발전기 기동정지계획 (Unit Commitment)
쉽게 풀면
발전기는 켜고 끄는 데 상당한 비용과 시간이 들고, 한 번 켜면 최소 몇 시간은 돌려야 하는 제약도 있습니다. 그래서 하루 앞 수요 예측을 보고 어떤 발전기를 몇 시에 켜고 몇 시에 끌지를 미리 정해 두어야 합니다. 이 결정을 내리는 문제가 발전기 기동정지계획이며, 켜고 끄는 결정이 정해진 뒤에 각 발전기의 출력을 얼마로 할지는 경제급전이 이어받습니다.
왜 중요한가
기동비용과 최소 운전·정지 시간, 예비력 확보까지 고려해야 하므로 계통 운영 비용에 미치는 영향이 가장 큰 의사결정입니다. 재생에너지 비중이 높아지면서 출력 변동에 대비한 유연성 확보가 중요해져, 불확실성을 명시적으로 다루는 확률적·강인 최적화 모형이 활발히 연구되고 있습니다. 전력시장 운영기관이 매일 실제로 푸는 문제라는 점에서 실무적 비중도 큽니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
예측이 빗나갈 가능성을 계획 단계에서 미리 반영한 연구 사례입니다.
조금 더 깊게 보면
켜짐과 꺼짐이라는 이진 변수와 출력이라는 연속 변수가 함께 들어가므로 혼합정수계획 문제가 되며, 발전기 수와 시간대가 늘면 계산량이 급격히 커집니다. 제약으로는 수급 균형, 예비력 요건, 발전기별 출력 상하한과 변화율, 최소 운전 및 최소 정지 시간, 기동비용과 기동 소요 시간이 포함되고, 계통에 따라 송전 제약과 저수지 운용 제약이 추가됩니다. 과거에는 우선순위 목록이나 라그랑주 완화가 쓰였으나 현재는 상용 혼합정수계획 해법이 주로 사용되며, 재생에너지 불확실성을 다루기 위해 시나리오 기반 확률적 모형이나 강인 최적화가 확장 형태로 연구됩니다.
주의할 점
기동정지계획은 어느 발전기를 켤지 결정하는 문제이고 경제급전은 켜진 발전기의 출력을 정하는 문제로, 시간 규모와 의사결정 대상이 다릅니다. 계획 결과는 수요와 재생에너지 예측에 의존하므로 예측 오차에 대비한 여유 설정이 필수입니다.