품질유지서비스(ancillary service)
품질유지서비스는 전력계통의 안전한 운용 및 전기품질을 유지하기 위해 계통운용자가 요구하는(에너지공급이 주목적이 아닌) 서비스들을 가리킨다. 품질유지서비스는 다음과 같은 항목을 포함한다.

⋅자동발전제어(AGC, Automatic Generation Control)
AGC는 전력계통의 주파수를 유지하고 연계선의 조류를 계획한 것과 같도록 유지하며 경제급전의 계산결과에 따라 발전기의 출력을 재 배분하는 기능을 한다. 이것은 조정(regulation)이라 불리기도 하는데, 자동발전제어는 주파수의 변동에 대하여 짧은 주기로, 경제급전을 위해서는 약 5분 단위로 발전기 출력을 배분하기 위해 사용된다. AGC의 대상이 되는 발전기는 중앙급전에서 원격으로 출력을 변경하라는 신호에 응하여 증가 또는 감소할 수 있어야 하며, 공급과 수요의 균형을 유지하기 위해 운용기간 내내 사용된다. AGC의 전형적인 공급원은 자기 발전기 용량의 일정 부분으로서 에너지를 공급하는 한편, 추가적인 미사용 용량을 순동예비력에 사용하는 발전기로부터 주어지며 주로 수력, 가스터빈, 기력발전기 등이다.

⋅순동예비력(spinning reserve, regulating reserve)
순동예비력은 계통에 이미 동기되어 있고, 주파수 변동 또는 경제급전의 출력 재배분 신호에 따라 출력변동에 응할 수 있는 용량(출력 여유분)의 합계를 가리킨다. 순동예비력에 포함되는 용량은 통보 후 10분 이내에 계통운용자가 온전히 가동할 수 있는 것이어야 한다. 순동예비력 확보의 대상은 자신의 발전기 용량의 일부에서 에너지를 공급하는 반면, 추가적인 여유 용량 또는 현재 사용되고 있지 않은 용량을 갖고 운전 중인 수력, 가스터빈, 기력발전기 등이다.

⋅대기예비력(non-spinning reserve, contingency reserve)
대기예비력은 계통에 동기되어 있지 않으나 통보 후 10분 이내에 가용할 수 있는 발전기이다. 대기예비력은 또한 10분 이내에 사용할 수 있는 수요응답도 포함한다. 대기예비력이 순동예비력처럼 10분 요구를 가지는 반면, 이 발전기는 순동예비력을 공급하기 위하여 먼저 계통에 동기하여 놓아야 하므로 발전기 용량의 일부분을 순동예비력으로 사용하는데 있어서 긴 시간이 걸린다. 대기예비력으로 사용할 수 있는 발전기는 순동예비력에 사용되는 것과 유사하다.

⋅대체예비력(supplementary reserve, on-demand reserve)
대체예비력은 동기시키는데 소요되는 시간이 보다 긴 발전기로서, 흔히 통보 후 30분 이내에 가동되어야 한다. 전형적 대체예비력으로 사용되는 것은 발전기는 석탄 및 가스연소 화력발전기이다.         

▲ <그림1>

⋅전압지원(voltage support)
전압지원은 전력계통에 무효전력(VAR)을 공급할 능력을 가진 설비에 의해 제공되며 전압을 규정치 부근으로 유지하는 역할을 한다. 송전선로의 손실을 줄이기 위하여도 무효전력의 제어가 필요하며 지역적으로 무효전력 공급은 해당 모선 부근의 각종 무효전력 공급장치가 담당한다. 무효전력은 유효전력의 경우처럼 중앙에서의 공급계획을 세워 각 발전기로 증감에 대한 지시를 보내지 않는다. 발전기의 경우에는 자동전압조정장치(AVR, automatic voltage regulator)가 발전기의 여자기에 흐르는 전류를 조정하여 전압을 규정치 이내로 유지한다.

⋅자체기동 (black-start)
대부분 발전기는 송전망으로부터의 전력공급이 없으면 기동할 수 없다. 만약 계통이 붕괴된 경우, 전력계통을 정상으로 회복시키는데 문제를 일으킬 수 있다. 자체기동 발전기는 송전망에서 전력공급 없이 독립적으로 기동할 수 있다. 계통운용자는 계통이 붕괴한 발생한 경우 송전망을 복구할 능력을 보장하기 위해 일정량의 자체기동 발전기를 유지할 필요가 있다.

일단, 발전기가 하루 전에 품질유지서비스를 제공하기로 계획되면, 계통운용자는 다음날 각 시간대 별로 계획된 운전에 대해 통보를 받는다. 그러나 이러한 계획은 수요의 변동, 발전기기의 고장정지, 송전선의 사용용량의 변동 등이 발생하면 한 시간 전(실질적으로 운전에 앞서 두 시간)에 조정될 수도 있다.

실시간 수급균형 방식
계통운용자는 수요를 예측하고, 예측수요를 만족시키기 위해 하루 전에 발전기 운용계획을 수립하며, 한 시간 전에 그 계획을 조정한 후에, 실시간으로 계통상황을 감시하며 관리해야 한다. 계통운용시간 중에도, 일반적으로 전력계통의 컴퓨터제어 시스템(EMS)은 수요변동에 대응하여 자동발전제어 대상 발전기의 출력을 증가하거나 감소하여 공급과 수요의 균형을 유지한다.

수요가 예측한 것보다 높게 나타나거나, 발전기가 고장정지를 일으켜 자동발전제어만으로는 불충분한 경우, 계통운용자는 대기예비력을 호출하여 수요와 공급의 균형이 잡히도록 순동예비력을 증가한다.

그러나 이때 예기치 않은 고장이 또 발생하면 순동예비력이 부족하게 될 수도 있다. 그러면 운용자는 대기예비력을 순동예비력 상태로 전환하거나, 대기예비력을 곧바로 에너지를 공급할 수 있는 상태로 전환한다. 일단 대기예비력에서 추가적인 출력을 사용할 수 있게 되면 순동예비력의 확보를 위해 발전기의 출력을 낮추어 놓을 것이다. 이러한 방법으로써 운용자는 상정고장이 발생하여도 계통을 신뢰도 협의회의 기준 이내에서 유지할 수 있다.

때때로 계통운용자의 최대한의 노력에도 불구하고 계통이 균형을 일탈할 수 있다. 그 결과, 전압과 주파수가 허용한도를 초과할 수 있다. 높은 주파수는 발전력을 줄여서 관리하는 반면, 낮은 주파수는 발전력을 증가하여 대응한다. 낮은 주파수에 대한 마지막의 방어수단은 공급과 수요를 균형으로 회복하기 위해 부하를 제거(차단)하는 것이다. 많은 전력회사는 신뢰도를 유지하기 어려운 상황에서 차단가능 소비자를 보유하여 부하차단을 시행하기도 한다. 최후의 수단으로 계통운용자는 강제적으로 송전망에서 해당 소비자의 수요를 차단함으로써 신뢰도를 유지할 수 있다. 이를 순환정전(rolling blackout)이라고 한다.

▲ <그림2>

달라지는 계통운용의 역할
역사적으로 계통운용은 그 계통상의 모든 발전기에 대해 직접 통제권을 지닌 수직통합전력회사 혹은 전력 푸울(tight pool)에 의해 처리되어 왔다. 이러한 구조에서 급전의 운용계획에서 발전기는 한계운전비용(증분발전비용)과 송전계통의 제약을 기초로 계획되었다. 미국의 일부 주에서 전력사업이 경쟁시장으로 이전함에 따라, 필요한 거래구조는 보다 복잡해졌다. 수요는 여러 경쟁회사들에 의해 서비스되며 발전기는 여러 영리를 추구하는 발전사업자에 의해 소유되는 상황에서 이제 계통운용자는 공급과 수요의 균형을 유지하도록 요구받고 있다. 시스템이 정상적으로 작동하도록 유지하려면 세심하게 설계된 시장구조가 필요하다. 지금까지 다양한 시장구조가 시험되었다. 일부는 잘 작동되었으며 여타는 현저하게 실패하였다.