IEEE 1547-2018 해설 2부 — 일반 연계 요구사항: 적용 기준점, 측정, 제어, 진입

1부에서 이 표준의 요구가 기준점에 붙는다고 했다. 4절은 그 기준점을 어디로 잡는지부터 시작해, 어떤 전압을 재야 하는지, 얼마나 정확히 재야 하는지, 외부 명령에 어떻게 응답해야 하는지, 여러 요구가 충돌할 때 무엇이 우선하는지, 처음 계통에 붙을 때와 트립 뒤 다시 붙을 때 어떤 조건을 지켜야 하는지를 정한다. 5절 이후의 모든 요구가 이 위에 놓이므로 4절은 표준의 '공통 규칙'이다.

2부의 요지는 이렇다. 4절은 DER가 계통에 붙어 있는 동안 늘 지켜야 하는 최소 거동을 정하되, 그 판정 위치(RPA)를 Local EPS의 크기와 변압기 결선에 따라 PCC와 PoC 사이에서 고르게 하고, 사업자가 원격으로 켜고 끄고 줄일 수 있는 제어 능력을 모든 DER에 요구한다.

요구는 어디서 판정하는가 — 적용 기준점(4.2)

4.1절은 RPA를 표준의 연계·상호운용 성능 요구가 만족되어야 하는 위치로 정의하고, 표준에서 말하는 전기량은 따로 밝히지 않는 한 RPA의 값이라고 못 박는다. 요구는 Local EPS 안 모든 DER 장치의 집계 정격에 적용되고, DER 하드웨어와 소프트웨어의 능력은 계통 안 어디에 있든 이 표준을 만족해야 한다. 성능 요구는 기능적이며 특정 장비나 장비 형식을 지정하지 않는다.

4.2절의 원칙은 RPA가 PCC다. 두 조건 가운데 하나를 만족하고 PCC와 PoC 사이에 영상분 연속성이 유지되는 Local EPS는 RPA를 PoC로, 또는 사업자와 DER 운영자의 합의로 PoC와 PCC 사이의 어느 점으로 할 수 있다. 조건 a)는 DER 집계 정격이 500 kVA 이하인 경우다. 조건 b)는 연평균 부하가 집계 정격의 10퍼센트를 넘고, Local EPS가 500 kVA를 넘는 전력을 30초 넘게 수출할 수 없거나 그렇게 막혀 있는 경우다. 연평균 부하는 사업자가 계산한다.

조건 a) 또는 b)는 만족하지만 영상분 연속성이 끊긴 Local EPS는 두 갈래로 다룬다. 6.2(고장·개방상)와 6.4(전압 트립·지속운전)를 뺀 나머지 요구의 RPA는 PoC 또는 합의한 중간 점으로 한다. 6.2와 6.4의 RPA는 이상 전압을 검출하기에 알맞은 PoC와 PCC 사이의 어느 점으로 해야 한다. 각주 29는 그 취지가 PCC에서 지락 고장과 지락 과전압을 제대로 감지하는 데 있다고 설명한다. 각주 30은 PoC를 쓸 수 있는 DER라도 5절의 기능마다 RPA 위치를 다르게 고를 수 있다고 덧붙인다.

집계 정격이 500 kVA를 넘고, 연평균 부하가 집계 정격의 10퍼센트를 넘으며, 500 kVA 초과 수출을 30초 넘게 할 수 있는 Local EPS의 RPA는 PCC다. 이 경우 5.2의 무효전력 능력과 7절의 전력품질은 Local EPS 부하의 영향을 빼고 평가할 수 있다. RPA가 PCC가 아닐 때는 RPA와 PCC 사이의 구내 설비가 6.4.2와 6.5.2의 지속운전을 방해해서는 안 된다. 각주 31이 드는 예는 다른 구간의 단락 고장에서 DER를 트립시키도록 설정된 구내 부족전압·과전류 계전기다. 부록 H의 그림 H.1과 H.2가 이 결정을 흐름도로 보여 준다.

이 규칙은 시험·검증 방식과 직결된다(8부). PoC에서 판정하는 DER는 대개 장비 형식시험만으로 적합성이 확인되지만, PCC에서 판정하는 DER는 형식시험에 더해 설계 평가와 커미셔닝 시험이 필요하다. 한국의 한전 연계기술기준이 저압·특고압 연계를 용량으로 나누는 것과 비슷한 문제의식이지만, 이 표준은 용량뿐 아니라 구내 부하와 변압기 결선까지 조건에 넣는다.

어떤 전압을 재는가 — 적용 전압(4.3)

적용 전압은 RPA에서 어느 상 사이의 전압을 어떤 시간 분해능으로 재는지를 뜻한다. PCC가 중전압(1 kV 이상 35 kV 이하)이면 PCC의 Area EPS 결선과 공칭 전압이 적용 전압을 정한다. PCC가 저압(1,000 V 이하)이면 중전압과 저압 사이 Area EPS 변압기의 저압 권선 결선이 정한다. 다상 계통에서는 모든 상에 적용된다.

표 1. PCC가 중전압일 때의 적용 전압(표 1).

표 2. PCC가 저압일 때의 적용 전압(표 2).

적용 주파수는 기본파 성분이다. 적용 전압은 따로 정하지 않는 한 직전 한 기본파 주기의 실효값으로 정량화한다. 상별로 응답하지 않는 DER의 volt-var(5.3.3)와 volt-watt(5.4.2)에는 3상 실효값의 평균 또는 정상분 전압을 쓴다. 6.4의 전압 트립과 지속운전에서는 저전압 쪽에 적용 전압 가운데 가장 낮은 상의 값을, 고전압 쪽에 가장 높은 상의 값을 쓴다. 주파수 변화율(ROCOF, rate of change of frequency) 지속운전(6.5.2.5)에서는 0.1초 이상의 창으로 평균한 변화율을 쓴다. 이 정의들은 4~5부에서 곡선을 읽을 때 전제가 된다.

얼마나 정확히 재야 하는가 — 측정 정확도(4.4)

4.4절은 전압, 주파수, 유효전력, 무효전력, 시간의 정상 상태 및 과도 측정·계산 정확도의 최소 요건을 표 3으로 정하고, 제조사가 각 항목의 실제 정확도를 명시하도록 요구한다. 각주 36에 따르면 여기서 DER는 보호계전기와 측정 변환기까지 포함한다. 정상 상태 측정은 10.5의 감시 정보 제공에, 과도 측정은 6.4.1·6.5.1의 트립 판정에 쓰인다.

표 3. 최소 측정·계산 정확도(표 3). 전압 총고조파왜곡 2.5퍼센트 미만, 개별 고조파 1.5퍼센트 미만에서 적용한다. 주파수 정확도는 기본파 전압이 공칭의 30퍼센트를 넘을 때만 요구한다.

주파수의 정상 상태 정확도 10 mHz는 5부의 드룹 불감대 기본값 36 mHz와 견주어 읽어야 한다. 불감대의 3분의 1 이하의 오차를 요구해야 드룹이 의도대로 작동한다. 과도 측정 창이 5주기(60 Hz에서 약 83 ms)인 것은 4부의 최소 트립 시간 0.16초(약 10주기)와 맞물린다. 시간 정확도는 100 ms에서 5초 사이의 짧은 구간에 2주기, 5초에서 600초 사이의 긴 구간에 1퍼센트를 요구한다.

가압 중지란 무엇을 멈추는 것인가(4.5)

가압 중지 상태에서 DER는 정상 상태와 과도 상태 모두에서 유효전력을 공급하면 안 된다. 이 요구는 PoC에 적용된다. 무효전력은 완전히 0일 필요가 없다. 집계 정격 500 kVA 미만이면 정격의 10퍼센트 미만, 500 kVA 이상이면 3퍼센트 미만의 무효전력 교환이 남을 수 있고, 그것은 수동 소자에서만 나와야 한다. 각주 40은 Area EPS가 분리되면 이 수동 소자의 무효전력이 계통 부하와 변압기 여자에 의해 빠르게 소진되어 교환이 멈춘다고 설명한다. 요청이 있으면 DER 운영자는 가압 중지 상태에서 계통에 남는 무효 서셉턴스를 알려야 한다. 유효·무효전력 수입은 DER 자체 보조 부하를 위해서만 허용된다.

대안도 있다. Local EPS 전체 또는 DER가 붙은 부분을 별도 분리장치로 Area EPS에서 떼어내면 가압 중지 요구를 만족한 것으로 본다. 이때 DER는 떨어져 나온 구내 부하에 계속 공급할 수 있다. 각주 42는 이것이 DER가 고립된 Local EPS를 계속 가압해 구내 부하를 살릴 수 있게 한다고 적는다. 6부의 의도적 단독운전과 이어지는 대목이다.

사업자가 무엇을 명령할 수 있는가 — 제어 능력(4.6)

4.6절은 DER가 외부 입력에 응답할 능력을 요구한다. 외부 입력은 수동 제어반이나 10절의 로컬 DER 통신 인터페이스를 통해 올 수 있다. 세 가지 능력이 의무다.

첫째, permit service 설정을 해제할 수 있어야 하고, 해제되면 2초 안에 Area EPS 가압을 멈추고 트립해야 한다(4.6.1). permit service는 DER가 운전에 들어가거나 머무는 것이 허용되는지를 나타내는 설정이다. 각주 44는 이 기능의 목적이 송전계통 운영이며 직접 전송 차단(direct transfer trip) 같은 보호 요건을 대신하지는 않는다고 명시한다.

둘째, 유효전력을 정격 유효전력의 백분율로 제한할 수 있어야 한다(4.6.2). 제한 설정을 받으면 30초 안에, 또는 1차 에너지원이 출력을 줄이는 데 걸리는 시간 안에(둘 중 긴 쪽) 출력을 설정값 이하로 낮춰야 한다. 구내 부하에 공급 중인 DER는 이 설정을 Area EPS로의 최대 수출 제한으로 구현할 수 있다. 상호 합의가 있으면 구내 부하보다 낮게 줄이도록 요구받을 수 있다.

셋째, 모드 또는 파라미터 변경을 실행할 수 있어야 한다(4.6.3). 모드 설정 변경이 로컬 통신 인터페이스에 도착하면 30초 안에 전환을 시작해야 하고, 제어 모드 변경 시 출력은 5초에서 300초 사이의 시간에 걸쳐 부드럽게 옮겨가야 한다. 제어 파라미터 설정 변경에는 램프가 필요 없다. 모든 제어·보호 기능 파라미터에 대해, 입력이 인터페이스에 도착한 뒤 동작이 시작되기까지의 시간은 30초를 넘으면 안 된다.

요구가 충돌하면 무엇이 우선하는가(4.7)

5절과 6절의 요구가 동시에 걸릴 수 있다. 전압이 떨어지는 동안 volt-var 모드가 무효전력을 늘리려 하고, 같은 순간 지속운전 요구는 전류를 유지하라 하고, 단독운전 검출은 트립하라 할 수 있다. 4.7절은 이 충돌의 순서를 정한다.

가장 미묘한 것은 트립과 지속운전의 관계인 b)항이다. 트립 지속시간 설정이 지속운전 요구 시간보다 160 ms 또는 규정 트립 시간의 1퍼센트(둘 중 큰 쪽) 이상 길게 잡혀 있으면, DER는 트립 전에 6.4.2와 6.5.2의 지속운전을 먼저 지켜야 한다. 그 밖의 경우에는 규정 트립 시간에서 160 ms 또는 1퍼센트를 뺀 시점까지 지속운전 요구가 적용된다. 160 ms는 표준의 가장 짧은 트립 시간(0.16초)과 같다. 계전기의 검출과 차단기의 동작에 필요한 여유를 남겨 둔 값이다.

c)항은 지속운전이 단독운전 검출로 끝날 수 있다고 하면서도, 실제로 없는 단독운전을 잘못 검출한 것은 지속운전 불이행의 변명이 되지 못하고, 반대로 지속운전 요구가 실제 단독운전의 검출 성능(8.1)을 막아서도 안 된다고 못 박는다. d)항은 volt-watt와 주파수 드룹이 둘 다 켜져 있으면 더 작은 유효전력 값을 택하라고 한다. 두 기능 모두 유효전력을 줄이는 쪽으로 작용하므로 더 많이 줄이는 쪽이 이긴다.

분리장치, 무단 가압, 접지(4.8, 4.9, 4.12)

4.8절은 사업자 운영 관행이 요구하면 Area EPS와 DER 사이에 접근이 쉽고 잠글 수 있으며 개방 상태를 눈으로 볼 수 있는 분리장치를 두라고 한다. 한전 기준의 '개방 상태를 육안으로 확인할 수 있는 분리장치'와 같은 요구다. 4.9절은 Area EPS가 정전 상태일 때 DER가 그것을 가압해서는 안 된다고 한다. 예외는 8.2의 의도적 Area EPS 단독운전에 대해 사업자 재량으로 줄 수 있다. 4.12절은 사업자가 달리 정하지 않는 한 DER 연계의 접지 방식을 Area EPS의 지락 보호와 협조시키라고 요구한다. 각주 57은 지락으로 생기는 과전압의 한계를 7.4절이 정한다고 안내한다.

언제, 어떻게 붙는가 — 진입(4.10)

진입은 가압된 Area EPS와 함께 DER가 운전을 시작하는 동작이다. 4.10의 요구는 트립 뒤 재투입(6.6)에도 똑같이 적용된다. DER는 적용 전압과 계통 주파수가 표 4의 범위 안에 있고 permit service가 '허용'으로 설정되어 있기 전에는 Area EPS를 가압하면 안 된다. 각주 49가 강조하듯 표 4는 진입이 허용되는 조건이지, 그 조건에서 진입하거나 운전을 유지하라는 명령이 아니다.

표 4. 카테고리 I·II·III 공통 진입 조건(표 4). 0.917 p.u.는 ANSI C84.1 표 1의 120~600 V 서비스 전압 범위 B 하한에 해당한다.

진입 중 성능(4.10.3)은 세 가지다. permit service가 불허이면 진입을 막을 수 있어야 한다. 전압·주파수가 범위 안에 든 뒤에도 의도적 최소 지연을 둘 수 있어야 하며, 지연은 0~600초 범위에서 조정 가능하고 기본값은 300초다. 유효전력은 선형 또는 계단형으로 올려야 하고 평균 증가율은 정격 유효전력을 진입 기간으로 나눈 값을 넘으면 안 된다. 진입 기간은 1~1,000초에서 조정 가능하고 기본값은 300초다. 계단 하나의 크기는 정격의 20퍼센트 이하이고, 연속한 두 계단 사이의 증가율도 전체 평균을 넘으면 안 된다. 이것은 최대 증가율 요구이므로 더 천천히 올려도 된다.

예외가 둘 있다. 집계 정격 500 kVA 미만의 Local EPS에서는 낱개 DER 장치가 무작위 시간 지연(기본 최대 300초, 1~1,000초에서 조정) 뒤에 증가율 제한 없이 출력을 올릴 수 있다. 소형 DER 다수가 같은 순간 동시에 복귀하는 것을 무작위성으로 흩뜨리는 방식이다. 집계 정격 500 kVA 이상의 Local EPS가 20퍼센트를 넘는 계단으로 출력을 올리려면 지역 신뢰도 조정기관과 협의한 사업자의 승인이 필요하다. 각주 50은 저장장치의 재투입 시 유효전력 방향이 충전(음)일 수 있다고 덧붙인다.

동기화(4.10.4)

DER는 병렬 시 PCC의 실효 전압에 중전압에서 공칭의 3퍼센트, 저압에서 5퍼센트를 넘는 계단 변화를 일으키면 안 된다. 동기발전기, 자여자(그리드 포밍) 인버터, 자여자 유도발전기처럼 연결 전에 스스로 기본파 전압을 만드는 DER는 표 5의 허용 한계 밖에서 동기화하면 안 된다. 병렬이 7.2의 전압 변동 한계를 넘지 않으면 사업자가 이 한계를 면제할 수 있다. 각주 53은 이 값이 최대 허용 오차이지 설비가 이 오차를 견디도록 설계하라는 뜻이 아니라고 하고, 각주 54는 10 MVA 이상 원통형·5 MVA 이상 돌극형 동기발전기는 IEEE 67의 더 엄격한 기준을 써도 된다고 한다.

연계 무결성(4.11)과 면제(4.13)

4.11.1은 전자기 간섭 내성이다. DER는 IEEE C37.90.2, IEC 61000-4-3 또는 그에 상당하는 업계 표준에 따라 최소 30 V/m의 전기장 강도에 적합해야 하고, 그 이하의 간섭이 표준이 요구하는 성능에 영향을 주는 상태 변화나 오동작을 일으키면 안 된다. 4.11.2는 서지 내량으로, 연계 시스템은 IEEE C62.41.2, C37.90.1, C62.45 또는 IEC 61000-4-5의 정격과 환경에 따른 전압·전류 서지를 견뎌야 한다. 4.11.3은 분리 후에도 전압을 계속 만드는 DER 장치의 병렬장치가 양단에 정격 전압의 220퍼센트를 무기한 견뎌야 한다고 요구한다. 양쪽 전압의 위상이 반대가 되면 두 전압이 더해지기 때문이다.

4.13절은 두 종류의 DER를 일부 요구에서 면제한다. 관할기관이 병원·소방서 등 비상 시설의 비상용, 법정 필수, 중요 운영 전원계통으로 지정한 DER(4.13.1)와, 연간 30회 이하의 시험 목적 병렬 또는 300초 미만의 부하 절체 중에만 병렬하는 대기용 DER(4.13.2)가 대상이다. 둘 다 전압 지속운전(6.4.2), 주파수 지속운전(6.5.2), 상호운용성(10절), 의도적 단독운전(8.2)에서 면제되고, 제한 없이 가압을 멈추거나 분리할 수 있다. 5.3.1에 따라 무효전력 제어는 일정 역률 모드만 요구된다. 비상 발전기에까지 지속운전을 요구하면 정작 정전 시 보호되어야 할 시설이 위험해질 수 있다는 판단이다.

결론 — 기준점의 선택과 원격 제어 능력이 4절의 두 기둥이다

4절의 요구를 논지로 묶으면 둘이다. 하나는 판정 위치의 유연성이다. 500 kVA와 부하 10퍼센트, 30초 수출, 영상분 연속성이라는 네 조건으로 RPA를 PCC와 PoC 사이에서 정하게 함으로써, 작은 DER는 장비 인증만으로 연계할 수 있고 큰 DER는 사업자가 구내 전체를 하나의 시스템으로 평가한다. 적용 전압과 측정 정확도의 정의는 이 판정을 재현 가능하게 만드는 세부다. 다른 하나는 사업자의 제어 능력이다. 2초 안의 원격 정지, 30초 안의 출력 제한, 30초 안에 시작해 5~300초에 걸친 모드 전환, 300초 지연과 300초 램프의 진입 규칙은 모두 사업자가 다수의 DER를 한꺼번에 다룰 수 있게 하려는 요구다. 우선순위 규칙(4.7)은 이 제어와 5·6절의 자율 응답이 부딪힐 때의 심판 규칙이다.

이 두 기둥은 DER 수가 많아질수록 무게가 커진다. 원격 정지와 출력 제한은 10절의 통신 인터페이스가 있어야 실제로 쓸 수 있고, 그 통신은 사이버보안 문제를 함께 데려온다(7부). RPA를 PoC로 옮긴 소형 DER가 수천 대 모였을 때 PCC에서의 집합 거동이 표준의 취지대로 나올지는 표준 자체가 답하지 않는 물음이며, 1.2절 각주 3이 말하는 '고보급률 상황의 추가 요건'이 바로 이 자리에 놓인다.

3부는 5절로 넘어간다. DER가 정상 전압 범위 안에서 무효전력으로, 그리고 카테고리 B에서는 유효전력으로 전압을 어떻게 조정해야 하는지, 네 가지 무효전력 제어 모드와 그 기본 곡선을 다룬다.