2.1 Conventional GF Response Assessment Framework

현행 평가 방식에서는 계통 주파수가 특정 기준값에 도달한 시점을 기준으로 평가구간이 설정된다. 일반적으로 주파수 저하 이벤트 발생 이후 평가 개시 조건이 충족되면 일정 시간의 유예구간을 부여하고, 이후 정해진 시간구간 동안의 발전기 출력 증가량을 측정하여 GF 응동 성능을 산정한다^[15].

그림 3. 주파수 이벤트에 따른 시간대별 출력 평가 프레임 구성도

Fig. 3. Time-segmented output evaluation framework in response to a frequency event

이러한 방식은 제도 운영 측면에서 명확성과 적용 용이성을 가지며, 다수의 발전기를 동일한 기준으로 일괄 평가할 수 있다는 장점을 가진다.

현행 GF 출력 이행평가의 시간적 구조를 도식화하면 그림 3과 같다. 주파수 이벤트 발생 이후 평가 개시 기준에 도달하면 유예시간이 부여되며, 이후 평가구간 동안의 출력 증가량이 성능평가의 기준으로 사용된다.

2.2 Structural Limitations of the Fixed Evaluation Window

현행 평가 방식의 핵심 한계는 모든 발전기에 동일한 고정 평가구간을 적용한다는 점에 있다. 실제 발전기의 GF 응답은 사고 직후 즉시 나타나는 것이 아니라, 조속기 입력 인지, 액추에이터 동작, 연료 유량 변화, 터빈 기계적 출력 증가와 같은 일련의 동특성을 거쳐 형성된다. 따라서 응답 개시 시점과 최대 응답 도달 시간은 발전기 모델, 운전조건, 제어계 설정에 따라 서로 다르게 나타날 수 있다.

이와 같은 상황에서 모든 발전기에 동일한 유예시간과 동일한 평가구간을 적용할 경우, 발전기 고유의 응답 특성이 평가 결과에 충분히 반영되지 않을 수 있다. 특히 응답이 빠른 발전기의 경우 실제 GF 기여가 평가구간 이전에 이미 상당 부분 발생할 수 있으며, 반대로 응답이 느리거나 후속 제어의 영향이 큰 발전기의 경우 평가구간 내 출력 증가분 중 일부가 GF가 아니라 AGC 또는 기타 운전제어의 영향일 수 있다. 결과적으로 현행 방식은 순수 GF 응답과 후속 제어 응답을 명확히 구분하지 못할 가능성을 가진다.

이러한 한계는 실제 계통 이벤트 데이터에서도 확인된다. 그림 4는 태양광 발전단지 탈락사고 이후 계통 주파수와 일부 발전기들의 유효전력 출력 변화를 시계열로 나타낸 것이다. 동일한 주파수 이벤트에 대해서도 발전기별 출력 응답의 개시 시점, 변화 방향, 회복 양상은 서로 다르게 나타난다. 일부 발전기는 사고 직후 즉시 출력을 증가시키는 반면, 일부 발전기는 동일 구간에서 출력 감소 또는 지연 응답을 보인다. 이는 실제 발전기 응답이 단일한 시간기준으로 설명되기 어렵고, 동일 평가창을 일괄 적용하는 방식이 발전기의 실질적 GF 기여도를 왜곡할 수 있음을 시사한다.

그림 4. 계통 주파수 변화에 대응하는 발전기 유효전력 출력의 시계열 응답

Fig. 4. Time-series responses of generator active power outputs corresponding to system frequency variation.

또한 기존 평가 방식은 장시간 평가구간 내 누적 출력 증가량을 중심으로 성능을 판단하므로, 발전기 용량 자체의 영향이 상대적으로 크게 반영될 수 있다. 그러나 실제 주파수 안정도 측면에서 중요한 것은 단순한 출력 규모뿐 아니라, 사고 직후 어떤 발전기가 얼마나 신속하고 유효하게 주파수 하락을 저지하는 방향으로 기여하였는가이다. 따라서 발전기 응답의 실질적 기여도를 평가하기 위해서는 고정된 시간구간 내 누적 출력량뿐 아니라, 시간대별 출력 변화 특성과 응답의 물리적 기원을 함께 고려할 필요가 있다.

2.3 Problem Statement for a Generator-Specific GF-Only Window

이상의 논의를 종합하면, 현행 GF 성능평가 방식은 발전기별 상이한 동특성을 충분히 반영하지 못하며, 그 결과 GF 응답과 AGC 응답이 혼재된 출력 변화를 동일한 평가량으로 취급할 가능성이 있다. 따라서 발전기별 실제 응답 구조에 기반하여 순수 GF 응답에 해당하는 시간구간을 별도로 식별하고, 그 구간 내 응답만을 평가 대상으로 설정할 필요가 있다.

이를 위해서는 발전기 거버너 모델의 구조와 주요 파라미터가 응답 개시 시점 및 유효 응답 구간에 어떠한 영향을 미치는지를 정량적으로 해석해야 한다. 본 연구에서는 이러한 목적을 위해 GGOV1 기반 거버너 모델을 적용하였다. GGOV1은 액추에이터 지연, 연료계통 시정수, 터빈 응답 및 제어루프 특성을 반영할 수 있으므로, 발전기별 실제 GF 응답 개시 시점과 유효 응답 지속시간을 추정하는 데 적합하다.

따라서 본 연구의 문제는 다음과 같이 정의될 수 있다. 첫째, 현행 고정 평가구간이 발전기별 GF 응답을 얼마나 정확하게 반영하는가. 둘째, GGOV1 동특성을 이용하여 발전기별 순수 GF 응답 구간을 식별할 수 있는가. 셋째, 이렇게 도출된 발전기별 GF-only 평가창이 기존 방식보다 공정하고 물리적으로 타당한 성능평가 기준이 될 수 있는가. 다음 절에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 GGOV1 모델 기반의 유효 GF 응답 구간 도출 방법을 제시한다.

3.1 Dynamic Interpretation of the GGOV1 Governor Model

앞 절에서 논의한 바와 같이, 현행 GF 성능평가 방식은 모든 발전기에 동일한 고정 평가구간을 적용함으로써 발전기별 동특성 차이를 충분히 반영하지 못한다. 따라서 순수한 GF 응답만을 평가하기 위해서는 발전기 고유의 거버너 응답 특성을 기반으로 실제 출력 응답의 개시 시점과 유효 응답 구간을 합리적으로 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 목적을 위해 국내 복합발전기 및 가스터빈 계통 해석에 널리 활용되는 GGOV1 모델을 적용하였다.

GGOV1은 속도 편차 입력에 대한 조속기 응답, 전기출력 필터, 액추에이터 지연, 연료계통 동특성, 터빈 출력 형성과정, 그리고 출력 제한 및 제어루프를 포함하는 대표적인 표준 거버너 모델이다^{[16] [17]}. 이 모델은 실제 발전기의 1차 주파수조정 응답을 비교적 충실하게 모사할 수 있으므로, GF 응답의 시간적 특성을 해석하는 데 적합하다. 특히 액추에이터 지연, 연료계통 시정수, 터빈 시정수 및 출력 변화율 제한과 같은 파라미터들은 사고 이후 발전기 출력이 언제부터 실질적으로 증가하기 시작하는지, 그리고 어느 시점까지를 GF 고유 응답으로 볼 수 있는지를 결정하는 핵심 요소로 작용한다.

GF 응답은 주파수 편차가 발생하는 즉시 전기적으로 검출될 수 있으나, 기계적 출력의 실제 증가는 제어계와 기계계의 동적 지연을 거친 뒤에 나타난다. 따라서 계통 사고 발생 시점과 발전기 유효출력 증가 시점 사이에는 불가피한 시간지연이 존재한다. 또한 출력 증가는 무한정 지속되지 않으며, 일정 시간이 경과하면 연료계통 및 터빈 응답이 포화되거나 후속 제어계의 영향이 중첩되기 시작한다. 그러므로 GF-only 평가창은 단순히 사고 시점이나 임의의 고정시간으로 정의될 수 없으며, 거버너 모델의 물리적 응답 특성에 기반하여 도출되어야 한다.

3.2 Determination of the Response Initiation Time

발전기의 GF 응답 개시 시점은 사고 발생 이후 주파수 편차가 거버너 입력으로 전달되고, 액추에이터 및 연료계통을 거쳐 실제 기계적 출력 증가로 이어지기까지의 누적 지연시간으로 정의할 수 있다. GGOV1 모델에서 이 지연시간은 주로 전기출력 필터 지연, 액추에이터 응답지연, 터빈 반응 지연, 연료 수송 지연, 그리고 제한기 동작지연의 조합에 의해 결정된다. 즉, 응답 개시 시점은 단순한 제어 입력 시점이 아니라, 계통 주파수 하락에 대응하여 발전기 출력이 유의미하게 증가하기 시작하는 시점으로 해석되어야 한다.

본 연구에서는 대표적인 220 MVA급 GGOV1 적용 복합발전기를 대상으로, 주요 시정수 파라미터를 바탕으로 초기 응답 지연을 산정하였다. 표 1은 거버너 모델의 주요 구성 요소별 지연 시간과 제어 파라미터를 정리한 것이다.

표 1에 제시된 파라미터를 바탕으로, 대표적인 지배 지연 요소인 액추에이터 지연 Tact = 0.05s, 터빈 반응 지연 및 보상기(Tb, Tc), 연료 수송 지연 Teng = 1.5s 등을 종합하면, 해당 발전기의 실질적인 거버너 출력 개시는 사고 이후 약 2.3 s 부근에서 나타나는 것으로 해석할 수 있다. 이는 사고 직후 수 초간의 구간이 물리적 관성 응답과 내부 제어 지연이 지배하는 영역이며, 해당 구간 이전의 출력 변화는 순수한 GF 응답량 평가에 직접 포함하기 어렵다는 점을 의미한다.

따라서 본 연구에서는 발전기별 GF 응답의 시작점을 고정 유예시간이 아닌 거버너 모델 기반 응답 개시 시점으로 정의하고, 이를 평가창의 시작점으로 설정하였다. 이러한 접근은 모든 설비에 동일한 기준시간을 적용하는 기존 방식과 달리, 각 발전기의 실제 동적 응답 구조를 평가기준에 반영할 수 있다는 장점을 가진다.

3.3 Determination of the Maximum Effective GF Response Interval

GF 응답의 평가 종료 시점 역시 중요하다. 발전기 출력은 응답 개시 이후 일정 시간 동안 증가하지만, 이후에는 연료계통 및 터빈 응답의 점진적 수렴, 출력 변화율 제한의 영향, 그리고 AGC와 같은 후속 제어의 개입으로 인해 순수한 GF 응답만을 분리하기 어려워진다. 따라서 평가 종료 시점은 단순히 응답이 끝나는 시점이 아니라, GF 고유 응답이 지배적이라고 판단할 수 있는 최대 유효 시간으로 정의되어야 한다.

이를 위해 본 연구에서는 먼저 220MVA 급 GGOV1 모델의 최대 기계적 출력과 출력 변화 경사를 산정하였다. 표 2는 최대 출력 산정에 활용된 주요 파라미터를 정리한 것이다.

표 2의 파라미터를 이용하면 거버너의 최대 기계적 출력 $P_{MECH,max}$는 다음과 같이 표현할 수 있다.

식 (2)에 표 2의 값을 대입하면, 해당 발전기의 최대 기계적 출력은 약 121 MW로 산정된다.

다음으로 출력의 변화 속도와 최대 출력 도달시간을 추정하기 위해 제어기 주요 파라미터를 검토하였다. 표 3은 GGOV1 제어기의 주요 설정값을 정리한 것이다.

표 1부터 표 3까지 제시된 파라미터를 종합하면, 220MVA 급 GGOV1 모델이 적용된 거버너의 출력 응답 특성, 특히 이상적인 출력 변화 경사(ramp rate)를 추정할 수 있다. 출력의 변화 속도는 식 (3)와 같이 계산할 수 있으며, 이 경사를 기준으로 최대 출력 도달까지 소요되는 시간은 식 (4)을 통해 추정할 수 있다.

식 (2)-(4)을 통해 산정한 결과, 해당 발전기의 최대 출력 도달시간은 약 5.5 s로 추정되었다. 여기에 앞 절에서 도출한 초기 응답 개시 지연 2.3 s를 함께 고려하면, GGOV1 모델 기반 거버너의 순수 응답이 최대 출력 수준에 도달하기까지의 전체 시간은 약 6~7 s 범위로 해석할 수 있다.

결과적으로, 사고 이후 약 2.3 s 이후부터 약 7 s 이전까지의 구간은 해당 발전기의 실질적 GF 응답이 지배적으로 나타나는 시간영역으로 볼 수 있다. 반면 이 구간 이후의 출력 변화는 GF 응답의 잔여 성분뿐 아니라 AGC 또는 운전점 복귀 특성이 혼재될 수 있으므로, 순수 GF 성능평가를 위한 구간으로는 적절하지 않을 수 있다.

3.4 Proposed GF-Only Evaluation Window

이상의 해석을 바탕으로 본 연구에서는 발전기별 GF-only 평가를 위한 새로운 시간창을 제안한다. 제안 평가창은 GGOV1 기반 동특성 파라미터를 이용하여 도출된 실질적 응답 개시 시점과 최대 유효 응답 시점을 기준으로 설정되며, 대상 발전기의 경우 약 2.3 s에서 7 s까지의 구간으로 정의된다. 이 구간은 사고 직후의 관성 지배영역과 후속 AGC 개입 가능성이 높은 후반 응답영역을 배제하고, 발전기의 1차 주파수추종 응답이 가장 뚜렷하게 나타나는 구간만을 평가 대상으로 포함한다.

제안 방식의 핵심은 발전기의 출력 증가량 전체를 평가하는 것이 아니라, 발전기 고유의 거버너 동특성에 기반하여 순수 GF 응답으로 인정할 수 있는 구간만을 별도로 식별한다는 데 있다. 이를 통해 응답이 빠른 발전기의 초기 기여를 누락하지 않으면서도, 응답 후반부에 중첩되는 AGC 또는 기타 운전제어의 영향을 최소화할 수 있다. 결과적으로 제안 평가창은 현행 고정형 평가구간보다 발전기별 실제 GF 응답 특성을 더 충실히 반영할 수 있으며, 발전기 단위의 공정한 성능평가 및 보조서비스 정산체계 마련에 유리한 기준이 될 수 있다.

그림 5는 현행 평가구간과 제안 평가구간의 개념적 차이를 나타낸다. 현행 방식은 동일한 시간지연과 장시간 평가구간을 모든 발전기에 일괄 적용하는 반면, 제안 방식은 발전기 고유의 동특성으로부터 응답 개시 시점과 종료 시점을 도출하여 GF-only 응답만을 평가 대상으로 설정한다. 이러한 차이는 발전기별 응답속도와 제어특성 차이를 반영할 수 있다는 점에서 본질적인 의미를 가진다.

그림 5. 현행 고정형 평가구간과 제안된 GF-only 평가구간의 개념적 비교

Fig. 5. Conceptual comparison between the conventional fixed evaluation window and the proposed GF-only evaluation window

3.5 Summary of the Proposed Procedure

결과적으로 본 연구의 제안 방법은 다음과 같은 절차로 요약될 수 있다. 첫째, GGOV1 모델의 주요 동특성 파라미터를 이용하여 발전기별 실질적 GF 응답 개시 시점을 산정한다. 둘째, 최대 기계적 출력과 출력 변화 경사를 바탕으로 최대 유효 응답 시간을 도출한다. 셋째, 이 두 시점을 조합하여 GF 고유 응답이 지배적인 시간구간을 정의하고, 해당 구간 내에서의 출력 변화량만을 GF 성능평가 대상으로 설정한다. 이러한 절차는 발전기별 상이한 동특성을 반영할 수 있을 뿐 아니라, 기존 방식에서 발생할 수 있는 GF 및 AGC 응답 혼재 문제를 완화하는 데 유효하다.

본 연구의 대상 발전기에 적용한 결과, GGOV1 기반 발전기의 순수 GF 응답이 지배적인 구간은 약 2.3–7 s 범위로 도출되었다. 다음 장에서는 실제 계통 이벤트 데이터를 이용하여 현행 평가방식과 제안 평가방식을 비교하고, 발전기별 성능평가 결과가 어떻게 달라지는지를 정량적으로 분석한다.

4.1 Description of the System Event and Study Generators

본 장에서는 제안한 GF-only 평가창의 유효성을 검증하기 위하여 실제 계통 이벤트 데이터를 활용한 사례분석을 수행하였다. 분석 대상 이벤트는 태양광 발전단지 탈락에 따라 계통 주파수 저하가 발생한 사례로, 사고 이후 계통 주파수와 개별 발전기의 유효전력 출력 변화를 시계열로 확보할 수 있는 사건이다. 본 연구에서는 사고 시점 전후의 계통 주파수 이력과 함께, 서로 다른 응답 특성을 나타내는 복수의 발전기를 선정하여 비교 분석을 수행하였다.

분석 대상 발전기는 발전기 A, B, C 및 D로 정의하였다. 각 발전기는 서로 다른 설비 용량, 운전점, 입지 특성 및 동특성을 가지며, 동일한 주파수 이벤트에 대하여 상이한 출력 변화 양상을 나타낸다. 이러한 발전기들을 함께 비교함으로써, 현행 고정형 평가구간이 발전기별 응답 특성을 충분히 반영하는지, 그리고 제안한 GF-only 평가창이 실제 GF 기여도를 보다 합리적으로 평가할 수 있는지를 검토하고자 한다.

그림 6. 계통 주파수 변화에 대응하는 발전기 A, B, C, D의 유효전력 출력 시계열 응답

Fig. 6. Time-series active power output responses of Generators A, B, C, and D to system frequency variation

그림 6은 사고 이후 계통 주파수와 발전기 A, B, C, D의 유효전력 출력 변화를 나타낸다. 그림에서 확인할 수 있듯이, 동일한 주파수 저하 이벤트에 대해서도 발전기별 응답 개시 시점, 출력 변화 방향 및 회복 속도는 서로 다르게 나타난다. 일부 발전기는 사고 직후 출력 증가를 보이는 반면, 일부 발전기는 동일 구간에서 출력 감소 또는 지연 응답을 보인다. 이러한 차이는 단일한 고정 시간구간으로 모든 발전기의 GF 성능을 평가하는 방식이 가지는 한계를 직관적으로 보여주며, 발전기별 동특성과 제어 응답 특성을 충분히 반영할 수 있는 보다 유연한 평가 접근이 필요함을 시사한다.

4.2 Evaluation Based on the Conventional Method

먼저 현행 GF 출력 이행평가 방식을 기준으로 발전기별 응답을 분석하였다. 현행 방식에서는 주파수가 평가 개시 조건에 도달한 이후 일정 유예시간을 부여하고, 이후 정해진 장시간 평가구간 동안의 출력 증가량을 기준으로 GF 응동 성능을 평가한다. 이 방법은 제도 운영상 명확한 기준을 제공하지만, 발전기별 응답 시점 차이와 후속 제어의 개입 가능성을 충분히 반영하지 못할 수 있다.

그림 7. Evaluation Interval 1에서의 발전기 유효전력 출력 응답

Fig. 7. Generator active power output responses during Evaluation Interval 1

그림 8. Evaluation Interval 2에서의 발전기 유효전력 출력 응답

Fig. 8. Generator active power output responses during Evaluation Interval 2

이를 확인하기 위하여 본 연구에서는 현행 평가 프레임에 대응하는 세 개의 시간구간을 설정하였다. 첫 번째 구간인 Evaluation Interval 1은 사고 직후부터 평가 개시 전까지의 구간으로, 발전기의 초기 응답 특성을 확인하기 위한 구간이다(그림 7).

두 번째 구간인 Evaluation Interval 2는 평가 개시 이후 실제 성능평가가 시작되기 전까지의 유예구간이다(그림 8). 세 번째 구간인 Evaluation Interval 3은 현행 기준에서 실제 출력 이행평가가 수행되는 구간이다(그림 9). 각 구간에 대하여 발전기별 누적 출력량, 설비용량 대비 출력 증가율, 그리고 전체 대비 구간 기여율을 비교하였다.

그림 9. Evaluation Interval 3에서의 발전기 유효전력 출력 응답

Fig. 9. Generator active power output responses during Evaluation Interval 3

표 4는 사고 직후부터 평가 개시 전까지 구간에서의 발전기별 출력 특성을 나타낸다. 해당 구간은 현행 기준상 공식적인 평가구간은 아니지만, 실제 계통 주파수 하락을 저지하는 초기 응답이 나타날 수 있는 시간영역이라는 점에서 의미가 있다. 분석 결과, 일부 발전기는 이 구간에서 이미 유의미한 출력 증가를 보인 반면, 일부 발전기는 오히려 출력 감소를 나타냈다. 이는 사고 직후 발전기별 동특성이 동일하지 않으며, 실제 주파수 방어 기여가 평가 개시 이전에도 발생할 수 있음을 시사한다.

표 5는 현행 기준에서 유예시간으로 간주되는 구간에서의 발전기별 응답 특성을 정리한 것이다. 이 구간은 거버너 시정수와 발전기 응답 지연을 고려하여 공식 평가에서는 제외되지만, 실제로는 일부 발전기의 GF 응답이 본격적으로 형성되는 시간영역일 수 있다. 분석 결과, 발전기별 출력 변화 방향과 증가율이 상이하게 나타났으며, 동일한 유예구간이라 하더라도 발전기마다 의미가 다를 수 있음을 확인할 수 있었다.

표 6은 현행 기준상 실제 GF 출력 이행평가가 수행되는 구간의 분석 결과를 나타낸다. 해당 구간에서는 모든 발전기에 동일한 시간창이 적용되므로, 각 발전기의 누적 출력 증가량과 기여율을 기준으로 성능이 평가된다. 그러나 분석 결과, 일부 발전기는 이 구간에서 높은 누적 출력량을 보이더라도 실제 초기 주파수 방어에 직접 기여한 응답과는 시간적으로 분리되어 있을 가능성이 존재하였다. 반대로 사고 직후 빠르게 응답한 발전기는 현행 장시간 평가구간 내에서 상대적으로 낮은 평가를 받을 가능성도 확인되었다.

세 구간의 분석 결과를 종합하면, 절대 출력량 기준의 기여율은 비교적 유사한 경향을 보이지만, 설비용량 대비 출력 증가율 또는 시간대별 출력 변화 방향까지 함께 고려할 경우 발전기별 실질적 기여도는 크게 달라질 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 기존 평가 방식이 장시간 누적 출력량에 상대적으로 큰 비중을 두기 때문에 발전기 용량 자체의 영향을 크게 받을 수 있음을 의미한다.

기존 평가방식의 결과 해석은 그림 6에서 확인할 수 있으며, 표 7은 현행 GF 출력 이행평가 기준을 적용한 발전기별 출력 이행률 산정 결과를 나타낸다. 여기서 사고 발생 시점은 $t = t_{event}$[s]이며, 변화출력을 계산하는 기준 시점 $t = t_{ref}$[s]는 그림 3에 도시된 평가 개시 시점을 따른다. 즉, 표 7의 이행률은 현행 제도에서 정의된 기준 시점 이후의 출력 변화량을 기반으로 산정된 결과이다.

표 7은 현행 평가방식에 따라 산정된 발전기별 출력 이행평가 결과를 나타낸다. 발전기 A는 이행률이 4.348로 나타나, 기준값 대비 400% 이상의 높은 성능을 보인 것으로 평가된다. 표면적으로는 사고 시점에서 계통에 매우 큰 기여를 한 것으로 해석될 수 있으나, 이는 그림 6에서 제시한 발전기 출력 시계열과 함께 재검토할 필요가 있다. 실제로 발전기 A의 출력은 사고 직후보다 후반부 구간에서 AGC 또는 지연된 GF 응답이 누적되며 상승하는 양상을 보였으며, 이로 인해 기존 평가방식에서는 실제 초기 주파수 방어 기여도에 비해 우호적인 평가가 부여되었을 가능성이 있다.

반면 발전기 B는 이행률이 0.130으로 매우 낮게 나타나, GF 응답과 후속 제어 응답 모두 제한적인 사례로 해석할 수 있다. 이는 어떤 평가 기준을 적용하더라도 상대적으로 낮은 성능 평가를 받을 가능성이 큰 사례에 해당한다.

흥미로운 사례는 발전기 C이다. 발전기 C의 이행률은 0.897로 기준값에 다소 미달하는 것으로 평가되었으나, 그림 6에서 확인할 수 있듯이 사고 직후 유효출력이 빠르게 증가하며 초기 주파수 하락 억제에 실질적으로 기여한 것으로 해석된다. 그러나 기존 평가방식은 장시간 평가구간 내 누적 출력 변화량을 기준으로 하기 때문에, 후반부 AGC 응답이 상대적으로 충분하지 않았던 발전기 C의 초기 GF 기여를 충분히 반영하지 못한 것으로 볼 수 있다. 즉, 발전기 C는 AGC 응답 측면에서는 보완이 필요할 수 있으나, GF 고유 응답의 관점에서는 발전기 A보다도 사고 직후 계통 주파수 안정화에 더 직접적으로 기여했을 가능성이 있다.

또한 발전기 A와 같이 이행률이 100%를 현저히 초과하는 사례가 존재한다는 점은, 현행 GF 응동 평가체계가 실제 응답 성능과 완전히 일치하지 않을 수 있음을 시사한다. 이는 특정 시간구간 이후 누적된 출력 증가가 GF 고유 응답을 초과하여 평가에 반영될 수 있으며, 결과적으로 일정 수준 이상의 출력 변화에 대해 과도한 보상이 이루어질 가능성이 있음을 의미한다. 따라서 기존 평가방식은 발전기별 초기 응답속도와 순수 GF 기여를 충분히 반영하는지에 대한 재검토가 필요하며, 이러한 문제의식은 본 연구에서 제안하는 GF-only 평가창의 필요성을 뒷받침한다.

4.3 Dynamic Contribution Analysis Based on Output Variation Rate

발전기의 실제 주파수 안정화 기여도를 보다 직접적으로 해석하기 위하여, 본 연구에서는 절대 출력량뿐 아니라 설비용량 대비 출력 증가율을 기반으로 발전기별 동적 기여도를 추가적으로 분석하였다. 출력 변화율은 동일한 MW 증가량이라 하더라도 발전기 용량과 운전점에 따라 실제 응답 강도가 다르게 해석될 수 있다는 점을 보완하기 위한 지표이다. 즉, 절대 출력량은 발전기 규모의 영향을 크게 받는 반면, 출력 변화율은 사고 시점에서 해당 발전기가 자기 용량 대비 얼마나 능동적으로 반응했는지를 보여주는 데 유리하다.

표 8은 각 시간구간별 발전기 출력 증가율과 이를 기반으로 산정한 구간 기여율을 나타낸다. 분석 결과, 일부 발전기는 절대 출력량 기준에서는 높은 비중을 차지하더라도 출력 증가율 기준에서는 상대적으로 제한적인 기여를 보였으며, 반대로 절대 출력 규모는 작더라도 단위 용량당 빠른 응답을 보이는 발전기가 존재하였다. 또한 일부 발전기는 특정 구간에서 음의 출력 변화율을 나타내어, 해당 시간영역에서는 오히려 계통 주파수 안정화에 부정적인 방향으로 작용했을 가능성도 확인되었다.

이러한 결과는 계통 주파수 안정도 평가에서 단순 누적 출력량만으로 발전기 기여도를 판단하는 데 한계가 있음을 보여준다. 특히 실제 주파수 방어에 중요한 것은 사고 직후의 유효 응답 여부와 응답 속도이며, 이러한 특성은 절대 출력량보다 시간대별 출력 변화율에서 보다 직접적으로 드러난다. 따라서 발전기별 GF 성능평가의 공정성을 확보하기 위해서는 절대량 중심의 고정형 평가뿐 아니라, 동특성을 반영한 시간창 설정과 동적 응답 해석이 함께 고려되어야 한다.

4.4 Evaluation Based on the Proposed GF-Only Window

다음으로 본 연구에서는 제안한 GF-only 평가창을 적용하여 발전기별 응답을 재평가하였다. 표 9는 제안한 GF-only 평가창을 적용하여 산정한 발전기별 기준출력, GF-only 구간 출력변화량, 그리고 평가 이행률을 나타낸다.제안 방식에서는 GGOV1 기반 동특성 해석을 통해 도출된 유효 응답 구간만을 평가 대상으로 설정하며, 대상 발전기의 경우 약 2.3 s에서 7 s까지의 구간을 GF-only 응답 구간으로 정의하였다. 이 구간은 사고 직후 관성 지배영역과 후속 AGC 개입 가능성이 높은 후반 응답영역을 제외하고, 발전기의 실질적 1차 주파수추종 응답이 가장 두드러지는 시간영역만을 포함한다.

제안 평가창을 적용한 결과, 기존 장시간 평가구간에서는 충분히 반영되지 않던 초기 응답 발전기의 기여가 보다 명확하게 드러났으며, 반대로 후행 출력 증가가 포함되어 상대적으로 높게 평가되던 발전기의 기여는 재조정되는 경향을 보였다. 이는 제안 방식이 발전기별 실제 GF 응답 특성을 보다 충실히 반영할 수 있음을 보여준다. 특히 현행 기준에서는 동일한 시간구간에 포함되던 출력 변화 중 일부가 제안 방식에서는 GF 응답으로 인정되지 않음으로써, GF와 AGC의 혼재 문제를 완화할 수 있었다.

또한 제안 방식은 발전기별 응답 개시 시점과 유효 응답 지속시간을 기반으로 평가창을 설정하므로, 발전기 간 응답속도 차이를 보다 공정하게 반영할 수 있다. 이는 응답이 빠른 발전기의 초기 기여를 누락하지 않으면서도, 응답 후반에 개입하는 후속 제어의 영향을 최소화할 수 있다는 점에서 기존 방식과 구별된다.

4.5 Comparative Discussion

현행 평가방식과 제안 평가방식의 비교 결과, 두 방법은 동일한 주파수 이벤트와 동일한 발전기 출력 데이터를 사용하더라도 발전기별 성능평가 결과에 유의미한 차이를 나타냈다. 현행 방식은 운영상 단순성과 일관성을 갖는 반면, 모든 발전기에 동일한 평가구간을 적용함으로써 발전기별 응답 지연 및 후속 제어 영향의 차이를 충분히 반영하지 못하는 한계를 가진다. 반면 제안 방식은 발전기 고유의 거버너 동특성에 기반하여 GF-only 응답 구간을 정의함으로써, 실제 주파수 안정화 기여도에 보다 근접한 평가 결과를 제공한다.

또한 본 연구의 비교 분석은 발전기 기여도의 해석 기준이 단순 절대 출력량에서 시간대별 동적 응답 특성으로 확장되어야 함을 보여준다. 이는 저관성 계통 환경에서 전통적 동기발전기의 1차 주파수조정 기능을 보다 정밀하게 평가하기 위한 중요한 방향성을 제시한다. 결과적으로 제안된 GF-only 평가창은 발전기 단위의 성능평가와 보조서비스 정산의 공정성을 높이는 동시에, 향후 계통운영 및 주파수조정 자원 관리체계의 고도화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.