계통운용자의 역할
계통운용자는 관할지역 운용자로도 알려져 있는데, 지정된 자신의 통제지역 내의 발전사업자, 송전소유자 및 판매사업체(LSE, Load Serving Entity)들의 행위들을 관리하며, 서비스수준을 유지하기 위해 인접 통제지역 혹은 지역계통운용자와 운용계획을 서로 조정한다. 이를 위한 계통운용자의 의무는 첫째, 하루 전에 내일의 수요를 예측하고 이 수요에 맞추어 발전설비를 가동할 계획을 수립하는 것(unit commitment)이고, 둘째, 각종 운전예비력 및 품질유지 서비스의 공급계획을 수립하는 것이며 셋째, 여러 시장참여자들 사이에서 송전망의 사용계획을 수립하는 것이고, 넷째, 연계선(tie-line)의 전력흐름을 계획하기 위해 발전기 운전계획을 인접계통의 시스템운용자에게 통보하는 것이며 다섯째, 약 5 초 단위로 주파수 편차를 수정하고 약 5분의 단위로 각 발전기 출력을 재 배분함으로써 전력계통을 실시간으로 관리하는 것이며 여섯째, 발생할지도 모를 시스템 외란을 교정하고 발전기, 선로 등의 고장이 발생하면 계통을 정상상태로 회복시키는 것 등이다.

전력계통을 연계하여 운용할 경우, 연계선(tie-line)의 전력흐름에 대하여 설명한다. 그림과 같이 두 개의 전력회사의 전력계통이 연계되어 있다고 한다. 전력회사1과 전력회사2가 급전운용계획(operation planning)을 수립하고 양측이 협의한 후에 계통운용자는 각 전력계통의 수급계획 및 각각의 시간대 별 수요에 따라 연계선의 흐름을 미리 계획한다. 이것을 계획된 연계선의 전력조류(scheduled flow)라고 한다. 이것은 운용계획에서 결정되지만 실시간의 운전에서는 계획된 수요와 실시간으로 나타나는 수요와의 차이가 양측의 전력계통 내부의 모선(bus)에서 발생하므로 연계선의 흐름에는 오차(ACE, area control error)가 발생한다. 두 개의 전력계통의 각 발전기의 조속기가 주파수와 ACE를 조정한다. 경제급전 계산의 결과에 의하여 발전기 출력을 재배분하는 과정에서도 ACE는 조정된다.

▲ <그림1>

▲ <그림2>

계통운영의 주체
미국과 캐나다는 4 개의 연계된 전력계통으로 구성된 지역송전망을 가지고 있다. 이들은 동부, 서부, 텍사스 및 퀘벡 연계지역이며, 그들은 일반적으로 서로 독립적으로 운용된다. 그러나 각 연계지역 내의 수직독점 전력회사, 송전망 소유자 및 발전사업자는 연결된 송전망에 서로 묶여 있어 어느 지역의 계통운용자의 의사결정은 지역송전망 내의 다른 계통운용자에게 강한 영향을 준다. 각 연계지역은 여러 통제지역(control area)으로 분할된다. 물론 각 통제지역에는 계통운용을 책임지는 기관이 있다. 이 기관에는 수직통합전력회사, 시영전력회사, Federal Power Agencies, 전력 푸울(power pool), 독립계통운용자(ISO) 등이 있다. 자신의 계통운용을 직접 수행할 만큼 충분히 설비규모가 크지 않은 전력회사는 때로는 인접한 대규모 전력회사와 서비스계약을 체결하기도 하므로, 통제지역은 여러 수직독점 전력회사로서 흔히 구성된다. 일부 전력회사는 power pool이라 불리는 그룹으로 연합하여 계통운용을 최적화하기 위하여 발전기를 푸울 형태로 공유하도록 허용한다. 경쟁시장도입 이전에 미국에서 사용되었던 푸울은 tight pool이라고 말한다. 구조개편이 진행된 지역에서는 계통운용 기능이 ISO에게로 이관되며 통제지역이 보다 광범위한 지역으로 되었다.

1999년 12월, FERC는 'ORDER 2000'을 고시하였으며 지역송전회사(RTO, Regional Transmission Organization)의 설립을 요구하여 수직통합 전력회사를 분할하려고 시작한 것이다. RTO는 IOU가 송전망의 소유권을 갖도록 하고 ISO는 계통운용만 담당하는 ISO모형을 따르던가 아니면 RTO가 별도의 송전회사(TRANSCO)로 되고 영리목적으로 송전망을 운용하는 형식을 취한다. 아래 그림은 미국의 ISO와 RTO의 현황을 보여준다.

각 관할 지역의 계통운용자는 북미신뢰도협의회(NERC, North American Electric Reliability Council)를 통하여 다른 계통운용자와 계통운용에 대한 업무를 서로 협의하고 조정(coordination)한다. NERC의 임무는 북미의 송전망이 신뢰도가 유지되고(reliable), 적정하며(adequate), 안전하도록(secure) 보장하는 것이다. NERC는 1968년에 설립된 이래, 자발적 기구로서 모든 관련 당사자들의 호혜주의, 회원 사이의 압력 및 상호 이익증진에 의존하여 성공적으로 운용되어 왔다. 신뢰도협의회에 속하는 전력회사는 실질적으로 미국, 캐나다, 멕시코 내의 캘리포니아에 공급되는 전력에 대한 책임을 진다. NERC는 신뢰도를 보장하기 위한 일반 운용기준을 설정하며, 각 지역신뢰도협의회는 자기 지역의 특성을 고려하여 계통운용자가 준수하도록 이 기준을 적절하게 적용한다. 지역신뢰도협의회는 역사적으로 수직독점 전력회사가 주도하여 온 바, 1994년에 IPP와 판매사업자에게 회원권을 개방하였다. 회원들은 이제 송전망 소유자, ISO, 판매사업체(LSE), 전력회사, 발전사업자, 판매상(marketer), 최종소비자(end-user)와 정부기관을 포함한다.

지역신뢰도협의회에서 설정한 신뢰도기준은 통제지역 내에서 발전과 수요의 균형을 정상상태로 유지하고, 발전기 혹은 송전선의 예측치 못한 고장이 발생할 경우, 15분 이내에 발전과 수요의 균형을 회복하며, 전압 및 주파수를 규정된 특정한 범위 내에서 유지하고, 발생할지도 모를 외란에 대응하기 위하여 운전예비력을 유지하며, 송전선 과부하 방지를 요구하고 있다.

계통운용의 신뢰도 기준은 계통운용자가 예측오차를 상쇄하기 위한 운전예비력을 발전계획에 포함시킬 뿐 아니라, 발전기, 송전선 등의 시스템 구성 요소의 상정고장에 대해서도 대비하도록 요구하고 있다. 그래서 신뢰도 기준은 통제지역 내에서 사용할 수 있는 각종 운전예비력 수준을 예측수요의 일정 퍼센트 또는 발전기 혹은 송전선로 고장 가운데 가장 중대한 단일 상정고장에 대비할 수 있는 수준 이상으로 유지할 것을 요구하고 있다. 이러한 운전예비력은 예측치 못한 발전기나 송전선의 고장 시에 신속하게 공급과 수요의 균형을 맞추기 위해 항상 사용할 수 있는 상태를 유지해야 한다.

▲ <그림3>

▲ <그림3>