 4기와 복합화력 2기가 몇 초 사이에 잇달아 떨어졌다고 적었다.

직류 연계선은 마지막까지 수출을 계속했다. 정전력 모드로 설정되어 있었기 때문이다. REE 보고서는 이 때문에 교류 선로가 끊어진 순간 이베리아의 실질 수요가 1,000 MW 더 컸다고 지적했다. 12시 33분 23초 960 직류 연계선마저 끊어지면서 이베리아 계통의 전기적 분리가 끝났고, 엔트소이의 표현으로 스페인과 포르투갈 계통의 모든 변수가 무너졌다. REE 보고서에 따르면 12시 33분 27초 300에 400 kV 송전망의 전압은 1 kV 아래로 떨어졌다. 그라나다 변압기의 차단부터 붕괴까지 27초였다.

국경 너머 프랑스는 짧게 영향을 받았다. 엔트소이 보고서에 따르면 프랑스에서는 약 7 MW의 부하가 끊기고 원자력 발전소 1기가 정지했다. 12시 35분에는 프랑스의 400 kV 변전소 최소 6곳이 430 kV를 넘었고, 박사스 400 kV 변전소는 435 kV를 넘었다.

관성이 더 컸다면 붕괴를 막았을까. 관성은 회전하는 대형 발전기의 질량이 주파수 변화를 늦추는 성질이다. 엔트소이는 시뮬레이션에서 관성을 크게 높여도 이 사건의 순서에서는 동기 상실을 피하지 못했다고 결론지었다. 연쇄 탈락이 이베리아 발전기들을 붙잡아 두던 동기화 힘을 너무 빨리 줄였기 때문이다. 정부 보고서도 12시 33분 23초 이후까지 큰 과전압이 이어졌으므로 주파수 하락을 늦췄더라도 과전압 탈락은 계속되었을 것이라고 같은 판단을 내렸다.

13시부터 이튿날 새벽까지 — 블랙스타트와 두 나라의 복구

완전히 꺼진 계통을 다시 켜는 방법은 두 가지다. 이웃 계통에서 전압을 받아 들어오는 '위에서 아래로' 방식과, 외부 전원 없이 스스로 시동할 수 있는 발전소로 작은 섬을 만들어 키우는 '아래에서 위로' 방식이다. 후자의 자기 시동 능력을 블랙스타트라 부른다. 스페인 복구 계획은 본토를 7개 구역으로 나누고 구역마다 블랙스타트가 가능한 수력발전소를 2곳 이상 두었다. 포르투갈은 블랙스타트 발전소 2곳을 서로 예비로 둔다.

스페인에서는 '위에서 아래로'가 먼저 열렸다. 엔트소이 보고서에 따르면 12시 43분 프랑스 아르기아-스페인 에르나니 400 kV 선로가 전압을 받았고, 정부 보고서는 13시 07분 이룬 변전소를 통해 첫 부하 31 MW에 전기를 공급했다고 적는다. 13시 04분에는 모로코 연계선이 전압을 받아 남부 복구의 출발점이 되었고, 14시 27분에 한 번 끊겼다가 14시 34분 다시 연결됐다. 13시 35분에는 프랑스 박사스-비크 400 kV 선로가 들어왔다. 이렇게 북부, 동부, 남부 세 구역이 이웃 나라에서 전압을 받으며 커졌다.

'아래에서 위로'는 고르지 않았다. 엔트소이 보고서 그림 1-16에 따르면 갈리시아와 칸타브리아, 레반테의 블랙스타트 섬은 만들어졌다가 무너졌고, 동부 아스투리아스와 톨레도, 안달루시아에서는 시동부터 실패했다. 두에로, 서부 아스투리아스, 아라곤, 엑스트레마두라 2 등은 성공했다. 실패한 섬은 이웃 구역이 다시 전압을 넣어 살렸다. 15시 07분에는 스페인의 모든 원자력 발전소가 외부에서 보조 전원을 받는다고 확인했다. 원자로를 안전하게 식히는 펌프와 제어 설비를 돌리는 전원이다.

저녁이 되면서 섬들이 합쳐졌다. 정부 보고서에 따르면 15시 14분 첫 화력이 연결됐고, 15시 59분 직류 연계선의 첫 회로가 송전을 재개했다. 17시 49분 두에로 섬과 바스크 섬이 합쳐졌고, 19시 32분 알마라스-시우다드 로드리고 400 kV 선로가 연결되면서 모로코 쪽 주파수로 돌던 남부와 대륙 쪽 주파수로 돌던 북부가 하나가 됐다. 19시 53분에는 카탈루냐와 바스크 섬이 묶였다. 22시 30분 무렵 수요의 절반 가까이가 전기를 되찾았고, 29일 0시 30분에는 마드리드 전역이 복구됐다. 모로코의 지원은 2시 18분에 끝났다. 엔트소이 보고서는 스페인 송전망 복구가 29일 4시 무렵 끝났다고 적고, 정부 보고서는 7시에 공급의 99.95퍼센트가 돌아왔으며 모든 기술 작업은 14시 36분에 끝났다고 적는다.

회복 곡선은 오후 내내 낮게 기다가 저녁 8시 무렵부터 가팔라진다. 16시 30분 8퍼센트, 19시 30분 22퍼센트, 20시 30분 35퍼센트였다. 섬이 충분히 커지고 서로 묶여야 큰 부하를 한꺼번에 붙일 수 있기 때문이다. 정부 보고서와 엔트소이 보고서는 복구를 늦춘 요인으로 통신을 꼽았다. 공중 이동통신망은 중계기와 교환국의 비상 전원이 떨어지면서 지역마다 끊겼다. 안달루시아의 한 배전회사는 복구 초기에 많은 변전소의 원격 제어와 감시가 되지 않아 직원을 현장에 보내야 했다. 엔트소이는 예비 음성 통신이 없던 갈리시아, 세비야, 바르셀로나, 마드리드에서 부하 회복이 크게 늦어졌다고 적었다.

포르투갈은 블랙스타트 두 곳으로 시작했다. 엔트소이 최종 보고서는 발전소 이름을 '수력 1-센트루'와 '복합화력 1-노르트'로 가렸지만, 7월 중간 발표는 카스텔루 두 보드 수력발전소와 타파다 두 오테이루 복합화력이라고 밝혔다. REN은 12시 35분 수력 쪽에, 12시 43분 복합화력 쪽에 블랙스타트를 요청했다. 수력은 12시 45분 블랙스타트 모드로 돌기 시작했지만 12시 49분 멈췄고, 보조 소수력 설비가 시동되지 않아 재시동이 거듭 실패했다. 15시 40분에야 다시 돌았다. 복합화력은 처음 몇 시간 동안 여자 장치와 발전기 차단기 사이의 연동 장치 때문에 변압기에 전기를 넣지 못했고, 16시 38분에 시동했다. 17시 23분에는 전압 조정을 돕겠다고 수력 발전기를 동기 조상기로 돌리려다 그 시동 부하 때문에 섬의 주파수가 49.7 Hz로 떨어지고, 운전원의 대응이 겹쳐 복합화력이 과속 보호로 떨어지는 일도 있었다.

포르투갈 복구가 빨라진 것은 스페인과 다시 이어진 뒤였다. 18시 36분 스페인 알데아다빌라와 포르투갈 포시뉴를 잇는 220 kV 선로로 전압이 들어왔다. 20시 01분과 20시 22분에 두 블랙스타트 섬이 대륙과 동기화됐고, 20시 57분 리스본의 주요 부하 복구가 시작됐다. 21시 35분 타비라-푸에블라 데 구스만 400 kV 선로로 알가르브와 알렌테주에 전기가 들어갔고, 29일 0시 22분 마지막 공급 지점인 디보르 변전소가 연결되면서 포르투갈 송전망 복구가 끝났다. 그 시각 공급 중인 부하는 4,237 MW였다. 엔트소이는 포르투갈이 12시간, 스페인이 16시간 만에 계통을 되살렸다고 정리했다.

정전이 멈춰 세운 것들

정전의 사회적 영향에 관한 공식 수치는 주로 스페인 정부의 의회 보고에서 나온다. 페드로 산체스 총리는 5월 7일 하원 보고에서 철도망이 가장 큰 타격을 받았다고 밝혔다. 116개 열차가 들판 한가운데 멈췄고, 승객 3만 5,000명이 대피해야 했다. 총리는 열차가 멈춘 마을의 주민들이 승객을 도왔다며 몇몇 마을의 이름을 의사록에 남겨 달라고 했다. 앞서 4월 29일 기자회견에서는 밤사이 열차에 갇혔던 3만 5,000명이 넘는 승객을 구조했다고 말했다.

같은 보고에서 총리는 전국의 신호등과 단속 카메라가 한꺼번에 꺼졌는데도 그날 도로 사고가 한 주 전 월요일보다 24퍼센트 적었다고 밝혔다. 항구는 정상 운영됐고, 28일 예정된 6,200편 넘는 항공편 가운데 460편이 결항해 약 7퍼센트에 그쳤다. 병원, 보건소, 요양시설은 자체 발전 설비로 하루 내내 큰 문제 없이 운영됐고, 학교는 보호자가 아이를 데려갈 때까지 수업을 이어 갔다고 했다. 은행과 상점, 슈퍼마켓 상당수는 문을 닫았다. 29일 아침 6시에는 이동통신과 광통신이 90퍼센트 수준으로 돌아왔고, 모든 열차가 정상 운행을 되찾은 것은 29일 16시 30분이었다.

포르투갈 쪽 기록은 엔트소이 보고서가 일부 남겼다. 포르투갈 배전회사의 남부 관제센터는 16시 무렵 송전계통운영자와 연결하는 주 통신망이 끊겨 위성전화를 썼고, 18시에야 사내망을 이용한 인터넷 전화로 바꿨다. 보고서는 포르투갈의 공중 유선·이동통신망이 이날 작동하지 않았다고 적었다.

세 공식 조사 — 시간표는 같고 앞세운 원인이 다르다

이 사고의 공식 조사는 셋이다. 스페인 정부는 국가안보회의 아래 분석 위원회를 꾸려 49일 만인 2025년 6월 17일 보고서를 내각에 보고했다. 위원회는 사이버보안 작업반과 전력계통 운영 작업반으로 나뉘어 300 GB가 넘는 자료를 분석했다. REE는 다음 날인 6월 18일 스페인 운영절차 9가 요구하는 사고 보고서를 내고 권고 15개를 제시했다. 엔트소이는 2025년 5월 12일 49명으로 전문가 패널을 꾸렸다. 송전계통운영자와 지역조정센터 쪽 19명, 유럽 에너지규제기관협력청(ACER)과 각국 규제기관 쪽 30명이었고, 사고와 무관한 오스트리아 APG와 헝가리 MAVIR의 전문가가 이끌었다. 패널은 2025년 10월 3일 사실 보고서를, 2026년 3월 20일 원인과 권고를 담은 최종 보고서를 냈다.

세 조사가 같은 결론을 낸 부분은 넓다. 계통을 무너뜨린 직접 기전은 과전압이 발전 탈락을 부르고 탈락이 다시 전압을 올리는 연쇄였다. 진동 대응 조치는 진동을 줄였지만 전압을 올렸다. 재생에너지 발전소는 역률 고정 방식이라 전압 변화에 반응하지 않았다. 일부 발전소는 송전망 전압이 허용 범위 안일 때 떨어졌다. 관성을 늘렸어도 결과는 같았으리라는 판단도 세 조사가 공유한다. 정부 위원회의 사이버보안 작업반은 분석한 관제 시스템에서 사이버 공격의 흔적을 찾지 못했다고 밝혔다.

La causa última del cero eléctrico peninsular del pasado 28 de abril fue un fenómeno de sobretensiones en forma de “reacción en cadena” en el que tensiones elevadas provocan desconexiones de generación, lo cual provoca a su vez nuevos incrementos en la tensión y con ello nuevas desconexiones, y así sucesivamente.

지난 4월 28일 본토 전력 계통이 0이 된 최종 원인은 '연쇄 반응' 형태의 과전압 현상이었다. 높아진 전압이 발전 탈락을 일으키고, 그 탈락이 다시 전압을 높여 새로운 탈락을 낳는 일이 이어졌다.

스페인 정부 위원회, 『Informe del Comité para el análisis de las circunstancias que concurrieron en la crisis de electricidad del 28 de abril de 2025』 비공개 부분 제외본(2025년 6월 17일), 5장 결론, 131쪽

차이는 원인 목록의 앞자리에서 드러난다. 정부 위원회는 첫째 원인으로 계통이 전압을 안정되게 유지할 만큼의 동적 전압 제어 능력을 갖추지 못했다는 점을 들었다. 그 근거로 운영자가 편성한 전압 조정용 화력이 앞선 몇 주와 몇 달보다 적었고, 전날 고장 난 남부의 1기를 운영자가 대체하지 않았다는 점을 적었다. 동시에 연결되어 있던 화력도 예정된 만큼 무효전력을 빨아들이지 않았을 수 있다고 썼고, 특히 남부의 1기는 다른 발전기들과 확연히 다르게, 또 같은 발전기의 이전 기록과도 다르게 움직였다고 지적했다. 정부 위원회는 운영자의 편성과 발전기의 이행을 함께 문제로 삼았다.

REE 보고서는 무게를 발전기 쪽에 두었다. 운영절차 7.4의 적용을 받는 발전기가 동적 전압 제어 의무를 지키지 않아 계통 전압이 예상보다 높았고, 의무가 없는 재생에너지 발전소 가운데 22퍼센트는 역률 기준도 맞추지 못했으며, 송전망과 배전망의 경계점 일부가 무효전력을 많이 내보냈다고 적었다. 과전압 보호를 규정보다 낮게 맞춘 발전소들도 지적했다. REE는 또 직류 연계선에 주파수 제어 기능이 없어 스페인 주파수가 떨어지는 동안에도 프랑스로 전력을 계속 보냈다고 쓰고, 설계 단계에서 RTE가 그 기능의 활성화를 거부했다고 덧붙였다. 정전 1년을 맞아 REE는 누리집에 엔트소이 최종 보고서가 운영자의 잘못을 확인하지 않았다는 입장을 실었다.

La generación sujeta al Procedimiento de Operación P.O. 7.4 no cumplió con sus obligaciones de control dinámico de tensión, lo que conllevó a unos en niveles de tensión en el sistema más altos de lo esperado.

운영절차 P.O. 7.4의 적용을 받는 발전은 동적 전압 제어 의무를 이행하지 않았고, 그 결과 계통의 전압 수준이 예상보다 높아졌다.

Red Eléctrica, 『Incidente en el Sistema Eléctrico Peninsular Español el 28 de abril de 2025』(2025년 6월), 결론, 15쪽

엔트소이 패널은 서문에서 이 보고서가 어느 쪽에도 책임을 지울 의도가 없다고 밝혔고, 원인을 순위 없이 나열했다. 그 목록에는 정부 위원회와 REE가 각각 강조한 항목이 모두 들어 있다. 여러 동기발전기의 무효전력 출력이 운영자의 기준값에 이른 표본이 시간당 75퍼센트에 못 미쳤다는 점, 운영절차 7.4에 동적 응답 기준과 미이행 시 경제적 결과가 없었다는 점, 재생에너지 발전소의 역률 고정, 과전압 보호 설정의 상당수가 규정이나 계통 필요와 맞지 않았다는 점이다. 여기에 두 조사가 덜 다룬 항목이 더해졌다. 분로 리액터를 사람이 수동으로 개폐해 판단과 처리 시간이 들었다는 점, 스페인이 400 kV 계통을 다른 유럽 나라보다 넓은 전압 범위로 운전해 온 점, 지붕 태양광 같은 1 MW 미만 소형 태양광이 전압 때문에 떨어진 점, 출력 고정 역률 발전기의 출력 변화 속도에 제한이 없었다는 점이다.

The analyses above clearly indicate that the key phenomenon in the incident was the non-effectiveness of voltage control within the Spanish power system. Simulations show that increased reactive power margins could have prevented system collapse, enabling it to operate at lower voltage levels and maintain overall system stability.

위의 분석들은 이 사고의 중심 현상이 스페인 전력 계통 안에서 전압 제어가 효과를 내지 못한 것이었음을 분명히 보여 준다. 시뮬레이션은 무효전력 여유가 더 컸다면 계통이 더 낮은 전압에서 운전되며 전체 안정을 유지해 붕괴를 막을 수 있었음을 보여 준다.

ENTSO-E 전문가 패널, 『Final Report』(2026년 3월 20일), 1.4.4절, 22쪽

직류 연계선을 두고도 해석이 다르다. REE는 연계선이 주파수 제어 없이 정전력으로 수출을 계속한 점을 불리한 조건으로 꼽았다. 정부 위원회는 연계선이 교류 선로를 흉내 내는 원래 방식이었다면 유럽에서 최대 3,000 MW를 더 받아 주파수 하락이 느려졌을 수 있지만, 문제의 본체가 과전압이었으므로 붕괴를 막았을지는 분명하지 않다고 보았다. 엔트소이는 이베리아의 수급을 되돌리려는 연계선의 빠른 개입이 오히려 빠른 과도 현상 때문에 상황을 악화시킬 수 있었다는 분석을 내놓았다.

세 문서가 같은 사건을 다르게 강조하는 데는 쓴 자리의 차이가 있다. 정부 위원회는 계통 운영자와 발전 사업자를 모두 감독하는 쪽이고, 그 보고서는 운영자의 편성 결정과 발전기의 응답을 나란히 문제 삼았다. REE는 조사의 대상이기도 한 계통 운영자였고, 그 보고서는 자기 조치를 정해진 절차의 이행으로 서술하면서 발전기의 의무 위반을 앞세웠다. 엔트소이 패널은 유럽 송전계통운영자와 규제기관의 합의체이고 책임 판정을 권한 밖으로 두었기 때문에, 특정 주체보다 제도와 설계의 틈을 목록으로 늘어놓았다. 사고 전 지역조정센터의 운영 계획 단계 분석이 이날 계통을 안전한 상태로 판단했다는 점도 엔트소이 보고서에 함께 실려 있다.

결론 — 30분 동안 쓴 전압 여유가 27초의 붕괴를 정했다

4월 28일의 시간표는 세 구간으로 나뉜다. 12시 03분부터 26분까지 관제실은 미리 합의한 절차대로 진동을 잡았다. 선로 10회선을 묶고 프랑스행 수출을 줄였고, 직류 연계선을 정전력으로 돌렸으며, 진동 때 내려간 전압을 끌어올리려고 리액터 8기를 뗐다. 12시 25분부터 32분까지는 그 결과로 오른 전압을 리액터 5기를 다시 붙여 눌렀고, 12시 30분에는 전압이 420 kV 아래로 돌아왔다. 12시 32분 00초부터는 재생에너지 출력 조정과 소형 태양광 차단이 겹치며 전압이 1분 만에 13~17 kV 올랐고, 그라나다 변압기 차단에서 시작한 탈락이 27초 만에 두 나라를 꺼뜨렸다. 복구는 프랑스와 모로코에서 받은 전압과 수력 블랙스타트로 시작해 포르투갈 12시간, 스페인 16시간 만에 송전망을 되살렸다.

세 조사는 이 순서에 대해 거의 같은 기록을 남겼다. 서로 다른 것은 원인의 우선순위다. 정부 위원회는 운영자의 편성 부족과 발전기의 응답 부족을, REE는 발전기의 의무 불이행을, 엔트소이는 순위 없이 제도와 설비와 운용의 틈 전체를 앞에 놓았다. 어느 쪽을 본체로 보느냐에 따라 같은 시간표가 운영 판단의 문제로도, 발전 사업자의 이행 문제로도, 규정 설계의 문제로도 읽힌다. 시간표 자체가 확정하는 사실은 따로 있다. 전압이 오를 때 그것을 누를 수단은 이날 대부분 사람이 몇 분에 걸쳐 조작해야 하는 것이었고, 자동으로 반응해야 할 발전기의 응답은 기대에 못 미쳤다.

마지막 27초는 결과였고, 승부는 그 전 30분에 났다. 진동을 잡는 조치는 진동에는 맞는 방향이었지만 전압 여유를 소모했고, 그 여유를 몇 초 단위로 되돌려 줄 자동 장치가 계통에 충분하지 않았다. 엔트소이의 시뮬레이션이 무효전력 여유가 더 컸다면 붕괴를 막을 수 있었다고 결론지은 것도 같은 결론이다. 이 정전은 전력망 사고의 오래된 유형인 공급 부족과 출발점이 다르다. 송전망과 발전 설비가 바뀌는 속도를 전압 제어 규정과 운용 방식이 따라가지 못한 틈에서 일어났다. 선로를 묶는 조치가 왜 전압을 올렸는지는 2편이, 그 전압을 누를 자원이 왜 모자랐는지는 3편이 이어서 다룬다.

이베리아 대정전을 다시 읽기 · 2편

2편. 진동을 잡는 조치는 왜 전압을 올렸나 — 상차각, 동기화, 감쇠, 인버터 진동의 물리

레드 엘렉트리카 관제실은 0.63 Hz와 0.2 Hz 진동을 프랑스행 교환 감축과 400 kV 선로 투입으로 잡았다. 그 조작은 회전자 사이의 감쇠를 되살렸고, 같은 조작이 수요가 낮은 송전망에 무효전력을 남겼다.

2026년 11월 8일

12시 7분에 내려진 처방 — 교환 800 MW 감축과 400 kV 선로 다섯 회선

2025년 4월 28일 정오 무렵 스페인 400 kV 송전망의 전압과 주파수가 1.6초 남짓한 주기(0.63 Hz)로 출렁이기 시작했다. 진동이 계통 전체의 측정점에서 뚜렷해진 시각은 12시 3분이고, 주파수는 최대 100 mHz(밀리헤르츠, 1천분의 1 헤르츠) 폭으로 오르내렸다. 스페인 송전계통 운영자 레드 엘렉트리카(Red Eléctrica, 이하 REE)의 관제실은 이 진동의 감쇠비가 1% 아래라고 판단했다. 감쇠비는 진동이 한 번 흔들릴 때마다 얼마나 줄어드는지를 나타내는 값이며, 0에 가까울수록 진동이 오래 남고 0보다 작으면 저절로 커진다.

관제실은 프랑스 송전계통 운영자 RTE와 미리 맺어 둔 진동 대응 절차를 꺼냈다. 이 절차는 0.15~0.3 Hz 대역의 지역 간 진동을 대상으로 한다. 감쇠비가 3% 아래로 떨어지거나, 특정 국경 선로가 열린 상태에서 5% 아래로 떨어지거나, 0.1~0.35 Hz 대역에서 20 mHz보다 큰 진동이 몇 초 안에 줄지 않으면 발동한다. 처방은 네 가지로 정해져 있다. 스페인–프랑스 직류 연계선을 정전력 모드로 바꾸고, 그 직류선의 송전량을 늘리고, 송전망의 그물을 촘촘하게 하고(열어 둔 선로를 닫고), 스페인에서 프랑스로 가는 수출을 줄인다.

유럽 송전계통운영자 협의체 ENTSO-E가 꾸린 전문가 패널의 최종 보고서(2026년 3월 20일)는 그날의 조작을 초 단위로 남겼다. 12시 7분 0초에 REE는 프랑스행 교환 계획을 2,300 MW에서 1,500 MW로 줄였다. 줄인 800 MW는 카운터트레이딩으로 맞췄다. 카운터트레이딩은 운영자가 국경 한쪽의 발전을 줄이고 다른 쪽 발전을 늘려 국경을 넘는 전력 흐름을 바꾸는 조치다. 이어 12시 7분 12초부터 12시 8분 52초 사이에 열려 있던 400 kV 선로 다섯 회선(푸에블라 데 구스만–기예나, 팔마르–카릴, 그리호타–비야리노, 팔마르–로카모라, 라 로블라–무다라)을 닫았다. 직류 연계선은 12시 9분에서 11분 사이에 교류 선로를 흉내 내는 모드에서 정전력 모드로 바뀌었고 송전 설정값은 스페인에서 프랑스 방향 1,000 MW가 됐다. 전환 시각은 자료마다 조금씩 다르다. 최종 보고서 본문은 12시 9분, 같은 보고서의 조작 기록 그림은 12시 10분 30초, 스페인 정부 위원회 보고서는 12시 11분으로 적었다.

12시 19분에 두 번째 진동이 왔다. 이번에는 주기가 5초쯤 되는 0.2 Hz 진동이었고, 주파수 진폭은 최대 200 mHz 안팎으로 첫 번째보다 훨씬 컸다. 처방은 되풀이됐다. 12시 20분에 교환 계획을 1,500 MW에서 1,000 MW로 다시 줄였다. 이번 카운터트레이딩은 500 MW였다. 선로는 진동 전인 12시 15분에 모라타–비야비시오사 한 회선을 닫았고, 진동이 시작된 뒤 12시 21분부터 12시 26분 사이에 네 회선(피니야–로미카, 피니야–로카모라, 과다메–카브라, 토르데시야스–갈라파가르)을 더 닫았다. 포르투갈 운영자 REN에도 교환을 줄여 달라고 요청해, 12시 30분에 포르투갈행 교환이 2,000 MW로 줄었다. 줄어든 양은 자료끼리 엇갈린다. 최종 보고서 그림 4-5는 2,259 MW에서 259 MW를 줄였다고 적고, 정부·REE 보고서와 같은 최종 보고서의 그림 2-62는 2,545 MW에서 545 MW를 줄였다고 적는다. 이 시각들은 최종 보고서의 조작 기록 그림(그림 4-5, 그림 6-9·6-10, 222쪽·429쪽)에 초 단위로 남아 있다. 최종 보고서의 전압 모의 계산은 12시 7분부터 12시 26분까지 진동 감쇠를 위해 닫은 400 kV 선로를 열 회선으로 셌다.

진동은 두 번 다 잡혔다. 그리고 진동이 멎은 뒤 스페인 남부의 400 kV 전압은 올라갔다. 12시 32분 57초 그라나다 인근 변압기의 과전압 트립으로 시작한 연쇄 탈락은 27초 뒤 이베리아반도 전체의 정전으로 끝났다. 전문가 패널은 원인 계통도(root cause tree)에서 진동 대응 조치를 전압 상승의 원인 가운데 하나로 올렸고, 그 항목을 이렇게 설명했다.

On the day of the incident, the dispatchers implemented mitigation measures during both oscillatory episodes, which successfully damped the oscillations but contributed to increase the voltage.

사고 당일 급전원들은 두 차례의 진동 국면 모두에서 완화 조치를 시행했고, 그 조치는 진동을 감쇠시키는 데 성공했지만 전압을 높이는 데 기여했다.

ENTSO-E 전문가 패널, 「Grid Incident in Spain and Portugal on 28 April 2025 — Final Report」(2026년 3월 20일) 4.6절, 334쪽

같은 조작이 한쪽에서는 맞는 방향이고 다른 쪽에서는 반대 방향이었다. 이 편은 그 두 방향이 어디서 나오는지를 물리로 따라간다. 논지는 하나다. 교환 감축과 선로 투입은 상차각과 발전기가 보는 리액턴스를 줄여 0.2 Hz 지역 간 진동의 감쇠를 실제로 높였지만, 같은 조작이 송전선마다 흐르는 전력을 줄이고 역률 고정으로 운전하던 국내 발전을 줄여 계통에 남는 무효전력을 늘렸다. 그리고 이 처방은 원래 지역 간 진동용이어서, 인버터 제어가 만든 0.63 Hz 강제 진동에는 효과가 작았다.

이 논지를 세우려면 먼저 구별해야 할 것이 셋 있다. 동기화력과 감쇠는 서로 다른 양이다. 계통 고유의 진동과 외부에서 밀어붙이는 진동은 서로 다른 현상이다. 진동을 다루는 회전자의 물리와 전압을 다루는 무효전력의 물리도 따로 움직인다. 아래 절들은 이 순서로 간다.

상차각 — 송전선 양 끝 전압이 어긋난 각도

교류 전압은 1초에 50번 방향을 바꾸는 파동이다. 같은 계통 안의 모든 지점은 같은 50 Hz로 흔들리지만 파동의 마루가 오는 시점이 지점마다 조금씩 다르다. 이 시점 차이를 한 주기 360도에 대한 각도로 나타낸 것이 위상각이고, 송전선 양 끝 전압의 위상각 차이를 상차각(相差角)이라고 부른다. 발전소 쪽 전압이 소비지 쪽 전압보다 앞서 있으면 전력은 발전소에서 소비지로 흐른다.

고압 송전선에서 전류를 방해하는 성분은 대부분 리액턴스다. 리액턴스는 도선이 만드는 자기장이 전류 변화를 거스르는 정도를 옴(Ω) 단위로 나타낸 값이며, 저항과 함께 임피던스를 이룬다. 송전선의 저항을 무시하면 양 끝 전압 크기가 V₁, V₂이고 그 사이 리액턴스가 X인 선로로 흐르는 유효전력 P는 다음과 같다.

P = (V₁ · V₂ / X) · sin δ

δ가 상차각이다. 이 식은 세 가지를 말한다. 같은 전압과 리액턴스에서 더 많은 전력을 보내려면 δ가 커져야 한다. 같은 전력을 보낼 때 리액턴스가 작으면 δ가 작아도 된다. δ가 90°일 때 보낼 수 있는 전력이 가장 크고, 그 너머로 가면 각을 더 벌려도 전력은 오히려 줄어든다. 전압 크기를 기준값으로 나눈 단위(퍼유닛, pu)로 V₁ = V₂ = 1이라 두고 X만 바꿔 그리면 아래 곡선이 나온다.

같은 0.8 pu를 보낼 때 X가 1.0이면 δ는 53.1°이고, 같은 선로를 하나 더 병렬로 넣어 X가 0.5로 내려가면 δ는 23.6°가 된다. 앞의 값은 sin δ = 0.8에서, 뒤의 값은 sin δ = 0.4에서 나온다. 선로 투입이 상차각을 줄이는 경로가 이것이다. 수출 감축은 식의 P를 줄여 같은 일을 한다. δ = arcsin(P·X / V₁V₂)이므로 X와 전압이 그대로이면 P가 작을수록 δ도 작다.

인과의 방향도 적어 둔다. 운영자가 직접 바꾸는 것은 발전량이고, 각도는 그 결과로 따라온다. 카운터트레이딩으로 스페인 발전을 줄이고 프랑스 발전을 늘리면 국경 조류 P가 줄고, δ는 그 결과로 정해진다. 최종 보고서도 각주에서 이 관계를 적었다. "전송각은 유효전력 조류와 직접 관련되므로, 내부든 외부든 교환량의 변화나 편차는 곧 각도의 변화를 낳는다."(253쪽 각주 32)

4월 28일 정오의 스페인은 이 각도가 큰 상태였다. 전문가 패널은 0.2 Hz 진동의 전제 조건으로 남부 카르모나 변전소와 프랑스 국경 산타 요가이아 변전소 사이의 전송각이 약 80°였다는 점을 첫머리에 올렸다(19쪽, 253쪽). 보고서가 스페인 계통을 수요가 비슷한 세 지역으로 나눈 그림에서, 태양광 12,860 MW가 몰린 지역은 12시 32분 기준 발전 18,720 MW에 수요 8,260 MW였다. 보고서는 남서부가 중북부와 동부 쪽으로 유효전력을 "밀어내고" 있었다고 썼다(61쪽). 남쪽에서 북동쪽 국경까지 전력이 길게 흘렀고, 그만큼 각도가 벌어져 있었다.

80°라는 값을 위의 단일 선로 식에 그대로 대입할 수는 없다. 그물처럼 얽힌 송전망의 두 지점 사이 각도는 여러 경로를 거친 결과이기 때문이다. 그래도 식이 보여 주는 경향은 남는다. 단일 선로라면 80°는 최대 전송 전력의 98.5%(sin 80°)를 쓰고 있는 자리이고, 곡선의 기울기는 꼭대기 근처라서 cos 80° = 0.17로 작다. 이 기울기가 다음 절의 동기화 계수다.

동기화력과 감쇠는 서로 다른 양이다

송전선 양 끝에 동기발전기가 있다고 하자. 동기발전기는 회전자가 계통 주파수와 정확히 같은 속도로 도는 발전기이고, 회전자의 위치가 곧 그 발전기 내부 전압의 위상이다. 회전자가 잠깐 앞으로 밀리면 δ가 Δδ만큼 커지고, 전기 출력은 곡선의 기울기만큼 늘어난다.

ΔP = K_s · Δδ, K_s = dP/dδ = (V₁ · V₂ / X) · cos δ

K_s를 동기화 계수라고 한다. K_s가 양수이면 회전자가 앞서 나갈 때 전기 출력이 늘어 회전자에 제동이 걸리고, 뒤처지면 출력이 줄어 회전자가 다시 따라온다. 회전자를 제자리로 끌어당기는 이 복원 작용이 동기화 토크다. δ가 90°를 넘으면 K_s가 음수가 되어 회전자는 돌아오지 못하고 계속 벌어진다. 이것이 동기 이탈(탈조)이다. 앞의 예에서 X = 1.0, δ = 53.1°이면 K_s = cos 53.1° = 0.60이고, X = 0.5, δ = 23.6°이면 K_s = cos 23.6° / 0.5 = 1.83이다. 최대 전송 전력과 지금 보내는 전력의 차이는 각각 0.2 pu와 1.2 pu다.

여기까지 보면 선로 투입과 수출 감축이 "발전기가 서로 동기를 유지하려는 힘을 키워 진동을 줄인다"고 한 문장으로 말하고 싶어진다. 이 문장은 두 가지 서로 다른 물리량을 한데 묶는다. 회전자의 작은 흔들림은 동요방정식이라는 운동방정식으로 쓴다.

M · d²Δδ/dt² + D · dΔδ/dt + K_s · Δδ = 0, M = 2H / ω₀

H는 관성상수로, 정격 속도로 도는 회전체의 운동에너지를 정격 용량으로 나눈 값(초 단위)이다. ω₀는 계통 각주파수(50 Hz에서 314 rad/s)다. 세 항은 하는 일이 다르다. 첫째 항은 회전체의 관성이고, 셋째 항 K_s는 용수철처럼 회전자를 되돌리는 힘이며, 둘째 항 D는 속도에 비례해 흔들림을 깎는 감쇠 토크다. 이 식의 해는 고유 각진동수 ω_n = √(K_s/M)으로 흔들리고, 감쇠비는 ζ = D / (2√(M·K_s))다.

K_s가 커지면 진동은 빨라지지만, D가 그대로이면 감쇠비는 오히려 내려간다. 동기화 토크는 탈조를 막고 진동수를 정할 뿐 흔들림을 줄이지 않는다. 흔들림을 줄이는 것은 D, 곧 감쇠 토크다. 관성상수 5초, 50 Hz 계통에서 앞의 두 운전점을 넣고, 감쇠 계수 D를 첫 번째 경우의 감쇠비가 5%가 되도록 고정해 계산하면 아래와 같다.

X = 1.0일 때 진동 주파수는 약 0.69 Hz, 감쇠비는 5.0%다. X = 0.5로 바꾸면 주파수는 약 1.21 Hz로 오르고 감쇠비는 약 2.9%로 내려간다. 진폭이 절반으로 줄어드는 시간은 두 경우 모두 약 3.2초로 같다. 진폭이 줄어드는 빠르기는 D/(2M)로만 정해지고 K_s와 무관하기 때문이다. 감쇠비는 한 주기 동안 줄어드는 비율이므로, 같은 시간에 더 많이 흔들리는 쪽에서 작게 계산된다. 이 계산은 발전기 한 대가 무한히 큰 계통에 붙어 있다고 가정한 예시이며 스페인 계통의 값은 아니다.

최종 보고서의 분류도 같은 구분 위에 서 있다. 보고서 2.5절은 국제전기전자공학회(IEEE) 전력에너지학회의 2020년 기술 보고서(PES-TR77)를 따라 안정도를 분류하면서, 작은 교란에 대한 회전자각 안정도를 둘로 나눴다.

Small-disturbance angle stability can be further divided into non-oscillatory instability (a consequence of a lack of sufficient synchronising torque) and oscillatory instability (resulting from a lack of sufficient damping torque).

작은 교란에 대한 각 안정도는 다시 비진동성 불안정(충분한 동기화 토크가 없어서 생긴다)과 진동성 불안정(충분한 감쇠 토크가 없어서 생긴다)으로 나눌 수 있다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서 2.5절, 54쪽

12시 3분과 12시 19분의 문제는 뒤쪽이었다. 회전자가 한쪽으로 벌어진 채 돌아오지 못하는 일은 없었고, 흔들림이 줄지 않았다. 동기화 토크가 문제가 된 것은 그보다 14분 뒤, 연쇄 탈락이 시작된 마지막 몇 초다. 최종 보고서는 관성을 크게 늘려 모의해도 동기 이탈을 피할 수 없었다고 계산하고, 그 이유를 발전기가 줄줄이 떨어지며 이베리아반도의 동기화 토크가 빠르게 줄었기 때문이라고 설명했다(21쪽). 같은 날 같은 계통에서 두 양이 다른 시점에 문제가 됐다.

전문가 패널의 모형 계산에도 이 구분이 드러난다. 12시 21분 상태를 재현한 모형에서 스페인–프랑스 교류 연계선 조류를 약 394 MW 줄이면 지역 간 모드의 감쇠비는 0.28%에서 1.18%로 오르고, 약 446 MW 늘리면 −0.52%로 떨어진다. 그동안 모드 주파수는 소수 둘째 자리까지 0.20 Hz 그대로였다(표 4-16). 조류를 바꾼 효과는 진동수에는 보이지 않고 감쇠비에서만 보였다. 보고서는 연계선 조류를 줄이면 지역 간 진동이 줄고 늘리면 감쇠비가 떨어진다는 이 결과가 쿤두르의 교과서 『Power System Stability and Control』(1994)에 실린 이론적 결과와 일치한다고 적었다(272쪽). 반대로 스페인 쪽 동기발전기의 관성만 두 배, 세 배로 키운 계산에서는 모드 주파수가 0.18 Hz, 0.17 Hz로 내려갔다(표 4-15). 질량이 커지면 진동이 느려진다는 동요방정식의 예측과 맞는 방향이다. 같은 계산에서 감쇠비는 1.21%, 3.03%로 올랐는데, 보고서는 관성이 낮으면 지역 간 진동이 쉽게 생긴다는 것이 문헌에서 확립된 결과라고 설명했다. 발전기 한 대짜리 식으로는 이 결과까지 나오지 않으며, 여러 발전기와 제어기가 얽힌 실제 모드에서 감쇠를 만드는 성분이 관성과 함께 바뀐다는 뜻이다.

전압 조정기가 감쇠를 깎는 조건 — 하이프런–필립스 모델과 PSS

그렇다면 교환 감축과 선로 투입은 어떻게 감쇠를 올렸는가. 고전적인 설명은 발전기의 자동전압조정기(AVR, Automatic Voltage Regulator)에서 시작한다. AVR은 발전기 단자 전압을 재서 기준값보다 낮으면 회전자 계자 권선의 직류 전류를 늘리고, 높으면 줄이는 제어기다. 계자 전류를 바꾸면 발전기 내부 전압이 바뀌고 단자 전압이 따라온다. 응답이 빠르고 이득이 큰 AVR일수록 아래에서 설명할 부작용도 커진다.

1952년 미국 제너럴일렉트릭의 하이프런(W. G. Heffron)과 필립스(R. A. Phillips)는 미국전기공학회(AIEE) 논문집에 대형 터빈 발전기를 저여자 상태로 운전할 때 전압 조정기가 미치는 영향을 분석한 논문을 냈다. 같은 회사의 드멜로(F. P. de Mello)와 콘코디아(C. Concordia)는 1969년 「여자 제어가 미치는 동기기 안정도의 개념」(IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-88권 4호, 316~329쪽)에서 이 모델을 K₁부터 K₆까지 여섯 개의 상수로 정리했다. 발전기 하나가 외부 리액턴스를 거쳐 큰 계통에 연결된 상태를 선형화한 이 블록 선도를 오늘날 하이프런–필립스 모델이라고 부른다.

이 모델에서 K₅는 회전자각이 조금 변할 때 단자 전압이 얼마나 변하는지를 나타낸다. 보통은 양수다. 그런데 외부 리액턴스가 크고 발전기 출력이 클 때, 곧 δ가 크고 외부 계통이 약할 때 K₅는 음수가 된다. 이때 이득이 큰 AVR은 회전자각 변화에 맞서 단자 전압을 되돌리려다 계자 전류를 회전자 속도 변화와 어긋난 시점에 바꾸게 되고, 그 결과 동기화 토크는 보태지만 감쇠 토크는 빼앗는다. 계통에 음의 감쇠가 들어온다. 쿤두르의 교과서 『Power System Stability and Control』(1994) 같은 표준 교재가 이 결과를 같은 틀로 정리해 두었다.

이 그림에서 교환 감축과 선로 투입이 감쇠를 올리는 경로가 보인다. 교환을 줄이면 δ와 발전기 출력이 함께 줄고, 선로를 닫으면 발전기가 보는 외부 리액턴스가 준다. 두 조작 모두 K₅를 음수 쪽에서 끌어올려 AVR이 깎아 먹던 감쇠를 줄인다. 전문가 패널이 4.2절 첫머리에 꼽은 진동 유발 요인 목록도 같은 변수로 시작한다. 계통에 비해 발전기의 리액턴스가 큰 것(보고서는 이를 "전기적 거리"라고 바꿔 불렀다), 발전기와 계통 사이의 전송각, 넓은 지역이 수출 상태일 때 벌어지는 각도, 그리고 발전기를 저여자 운전으로 모는 전압 분포가 목록의 앞자리를 차지한다(231쪽). 원인 계통도(그림 1-15)에도 두 진동에 함께 이어진 요인으로 "여러 발전기가 보는 높은 리액턴스"와 "스페인·포르투갈 발전기군과 유럽 대륙 나머지 사이의 큰 전송각"이 나란히 올라 있다.

AVR이 깎은 감쇠를 되돌려 주는 장치가 전력계통안정화장치(PSS, Power System Stabilizer)다. PSS는 회전자 속도나 전력의 흔들림을 재서 위상을 맞춘 신호를 AVR 기준값에 더한다. 그러면 계자 전류가 속도 변화와 같은 시점에 움직여 감쇠 토크가 생긴다. 최종 보고서는 PSS를 지역 간 진동과 지역 진동에 대한 "첫 번째 방어선"이라고 불렀다(60쪽). 4월 28일 스페인에서 가동 중이던 주요 회전 발전기 가운데 PSS를 갖춘 것은 복합화력 6개 발전소의 8개 호기와 양수발전 1개 발전소였다. 원자력, 수력, 석탄 발전기에는 PSS가 없었다(표 2-5).

전문가 패널은 PSS가 얼마나 중요한지를 숫자로 보였다. 12시 21분 상태의 감쇠비 0.28%에서 가동 중인 복합화력의 PSS를 모두 끄면 −0.84%로 떨어져 진동이 저절로 커지는 상태가 된다(표 4-12). 반대로 원전에 PSS를 단다고 가정하면 1.55%로 오른다(표 4-13). 원전 PSS 계산은 정식 조정 절차를 거치지 않은 예비 설정값으로 한 것이라고 보고서는 덧붙였다. PSS를 갖춘 동기발전기 다섯 대를 스페인 계통에 더하고 그만큼 인버터 발전을 줄이는 계산에서도 감쇠비는 1.39%가 됐다(표 4-14). 원인 계통도는 이 사정을 "일부 대형 발전기에 PSS가 없었고 기존 PSS의 작용도 불충분했다"고 요약했다.

0.2 Hz — 유럽 대륙의 고유 진동이 이베리아에서 커진 과정

유럽 대륙 동기 계통에는 커다란 발전기 무리가 서로 반대로 흔들리는 고유 진동 방식(모드)이 몇 가지 있다. 최종 보고서는 이를 무게추들을 용수철로 이은 역학 모형에 빗대 그림으로 보였다(그림 2-35). 계통의 한쪽 끝에 있는 발전기 무리가 가속하면 반대쪽 무리는 감속하고, 회전체의 운동에너지와 송전망에 저장된 에너지가 번갈아 바뀐다. 대륙 계통에서 이런 지역 간 모드의 전형적 주파수는 0.15~0.30 Hz다(55쪽).

12시 19분의 진동은 그 가운데 동부–중부–서부(East–Centre–West) 모드였다. 이베리아반도가 중부 유럽(독일·이탈리아 등)과 반대로 흔들리고, 중부 유럽은 다시 튀르키예와 반대로 흔들리는 방식이다(최종 보고서 241쪽, 정부 위원회 보고서 35쪽). 스페인 정부 위원회 보고서(2025년 6월 17일 공개)도 이 진동을 유럽 계통의 고유 진동 가운데 하나로 보았다. 전문가 패널은 이 모드가 대륙 계통의 지역 간 모드 가운데 평균 감쇠가 가장 낮다고 적었다(253쪽).

그날의 감쇠는 서서히 내려갔다. 보고서의 모드 추정 그래프에서 감쇠비는 몇 분 동안 낮게 머물다가 12시 19분 무렵 음수가 됐고, 감쇠가 나빠지는 만큼 진동 에너지가 커졌다(78쪽). 전문가 패널이 12시 21분 상태를 재현하도록 맞춘 모형에서 이 모드의 감쇠비는 0.28%였다(233쪽). 알마라스 400 kV 변전소의 전압은 0.18~0.25 Hz 대역 필터를 거친 값으로 최대 28 kV 폭으로 흔들렸다(79쪽).

이베리아반도가 이 모드에서 크게 흔들리는 것은 처음이 아니었다. 2016년 12월 1일 11시 18분 프랑스 쪽 서부 400 kV 연계 경로의 선로 하나가 예기치 않게 열리면서 0.15 Hz 진동이 생겼다. ENTSO-E가 2017년에 낸 보고서는 그때 이베리아반도가 대륙 계통의 나머지와 반대 위상으로 흔들렸다고 정리했다. 선로가 열려 이베리아와 프랑스 사이 임피던스가 커진 상태에서, 남서부에서 중앙으로 향하는 큰 수출 조류(포르투갈→스페인 3,100 MW, 스페인→프랑스 2,250 MW)를 비롯한 여러 조류가 큰 전압 위상각 차이를 만들어 감쇠를 낮췄다는 것이다. REE와 RTE가 스페인→프랑스 교환 계획을 2,250 MW에서 1,000 MW로 줄이기로 합의하고 3분 뒤 진동은 완전히 감쇠됐다. 직류 연계선을 정전력 모드로 바꾸는 처방은 2016년 사건 뒤의 연구에서 나왔고, 지금의 REE–RTE 대응 절차에 들어 있다(최종 보고서 56쪽).

4월 28일의 0.2 Hz 진동은 이 고유 모드가 스스로 깨어난 것만은 아니었다. 전문가 패널의 모의 계산에서, 0.63 Hz의 강제 신호를 넣으면 처음 10초 동안 이베리아의 모선들은 0.2 Hz로 먼저 흔들리기 시작했고, 지역 간 모드의 감쇠가 충분히 작으면 0.63 Hz 진동이 0.2 Hz 진동을 일으킬 수 있었다(237쪽, 257쪽). 강제 진동과 고유 진동이 따로 놀지 않고 서로를 건드린다는 뜻이다. 이 관계를 이해하려면 강제 진동이 무엇인지부터 봐야 한다.

0.63 Hz — 인버터 제어가 계통을 흔든 강제 진동

고유 진동은 계통 자신의 성질에서 나온다. 한 번 건드리면 계통은 자기 고유 주파수로 흔들리다가 감쇠비에 따라 잦아든다. 앞 절의 동요방정식에서 오른쪽이 0인 경우다. 강제 진동은 오른쪽에 주기적인 힘 F(t)가 붙는 경우다. 어느 장치가 계통에 주기적으로 전력을 넣었다 뺐다 하면, 계통은 그 장치의 주파수로 끌려 흔들린다. 이때 진폭은 대략 다음 크기로 정해진다.

|Δδ| ≈ |F| / |K_s − M·ω² + j·D·ω|

ω는 밀어붙이는 힘의 각진동수다. 분모가 작아지면 진폭이 커진다. 힘의 주파수가 계통 고유 주파수(K_s = M·ω²인 자리)에 가까울수록, 그리고 그 고유 모드의 감쇠 D가 작을수록 응답이 커진다. 고유 모드가 하나뿐이라고 단순화해 예를 들면, 감쇠비 0.28%인 0.2 Hz 모드에 같은 주파수의 힘이 가해지면 응답은 정적 응답의 약 180배(1/(2ζ))가 된다. 주파수가 세 배 남짓인 0.63 Hz의 힘이면 약 0.11배(1/|1 − 3.15²|)다. 강제 진동은 감쇠를 키워도 사라지지 않는다. 힘이 계속 들어오기 때문이다. 근본 처방은 그 힘의 출처를 멈추는 일이다.

12시 3분의 0.63 Hz 진동을 전문가 패널은 이 강제 진동으로 분류했다. 근거는 넷이었다. 첫째, 위치다. 진동은 주로 이베리아반도 안에 머물렀고 유럽 대륙 나머지에서는 진폭이 아주 작았다. 전압 진폭은 카르모나와 알마라스 사이, 특히 알마라스와 푸에블라 데 구스만 400 kV 변전소에서 가장 컸다(69쪽, 242쪽). 둘째, 이력이다. 2025년 1~4월의 측정 자료를 모드 분석해 보니 0.63 Hz 부근에서 늘 나타나는 고유 모드는 없었고, 0.2 Hz 동부–중부–서부 모드, 모로코와 이베리아 사이의 0.5 Hz 부근 모드, 0.8~1.1 Hz의 지역 모드만 꾸준히 보였다(243쪽). 셋째, 모형이다. 전문가 패널의 고유값 계산에서는 0.4~0.8 Hz 대역에 감쇠가 약한 모드가 없었고, 큰 부하 탈락이나 무작위 잡음으로 계통을 흔들어도 0.63 Hz 진동이 재현되지 않았다. 진동이 가장 활발했던 바다호스 주의 한 지점에 0.63 Hz 신호를 넣자 실측과 비슷한 응답이 나왔고, 신호를 끊자 진동은 곧바로 사라졌다(253쪽, 256쪽). 넷째, 진원 추적이다. 진동 에너지의 흐름을 계산하는 방법(DEF), 고조파 분석, 발전기 SCADA 자료의 통계 분석이 모두 같은 변전소를 가리켰다(251쪽).

그 변전소 바로 옆에 인버터 기반 발전소 하나가 연결돼 있었다. 보고서는 발전소 이름을 밝히지 않고 "발전소 A"라고 불렀으며 위치는 바다호스 주다. 12시 3분부터 8분 사이 이 발전소의 유효전력은 약 0.5 pu, 무효전력은 약 0.25 pu 폭(마루에서 골까지)으로 출렁였다(73쪽). 보고서가 정리한 이 발전소의 사정은 이렇다. 스페인 규정상 2016년 유럽 발전기 연계 규정(RfG) 이전의 "기존 발전기"로 분류돼 있었다. 같은 접속점에 붙은 다른 발전기는 2021년에 준공돼 RfG 조항을 적용받았고, 진동에 대한 응답도 더 작았다. 12시 3분부터 12시 15분 12초까지 이 인버터는 쓸 수 있는 태양광보다 출력을 낮춰 운전하고 있었고, 12시 16분에 출력 설정값을 올리자 진동이 덜 두드러졌다. 발전소 제어기의 이벤트 목록에는 진동과 관련된 경보나 이상이 없었다(251~252쪽).

계통에 연결된 인버터 대부분은 계통 추종형이다. 인버터는 태양광 패널의 직류를 반도체 스위치로 잘게 썰어 교류로 바꾸는 장치이고, 계통 추종형 인버터는 계통 전압의 위상을 재서 거기에 맞춰 전류를 넣는다. 위상을 재는 회로가 위상 고정 루프(PLL, Phase-Locked Loop)다. 북미전력신뢰도공사(NERC)가 2017년 12월에 낸 지침 「Integrating Inverter-Based Resources into Low Short Circuit Strength Systems」는 이 구조의 약점을 이렇게 설명한다. 인버터 기반 자원은 회전체가 없어 동기화 전력을 스스로 내지 못하고, 출력을 제어하는 전자 회로가 계통에서 받는 안정된 전압 기준에 기댄다. 계통이 약해지면 그 기준이 흔들리고, 제어기의 동특성과 튜닝이 계통 전체의 거동에 미치는 영향이 커진다.

계통이 얼마나 약한지는 단락용량비(SCR, Short Circuit Ratio)로 가늠한다. 접속점에서 삼상 단락이 났을 때 흐를 수 있는 피상전력을 그 지점에 붙은 인버터 발전소의 정격으로 나눈 값이다. SCR이 작다는 것은 접속점에서 계통 쪽을 본 임피던스가 발전소 크기에 비해 크다는 뜻이다. 그러면 인버터가 넣은 전류가 접속점 전압을 눈에 띄게 바꾸고, 바뀐 전압을 PLL이 다시 재서 전류를 고치는 되먹임 고리가 생긴다. 이 고리의 이득이 크면 제어가 진동한다. 전문가 패널도 발전기가 보는 계통 리액턴스 때문에 인버터가 불안정해지는 현상은 잘 알려져 있고, 오래된 인버터가 특히 중간 출력에서 이런 문제를 보인 실제 사례가 있다고 적었다(251쪽). 리액턴스는 접속점의 단락용량에 따라 정해지며, 송전선이 많이 열려 있거나 단락 전류를 내는 회전 발전기가 적으면 커진다(231쪽).

이론상으로는 이 경로에 선로 투입이 직접 작용할 수 있다. 접속점에서 본 임피던스가 줄면 같은 전류 변동이 만드는 전압 변동이 작아지고, 인버터의 되먹임 고리도 약해진다. 대응 절차의 다른 처방은 사정이 달랐다. 교환 감축과 직류 연계선 모드 변경은 0.2 Hz 지역 간 모드를 겨냥한 조치여서, 계통 고유 모드가 아닌 0.63 Hz 강제 진동의 원인에는 닿지 않는다. 전문가 패널의 모의 계산이 이를 확인했다. REE가 한 조치를 모두 적용한 경우와 하나도 적용하지 않은 경우를 비교하면 0.63 Hz 진동의 진폭은 조금 작아졌지만, 그 효과는 0.2 Hz 진동에서보다 훨씬 작았다. 보고서의 결론은 이렇다. 진원을 없애지 않으면 이 조치들의 효과는 제한적이며, 주로 계통에 원래 있는 0.2 Hz 성분에만 의미 있게 작용한다(254쪽). 강제 진동을 막는 가장 효과적인 방법은 진원을 찾아 제어를 바꾸거나 출력 설정을 바꾸거나 떼어 내는 것인데, 4월 28일의 운영 환경에는 그런 감시·탐지 수단도 준비된 대응책도 없었다(276쪽).

0.63 Hz의 성격을 다르게 본 해석

0.63 Hz 진동이 강제 진동이라는 판단에는 반론이 있다. 스페인 코미야스 교황청 대학교 공과대학(ICAI)의 루이스 로우코, 엔리케 로바토, 프란시스코 에차바렌 교수는 스페인 전력회사 엔데사와 이베르드롤라의 의뢰로 예비 보고서를 썼고, 2025년 9월 29일자 요약본을 공개했다. 요약본은 0.6 Hz 진동이 이베리아 발전기들과 유럽 대륙 나머지 발전기들 사이의 지역 간 진동이라고 보았다. 스페인–프랑스 교환 전력의 0.6 Hz 진동 폭(약 470 MW, 마루에서 골까지)이 0.2 Hz 진동 폭(약 1,480 MW)과 견줄 만하니, 국경 너머의 발전기도 이 진동에 참여했다는 논리다.

Las afirmaciones de Red Eléctrica y ENTSO-e sobre el carácter forzado de dicha oscilación de 0,6 Hz no están soportadas por evidencias y/o análisis.

그 0.6 Hz 진동이 강제 진동이라는 레드 엘렉트리카와 ENTSO-E의 주장은 증거나 분석으로 뒷받침되지 않는다.

L. 로우코·E. 로바토·F. 에차바렌, 「코미야스 대학교 ICAI 예비 보고서 요약」(2025년 9월 29일), 요약 iii쪽

요약본은 강제 진동의 전형적 증거로 문헌이 꼽는 비선형 파형이나 고조파 성분이 기록에서 보이지 않는다고 지적하고, 문헌이 강제 진동 여부를 가리는 방법으로 진동 에너지 흐름(DEF) 방법 같은 기법을 제시한다고 적었다. 그리고 강제 진동이라 하더라도 진폭은 힘의 주파수가 계통 고유 진동 주파수에 얼마나 가까운지와 그 고유 진동의 감쇠에 달려 있으며, 고유 진동의 안정은 구성 요소를 계통으로 묶는 주체의 책임이라고 덧붙였다. 앞 절의 진폭 식이 말하는 내용과 같다.

2026년 3월의 최종 보고서는 요약본이 문헌의 방법으로 꼽은 분석을 실제로 했다. 진동 에너지 흐름 계산에서 이베리아반도 전체가 프랑스 쪽(2.39)과 모로코 쪽(1.16)으로 진동 에너지를 내보내고 있었고, 반도 안에서 진원 후보로 표시된 지역도 에너지를 내보내고 있었다(0.5). 그 지역은 측정 장치가 충분하지 않아 반도 전체가 내보낸 양과 직접 견줄 수는 없었다(247쪽). 고조파 분석에서는 1.26 Hz(2차)와 1.89 Hz(3차) 성분이 유효·무효전력 양쪽에서 나왔으나 에너지가 아주 낮았고, 2차 고조파가 가장 잘 보인 측정점은 바다호스 지역 발전기 가까이의 알마라스–비엔베니다 선로였다(248~249쪽). 보고서는 측정 자료만으로 진원을 결정적으로 증명하는 방법은 없어서 여러 방법을 겹쳐 맞춰 보았다고 밝히고, 결론을 다음과 같이 썼다.

After collecting and evaluating all these elements, the most plausible conclusion is to classify this oscillation as forced/converter driven: the plant interacted with the other generators in the area, dominating the oscillation.

이 요소들을 모두 모아 평가한 결과, 가장 그럴듯한 결론은 이 진동을 강제·컨버터 주도 진동으로 분류하는 것이다. 그 발전소가 지역의 다른 발전기들과 상호작용하며 진동을 주도했다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서 4.2.4.1.2절, 252쪽

두 해석이 실제로 다투는 지점은 좁다. 바다호스의 한 발전소가 이 진동에서 가장 활발했다는 데에는 최종 보고서의 자료가 쌓였다. 남는 물음은 그 발전소의 제어가 홀로 진동을 만들었는가, 아니면 계통에 이미 약하게 있던 성질을 키웠는가다. 최종 보고서 자신도 4월 28일 하루 카르모나 주파수 자료에서 0.60~0.65 Hz 성분이 10~11시에 20분 창 180개 가운데 48개, 11~12시에 180개 가운데 140개, 12시 이후에는 측정이 끊긴 12시 33분까지 101개 전부에서 잡혔다고 적었다(243쪽). 4월 8일 14시 6분에도 발전 계획이 2.6 GW 오른 직후 마루에서 골까지 15 mHz짜리 짧은 0.63 Hz 진동이 있었다(245쪽). 1~4월 전체로는 늘 있는 모드가 아니었지만, 그날 오전에는 점점 자주 나타났다.

각 주장을 낸 쪽의 처지도 함께 봐야 한다. 대응 조치가 전압 상승에 기여했다는 서술은 그 조치를 한 REE에게 불리하고, 동기발전기가 운영절차 7.4의 무효전력 요구를 채우지 못했다는 서술은 발전 사업자에게 불리하다. REE는 2025년 6월 18일 자체 보고서를 내면서 낸 보도자료에서 두 진동을 "강제" 진동으로 요약하고 그 원인을 발전소 내부의 이상 가능성으로 돌렸다. 다만 같은 날 공개한 보고서 본문은 0.6 Hz 진동만 바다호스 주 태양광 발전소에서 비롯됐을 수 있는 강제 진동으로 적고, 0.2 Hz 진동은 "자연 진동"으로 구분했다. 같은 보도자료는 직류 연계선의 정전력 모드 전환을 "수년간 진동 감쇠에 매우 효과적이었던" 조치라고 했다. 코미야스 요약본은 발전 사업자 두 곳의 의뢰로 쓰였다. 전문가 패널은 유럽 에너지규제기관협력청(ACER)과 각국 규제기관 소속 30명, 송전계통 운영자·지역 조정 센터·ENTSO-E 기구 소속 19명, 모두 49명으로 꾸려졌다. 정전 당사국 운영자는 한 명씩 참여해 의견을 냈지만 보고서의 주저자는 맡지 않았다(6쪽). 0.2 Hz 진동을 계통 고유 모드로 본 점에서는 전문가 패널, 스페인 정부 위원회, REE 보고서 본문이 같았고, REE 보도자료의 "두 강제 진동" 요약만 달랐다.

조치가 진동에 효과를 낸 경로

대응 조치의 효과는 0.2 Hz 진동에서 뚜렷했다. 전문가 패널은 12시 21분 상태를 기준으로 조치를 하나씩 되돌리거나 바꾸는 고유값 계산을 해서, 각 조치가 지역 간 모드의 감쇠비를 얼마나 바꿨는지 셈했다. 결과를 한 그림에 모으면 다음과 같다.

첫 번째 진동 직후인 12시 6분의 운영 상태, 곧 스페인–프랑스 교환 약 1,355 MW에 직류 연계선이 교류 모의 모드로 링크당 180 MW를 보내던 상태를 넣으면 감쇠비는 −1.03%다. 진동이 저절로 커지는 상태다. 교환을 약 875 MW로 줄이면 −0.15%가 되고, 여기에 직류 연계선을 정전력 모드로 바꾸면 0.05%, 모드는 그대로 두고 직류 송전을 링크당 500 MW로 늘리면 0.15%, 둘을 함께 하면 12시 21분의 실제 상태인 0.28%가 된다(표 4-6). 조치 전부를 합친 효과는 감쇠비로 약 1.3%포인트였고, 그중 교환 감축이 약 0.9%포인트로 가장 컸다.

직류 연계선이 왜 효과를 내는지는 그 운전 방식에 있다. 스페인 산타 요가이아와 프랑스 박사스를 잇는 INELFE 연계선은 1,000 MW짜리 링크 두 개로 된 전압형(VSC) 직류 송전선이다. 평상시에는 "교류 모의" 모드로 운전한다. 송전량을 P = P₀ + K·Δθ로 정하는 방식으로, Δθ는 두 단자 사이의 위상각 차이다(56쪽 각주 6). 직류선이 나란히 놓인 교류 선로처럼 행동하므로, 위상각이 출렁이면 직류선의 송전량도 따라 출렁이며 지역 간 진동에 가담한다. 정전력 모드로 바꾸면 이 결합이 끊긴다. 송전 설정값을 올리면 같은 교환량 가운데 교류 연계선이 맡는 몫이 줄어 교류 경로의 각도가 작아진다(260쪽).

선로 투입의 효과는 상대적으로 작았다. 12시 21분 전에 닫은 선로를 모두 되돌린 기준 상태(직류선은 교류 모의 모드로 가정)에서 감쇠비는 0.16%였고, 선로를 모두 닫으면 0.36%였다. 선로 하나하나의 효과는 감쇠비 1천분의 몇 퍼센트에서 10분의 1퍼센트 사이였고, 합쳐서 0.20%포인트였다(표 4-9). 보고서는 대륙 계통의 규모를 생각하면 이 정도 효과가 합리적이라고 평가했다.

그림의 아래쪽은 쓰지 못한 수단을 보여 준다. 직류 연계선에는 위상각 대신 주파수 차이를 보고 유효전력을 조절하는 POD-P와, 단자 주파수 편차를 보고 무효전력을 조절하는 POD-Q라는 진동 억제 기능이 있다. 스페인 쪽 POD-Q는 12시 3분 51초, 0.63 Hz 진동이 시작되고 약 50초 뒤에 꺼졌다. 출력이 ±100 Mvar 한계에 너무 자주 닿으면 스스로 멈추도록 제조사가 넣어 둔 보호 논리 때문이었고, 원인을 확인하기 전에는 다시 켜지 않는다는 방침에 따라 정전까지 꺼진 채였다(59쪽, 69쪽). 모형에서 스페인 쪽 POD-Q를 켜 두면 감쇠비는 0.28%에서 2.28%로 오른다(표 4-7). 보고서는 2차 진동 때 POD-Q가 켜져 있었으면 바람직했다고 적었다.

대응 절차가 0.2 Hz 모드를 겨냥해 만든 것이라는 사실은 첫 번째 진동 때의 판단과도 이어진다. REE는 전문가 패널에 이렇게 설명했다. 관제실은 감쇠가 1% 아래인 0.63 Hz 진동을 확인하고, 지역 간 진동용 공통 절차를 적용하는 것이 그 순간 계통 안정도를 높이는 가장 효과적인 조치라고 판단했다.

The intention was to gain a positive effect by changing the operating point of the system and creating again an increase of intrinsic system damping.

계통의 운전점을 바꿔 계통 고유의 감쇠를 다시 높임으로써 긍정적인 효과를 얻으려는 의도였다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서 2.5절, 58쪽

그날 관제실에는 0.63 Hz 진동의 진원을 실시간으로 찾아낼 감시 수단이 없었다(276쪽). 계통 전체의 운전점을 옮겨 감쇠를 올리는 처방은 0.63 Hz 진동 안에 섞여 있던 0.2 Hz 성분에 주로 작용했다(254쪽). 그리고 운전점을 옮긴다는 것은 송전망의 조류 분포 전체를 바꾼다는 뜻이기도 했다.

같은 조치가 무효전력 수지를 바꾼 경로

교류 송전선은 유효전력을 나르면서 무효전력을 만들기도 하고 먹기도 한다. 무효전력은 전기 에너지를 실제로 소비하지 않고 전원과 부하 사이를 오가는 성분이며, 계통에 남으면 전압이 오르고 모자라면 전압이 내려간다. 송전선의 도체와 땅 사이에는 정전용량이 있어서, 선로는 전압의 제곱에 비례하는 무효전력을 계통에 내놓는다(충전 무효전력). 선로의 직렬 리액턴스는 전류의 제곱에 비례하는 무효전력을 먹는다. 하나는 흐르는 전력과 거의 무관하고 다른 하나는 흐르는 전력이 클수록 커지므로, 조류가 작은 선로는 무효전력을 내보내고 조류가 큰 선로는 무효전력을 먹는다. 이 경계가 되는 조류를 고유 부하라고 하며, 자세한 계산은 3편 「전압을 누를 자원이 모자랐던 이유 — 고유 부하, 페란티 현상, 분로 리액터, 역률 고정 규정」에서 다룬다.

숫자로 보면 선로 투입이 왜 전압을 올리는지 바로 드러난다. 400 kV, 길이 100 km, 1 km당 정전 서셉턴스 4 µS와 리액턴스 0.32 Ω인 가공선을 가정하자(예시 계산이며 스페인 선로의 실제 값은 아니다). 이 선로 하나는 충전 무효전력 약 64 Mvar를 내놓는다. 400 MW를 보내면 전류는 약 577 A이고 직렬 리액턴스가 먹는 무효전력은 약 32 Mvar여서, 선로는 약 32 Mvar를 계통에 남긴다. 같은 선로를 하나 더 닫아 두 회선이 400 MW를 나눠 보내면, 충전 무효전력은 128 Mvar로 두 배가 되고 직렬 리액턴스가 먹는 양은 회선당 약 8 Mvar, 합쳐 약 16 Mvar로 4분의 1이 된다. 남는 무효전력은 약 112 Mvar로 80 Mvar 늘어난다. 한 회선이 800 MW를 보내다가 교환 감축으로 400 MW만 보내게 되면, 직렬 리액턴스가 먹는 양이 128 Mvar에서 32 Mvar로 줄어 선로는 64 Mvar를 먹던 쪽에서 32 Mvar를 내놓는 쪽으로 넘어간다.

4월 28일에는 여기에 경로가 하나 더 붙었다. 스페인 정부 위원회 보고서는 수출 감축이 전압을 올린 이유를 이렇게 설명했다. 수요가 그대로인 상태에서 수출을 줄이면 국내 발전을 그만큼 줄여야 한다. 그날 스페인의 재생에너지 발전소는 규정에 따라 역률 고정 모드로 운전했다. 역률 고정 모드에서는 무효전력 흡수량이 유효전력 출력에 비례하므로, 출력을 줄이면 흡수도 함께 준다(최종 보고서 17쪽).

Como se ha explicado anteriormente, una reducción de generación de tecnologías a factor de potencia fijo supone una doble presión al alza para la tensión (menor absorción de energía reactiva, y mayor producción de energía reactiva en las redes menos cargadas).

앞에서 설명했듯이, 역률 고정으로 운전하는 기술의 발전을 줄이면 전압을 올리는 압력이 두 겹으로 생긴다(무효전력 흡수가 줄고, 부하가 덜 걸린 송전망에서 무효전력 생산이 늘어난다).

스페인 정부 「2025년 4월 28일 전력 위기 상황 분석 위원회 보고서」(비기밀판, 2025년 6월 17일 공개) 83쪽

같은 쪽에서 위원회 보고서는 거리도 짚었다. 발전이 국경에서 멀리 떨어진 남쪽에서 줄면 남쪽에서 북쪽으로 가는 조류가 함께 줄어, 긴 경로의 선로 부하가 가벼워지고 전압이 오른다. 선로 투입에 대해서는 이렇게 적었다. "이 선로들의 연결은 진동 현상에 대해 계통을 강화하지만, 낮은 수요 상황에서 전압 상승에 기여하는 요인이다." 그 선로들은 애초에 저수요 시간대에 과전압을 피하려고 열어 둔 것이었다(66쪽, 83쪽). 위원회 보고서는 12시 30분의 계통을, 10개 400 kV 회선을 여러 단계에 걸쳐 닫아 처음 계획보다 그물이 촘촘해졌고 전압을 조절할 유연성은 줄어든 상태로 묘사했다(38쪽).

전문가 패널은 이 경로를 모의 계산으로 확인했다. 장시간 전압 거동을 계산하는 모형에서 12시 7분부터 12시 26분까지 닫은 400 kV 선로 열 회선을 닫지 않았다고 가정하자, 남부 400 kV 변전소의 전압이 선로를 닫은 기준 모의 결과보다 낮게 나왔다(309쪽 그림 4-111).

The closing of the 400 kV lines reduces the network impedance and redistribute the active and reactive power flows of lines, which in turn increase the voltage profile in the area.

400 kV 선로를 닫으면 송전망 임피던스가 줄고 선로들의 유효·무효전력 흐름이 다시 나뉘며, 그 결과 그 지역의 전압 분포가 높아진다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서 4.4절 「분석 5」, 309쪽

보고서는 이 결과가 "절차에 따라 진동을 성공적으로 감쇠시킨 운영자의 시정 조치가 스페인 남부의 전압 수준에 영향을 주었다"는 것을 확인한다고 덧붙였다. 원인 계통도에서는 "진동 완화 절차의 발동(스페인–프랑스 국경 교환 감축, 송전선 재투입)"이 "송전선 부하 감소와 부하 분포 변화에 따른 선로 무효전력 수요 변화로 인한 전압 상승"으로 이어지고, 이것이 "급격한 전압 상승"의 한 가지가 된다.

진동 자체도 전압 쪽 사정을 꼬았다. 두 진동이 이어지는 동안 전압은 출렁이면서 평균값도 내려갔다(79쪽). 0.63 Hz 진동 때 일부 변전소의 전압은 스페인 규정의 하한인 375 kV에 다가갔다(67쪽). 관제실은 낮아진 전압을 되살리려고 12시 4분부터 12시 24분 사이 분로 리액터 여러 대를 개방했다. 분로 리액터는 무효전력을 흡수해 전압을 낮추는 설비다. 진동이 멎자 선로 투입과 교환 감축의 효과가 전압 상승으로 드러났고, 운영자는 12시 26분부터 리액터를 다시 넣기 시작했다. 이 운용의 속도와 한계는 3편이 다룬다. REE도 영향을 알고 있었다. 위원회 보고서에 따르면 REE는 진동 대응 조치가 전압 제어에 미칠 영향을 고려해 남부에서 전압 제어 의무가 있는 화력 발전기를 새로 붙이기로 했고, 가장 빨리 붙을 수 있는 발전기도 1시간 30분이 걸려 14시부터 최소 출력으로 운전하도록 12시 26분에 일정을 확인했다. 그 발전기는 정전 전에 계통에 붙지 못했다(35쪽, 82쪽).

두 경로를 나란히 놓으면 충돌의 성격이 분명해진다. 감쇠를 올리는 조작은 연계선과 남북 경로의 조류를 줄이고 계통을 촘촘하게 묶는 쪽이다. 저수요 계통에서 전압을 내리는 조작은 선로를 열어 충전 무효전력을 줄이고 선로 부하를 유지하는 쪽이다. 둘은 같은 손잡이를 반대로 돌린다. 그날 계통은 그 사이에서 감쇠를 택했고, 그 결과 남은 무효전력을 흡수할 자원이 제때 따라오지 못했다.

결론 — 진동 대응은 물리적으로 맞았고, 그 부담을 받아 줄 전압 자원이 없었다

정리하면 세 가지다. 첫째, 교환 감축과 선로 투입이 0.2 Hz 지역 간 진동을 줄인 경로는 동기화 토크의 증가보다 감쇠의 회복이다. 동요방정식에서 동기화 계수만 키우면 진동이 빨라질 뿐 감쇠비는 내려가며, 전문가 패널의 계산에서도 교류 연계선 조류를 바꾼 효과는 진동수에는 보이지 않고 감쇠비에서만 보였다. 감쇠가 회복된 이유는 상차각과 발전기가 보는 리액턴스가 줄어 전압 조정기가 깎던 감쇠가 줄고, 직류 연계선이 교류 선로처럼 진동에 가담하던 결합이 끊겼기 때문이다. 그 효과는 모형에서 감쇠비 −1.03%를 0.28%로 올린 크기였다.

둘째, 0.63 Hz 진동은 성격이 다른 진동이었다. 전문가 패널은 바다호스 주 인버터 발전소가 주도한 강제 진동이 가장 그럴듯하다고 결론 내렸고, 코미야스 대학교 연구진은 그 분류의 증거가 모자라다고 보았다. 어느 쪽이든 지역 간 진동용 처방은 강제 진동의 원인에 닿지 않았고, 모의 계산에서도 그 효과는 작았다. 강제 진동의 처방은 진원을 찾아 멈추는 것인데 그 수단이 그날 관제실에 없었다.

셋째, 같은 조작이 무효전력 수지를 반대로 움직였다. 선로를 닫으면 충전 무효전력이 늘고 선로당 조류가 줄며, 교환을 줄이면 역률 고정으로 운전하던 국내 발전이 줄어 흡수까지 준다. 진동 중 낮아진 전압 때문에 분로 리액터가 빠져 있던 상태에서, 진동이 멎자 이 효과가 전압 상승으로 남았다.

진동 대응 조치는 감쇠와 전압이라는 두 수지를 동시에 건드린 조작이었고, 그날 계통에는 전압 쪽 부담을 초 단위로 받아 줄 자원이 없었다. 감쇠를 높이는 다른 수단, 곧 PSS와 직류 연계선의 POD-Q는 송전선 조류를 옮기지 않고 감쇠를 올린다. 계획된 동기 조상기와 STATCOM은 여기에 무효전력을 흡수할 능력까지 보탠다. 전문가 패널이 계산한 동기 조상기 8대, STATCOM 4대, 진동 억제 기능을 갖춘 인버터 2대, POD-Q를 합친 가상의 계통에서 지역 간 모드의 감쇠비는 0.28%에서 2.90%로 올랐다(표 4-20). 교환 감축과 선로 투입이 진동 대응의 주된 수단으로 남아 있는 한, 저수요 시간대의 진동 대응은 전압을 함께 올린다.

이 사고에서 진동과 전압은 서로 다른 교과서 장에 실린 문제였지만 운영실에서는 같은 조작 하나로 묶였다. 회전자 사이의 감쇠를 사려면 연계선의 조류를 줄여야 했고, 연계선의 조류를 줄이면 저부하 송전망에 무효전력이 남았다. 이베리아의 4월 정오처럼 동기발전기가 적고 재생에너지가 역률 고정으로 운전하는 계통에서는 이 연결이 더 단단해진다. 남은 무효전력을 누를 자원이 왜 모자랐는지는 3편 「전압을 누를 자원이 모자랐던 이유 — 고유 부하, 페란티 현상, 분로 리액터, 역률 고정 규정」이 이어서 따진다.

이베리아 대정전을 다시 읽기 · 3편

3편. 전압을 누를 자원이 모자랐던 이유 — 고유 부하, 페란티 현상, 분로 리액터, 역률 고정 규정

2025년 4월 28일 스페인 계통의 전압이 1분 남짓 만에 치솟을 때, 분로 리액터 용량의 42%는 꺼져 있었고 재생에너지 발전소는 규정상 계통 전압을 보지 않았으며 화력 발전기는 기준보다 덜 흡수했다. 송전선의 무효전력 수지에서 출발해 각 수단의 반응 속도와 그것을 묶어 둔 규정까지 따라간다.

2026년 11월 8일

2025년 4월 28일 12시 33분, 스페인 본토와 포르투갈의 전력계통이 통째로 멈췄다. 유럽 송전계통운영자 협의체(ENTSO-E)가 꾸린 전문가 패널은 2026년 3월 20일 최종 보고서를 내놓으며 이 사고를 여러 요인이 얽혀 생긴 일로 정리했다. ENTSO-E가 보고서와 함께 낸 요약은 진동, 전압과 무효전력 제어의 빈틈, 전압 조정 관행의 차이, 스페인에서 일어난 발전 출력의 급격한 감소와 발전기 탈락, 고르지 않은 안정화 능력을 꼽고, 이 요인들이 스페인의 빠른 전압 상승과 연쇄적인 발전기 탈락으로 이어졌다고 적었다. 전압이 오른 경로는 여러 갈래다. 이 글은 그 가운데 한 가지 물음만 따라간다. 전압이 오르기 시작했을 때 그것을 눌러야 할 수단들은 왜 제때 움직이지 않았나.

그날 스페인에 전압을 누를 설비가 없었던 것은 아니다. 모자랐던 것은 1분 안에 그 여력을 꺼내 쓰는 방식이었다. 분로 리액터는 사람이 하나씩 켜야 했고, 재생에너지 발전소는 규정상 계통 전압을 보지 않았으며, 화력 발전기의 전압 제어 의무에는 반응 속도가 적혀 있지 않았다. 이 결론에 닿으려면 먼저 송전선 자체가 전압을 올리는 장치가 될 수 있다는 사실에서 시작해야 한다.

송전선은 무효전력을 만들기도 하고 먹기도 한다

교류 전력에는 두 성분이 있다. 하나는 전동기를 돌리고 전등을 켜는 데 실제로 쓰이는 유효전력이고, 단위는 메가와트(MW)다. 다른 하나는 무효전력이다. 전선 주위의 전기장과 자기장을 한 주기마다 채웠다가 비우면서 발전기와 부하 사이를 오가는 성분이며, 단위는 메가바(Mvar)를 쓴다. 무효전력은 일을 하지 않지만 전압과 묶여 있다. 어떤 지점에 무효전력이 남으면 그 지점의 전압이 오르고, 모자라면 전압이 내려간다. 송전망에서 전압의 크기를 움직이는 손잡이가 바로 무효전력이다.

송전선은 이 무효전력을 스스로 만들기도 하고 먹기도 한다. 세 상의 도체는 땅과 서로를 마주 보고 길게 뻗어 있어서 거대한 축전기처럼 행동한다. 이 정전용량은 전압이 걸려 있는 동안 늘 무효전력을 만든다. 이것을 충전 무효전력이라고 부르고, 크기는 선로 전압의 제곱에 비례한다. 송전 전압은 정격 근처에서 크게 벗어나지 않으므로 충전 무효전력은 선로에 전력이 얼마나 흐르든 거의 일정하다.

반대로 도체에는 전류가 만드는 자기장 때문에 직렬 리액턴스가 있다. 리액턴스는 교류 전류가 흐를 때 생기는 저항 같은 성질인데, 열을 내는 대신 무효전력을 먹는다. 먹는 양은 전류의 제곱에 비례한다. 선로에 유효전력이 많이 흐를수록 전류가 커지고, 리액턴스가 먹는 무효전력은 제곱으로 불어난다.

선로 한 회선의 순 무효전력은 이 두 양의 차이다. 조류가 작으면 정전용량이 만드는 쪽이 이기고, 선로는 남는 무효전력을 계통에 내보내 전압을 밀어 올린다. 조류가 크면 리액턴스가 먹는 쪽이 이기고, 선로는 계통에서 무효전력을 끌어와 전압을 끌어내린다. 같은 선로가 무겁게 흐를 때는 전압을 끌어내리고, 가볍게 흐를 때는 전압을 밀어 올린다.

스페인 정부가 사고 직후 꾸린 위원회의 보고서(2025년 6월 17일 공개본)는 사고 당일의 출발점을 이렇게 적었다. 봄철이라 수요가 낮았고, 촘촘히 짜인 송전망이 용량성 효과, 곧 무효전력 생산을 일으켜 전압을 구조적으로 높은 수준으로 밀어 올리는 상황이었다. 그래서 저부하 때의 관행대로 일부 선로를 일부러 열어 두고 있었다(같은 보고서 66쪽). 선로를 여는 것은 정전용량 하나를 계통에서 떼어 내는 조치다. 스페인 송전망은 평소에도 선로를 열고 닫으며 전압을 맞추고 있었다.

운전 기준도 이 사정을 반영했다. 유럽 연합의 송전계통 운영 지침(SO GL)은 400 kV 계통의 정상 운전 범위를 380~420 kV로 정한다. 스페인은 1998년 운영절차 P.O. 1.4와 유럽 규정의 예외 조항에 따라 435 kV까지 운전할 수 있었다. ENTSO-E 최종 보고서는 이 예외가 송전 축이 길고 조류와 선로 부하의 변동이 큰 스페인 계통의 사정을 반영한 것이라고 설명한다(422쪽). 운영자인 레드 엘렉트리카(Red Eléctrica, 이하 REE)는 420 kV 아래를 선호했다고 밝혔다(219쪽 주석).

서지 임피던스와 고유 부하 — 선로가 무효전력을 주고받지 않는 조류

선로가 무효전력을 내보내는 쪽에서 먹는 쪽으로 넘어가는 조류에는 이름이 있다. 고유 부하, 영어로 서지 임피던스 부하(Surge Impedance Loading, SIL)다. 이름에 붙은 '서지'는 낙뢰나 차단기 조작으로 생긴 급격한 전압 변화가 선로를 따라 파도처럼 진행하는 현상을 가리킨다. 이 진행파에서 전압과 전류의 비는 선로 어디서나 같고, 단위 길이당 인덕턴스 L과 정전용량 C로만 정해진다.

Z_c = √(L / C) = √(X / B)

Z_c를 서지 임피던스 또는 특성 임피던스라고 부른다. X는 단위 길이당 리액턴스, B는 단위 길이당 서셉턴스(정전용량이 교류에 대해 보이는 크기)다. 선로의 굵기와 상간 거리, 땅에서의 높이로 정해지는 상수이고 선로 길이와 상관이 없다. 이 상수가 정상 상태의 조류 계산에도 그대로 나온다. 단위 길이에서 정전용량이 만드는 무효전력 V²B와 리액턴스가 먹는 무효전력 I²X가 같아지는 조건을 풀면 V/I = √(X/B) = Z_c가 되고, 이때 흐르는 전력이 고유 부하다.

SIL = V² / Z_c

V는 선간 전압이다. 식이 말하는 바는 단순하다. 선로 끝에 Z_c와 같은 저항을 달아 놓은 것처럼 전력을 받아 가면, 선로의 모든 구간에서 만들어지는 무효전력과 먹히는 무효전력이 그 자리에서 상쇄된다. 그러면 전압이 송전단에서 수전단까지 거의 같은 크기로 유지된다. 조류가 고유 부하보다 작으면 선로는 무효전력을 내보내고, 크면 먹는다. 이름에 서지가 붙은 이유는 Z_c라는 상수가 진행파 해석에서 먼저 정의되었기 때문이고, 고유 부하는 서지가 일어나는 상황과 관계가 없다.

400 kV 선로 100 km로 해 보는 예시 계산

숫자로 확인해 본다. 아래 값은 계산을 보이려고 가정한 선로정수이며, 스페인 계통의 실측값과는 다르다. 400 kV 가공선의 리액턴스를 1 km당 0.32 Ω, 서셉턴스를 1 km당 4 µS(마이크로지멘스)로 두면 Z_c = √(0.32 / 0.000004) ≈ 283 Ω이고, 고유 부하는 400² / 283 ≈ 566 MW다. 이 선로가 100 km라면 정전용량이 만드는 충전 무효전력은 400² × 0.000004 × 100 = 64 Mvar다. 리액턴스가 먹는 무효전력은 3상을 합쳐 P² × X × 길이 / V²로 쓸 수 있다. 조류 P가 600 MW이면 600² × 32 / 400² = 72 Mvar이고, 순 무효전력은 64 − 72 = −8 Mvar로 선로가 이미 무효전력을 먹는 쪽에 있다. 조류가 1,000 MW이면 리액턴스가 200 Mvar를 먹어 순 무효전력은 −136 Mvar가 된다. 반대로 조류가 200 MW이면 리액턴스가 먹는 양은 8 Mvar뿐이고 선로는 56 Mvar를 계통에 내보낸다.

같은 경로에 선로 한 회선을 더 붙여 두 회선이 같은 조류를 나눠 보내게 하면 계산이 달라진다. 충전 무효전력은 두 배인 128 Mvar가 되고, 각 회선의 전류는 절반이 되어 리액턴스가 먹는 무효전력의 합은 절반으로 준다. 선로가 무효전력을 주고받지 않는 조류는 566 MW에서 약 1,131 MW로 두 배가 된다. 600 MW를 보내는 경로라면 한 회선일 때 −8 Mvar이던 순 무효전력이 두 회선일 때 +92 Mvar로 바뀐다. 조류가 그대로인 채 선로를 하나 더 넣으면 그 경로는 같은 전력을 보내면서 100 Mvar 가까운 무효전력을 더 내보내게 된다.

지중 케이블은 같은 계산에서 훨씬 극단적인 쪽에 선다. 도체와 접지된 피복 사이가 몇 센티미터밖에 안 되는 절연층으로 채워져 있어 단위 길이당 정전용량이 가공선보다 훨씬 크다. 서지 임피던스가 작으므로 고유 부하가 실제 흐르는 조류보다 훨씬 커지고, 케이블은 거의 언제나 무효전력을 내보내는 쪽에 있다. 케이블이 많은 도시 계통이나 해저 케이블 연계선에 분로 리액터를 함께 다는 이유가 여기에 있다.

페란티 현상 — 끝이 열린 선로에서 전압이 오르는 극단

고유 부하 곡선의 가장 왼쪽 끝, 곧 조류가 0인 경우에는 따로 이름이 붙어 있다. 송전단에만 연결되고 수전단이 열려 있는 선로, 또는 수전단에 부하가 거의 없는 선로에서 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상을 페란티 현상이라고 부른다. 이름은 19세기 말 런던 템스강 변의 뎁트퍼드 발전소에서 시내까지 고압 교류를 케이블로 보내는 설비를 설계한 영국 기술자 세바스천 지아니 데 페란티(Sebastian Ziani de Ferranti, 1864~1930)에서 왔다.

원리는 앞 절의 무효전력 수지와 같다. 끝이 열린 선로에도 정전용량은 그대로 있으므로 충전 전류가 흐른다. 이 전류는 송전단에서 들어와 선로를 따라 흩어지며 각 구간의 정전용량을 채운다. 용량성 충전 전류가 선로의 인덕턴스를 지나면 보통 부하 전류일 때와 부호가 반대인 전압 차이가 생기고, 그래서 수전단으로 갈수록 전압이 높아진다. 손실을 무시한 분포정수 선로에서 수전단이 열려 있으면 두 끝의 전압 비는 다음과 같다.

V_수전 / V_송전 = 1 / cos(βl)

l은 선로 길이, β = √(X·B)는 단위 길이당 위상 변화량이다. 앞의 예시 선로정수를 넣으면 β는 1 km당 약 0.00113라디안, 100 km당 약 6.5도다. 손실 없는 가공선의 전파 속도를 빛의 속도로 보고 50 Hz에서 계산하면 100 km당 6.0도가 나온다. 예시 선로정수로 계산한 전파 속도는 초속 약 27만 8천 km로 빛의 속도보다 조금 느리기 때문에 두 값이 다르다.

예시 선로정수로 계산하면 수전단 전압은 100 km에서 송전단보다 약 0.64%, 300 km에서 약 6.1%, 500 km에서 약 18.5% 높다. 100 km당 6.0도를 쓰면 100 km에서 약 0.55%, 300 km에서 약 5.2%다. 어느 쪽이든 상승률은 길이에 비례하지 않고 길이의 제곱보다도 빠르게 커진다. 400 kV 선로라면 100 km에서도 페란티 상승이 3 kV가 안 되지만, 수백 km짜리 선로를 끝을 연 채 충전하면 수전단 전압이 운전 범위를 넘어선다. 장거리 초고압 선로의 양 끝에 선로와 함께 고정으로 붙여 두는 선로 리액터가 이 상승을 막는다.

페란티 현상은 저부하 선로의 전압 상승 가운데 한 끝점에 해당한다. 조류가 0이면 상승이 가장 크고, 0과 고유 부하 사이에서는 상승 폭이 줄어들 뿐 전압은 여전히 선로를 따라 올라가며, 고유 부하와 같으면 전압 분포가 평탄해진다. 2025년 4월 28일 REE가 연결한 선로들은 양 끝이 모두 계통에 붙어 있었으므로 엄밀한 뜻의 페란티 현상은 아니다. 그러나 전압을 올린 물리는 같다. 수요가 낮아 고유 부하보다 훨씬 적게 흐르는 선로가 무효전력을 내보냈다.

선로를 넣으면 전압은 언제 오르고 언제 오르지 않나

기존 선로와 나란히 선로를 하나 더 연결하는 경우를 일반화해 본다. 경로 전체의 조류가 그대로라면 두 가지가 동시에 일어난다. 정전용량이 하나 더 붙으므로 충전 무효전력이 늘고, 경로의 리액턴스가 줄어 같은 전류에 대한 무효전력 소비가 준다. 두 효과 모두 계통에 남는 무효전력을 늘린다. 그래서 선로 투입은 계통의 부하 수준과 관계없이 전압을 올리는 방향으로 작용한다.

부하 수준에 따라 달라지는 것은 그 상승이 반가운가다. 수요가 많아 선로가 고유 부하보다 무겁게 흐르는 날에는 전압이 정격보다 낮기 쉬우므로 선로 투입이 전압을 받쳐 준다. 수요가 낮은 날에는 이미 전압이 높기 쉬우므로 같은 조치가 과전압 요인이 된다. 저부하 시간대에 운영자가 일부 선로를 일부러 열어 두는 것은 이 때문이다.

전압이 오르지 않는 경우도 있다. 전압 크기가 서로 다른 두 지역을 잇는 선로를 넣으면 무효전력이 전압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흘러, 낮은 쪽 전압은 오르고 높은 쪽 전압은 내려간다. 투입 지점 근처에 무효전력을 흡수할 자원, 예를 들어 저여자로 운전하는 동기발전기나 전압 제어 모드의 인버터가 충분하면 늘어난 무효전력을 그 자원이 받아 모선 전압은 거의 그대로 유지된다. 4월 28일 스페인에서는 이 두 번째 조건이 채워지지 않았다.

4월 28일의 진동 대응 조치

12시 3분부터 약 5분 동안 스페인 계통에 0.6 Hz 대역의 강한 진동이 나타났고, 12시 19분부터는 유럽 대륙 계통 전체가 동서로 흔들리는 0.2 Hz 진동이 이어졌다. 진동의 원인과 성격은 2편 「진동을 잡는 조치는 왜 전압을 올렸나 — 상차각, 동기화, 감쇠, 인버터 진동의 물리」에서 다룬다. 여기서 볼 것은 REE가 진동을 줄이려고 꺼낸 조치가 무효전력 수지에 무엇을 했는가다. REE가 2025년 6월 18일 낸 사고 보고서(「Incidente en el Sistema Eléctrico Peninsular Español el 28 de abril de 2025」)는 첫 진동 때 프랑스 송전계통 운영자 RTE와 미리 정해 둔 조치를 이렇게 적었다. 400 kV 송전선을 연결해 계통 임피던스를 낮추고, 프랑스로 가는 수출을 800 MW 줄여 1,500 MW로 맞추고, 프랑스와 잇는 초고압 직류송전(HVDC) 연계선을 1,000 MW 고정 전력 운전으로 바꿨다(4쪽). 두 번째 진동 때는 다시 선로를 연결하고, 프랑스 수출을 1,000 MW로 낮춰 교류 선로의 순 교환을 0으로 만들고(처음부터 모두 1,300 MW 감축), 포르투갈 수출도 2,545 MW에서 2,000 MW로 줄였다(6쪽). REE는 프랑스와의 교환 계획 변경이 12시 22분부터, 포르투갈과의 변경이 12시 27분부터 실행되었다고 적었다(7쪽).

ENTSO-E 최종 보고서의 그림 4-5와 6-9·6-10은 같은 조치에 시각을 붙였다. 12시 7분 0초에 스페인에서 프랑스로 가는 교환을 2,300 MW에서 1,500 MW로 줄였고(800 MW 역거래), 12시 7분 12초부터 12시 8분 52초 사이에 400 kV 선로 다섯 회선을 연결했다. 직류 연계선은 본문 기준 12시 9분, 그림 기준 12시 10분 30초에 고정 전력 운전(설정값 1,000 MW, 스페인에서 프랑스 방향)으로 바뀌었다(71·429쪽). 두 번째 진동 때는 12시 20분 0초에 교환을 1,500 MW에서 1,000 MW로 다시 줄였고(500 MW 역거래), 12시 30분 0초에 포르투갈 쪽 교환을 2,259 MW에서 2,000 MW로 줄였다(259 MW 역거래, 222쪽). 프랑스 쪽 감축량은 REE 보고서와 같고, 포르투갈 쪽은 출발 값이 REE 보고서의 2,545 MW와 다르다. 두 보고서는 차이의 이유를 설명하지 않았다.

ENTSO-E 최종 보고서의 기록으로는 12시부터 12시 20분까지 진동을 줄이려고 선로 여섯 회선이 연결되었고(12시 7~8분의 다섯 회선과 12시 15분 모라타-비야비시오사), 그 뒤 전압 제어를 위해 열어 두었던 400 kV 가공선 네 회선이 더 연결되었다(222쪽). 표 2-2의 조작 목록에 따르면 이 네 회선은 12시 21분 피니야-로미카, 12시 22분 피니야-로카모라, 12시 25분 과다메-카브라, 12시 25분 토르데시야스-갈라파가르 선로다. 그림 4-5는 마지막 선로의 연결 시각을 12시 26분 1초로 적었다. 오전 첫 진동부터 따지면 연결된 400 kV 선로는 모두 열 회선이다. 보고서는 선로 연결이 전압에 미치는 효과를 다음처럼 정리했다.

Connecting lines decreases system impedance. This action increases damping, and on the other hand increases the reactive power production in the system and hence increases voltage. Disconnecting lines has the opposite effect.

선로를 연결하면 계통 임피던스가 줄어든다. 이 조치는 감쇠를 키우는 한편, 계통의 무효전력 생산을 늘려 전압을 올린다. 선로를 끊으면 반대 효과가 난다.

ENTSO-E 전문가 패널, 「Grid Incident in Spain and Portugal on 28 April 2025 — Final Report」(2026년 3월), 2.1.2절, 32쪽

수출 감축이 전압을 올린 경로는 둘이다. 첫째, 국경까지 가는 선로의 조류가 줄어 리액턴스가 먹던 무효전력이 줄었다. 둘째, 수출을 줄이려면 국내 발전을 줄여야 하는데, 조정 에너지는 스페인 전체를 한 가격 구역으로 놓고 값싼 순서로 배분되었다. REE 보고서에 따르면 그 감축분은 남부에 몰린 태양광 위주의 제어 센터로 갔다. 남부 발전이 줄면 남쪽에서 북쪽 국경으로 가는 여러 선로가 한꺼번에 가벼워지고, 역률 고정으로 운전하던 그 발전소들이 흡수하던 무효전력도 함께 준다(5쪽). REE는 이 조치들의 방향을 스스로 명시했다.

Todas estas medidas adoptadas son tendentes a que suba la tensión del sistema, pero son necesarias para corregir la oscilación al ser medidas que mejoran el amortiguamiento, que cuando aparece es la prioridad.

이렇게 취한 조치는 모두 계통 전압을 올리는 쪽으로 작용한다. 그러나 감쇠를 키우는 조치이므로 진동을 바로잡는 데 필요하며, 진동이 나타나면 그것이 우선이다.

REE, 「Incidente en el Sistema Eléctrico Peninsular Español el 28 de abril de 2025」(2025년 6월), 4쪽

스페인 정부 위원회 보고서도 같은 경로를 짚었다. 위원회는 수출 감축이 역률 고정 발전을 줄여 "이중으로" 전압을 밀어 올린다고 썼다. 무효전력 흡수가 줄고, 덜 실린 망에서 무효전력 생산이 늘기 때문이다. 선로 연결에 대해서는 다음과 같이 적었다.

El incremento de mallado del sistema mediante la conexión de líneas (que estaban previamente abiertas, en un contexto de baja demanda, precisamente para evitar sobretensiones). La conexión de estas líneas refuerza el sistema de cara a fenómenos oscilatorios, pero es un factor que contribuye al alza de tensiones en un contexto de baja demanda.

선로를 연결해 계통의 망을 더 촘촘하게 하는 조치(이 선로들은 수요가 낮은 상황에서 바로 과전압을 피하려고 앞서 열어 두었던 것이다). 이 선로들을 연결하면 진동에 대해서는 계통이 튼튼해지지만, 수요가 낮은 상황에서는 전압을 올리는 요인이 된다.

스페인 정부, 「Informe del Comité para el análisis de las circunstancias que concurrieron en la crisis de electricidad del 28 de abril de 2025」 공개본(2025년 6월), 83쪽

ENTSO-E가 그린 원인 계통도에도 같은 칸이 있다. "선로 부하가 낮아지고 부하 양상이 바뀌어 선로의 무효전력 수요가 달라진 데 따른 전압 상승"이라는 칸이, "스페인-프랑스 국경 교환 감축과 선로 재연결로 진동을 감쇠"라는 칸에서 이어진다(332쪽). 진동 대응은 계통을 무효전력 곡선의 왼쪽, 곧 선로가 무효전력을 더 많이 내보내는 쪽으로 옮겼다. 남는 무효전력을 가까운 자원이 받아 주면 모선 전압은 거의 그대로 머문다. 앞에서 본 두 번째 예외 조건이다. 다음 절부터는 그 자원들을 하나씩 본다.

전압을 누르는 수단과 그 반응 속도

송전망에서 전압을 내리려면 무효전력을 흡수해야 한다. 흡수하는 장치는 여럿이고, 무엇보다 반응하는 시간의 자릿수가 서로 다르다.

분로 리액터는 모선과 땅 사이에 병렬로 거는 큰 코일이다. 리액턴스 X인 리액터는 Q = V² / X만큼 무효전력을 흡수하므로 전압이 오를수록 더 많이 먹는다. 일단 연결해 두면 제어 없이도 전압 상승을 조금 누르는 셈이다. 다만 대부분은 차단기로 켜고 끄는 방식이어서 중간 값이 없다. 스페인 정부 위원회 보고서는 리액터가 REE의 주된 전압 조정 수단이지만 "전부 아니면 전무(todo o nada)" 방식이라 전압 변동을 고르게 다듬는 데 한계가 있다고 적었다(65쪽). REE 송전망의 리액터는 400 kV용이 150 Mvar, 220 kV용이 100 Mvar이며 모두 3상 설비다(ENTSO-E 최종 보고서 86쪽).

분로 커패시터는 반대로 무효전력을 공급해 전압을 올린다. 과전압 때 커패시터는 먼저 떼어 낼 공급원이다. ENTSO-E 최종 보고서가 실은 REE의 리액터·커패시터 목록(표 2-7)에는 커패시터가 220 kV 후이아(Juià) 변전소의 150 Mvar 한 대뿐이고, 이 설비는 10시 44분에 분리되어 12시 32분에도 분리 상태였다(표 2-2, 표 2-7). 4월 28일 정오 무렵 송전망 커패시터가 전압을 밀어 올리고 있지는 않았다.

동기발전기는 회전자 계자 전류를 바꿔 무효전력을 조절한다. 자동전압조정기(AVR)가 단자 전압을 재서 계자를 줄이면 발전기는 저여자 상태가 되어 계통의 무효전력을 흡수한다. 연속적이고 빠르지만, 발전기가 계통에 붙어 돌고 있어야 쓸 수 있다. 꺼져 있는 화력 발전기를 새로 붙이는 데는 몇 시간이 걸린다. 동기조상기는 원동기 없이 계통에 붙어 도는 동기기로, 같은 방식으로 무효전력을 연속 조절하면서 단락용량과 관성까지 보탠다. 포르투갈에는 유효전력을 내지 않을 때도 동기조상기처럼 돌며 전압을 조정하도록 계약된 수력 발전소가 한 곳 있다(ENTSO-E 최종 보고서 218쪽).

STATCOM(정지형 동기 보상기)과 SVC(정지형 무효전력 보상기)는 전력전자 소자로 무효전력을 만들거나 흡수하는 설비다. 회전부가 없고 반응이 빠르다. 4월 28일 스페인에서는 STATCOM 한 대만 운전 중이었고, 다른 한 대는 준공 전 시험 중이었다(207쪽). 스페인-프랑스 사이의 2 × 1,000 MW 전압형 HVDC 연계선도 양 끝 변환소에서 전압을 조정했다. REE는 오전 내내 산타 요가이아(Santa Llogaia) 변환소의 전압 설정값을 401 kV에서 413 kV 사이에서 바꿨고, 12시 31분 32초에 412 kV에서 409 kV로 낮췄다(표 2-2, 222쪽).

변압기 탭 절환기는 권선비를 한 단씩 바꿔 전압 분포를 옮긴다. 기계 장치라 한 단 바꾸는 데 시간이 걸린다. 스페인에서는 송전-배전 사이 변압기의 탭을 배전 사업자가 조작하고, 기준점 전압이 정해진 값을 15분 넘게 넘으면 REE가 탭 고정 명령을 낼 수 있었다. 4월 28일의 전압 변동은 15분보다 빨라 그런 명령은 나오지 않았다(214쪽). 재생에너지 인버터는 전압 제어 모드로 설정하면 그 자체로 빠른 전압 조정 장치가 된다. 유럽 발전기 연계 규정(위원회 규정 2016/631, RfG) 제21조 3항 d호 (iv)목은 전압 제어 모드의 발전단지가 전압 계단 변화 뒤 무효전력 변화량의 90%에 계통운영자가 1~5초 범위에서 정한 시간 안에 도달하고, 5~60초 범위에서 정한 시간 안에 정착할 수 있어야 한다고 정한다.

이 수단들을 반응 시간 순서로 늘어놓으면 자릿수가 서로 다르다. 프랑스 RTE는 리액터의 약 절반을 국소 전압 측정에 따라 자동으로 켜고 끄며, 응답 시간이 5~10초라고 ENTSO-E 전문가 패널에 설명했다(217쪽). 사람이 판단해 조작하는 리액터는 분 단위다. 2025년 4월 22일 저녁 스페인에서 전압이 452 kV까지 오른 사건 때 REE는 18시 58분 무렵 상승이 시작된 뒤 19시 5분까지 리액터 22대를 연결해 상황을 수습했다(228쪽). 4월 28일 남부에서 연결을 지시한 복합화력 발전기는 기동에 1시간 30분이 필요했다. 4월 28일의 마지막 전압 상승은 1분 남짓이었고, 그 시간 안에 반응할 수 있는 것은 초 단위 수단뿐이었다.

4월 28일의 분로 리액터 — 진동 때 빼고, 상승 때 다 넣지 못했다

스페인 송전망에는 분로 리액터가 약 90대, 용량으로 13,300 Mvar 설치되어 있다. ENTSO-E 최종 보고서에 따르면 4월 28일 9시부터 12시 30분 사이 그 가운데 43대(6,000 Mvar)가 전압 제어를 위해 조작되었고 개폐 조작은 모두 84회, 그중 40회가 남부였다. 스페인의 리액터는 REE가 수동으로 조작한다(207쪽). 보고서 표 2-2는 조작마다 시각과 설비 이름을 남겼고, 표 2-7은 12시 32분 시점의 상태를 남겼다. 두 표를 맞춰 보면 12시 32분까지 순 3,950 Mvar가 분리되었고, 12시 32분의 연결 용량 7,700 Mvar에서 거꾸로 더하면 9시의 연결 용량은 약 11,650 Mvar로 계산된다. 오전 첫 한 시간에만 순 2,450 Mvar가 분리되었다.

진동 구간은 리액터 운용을 거꾸로 만들었다. 두 진동은 전압을 흔들면서 끌어내렸다. REE 보고서에 따르면 첫 진동 때 전압은 변전소에 따라 375~410 kV 사이에서 움직였고, 두 번째 진동 때도 375~412 kV 사이를 오갔다(4·5쪽). 운영자는 낮아진 전압을 회복하려고 리액터를 열었다. 표 2-2에는 12시 4분 비야비시오사 400 kV, 12시 4분 과다메 220 kV, 12시 5분 루에다 400 kV, 12시 7분 아라곤 400 kV, 12시 17분 카브라 400 kV 리액터의 개방이 차례로 적혀 있다. 12시 20분부터 25분 사이에는 리액터 세 대(400 Mvar)가 더 열렸는데, 같은 5분 동안 선로 네 회선이 연결되었다(207·222쪽). 전압을 끌어올리는 두 조작이 같은 시간대에 겹쳤다.

진동이 멎자 전압이 올랐다. 12시 25분부터 29분 사이 430 kV 경보가 24번 울렸고, 12시 27분 46초에는 435 kV 경보가 한 번 울렸다. REE는 12시 26분부터 28분 사이 리액터 다섯 대(700 Mvar, 두 대는 안달루시아)를 연결했고, 12시 30분 무렵 전압은 대부분 420 kV 아래로 내려왔다(219·222쪽). 그 뒤로 사고까지 리액터는 더 연결되지 않았다. 12시 32분 0초의 전압은 카르모나 409.1 kV, 타베르나스 397.1 kV로 범위 안이었다(224쪽).

12시 32분부터 전압이 다시 오르기 시작했다. 12시 30분 이후 첫 430 kV 경보는 12시 33분 1초에 울렸는데, 두 번째 과전압 탈락이 일어난 12시 33분 16초보다 15초 앞섰을 뿐이다. ENTSO-E 보고서는 이 15초 동안 선로를 끊거나 리액터를 연결하는 수동 조치는 가능하지 않았다고 적었다(219쪽). 전압이 오르는 내내 7,700 Mvar가 연결되어 있었고 5,600 Mvar는 분리된 채 남았다. 지역별 차이가 컸다. 진동 뒤 전압이 특히 낮았던 남부는 리액터 용량의 32.5%만 연결되어 있었고, 나머지 지역은 68.9%가 연결되어 있었다.

12시 32분 이후 스페인 리액터 용량의 58%만 연결되어 있었고, 남은 42%는 사람이 판단해 조작해야 했기 때문에 1분 남짓의 전압 상승 동안 연결되지 못했다. 남은 용량이 얼마나 의미 있었는지는 보고서의 감도 분석이 보여 준다. 유럽 지역 조정 센터 코레소(Coreso)가 4월 28일 12시 30분 무렵의 실시간 계통 스냅숏으로 만든 정적 모델에서 계산한 결과, 두 번째 과전압 탈락이 일어난 바다호스 400 kV 변전소에서 150 Mvar 리액터 한 대를 연결할 때마다 전압이 3~4 kV 내려갔다. 탈락 직전 그 지점의 마지막 SCADA 측정값은 434 kV였다(217쪽 주석, 230쪽). 보고서는 12시 33분 남부 스페인의 남은 무효전력 흡수 여력 가운데 절대량이 가장 큰 것이 분리된 리액터였다고 정리했다(216쪽).

빠른 전압 변화를 리액터에 맡기지 않는다는 것은 REE의 운영 원칙이기도 했다.

RE considered, both on 28 April and previously, that the assets intended to absorb fast voltage variations were conventional generators, STATCOM, and the HVDC link, rather than shunt reactors.

REE는 4월 28일에도, 그 전에도 빠른 전압 변동을 흡수할 설비는 분로 리액터가 아니라 화력 등 기존 발전기, STATCOM, HVDC 연계선이라고 보았다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 4.1.2.1절, 207쪽

그 원칙이 성립하려면 발전기와 STATCOM이 실제로 빠르게 흡수해야 한다. 4월 28일에는 STATCOM이 한 대뿐이었고, 발전기 쪽 사정은 다음 두 절에서 본다. 리액터를 사람이 조작하는 데서 오는 약점은 2021년에도 드러났다. 2021년 7월 24일 이베리아반도가 유럽 대륙 계통에서 분리된 사고 때도, 저전압 때문에 열어 둔 리액터가 분리 뒤의 과전압 동안 한동안 열린 채 남아 있었다. 그때는 리액터에 관한 권고가 나오지 않았다. 2024년 6월 21일 남동유럽 전압 붕괴 뒤에야 고전압·저전압 때 분로 커패시터와 리액터를 자동으로 조작하는 비상 제어 개념을 검토하라는 권고가 나왔다(217쪽).

포르투갈 쪽도 같은 방식이었다. 포르투갈 송전계통 운영자 REN은 4월 28일 오전 9시 9분부터 10시 27분 사이 리액터 일곱 대를 수동 전압 제어를 위해 열었고, 12시 19분에는 팔멜라 리액터가 저전압 보호(380 kV, 2초 설정)로 떨어졌다. 12시 32분에 연결되어 있던 리액터는 리우마이오르, 타부아, 타비라 세 곳뿐이었다(표 2-3, 36쪽; 표 2-8, 87쪽). 다만 ENTSO-E 보고서는 사고의 기원을 스페인으로 보고 분석을 스페인 계통에 집중했다(206쪽).

역률 고정 — 계통 전압을 보지 않는 재생에너지

역률은 발전소가 내보내는 전력 가운데 유효전력이 차지하는 비율을 나타내는 값이다. 역률 1이면 무효전력이 0이고, 역률 0.98 유도성이면 유효전력 100 MW마다 약 20 Mvar를 흡수한다. 역률 고정 운전이란 이 비율을 정해 두고 지키는 방식이다. 그러면 무효전력은 그 순간의 유효전력에 비례해 움직이고, 계통 전압이 오르든 내리든 상관하지 않는다.

스페인에서 재생에너지, 열병합, 폐기물 발전은 2014년 왕령 413/2014(Real Decreto 413/2014) 제7조 e항에 따라 0.98 유도성에서 0.98 용량성 사이의 역률을 지켜야 했다. REE는 이 조항에 근거해 일부 발전소에 0.98~0.99 유도성처럼 더 좁은 범위를 지시했다(ENTSO-E 최종 보고서 209쪽). 그 지시는 전자우편으로 발전소마다 보냈다. 운영자의 지시가 발전소 제어기에 자동으로 들어가는 데이터 연결은 없었다(208쪽 주석). 왕령에는 재생에너지가 전압 제어 서비스에 참여할 길이 적혀 있었지만, 그 후속 규정은 4월 28일까지 마련되지 않았다.

ENTSO-E 보고서는 역률 고정을 "사고의 핵심 요인"으로 꼽고 이유를 둘로 들었다(209쪽). 첫째, 역률 고정 설비는 유효전력이 빠르게 바뀔 때마다 그에 비례하는 무효전력 변화를, 곧 전압 변화를 계통에 같은 속도로 집어넣는다. 둘째, 무효전력이 계통 상태에 반응하지 않으므로 전압 변동을 상쇄하는 데 아무 도움을 주지 않는다. 대부분의 재생에너지가 유도성 역률로 무효전력을 흡수하고 있었으므로, 출력이 줄면 흡수도 줄고 전압이 오른다.

4월 28일 12시 30분에는 스페인의 발전 계획이 0.4~0.5 GW 바뀌도록 예정되어 있었고, 12시 29분부터는 하향 자동 주파수 복원 예비력(aFRR) 수요가 최대 0.4 GW 생겼다. 5 MW를 넘는 재생에너지의 출력 합계는 12시 27분부터 12시 32분 48초 사이 약 0.9 GW 줄었고, 그중 약 0.5 GW가 12시 32분 0초 이후 48초 동안 줄었다(223~224쪽). 전압 상승이 시작된 시각과 겹친다. aFRR이 포트폴리오 단위로 입찰되어 있어 어느 발전소가 출력을 낮출지 운영자가 실시간으로 알 수도 없었다(224쪽).

인버터 자체에는 전압을 조정할 능력이 있었다. 스페인 정부 위원회 보고서는 이 대목을 짧게 적었다.

las renovables cuentan ya con la capacidad tecnológica de operar por consigna, aunque la normativa aún no se lo exige ni se lo permite.

재생에너지는 이미 설정값에 따라 운전할 기술적 능력을 갖추고 있지만, 규정은 아직 그것을 요구하지도 허용하지도 않는다.

스페인 정부 위원회 보고서 공개본, 66쪽

위원회는 스페인 본토에 설치된 태양광 19 GW(전체의 절반 가까이)와 풍력 5 GW(16%)가 유럽 RfG 규정을 충족해 전압을 조정할 능력이 있다고 추산했다(149쪽 주석). ENTSO-E 보고서의 계산으로는 12시 33분 남부 스페인 재생에너지의 남은 흡수 여력이 150 Mvar 리액터 일곱 대분이었다. 이 값은 5 MW 이상 재생에너지 모두에 보고서가 '20% 유도성'이라고 적은 역률이 설정되었다고 가정한 계산이고, 전압 제어 모드였다면 인버터 용량에 따라 더 컸을 수 있다(216·218쪽). REE는 사고 시점에 가장 많이 발전하던 재생에너지·열병합 설비 850곳을 분석해 22% 가까이가 역률 기준을 지키지 않았다고 보고했다. 다만 기준을 벗어난 지점은 발전량이 설치 용량의 중앙값 11% 수준으로 낮았고, 위원회는 그 일부가 출력이 낮을 때 송전 연결 설비가 내는 용량성 효과 때문일 수 있다고 보았다(112쪽).

포르투갈은 같은 기술을 다르게 썼다. 1 MW가 넘는 태양광 발전소와 신형 풍력 발전소는 REN의 감시제어 시스템(SCADA)을 통해 실시간으로, 주로 전압 설정값을 받는다. 태양광은 햇빛이 없는 밤에도 전압 조정 서비스를 한다(ENTSO-E 최종 보고서 218쪽). 스페인 재생에너지가 전압에 반응하지 않은 것은 규정이 고른 운전 방식의 결과였고, 같은 종류의 인버터가 국경 너머 포르투갈에서는 전압을 조정하고 있었다.

P.O. 7.4(2000) — 의무는 있었지만 속도와 감시가 없었다

화력과 수력 같은 동기발전기의 전압 제어 의무는 2000년 3월 10일 승인된 운영절차 P.O. 7.4 「송전망 전압 제어 보조 서비스」가 정했다. 대상은 순 설비용량 30 MW 이상으로 송전망에 직접 연결된 발전기다. 발전기는 최대 순 유효전력의 15%에 해당하는 무효전력, 역률로 0.989에 해당하는 여유를 공급 쪽과 흡수 쪽 모두에 갖춰야 했다(ENTSO-E 최종 보고서 88쪽). 실제 무효전력 출력은 발전기가 스스로 정했다. REE가 공표하는 계통 전압 기준(4월 28일에는 여러 해 전부터 그랬듯 405~410 kV), 접속점의 실제 전압, 설치 용량을 P.O. 7.4의 함수에 넣어 계산하는 방식이다(210쪽).

ENTSO-E 보고서는 이 틀에 빈칸이 셋 있었다고 정리했다(212쪽). 첫째, 반응 속도에 대한 명시적 요구가 없었다. 속도는 검증 조항과 발전기가 준공 때 낸 자료에서 거꾸로 짐작해야 했다. 둘째, 한 시간에 측정하는 12개 표본 가운데 9개, 곧 75%만 맞으면 의무를 다한 것으로 쳤다. 셋째, 미이행에 경제적 결과가 없었다. 벌칙 조항은 있었으나 그 근거가 되는 경제 체계가 만들어지지 않아 실제로는 적용되지 않았다(210쪽). REE가 계산한 기준값은 실시간으로 발전기에 보내지지 않고, 사후에 보상과 벌칙, 월별 이행 보고를 정하는 데만 쓰였다. 기준과 실제 출력의 차이를 실시간에 가깝게 감시하지도 않았다.

4월 28일 오전 9시부터 사고까지, 여러 발전기의 실제 무효전력은 REE가 계산한 기준과 맞은 표본이 75%에 못 미쳤다(211쪽). 한 화력 발전기는 기준이 급하게 바뀐 뒤 무효전력을 직선으로 천천히 바꿔, 새 기준에 닿으려면 몇 분이 걸릴 기울기였다. 다른 한 발전기의 소유주는, 예전에 무효전력 흡수가 더 컸던 날에는 REE로부터 흡수를 늘리라는 사전 지시를 받았지만 4월 28일에는 그런 지시가 없었다고 설명했다(212쪽). 스페인 정부 위원회의 판단은 더 직접적이다. 전압이 이미 410~420 kV를 넘은 상황에서 연결된 화력 발전기 몇 기가 기대만큼 무효전력을 흡수하지 않았고, 일부는 흡수하는 대신 무효전력을 내보내 과전압을 키웠다(111쪽).

연결된 발전기 수 자체도 적었다. 12시 30분 남서부(안달루시아, 카스티야라만차, 엑스트레마두라)에 연결된 동기발전기는 원자력 한 기(약 1,000 MW), 복합화력 두 기(약 800 MW), 수력 한 기(약 70 MW)였고 나머지는 모두 인버터 기반 설비였다(ENTSO-E 최종 보고서 220쪽). 위원회 보고서는 전압 제어용으로 연결된 발전기 수가 앞선 몇 주와 몇 달보다 적었고, 4월 27일 저녁 남부의 한 기가 고장으로 빠진 뒤 대체되지 않았다고 지적했다(131쪽). REE는 12시 26분 무렵 안달루시아의 복합화력 한 기를 추가로 기동하도록 확정했지만, 그 발전기는 1시간 30분 뒤인 14시 연결 예정이었다(정부 위원회 보고서 82쪽, REE 보고서 7쪽). 복합화력의 기동 시간은 정지 기간에 따라 2~8시간이다(ENTSO-E 최종 보고서 220쪽).

운전 범위의 여유도 없었다. 스페인은 400 kV 계통을 435 kV까지 운전할 수 있었는데, RfG 이전에 접속한 발전기는 435 kV에서 바로 떨어질 수 있었고 RfG 이후 발전기는 440 kV였다. 허용된 운전 상한과 탈락 기준 사이의 여유가 0이거나 5 kV였던 셈이다(214·219쪽). 이 대목의 책임을 두고는 해석이 갈렸다. ENTSO-E 보고서는 P.O. 1.4와 P.O. 7.4의 의무를 발전기 두 곳, REE, 규제기관이 서로 다르게 해석했다고 적고, 법적 책임은 판단하지 않은 채 스페인 규제기관인 국가시장경쟁위원회(CNMC)의 해석을 따랐다(454쪽). REE 보고서는 전압 변동이 P.O. 7.4를 따라야 할 발전기의 부적절한 반응과 깊이 관련되어 있다고 보았고(7쪽), 정부 위원회는 그와 함께 운영자가 편성한 전압 제어 자원 자체가 모자랐다는 점을 첫째 요인으로 들었다(131쪽).

El sistema mostraba una insuficiencia de capacidades de control dinámico de las tensiones suficiente para mantener la tensión estable.

계통은 전압을 안정되게 유지할 만큼의 동적 전압 제어 능력이 부족한 상태였다.

스페인 정부 위원회 보고서 공개본, 결론, 131쪽

규정은 어떻게 바뀌었나 — 2025~2026년의 개정과 권고

P.O. 7.4를 고치는 작업은 사고 전부터 진행되고 있었다. REE가 2021년 개정안을 냈고, 2019년 비주파수 서비스 규제 권한을 받은 CNMC가 이를 검토했다. CNMC는 재생에너지에 동적 전압 제어 의무를 지우는 일이 CNMC 권한 밖의 다른 국내 규정과 부딪친다는 점, 시장 방식 대신 의무 방식을 택할 경제적 근거가 부족하다는 점 등을 문제로 보았다. 2022년과 2023년에 시범 사업 두 건이 시작되었다. 첫째는 두 지역에서 시장 방식의 전압 제어를, 둘째는 소비자의 전압 제어 능력을 시험했다. REE는 그 결과를 바탕으로 2024년 3월 수정안을 냈다(ENTSO-E 최종 보고서 209쪽 주석). CNMC 보도자료(2025년 6월 19일)는 첫 시범 사업이 재생에너지가 높은 경제적 효율로 동적 전압 제어를 할 수 있고, 특히 출력이 낮을 때 남는 무효전력 여력이 크다는 것을 보여 주었다고 밝혔다.

CNMC는 사고 6주 남짓 뒤인 2025년 6월 12일 개정 P.O. 7.4를 승인했다. 동기발전기와 재생에너지 모두 기본 서비스 의무를 지고, 그 위에 운영자의 설정값을 실시간으로 따르는 방식으로 전압 제어를 제공할 수 있게 했으며, 기본 의무를 넘는 무효전력 용량은 지역 시장으로 조달하게 했다. 스페인 정부 위원회의 재발 방지책(2025년 6월)은 의무 이행 감시 강화에 이어 둘째 묶음인 기술 대책으로 이 새 서비스의 시급한 승인과 시행, 동기조상기 분산 설치, 유연 송전 설비(FACTS) 개선, 새 리액터 설치, 발전기 안정화 장치(PSS·POD) 설정을 들었다(148~150쪽). REE 보고서의 권고도 같은 방향이다.

Mejorar los recursos del sistema para controlar la tensión de forma continua y dinámica, adicionalmente a los generadores, mediante compensadores síncronos o STATCOM, en lugar de depender únicamente de dispositivos que operan de forma discreta como las reactancias o condensadores.

발전기에 더해 동기조상기나 STATCOM으로 전압을 연속적이고 동적으로 제어할 계통 자원을 늘려, 리액터나 커패시터처럼 단계적으로 작동하는 장치에만 기대지 않게 한다.

REE 사고 보고서(2025년 6월), 권고, 18쪽

규정의 손질은 그 뒤에도 이어졌다. CNMC는 REE의 요청으로 2025년 10월 20일 운영절차 3.1, 3.2, 7.2를 임시로 고쳐 급격한 전압 변동을 줄이는 긴급 조치를 10월 23일부터 시행했다. 이 조치는 11월 18일, 12월 1일, 12월 18일, 12월 29일 네 차례 연장된 뒤 2026년 1월 19일 결정으로 상설 규정이 되었다. 2025년 11월 5일 왕령 997/2025는 CNMC에 모든 의무 사업자의 전압 제어 의무 이행을 감시하는 보고서를 석 달마다 공개하도록 하고, REE에는 계통 운영의 여러 측면을 검토해 그 결과와 개정 제안을 내도록 맡겼다.

새 P.O. 7.4의 설정값 추종 방식은 자발적 참여였고, 재생에너지가 얼마나 옮겨 올지가 관건이었다. 2026년 1월 결정이 작성될 무렵 334개 설비가 이 방식의 자격을 신청했고, 77개가 시험을 받았으며, 35개가 통과했다. CNMC는 2026년 6월 30일 결정(2026년 7월 10일 관보 게재)으로 P.O. 7.4와 14.4를 다시 고쳤다. 실시간 설정값을 받을 통신 설비가 없는 발전소를 위해 고정 전압 또는 고정 무효전력 설정값을 따르는 새 기본 방식을 만들었고, 1 MW 이상이면 송전망과 배전망 어디에 연결되었든 참여할 수 있게 했다. 동적 전압 제어 설비에 대한 보상도 다시 짰다. 설정값을 따를 때의 변화 속도 요건(1분에 기준 전압의 0.30%, 최대 무효전력의 10%)도 기술 사양에서 운영절차 본문으로 옮겼다(관보 BOE-A-2026-15127).

ENTSO-E 전문가 패널의 권고는 스페인을 포함한 유럽 송전계통 운영자 전체를 향한다(455~457쪽). 우선순위가 높음으로 매겨진 R250428_1은 발전기가 가능한 한 전압 제어 모드로 운전하게 하고, 규정 이전에 접속한 설비에도 전압 제어 요건을 넓히며, 실시간 기준점 전압 측정으로 설정값을 자동 계산하는 중앙 또는 지역 전압 조정을 검토하라고 했다. R250428_2는 정적·동적 무효전력 자원을 섞어 계통을 설계하고, 빠른 전압 기울기를 운영 계획에 반영하라고 했다. R250428_3은 리액터를 다룬다.

TSOs should explore implementing automatic control of shunt reactors, as appropriate, using predefined control schemes to ensure voltage stability in the system. TSOs should consider more flexible devices (variable shunt reactors and capacitors, STATCOMs, etc.) when technically designing their systems in this regard.

송전계통 운영자는 계통의 전압 안정을 위해, 미리 정한 제어 방식으로 분로 리액터를 자동 제어하는 방안을 적절히 검토해야 한다. 이와 관련해 계통을 기술적으로 설계할 때는 더 유연한 장치(가변 분로 리액터와 커패시터, STATCOM 등)를 고려해야 한다.

ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 권고 R250428_3, 457쪽

높음으로 매겨진 R250428_4는 유럽 공통 운전 범위 380~420 kV를 실제로 적용하고 그 밖의 예외를 없애라고 했다. R250428_5는 역률 고정이 남아 있는 동안에는 유효전력 변화를 완만하게 만들어 무효전력 변화 속도를 낮추라고 했다. REE도 6월 보고서에서 발전 계획 변경의 변화 시간을 고정 10분으로 늘리자고 권고했다(18쪽). 세 조사 주체가 사고 원인의 무게를 어디에 두었는지는 달랐지만, 고칠 대상의 목록은 거의 겹친다. 재생에너지를 전압 제어 모드로 옮기고, 동기발전기의 의무에 속도와 감시를 붙이고, 사람이 켜는 리액터 옆에 자동으로 움직이는 설비를 두는 일이다.

결론 — 전압을 누를 설비는 있었고, 1분 안에 그것을 움직일 규칙이 없었다

송전선은 조류가 고유 부하보다 작으면 무효전력을 내보내 전압을 올린다. 예시로 든 400 kV 선로 100 km는 고유 부하가 약 566 MW이고, 조류가 그대로인 채 선로를 하나 더 넣으면 100 Mvar 가까운 무효전력이 더 생긴다. 수요가 낮던 2025년 4월 28일, REE가 진동을 잡으려고 선로를 연결하고 수출을 줄인 조치는 계통을 이 곡선의 왼쪽으로 옮겼다. ENTSO-E, 스페인 정부 위원회, REE는 이 경로를 똑같이 기록했다.

그 남는 무효전력을 받아 낼 수단은 세 갈래였고, 셋 다 1분이라는 시간 앞에서 막혔다. 분로 리액터는 용량이 있었지만 사람이 하나씩 켜야 했고, 진동 때 저전압을 막으려 연 리액터가 상승 때 다 돌아오지 못해 58%만 연결된 채 남았다. 재생에너지 인버터는 전압을 조정할 능력이 있었지만 역률 고정 규정 때문에 전압을 보지 않았고, 출력이 줄 때마다 오히려 흡수를 줄였다. 동기발전기는 전압 제어 의무를 졌지만 그 의무에는 반응 속도도, 실시간 감시도, 실제로 집행되는 벌칙도 없었다. 원인의 무게를 어디에 두느냐는 조사 주체마다 갈린다. REE는 발전기의 의무 불이행을, 정부 위원회는 운영자가 편성한 동적 전압 제어 자원의 부족을 앞세웠고, ENTSO-E는 여러 요인의 조합으로 보았다. 그러나 세 보고서 모두 같은 사실을 확인한다. 전압을 누를 물리적 여력은 계통 안에 있었고, 그것을 초 단위로 움직이게 하는 규칙과 자동화가 없었다.

사고 뒤의 개정은 그 빈칸을 겨냥했다. 재생에너지에 전압 설정값을 주는 운영절차가 생겼고, 의무 이행을 석 달마다 공개하는 감시가 붙었으며, 자동 리액터와 동기조상기와 STATCOM을 늘리라는 권고가 나왔다. 이 변화는 재생에너지 비중이 높은 계통에서 전압 제어가 어떤 물건을 갖췄느냐의 문제에서 그 물건이 몇 초 안에 반응하도록 규칙과 신호가 짜여 있느냐의 문제로 옮겨 갔다는 것을 보여 준다. 4월 28일의 스페인 계통은 발전원이 인버터로 바뀌는 속도를, 전압을 다루는 규정과 운영 방식이 따라가지 못한 상태였다. 그 간극은 평소에는 보이지 않다가, 저부하와 진동 대응과 출력 변화가 한 시간 안에 겹친 날 1분 남짓 동안 한꺼번에 드러났다.