지역 간 재생에너지 발전량 분포 상관관계 기반 송전선로 과부하 확률적 분포 산정 방안에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

발전설비 계획에서 무탄소 전원의 비중은 지속적으로 확대되고 있으며, 특히 재생에너지의 보급은 향후 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 전력공급의 안정성과 운영 효율성, 그리고 탄소중립 달성을 위해서는 최적의 전원 믹스 구성과 함께 증가하는 무탄소 자원을 수용할 수 있는 선제적인 송전설비 보강이 요구된다. 그러나 기존의 계통 계획 연구에서는 재생에너지 출력을 고정된 값으로 가정하는 경우가 많아, 지역 간 출력 상관관계 및 재생에너지의 간헐성과 변동성을 충분히 반영하는 데 한계가 있다.
본 논문에서는 지역 간 재생에너지 출력의 상관관계를 반영한 확률적 시나리오를 생성하고, 이를 기반으로 송전선로 과부하를 확률적으로 평가하는 방법론을 제안한다. 제안된 방법은 코퓰라 기반 시나리오 생성 기법을 통해 원본 재생에너지 출력 데이터의 분포적 특성을 유지하면서 지역 간 동시 변동성을 반영할 수 있도록 구성되었다. 생성된 시나리오는 실증 계통 모델에 적용되어 조류 계산을 수행하였으며, 이를 통해 송전설비 이용률의 확률적 분포를 산정하였다.
또한 모든 지역의 재생에너지 출력을 동일 비율로 조정한 고정론적 시나리오를 비교군으로 설정하여 분석을 수행한 결과, 발전량을 고정적으로 가정할 경우 송전선로 이용률의 확률적 특성이 왜곡될 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 본 연구는 재생에너지 출력의 불확실성과 지역 간 상관관계를 고려한 확률적 시나리오를 실제 계통 조류 계산에 연계함으로써, 전원 믹스 구성 단계에서 송전선로 과부하 위험과 계통 안정도를 확률적으로 평가할 수 있는 산정방안을 제시하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In generation planning, the share of carbon-free energy sources has been continuously increasing, and the deployment of renewable energy is expected to accelerate further in the future. To ensure power supply reliability, operational efficiency, and the achievement of carbon neutrality, it is necessary to establish an optimal generation mix along with proactive reinforcement of transmission facilities capable of accommodating the growing penetration of carbon-free resources. However, conventional power system planning studies often assume fixed output levels for renewable generation, which limits their ability to adequately reflect inter-regional output correlations as well as the intermittency and variability inherent in renewable energy sources.
This paper proposes a probabilistic assessment methodology for transmission line overload by generating renewable energy output scenarios that incorporate inter-regional correlations. The proposed approach employs a copula-based scenario generation framework, which preserves the distributional characteristics of the original renewable generation data while capturing the simultaneous variations across regions. The generated scenarios are applied to a practical power system model, in which power flow analyses are performed to derive the probabilistic distribution of transmission line utilization.
In addition, a deterministic scenario in which renewable generation outputs in all regions are uniformly scaled is considered as a benchmark for comparison. The analysis results indicate that assuming fixed renewable generation outputs can distort the probabilistic characteristics of transmission line utilization. Through these findings, this study aims to present a practical and effective assessment framework that integrates probabilistic renewable generation scenarios with power flow analysis, enabling a probabilistic evaluation of transmission line overload risk and system reliability at the generation mix planning stage.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 ⅱi
• 표목차 v
• 국문초록 vi
• 제 1 장 서론 1
• 1. 연구배경 및 연구목적 1
• 2. 선행연구 4
• 제 2 장 본론 7
• 2. 상관관계 기반 시나리오 생성 7
• 2.1 결합확률분포 추정 7
• 2.2 코퓰라 함수 11
• 2.3 재생에너지 발전량 추정 시나리오 생성 12
• 제 3 장 사례연구 18
• 3. 확률적 시나리오 계통 적용 18
• 3.1 시뮬레이션 입력 데이터 및 Case정의 19
• 3.2 PSS/E 조류계산 환경 및 수렴 알고리즘 20
• 3.3 선로 과부하 확률적 분포 추정 시나리오 적용 결과 23
• 3.3.1 선로 %I 비교 원본 vs 확률 시나리오 vs 고정 시나리오 23
• 3.3.2 선로별 오차율 지표 및 해석 26
• 3.3.3 선로 %I값 산점도 분포 비교 28
• 3.3.4 과부하 선로의 %I값 확률적 분포 비교 30
• 3.4 재생 발전원 추가 연계 case 시나리오 적용 결과 31
• 3.4.1 추가 발전원 연계 조건 31
• 3.4.2 발전원 추가 후 분포 비교 및 해석 31
• 3.4.3 재생발전원 추가 연계 후 과부하 선로의 %I 분포 비교 및 해석 35
• 제 4 장 결론 36
• 참고문헌 38
• Abstract 41