공동주택 전력 특성 분석 및 최대수요전력 제어법에 관한 연구

Abstract

Article 40 of the Regulations on Housing Construction Standards, etc. proposes that the capacity of electric facilities for each apartment household be 3kW or more. In the field, when calculating the electricity capacity for each household in an apartment house, refer to this and calculate the electricity capacity for each household in consideration of the occupancy rate and inequality rate. After that, the transformer is selected with sufficient margin considering the transformer utilization ratio. However, according to a recent press release from the Ministry of Trade, Industry and Energy and the Korea Electric Safety Corporation, power outages in apartment houses continue to occur due to the rapid increase in the use of air conditioners in summer. The main causes are the excess of the transformer capacity and the aging of the equipment. On the other hand, in the survey data for rental housing, the design value of the maximum transformer utilization rate exceeded the actual operating value by more than twice. The facility utilization rate of apartments in the 1990s was also not high. The characteristics were analyzed on the basis of the number of customers for residential electricity contracts collected by Korea Electric Power Corporation and the electricity consumption for residential use in the whole country, Seoul, and Gyeonggi Province. As a result, we were able to collect data on the gradual increase in electricity consumption for housing due to the increase in the number of residential electricity customers and the increase in electricity facilities per household. In addition, it was confirmed that the peak demand for electricity rapidly increased due to the use of air conditioners in summer. A lot of research is being done to solve the problems caused by the increase in power consumption and the surge in peak demand, not only in Korea but also worldwide. This is because a surge in maximum demand power causes blackout of the power system and can lead to power outages at consumers. A study on the maximum demand power control method was conducted focusing on the consumers of apartment houses. Based on a microgrid that supplies/consumes power centered on a small-scale independent distributed power source, the method of configuring the system using an ESS (Energy Storage System) and an emergency generator through a VPP (Virtual Power Plant) has been described. The ESS trend in the industrial sector was identified, the ESS model using EHP and ESS operation scheduling method based on LSTM were presented, and the maximum demand power system centered on the ESS was conceived through the ESS model applicable to consumers. Potential possibilities and effects of power demand management using emergency generators were identified through the status and regulations of emergency generators, and the technical utility and limitations of the introduction of the CTTS system were analyzed. Finally, the possibility and necessity of introducing VPP using ESS and emergency generators were presented through the VPP concept and domestic and foreign trend analysis.

| 주택건설기준 등에 관한 규정 제40조에서는 공동주택 세대별 전기시설의 용량을 3kW 이상으로 제안하고 있다. 현업에서는 공동주택 세대별 전기용량 산정 시 이를 참고하여 수용률 및 부등률을 고려하여 세대별 전기용량을 산정한다. 이후 변압기 이용률을 고려해 충분한 여유률을 가지고 변압기를 선정한다. 하지만 최근 산업통상자원부와 전기안전공사의 보도자료에 의하면 하절기 냉방기 사용의 급증으로 인한 공동주택의 정전사고는 지속적으로 발생하고 있는 추세다. 주요 원인으로 전력 사용량의 변압기 용량 초과와 설비의 노후화가 지목되고 있다. 반면, 임대주택을 대상으로 한 조사자료에서는 변압기 최대이용률의 설계값이 실제 운영값의 2배 이상을 초과하는 것으로 나타났다. 90년대 아파트의 설비 이용률 또한 높지 않은 것으로 나타났다. 한국전력공사에서 수집한 주택용 전력 계약 고객호수와 전국, 서울, 경기 지방의 주택용 전력 사용량을 토대로 그 특성을 분석하였다. 그 결과, 주택용 전력 고객호수의 증가와 세대당 전기시설의 증가로 인해 주택용 전력 사용량이 점진적으로 증가하는 데이터를 수집할 수 있었다. 또한, 하절기 냉방기 사용으로 인해 최대수요전력이 급증하는 현상을 확인할 수 있었다. 국내뿐 아니라 전 세계적으로 위와 같은 전력 사용량의 증가와 최대수요전력의 급증으로 인한 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 최대수요전력의 급증은 전력계통의 Black out을 발생시키며, 수용가의 정전사고로 이어질 수 있기 때문이다.

공동주택 수용가를 중심으로 최대수요전력 제어법에 관한 연구를 진행하였다. 소규모의 독립적 분산전원을 중심으로 전력을 공급/소비하는 마이크로 그리드를 토대로 VPP(Virtual Power Plant)를 통한 ESS(Energy Storage System)와 비상발전기를 활용하여 그 시스템을 구성하는 방안에 대하여 서술하였다. 산업 부분의 ESS 동향을 파악하고, EHP를 활용한 ESS 모델과 LSTM을 기반으로 한 ESS 운영 스케줄링 기법을 제시하였으며, 수용가에 적용 가능한 ESS 모델을 통해 ESS를 중심으로 한 최대수요전력 시스템을 구상하였다. 비상발전기 현황과 규정을 통해 비상발전기를 활용한 전력수요관리의 잠재적 가능성과 효과에 대하여 파악하였으며, CTTS 시스템 도입을 통한 기술적 효용성과 그 한계점에 대해서 분석하였다. 마지막으로 VPP 개념과 국내외 동향 분석을 통해 ESS와 비상발전기를 활용한 VPP 도입 가능성과 필요성을 제시하였다.