결론부터 씁니다. 배전선로 말단에 연계된 태양광에서 전압 상승을 무효전력 흡수(역률 운전·Volt-VAR)만으로 누르려는 설계는 선로의 X/R 비가 낮으면 기대만큼 효과가 나오지 않습니다. 저항 성분이 큰 선로에서는 무효전력으로 낮출 수 있는 전압이 작고, 대신 인버터 전류와 선로 손실만 늘어납니다. 판단 순서는 선로 X/R 비를 먼저 보고, 낮으면 Volt-Watt(유효전력 감발)를 주 수단으로, 높으면 Volt-VAR를 주 수단으로 두는 것입니다. 어느 쪽이든 과전압 보호계전기는 이 제어와 독립된 최종 차단으로 남겨 둡니다.
안전 인터락: 전압 제어는 보호를 대신하지 않습니다
Volt-VAR와 Volt-Watt는 정상 운전 범위 안에서 전압을 다듬는 기능입니다. 보호 영역에 들어간 전압은 계전기가 처리해야 하며, 두 기능의 설정이 서로 겹치지 않아야 합니다.
- □ 비상정지(EMO)가 연계 차단기와 인버터 외부 정지 단자를 하드와이어로 개방하는지 확인합니다. 발전소 제어기(PPC)는 EMO 루프 상태를 감시만 합니다.
- □ 과전압 계전기 픽업 전압을 Volt-Watt 곡선의 출력 0 지점보다 높게 설정해, 제어가 먼저 동작하고 계전기가 뒤에 서도록 협조합니다.
- □ 인버터 무효전력 설정 모드(역률 고정, Volt-VAR, 무효전력 고정)는 연계 조건 문서에서 요구하는 모드로만 운용합니다. 현장 임의 변경을 막기 위해 설정 변경 기록을 남깁니다.
- □ 상위 통신이 끊기면 인버터가 연계 조건에 정한 기본 모드로 돌아가는지 확인합니다. 기본 모드의 정확한 값은 연계 조건 문서로 확인 필요 항목입니다.
- □ 무효전력 우선과 유효전력 우선 중 어느 쪽인지 인버터 설정을 확인합니다. 정격 피상전력에 걸리면 이 설정이 어느 출력을 깎을지 결정합니다.
무효전력으로 낮출 수 있는 전압 계산
연계점 전압 상승은 근사적으로 ΔV ≈ (P·R + Q·X) ÷ V로 봅니다. 유효전력 P는 저항 R을 통해, 무효전력 Q는 리액턴스 X를 통해 전압을 움직입니다. 가정: 3상 22.9 kV 선로, 등가 R = 0.5 Ω, X = 0.4 Ω, 태양광 출력 1,000 kW, 인버터 정격 1,000 kVA.
유효전력에 의한 상승은 1,000,000 W × 0.5 Ω ÷ 22,900 V ≈ 21.8 V입니다. 300 kvar를 흡수하면 −300,000 var × 0.4 Ω ÷ 22,900 V ≈ −5.2 V로, 상승분의 약 24%만 줄어듭니다. 그런데 1,000 kW에 300 kvar를 더하면 피상전력이 √(1,000² + 300²) ≈ 1,044 kVA로 정격을 넘으므로, 무효전력 우선 설정에서는 유효전력이 √(1,000² − 300²) ≈ 954 kW로 깎입니다. 같은 46 kW를 유효전력 감발로 쓰면 46,000 W × 0.5 Ω ÷ 22,900 V ≈ 1.0 V가 내려가므로, 이 가정에서는 무효전력 흡수가 여전히 더 효과적입니다. X/R이 더 낮은 선로에서는 이 우열이 줄어듭니다.
| 방식 | 동작 변수 | 유리한 선로 | 대가 |
|---|---|---|---|
| 역률 고정 | 출력에 비례한 무효전력 | 전압 여유가 일정한 선로 | 저출력 때도 무효전력 흡수 |
| Volt-VAR | 연계점 전압 | X/R 비가 높은 선로 | 인버터 전류·선로 손실 증가 |
| Volt-Watt | 연계점 전압 | X/R 비가 낮은 선로 | 발전량 직접 손실 |
표의 세 방식은 선택지가 아니라 조합 순서입니다. 일반적인 구성은 Volt-VAR를 먼저 동작시키고, 무효전력이 한계에 닿은 뒤에도 전압이 오르면 Volt-Watt가 출력을 깎는 순서입니다. 선로 X/R이 낮을수록 Volt-VAR 구간의 효과가 작아지므로 Volt-Watt 시작 전압을 낮춰 잡는 쪽이 전압 관리에 유리합니다.
설정 순서도
- 연계 조건 문서에서 요구 모드, 전압 운전 범위, 통신 두절 시 기본 모드를 확인합니다. IEEE 1547-2018처럼 곡선 형태를 정한 기준이 적용되는지도 함께 확인합니다.
- 연계점 선로의 R, X 값을 확보합니다. 없으면 연계점 전압과 출력의 동시 기록으로 ΔV/ΔP, ΔV/ΔQ를 실측해 대신합니다.
- Volt-VAR 곡선의 불감대와 기울기를 정하고, 인버터 피상전력 한계에서 유효전력 우선 여부를 결정합니다.
- Volt-Watt 시작 전압과 출력 0 전압을 정하고, 과전압 계전기 픽업과의 여유를 확인합니다.
- 시운전 때 무효전력 계단 지령을 주고 연계점 전압 변화를 기록해 계산값과 비교합니다.
PPC 로직 예시
(* IEC 61131-3 ST 의사코드 - Volt-VAR + Volt-Watt 조합 제어 (값은 예시) *)
(* %I0.0 DI_EMO_LOOP_HEALTHY : EMO 하드와이어 루프 정상(1) - 감시 전용 *)
(* %I0.2 DI_OVR_59_TRIPPED : 과전압 계전기 트립(1) - 차단은 계전기가 직접 수행 *)
(* %MD120 POC_V_PU : 연계점 전압(pu) - IEC61850_MMS 또는 MODBUS_TCP 계측 *)
(* %MD124 PV_Q_SET_PU : 무효전력 지령(pu, 흡수 -) *)
(* %MD128 PV_P_LIMIT_PU : 유효전력 상한 지령(pu) *)
(* %I0.6 DI_COMM_UPSTREAM_OK : 상위 통신 정상(1) *)
VAR CONSTANT
V1 : REAL := 1.02; V2 : REAL := 1.05; (* Volt-VAR 불감대 끝, 최대 흡수 전압 *)
Q_MAX : REAL := 0.30; (* 최대 흡수 0.30 pu *)
V3 : REAL := 1.06; V4 : REAL := 1.09; (* Volt-Watt 시작, 출력 0 전압 *)
END_VAR
IF NOT DI_EMO_LOOP_HEALTHY OR DI_OVR_59_TRIPPED THEN
PV_P_LIMIT_PU := 0.0; PV_Q_SET_PU := 0.0; (* 차단 상태 추종 *)
ELSIF NOT DI_COMM_UPSTREAM_OK THEN
MODE_DEFAULT := TRUE; (* 인버터 내장 기본 모드로 복귀 - 값은 연계 조건 확인 *)
ELSE
MODE_DEFAULT := FALSE;
(* Volt-VAR *)
IF POC_V_PU <= V1 THEN PV_Q_SET_PU := 0.0;
ELSIF POC_V_PU >= V2 THEN PV_Q_SET_PU := -Q_MAX;
ELSE PV_Q_SET_PU := -Q_MAX * (POC_V_PU - V1) / (V2 - V1);
END_IF;
(* Volt-Watt *)
IF POC_V_PU <= V3 THEN PV_P_LIMIT_PU := 1.0;
ELSIF POC_V_PU >= V4 THEN PV_P_LIMIT_PU := 0.0;
ELSE PV_P_LIMIT_PU := 1.0 - (POC_V_PU - V3) / (V4 - V3);
END_IF;
END_IF;
(* 과전압 계전기 픽업은 V4보다 높게 설정 - 제어가 먼저, 계전기가 최종 *)곡선의 전압값과 무효전력 한계는 설명용 예시이며 실제 값은 연계 조건 문서를 따라야 합니다. 여러 인버터가 같은 연계점 전압을 보고 동시에 반응하면 제어끼리 간섭해 전압이 진동할 수 있으므로, 응답 시간 설정과 진동 여부는 파형 분석 및 실측 요망입니다.
경계 조건
이 판단이 뒤집히는 경우는 선로 조건이 바뀔 때입니다. 같은 배전선로에 다른 발전설비가 추가 연계되거나 변전소 측 전압 조정 설정이 바뀌면 연계점 전압의 기준 자체가 이동하므로, 곡선을 한 번 정하고 끝낼 수 없습니다. 또 선로 R, X 값을 모른 채 곡선을 정하면 위 계산의 우열 판단이 성립하지 않습니다.
판단 기준은 하나입니다. 무효전력 1 kvar가 낮추는 전압과 유효전력 1 kW 감발이 낮추는 전압을 연계점에서 실측해, 더 큰 쪽을 주 수단으로 둡니다.
