교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판

콘센트 속의 60

휴대폰 충전기를 벽 콘센트에 꽂으면, 그 구멍 속 전기는 1초에 60번 앞뒤로 오갑니다. 한국의 전기가 그렇게 정해져 있습니다. 이 글은 한국의 전기를 출발점으로 삼고, 1초에 50번을 쓰는 유럽의 사례도 함께 다룹니다.

이 60이라는 숫자는 좁은 범위를 벗어나지 않도록 지켜집니다. 저녁에 수많은 집이 한꺼번에 불을 켜도, 한여름 오후에 에어컨이 일제히 돌아도 마찬가지입니다. 그 숫자를 지키는 일은 멀리 있는 발전소들과, 지금 이 순간 전기를 쓰는 모든 사람 사이에서 쉬지 않고 이어지는 맞추기입니다. 이 글은 그 맞추기가 어떻게 돌아가는지, 크게 어긋나면 무슨 일이 생기는지를 따라갑니다.

교류와 주파수

건전지의 전기는 한쪽 끝에서 나와 다른 쪽 끝으로 들어가는, 한 방향의 흐름입니다. 직류는 한 방향으로만 흐르는 전기입니다. 콘센트의 전기는 다릅니다. 교류는 흐르는 방향이 1초에도 여러 번 앞뒤로 바뀌는 전기입니다.

주파수는 교류의 방향이 1초에 몇 번 오가는지를 센 값으로, 헤르츠라는 단위로 잽니다. 한국의 전기는 60헤르츠이고, 유럽 대륙은 50헤르츠입니다. 세계 여러 나라의 전기는 대개 이 둘 가운데 하나를 기준으로 삼습니다 (DOI: 10.1145/3134600.3134639). 한 번 오간다는 것은 앞으로 갔다가 되돌아오는 왕복 한 번이라, 60헤르츠 전기의 방향은 1초에 120번 바뀝니다.

이 오감은 발전소의 발전기가 돌면서 생깁니다. 발전기 안에서 자석과 전선 뭉치가 서로 돌아가면, 전선에 생기는 전기의 방향이 회전에 맞춰 번갈아 바뀝니다. 그래서 발전기가 빨리 돌면 주파수가 올라가고, 느리게 돌면 내려갑니다.

발전소들은 하나로 묶여 있습니다. 전력망은 발전소들과 전기를 쓰는 곳들을 전선으로 이어 하나로 돌아가게 만든 체계로, 업계에서는 계통이라고도 부릅니다. 한 전력망에 붙은 큰 발전기들은 같은 박자로 돕니다. 동기 발전기는 회전하는 속도가 전력망의 주파수와 발을 맞춰 도는 발전기입니다. 전력망의 주파수는 이 동기 발전기들이 돌리는 회전의 무게와, 그 회전 속도를 조절하는 제어가 함께 안정시킵니다 (DOI: 10.1109/pes.2008.4596800). 그래서 평소에는 망의 어디에서 재도 주파수가 거의 같은 값으로 나옵니다 (DOI: 10.1109/pesgm.2014.6939306).

놀이터의 커다란 회전판을 떠올려 보십시오. 둘레에 선 여러 사람이 함께 밀어 돌리는 판입니다. 한 판을 미는 동안에는 누구도 혼자 다른 빠르기로 돌 수 없습니다. 동기 발전기들이 그 미는 사람들이고, 판이 도는 빠르기가 주파수입니다.

이 비유에는 한계가 하나 있습니다. 실제 전력망은 한 덩어리 쇠판보다는 긴 고무줄로 이어진 여러 판에 가깝습니다. 평소에는 함께 돌지만, 큰 사고 직후에는 판마다 조금씩 다르게 흔들리고 서로 엇갈려 출렁이기도 합니다. 뒤에 나오는 지역 사이의 출렁임과 지역마다 다른 주파수 변화 속도가 그런 모습입니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376, 학회 논문) (arXiv:2511.21387, 프리프린트).

매 순간의 균형

저녁 일곱 시, 집집마다 밥솥과 조명이 켜집니다. 그 전기는 거의 그 순간 어느 발전소에서 만들어진 것입니다. 전선과 발전 설비에는 전기를 담아 두는 곳이 거의 없기 때문입니다. 전력망은 만드는 양과 쓰는 양을 매 순간 맞춰야 하는 체계입니다 (DOI: 10.2172/1003830). 여기서 맞추는 것은 그 순간의 세기입니다. 전력은 전기가 1초 동안 옮기는 에너지의 양으로, 와트라는 단위로 잽니다. 이 글에서 「만드는 양」과 「쓰는 양」은 모두 그 순간의 전력을 뜻합니다.

부하는 전력망이 바로 그 순간에 공급해 줘야 하는 전력입니다. 한 집이 전기 주전자를 켜는 정도로는 아무 일도 생기지 않습니다. 전력망 운영자는 날씨·계절·시간대를 넣은 모형으로 부하를 미리 내다보는데, 이 예측은 수많은 작은 사용자의 들쭉날쭉함이 서로 상쇄된다는 전제에 서 있습니다 (DOI: 10.1145/3134600.3134639).

회전판으로 돌아가 봅시다. 판 위에 아이들이 올라타 발을 땅에 끌면 판이 느려집니다. 전기를 쓰는 쪽이 이 발 끄는 아이들입니다. 미는 힘과 끄는 힘이 같으면 판은 같은 빠르기로 돕니다. 끄는 힘이 더 크면 느려지고, 미는 힘이 더 크면 빨라집니다. 전력망도 같습니다. 쓰는 양이 만드는 양보다 많아지면 동기 발전기들의 회전이 느려져 주파수가 내려가고, 반대면 올라갑니다.

주파수가 움직인다는 것은 만드는 양과 쓰는 양이 어긋났다는 뜻입니다. 어긋남을 메운 뒤에도 주파수는 한동안 기준에서 벗어난 채 머물다가, 더 느린 조정으로 되돌아옵니다. 그래서 전력망은 정해진 안전한 주파수 범위 안에서 운전되고, 운영자는 예상한 어긋남과 예상하지 못한 어긋남 모두에 대응할 설비를 준비해 두며, 벗어난 주파수를 예정된 값으로 되돌립니다 (DOI: 10.2172/1003830). 콘센트 속 60은 그 모든 맞추기가 지금 제대로 되고 있다는 표시입니다.

무게가 버는 시간

무거운 쇠 회전판과 가벼운 플라스틱 회전판을 같은 힘으로 밀다가 한 사람이 손을 놓았다고 해 봅시다. 무거운 판은 천천히 느려지고, 가벼운 판은 금방 느려집니다. 전력망에도 이 판의 무게에 해당하는 것이 있습니다.

계통 관성은 계통에 직접 연결돼 돌아가는 쇳덩이들이 가진 회전 에너지이고, 이것이 아무 지시 없이 주파수가 변하는 속도를 늦춰 줍니다. 발전소의 큰 동기 발전기는 무거운 쇳덩이를 돌리고 있어서, 망에 이런 발전기가 많이 돌수록 관성이 큽니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2005.857393). 앞에서 전력망에는 전기를 담아 둘 곳이 거의 없다고 했는데, 이 회전 에너지가 그 「거의」의 한 몫입니다.

관성의 효과는 주파수가 얼마나 빨리 움직이는지로 드러납니다. 주파수 변화율(RoCoF)은 주파수가 초당 몇 헤르츠씩 무너지고 있는지를 재는 값, 즉 주파수의 변화 속도입니다. 관성이 줄면 같은 크기의 어긋남에도 주파수 변화율이 커집니다 (DOI: 10.3390/en19133063).

관성은 떨어짐을 늦출 뿐 멈추지는 못합니다. 대신 늦춘 만큼 시간이 생깁니다. 주파수 변화율이 커지면 부하를 끊는 비상 조치가 작동하기 전에 대응할 수 있는 시간이 짧아집니다 (DOI: 10.3390/en13040816, 모의실험). 관성은 주파수가 떨어지는 속도를 늦춰, 다른 대응이 움직일 시간을 벌어 줍니다.

떨어짐을 멈추는 손

회전판이 느려지는 것을 느낀 사람들은 누가 시키지 않아도 조금 더 세게 밉니다. 그럴 수 있는 것은 평소에 힘을 다 쓰지 않고 조금 남겨 두었기 때문입니다. 전력망도 같습니다.

1차 주파수 응답은 주파수가 기준에서 벗어났을 때 발전기와 전기를 쓰는 쪽이 누가 시키지 않아도 곧바로 보이는 반응입니다. 이 반응은 주파수 이상에 작동하는 보호 장치가 발동하거나, 설비 손상이나 일부 지역의 전기 끊기, 극단적인 경우 정전으로 이어질 수 있는 불안정을 피하는 데 꼭 필요합니다. 예전에는 기존 발전 설비가 이 반응을 원래 갖추고 있었고 대부분의 전력망에서 필요한 양보다 넉넉했지만, 2013년의 한 논문은 이 반응이 줄어드는 흐름을 짚었습니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2013.2264942).

쓰는 쪽도 여기에 한몫합니다. 주파수가 내려가면 일부 부하는 스스로 덜 끌어갑니다. 유럽 대륙 전력망을 모의실험한 연구는 앞으로 주파수 안정에서 이 효과의 몫이 더 중요해진다고 봅니다 (DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141).

예비력은 갑자기 모자라는 전기를 메우려고 미리 비워 두는 발전 여유입니다. 1차 주파수 응답은 대부분 이 여유, 그중에서도 이미 돌고 있는 발전기가 비워 둔 몫에서 나옵니다 (DOI: 10.2172/1003830) (arXiv:2010.14016, 프리프린트). 양만 넉넉해서는 안 되고, 떨어짐을 멈출 만큼 빨리 나와야 합니다. 서호주 전력망 운영자는 돌고 있는 예비력이 충분하고 충분히 빠른지를 실시간으로 확인하는 도구를 상황실에서 쓰고 있습니다 (arXiv:2010.14016, 프리프린트).

떨어짐이 멈춘 뒤에는 더 느린 조정이 주파수를 예정된 값으로 되돌립니다. 관성의 반응, 1차 응답, 되돌리는 조정 — 주파수를 지키는 일은 이렇게 빠르기가 다른 세 단계로 나뉩니다 (DOI: 10.3390/en19133063).

발전소 하나가 멈춘 뒤

이제 한 사고를 처음부터 따라가 봅시다. 큰 발전소 한 곳이 고장으로 갑자기 멈춥니다. 회전판을 밀던 사람 하나가 손을 놓은 것입니다. 쓰는 양은 그대로인데 만드는 양이 줄었으니 주파수가 떨어지기 시작합니다. 큰 발전 설비를 한꺼번에 잃어 주파수가 떨어지는 것은 전력망 주파수 안정을 위협하는 사고입니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2019.2943150).

처음 순간 주파수가 떨어지는 속도는 잃은 발전의 크기와 판의 무게, 곧 계통 관성이 정합니다. 관성이 버는 동안 발전기들이 비워 둔 예비력으로 1차 주파수 응답이 미는 힘을 보탭니다. 떨어지던 주파수는 어느 가장 낮은 지점에서 멈춥니다.

그 가장 낮은 지점이 어디냐가 중요합니다. 저주파수 부하 차단은 주파수가 미리 정해 둔 선 아래로 떨어지면 정해 둔 만큼의 부하를 자동으로 끊어, 쓰는 쪽을 줄이는 조치입니다. 1차 주파수 응답이 해야 하는 일은 주파수의 추락을 이 부하 차단이 시작되는 가장 높은 선보다 위에서 멈추는 것입니다 (DOI: 10.2172/1003830). 거기서 멈추면 전기를 쓰는 사람들은 끊김 없이 전기를 받고, 그 뒤 주파수는 예정된 값으로 되돌려집니다 (DOI: 10.2172/1003830).

멈추지 못하면 회전판은 발 끄는 아이 일부를 내리게 합니다. 전통적인 저주파수 부하 차단은 몇 단계로 나뉘어 있고, 단계마다 작동하는 주파수와 끊는 양이 미리 고정돼 있습니다 (DOI: 10.1049/iet-gtd:20080210). 끊긴 곳에는 정전이 옵니다. 그래도 이 조치는 주파수가 계속 떨어져 대정전으로 번지는 것을 막는 주된 수단입니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2019.2943150). 저주파수 부하 차단은 일부를 일부러 어둡게 해서 전력망 전체가 무너지는 것을 막으려는 마지막 장치입니다 (DOI: 10.1109/pesgm.2014.6939306). 늘 성공하지는 않습니다. 뒤에 나오는 이베리아 대정전에서는 바로잡을 시간이 너무 짧아 부하 차단의 효과가 제한됐다고 보는 분석이 있습니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 워킹페이퍼).

불이 다 꺼질 때

2003년 8월 미국 북동부와 캐나다 일부에 대정전이 있고 몇 주 뒤, 이번에는 이탈리아가 어두워졌습니다. 에너지 전환을 다룬 한 책의 2차 서술에 따르면, 이탈리아와 스위스 국경 근처의 전선이 폭풍에 쓰러진 뒤 이탈리아가 유럽 전력망에서 떨어져 나갔고, 2분이 채 안 돼 주파수가 불안정해지며 이탈리아 전력망 전체가 무너졌습니다. 같은 서술에 따르면 로마에서는 밤새 열리던 축제 도중 지하철이 멈췄고, 적어도 네 명의 죽음이 이 정전 탓으로 돌려졌습니다 (DOI: 10.4324/9780203126523, 책).

전압은 두 지점 사이에서 전기를 흐르게 하는 차이로, 볼트라는 단위로 잽니다. 큰 정전은 이 전압 쪽에서도 옵니다. 2007년 시점에 주로 북미의 최근 큰 정전들을 살핀 한 분석은, 1960~70년대 정전에서는 주파수 저하가 흔했지만 최근 큰 정전은 거의 모두 뿌리가 전압이 무너지는 데 있었다고 봅니다. 같은 분석은 저주파수 부하 차단에만 기대면 「너무 적고 너무 늦을」 수 있다고 봅니다 (DOI: 10.1109/psamp.2007.4740897). 그래서 주파수와 전압을 함께 보고 부하를 끊는 방식이 연구됩니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2013.2241794).

2025년 4월 28일에는 스페인과 포르투갈 전역의 전기가 끊겨 약 4,700만 명이 영향을 받았습니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 워킹페이퍼). 유럽 전력망 운영자들의 협의체인 ENTSO-E가 꾸린 전문가 패널이 2026년 3월에 낸 최종 보고서에 따르면, 50헤르츠 전력망의 주파수는 몇 초 만에 48헤르츠 아래로 떨어졌습니다 (ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 2026).

원인을 다룬 분석들은 서로 다른 층을 봅니다. 시작에 대해서는 두 분석이 전압 쪽을 가리킵니다. ENTSO-E의 조사를 바탕으로 한 정책 분석은 과전압이 촉발한 발전 설비의 연쇄 탈락을 보고합니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 워킹페이퍼). 공개 파형으로 사건을 재구성한 분석도 전압이 지나치게 높아져 설비들이 잇따라 떨어져 나간 데서 교란이 시작됐다고 봅니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 워킹페이퍼). 한 사설은 시작과 경과를 나누지 않은 채, 설비와 발전 용량이 넉넉했는데도 급격한 태양광 출력 변화, 낮은 수요, 부족한 전압 제어가 겹쳐 무너졌다고 봅니다 (DOI: 10.32397/tesea.vol6.n1.911, 사설). 최종 보고서도 시작을 전압 쪽으로 정리합니다. 여러 현상이 겹친 날 전압이 통제되지 않은 채 빠르게 올라 전압을 다스리지 못하게 됐고, 발전 출력이 빠르게 줄고 설비가 떨어져 나간 것이 이를 앞당겨 스페인에서 발전 설비가 연쇄적으로 떨어져 나갔다는 것입니다 (ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 2026).

그 뒤와 뿌리에서는 강조가 갈립니다. 교란을 시작한 사건과 그 뒤에 피해를 키운 과정을 나눠 본 한 분석은, 돌아가는 동기 발전기가 적은 상태에서 지역 사이에 빠른 출렁임이 생겨 주파수 하락을 빠르게 했다고 봅니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376, 학회 논문). 정책 분석은 기술 너머의 뿌리로 규제·시장 설계·관리 체계를 꼽습니다. 그 첫째는 전압을 조절하는 능력을 인증받은 재생 설비가 있었는데도 규제 때문에 그 능력을 쓰지 못했다는 것입니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 워킹페이퍼). 최종 보고서는 원인을 하나로 꼽지 않고 여러 요인이 겹친 그림으로 그립니다. 그 목록에는 재생 설비가 전압 변화에 반응하지 않는 고정된 설정으로 운전된 것, 전압을 받쳐야 할 기존 발전기들이 기준에 못 미쳐도 불이익이 없던 제도, 정전 전 30분 사이에 두 차례 일어난 출렁임이 함께 들어 있습니다 (ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 2026).

재구성한 두 분석은 바로잡을 시간이 짧았다는 데서도 만납니다. 한쪽은 전압 쪽 사건이 그 시간을 좁혀 부하 차단과 예비력의 효과를 제한했고, 주파수 예비력은 반응하기 전에 시간이 닫혔다고 봅니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 워킹페이퍼). 다른 쪽은 줄어든 관성이 교정 조치의 시간을 크게 줄였다고 봅니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376, 학회 논문). 최종 보고서의 모의실험은 이와 결이 다릅니다. 관성이 훨씬 컸더라도 이날 사건이 이어진 순서라면 이베리아 전력망이 유럽 대륙과 박자를 잃는 일은 피하지 못했을 것이라고 봅니다. 발전기가 잇따라 떨어져 나가며 망을 한 박자로 붙잡아 두는 힘이 너무 빨리 줄었기 때문입니다. 부하 차단을 비롯한 방어 장치는 설계대로 작동했지만 무너짐을 막지 못했습니다 (ENTSO-E 전문가 패널 최종 보고서, 2026). 앞의 분석들은 워킹페이퍼·사설·학회 논문 단계이고, 공식 조사의 결론은 이 최종 보고서입니다.

돌지 않는 발전기

지붕 위 태양광 패널은 돌아가는 부분이 없습니다. 패널이 만드는 것은 직류라서, 콘센트의 교류와 맞추려면 바꿔 주는 장치가 필요합니다. 인버터는 직류 전기를 교류로 바꿔 전력망에 넣어 주는 장치입니다. 태양광과 풍력은 대개 이런 빠르게 반응하는 전력 변환 장치를 거쳐 망에 붙고, 그 자체로는 관성을 보태지 않습니다 (DOI: 10.1109/tsg.2018.2871085). 풍력발전기는 날개가 돌지만, 동기 발전기처럼 발전기를 더하면 관성도 따라 느는 연결이 풍력발전기에는 없습니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2005.857393).

회전판으로 치면, 지금 망에 붙는 보통 방식의 인버터는 판이 도는 빠르기를 재 보고 그에 맞춰 옆에서 미는 기계입니다. 이런 방식이 꽤 오래 전부터 쓰여 왔고, 2024년의 한 종설 시점에 스스로 박자를 세우는 방식은 아직 드물게 쓰였습니다 (DOI: 10.1049/rpg2.12991). 이런 인버터는 판의 빠르기를 재고 나서 따라 미는 기계라, 미는 힘은 보태지만 판이 갑자기 느려질 때 저절로 버텨 주는 무게 노릇은 하지 못합니다. 태양광과 풍력이 많이 나오는 시간에는 그만큼 동기 발전기가 쉬고, 판은 가벼워집니다. 동기 발전기의 상당 부분을 이런 설비가 대신하면 전체 회전 관성이 크게 줄고, 주파수가 크게 흔들려 불안정해질 수 있습니다 (DOI: 10.1109/pes.2008.4596800). 풍력이 기존 발전을 대신하면 주파수 변화율이 커지고, 발전 설비를 잃은 뒤 주파수가 벗어나는 폭도 커질 수 있습니다. 같은 논문은 그래서 예비력 운용 방침을 고치거나 풍력발전기의 관성 반응을 바꿔야 할 수 있고, 작고 고립된 전력망에서는 특히 그렇다고 봅니다 (DOI: 10.1109/tpwrs.2005.857393). 2018년의 한 종설은 이 문제가 이미 작은 전력망을 흔들었고, 큰 전력망도 곧 마주할 것으로 봅니다 (DOI: 10.1109/jestpe.2018.2877766).

인버터가 무게처럼 움직이게 할 수 있느냐는, 꺼내 쓸 에너지를 곁에 두었는지와 그것을 어떻게 제어하느냐에 달린 일입니다. 짧게 쓸 저장 장치를 곁들이고 변환 장치를 알맞게 제어하면 어떤 발전 설비라도 짧은 시간 동안 관성을 흉내 낼 수 있습니다 (DOI: 10.1109/pes.2008.4596800). 주파수가 떨어지는 속도에 비례해 배터리가 전기를 내보내게 하는 방법은 저자들이 모의실험과 실험으로 검증했습니다 (DOI: 10.1109/tsg.2018.2871085). 같은 2018년 종설은 반도체와 제어의 발전이 전력 변환 장치를 관성을 다루는 수단으로 만들 것으로 봅니다 (DOI: 10.1109/jestpe.2018.2877766). 인버터가 판을 무겁게 하는 것처럼 움직이게 하는 이런 방법들, 그리고 스스로 박자를 세우게 하는 방법은 「발전기의 쇳덩이가 공짜로 주던 몇 초 — 계통 관성이 줄면 무엇이 어려워지나」가 이어서 다룹니다.

앞 절의 사고를 가벼운 판 위에서 다시 따라가 봅시다. 같은 크기의 발전소가 멈춥니다. 판이 가벼우니 주파수는 더 빨리 떨어지고 (DOI: 10.1109/tpwrs.2005.857393), 부하 차단 선에 닿기 전까지 남는 시간이 짧아집니다 (DOI: 10.3390/en13040816, 모의실험). 그 짧은 틈을 메우는 한 방법이 빠르게 반응하는 저장 장치입니다. 섬처럼 고립된 전력망은 주파수 흔들림이 커서 자동 부하 차단이 자주 필요한데, 그런 섬 전력망의 모의실험에서 저장 장치는 발전 설비를 잃은 직후 순식간에 전기를 넣어, 기존 발전기의 예비력이 올라오는 동안 그 자리를 받쳐 주었습니다. 저자들은 이 장치가 관성을 흉내 내는 역할을 했다고 봅니다 (DOI: 10.1109/tste.2012.2205025, 모의실험).

필요한 빠르기는 어긋남의 크기에 달려 있습니다. 한 모의실험에서는 인버터로 붙는 발전이 80%를 넘는 망에서 최대 40%에 이르는 큰 불균형이 생기면, 모의실험한 두 가지 망 크기 모두에서, 동기 발전기 쪽 반응과 상관없이 빠른 예비력이 0.1초 안에 다 나와야 했습니다. 저자들은 지금의 주파수 측정 방식과 빠른 예비력의 투입 시간으로는 이런 큰 불균형에서 안정을 보장하지 못한다고 결론짓습니다. 불균형이 덜 클 때도, 유럽 규모의 망은 동기 발전기가 아닌 발전의 비중 60%에서 3%의 불균형부터 위태로워졌습니다 (DOI: 10.3390/en13040816, 모의실험).

실제로 잰 값은 망마다, 시간마다 다릅니다. 오스트리아에서 두 달 동안 주파수를 촘촘히 잰 측정에서는, 오스트리아와 독일의 발전량 가운데 동기 발전기가 아닌 재생 설비의 비중이 74%까지 올라간 때에도 주파수 변화율이 위험하게 커지거나 주파수가 비정상적으로 벗어나지 않았습니다 (DOI: 10.3390/su10051605, 단일 측정). 다만 74%는 두 나라만의 비중이고, 두 나라는 그보다 훨씬 큰 유럽 대륙 전력망에 함께 묶여 있으며, 측정 기간에 앞 모의실험만큼 큰 사고가 있었는지는 이 측정이 말하지 않습니다. 유럽 대륙 전력망을 1년의 매 시간과 수많은 날씨 경우로 모의실험한 연구는, 감당할 수 있는 태양광·풍력 순간 비중을 하나의 숫자로 정할 수 없고 시간대마다 따로 계산해야 한다고 결론짓습니다 (DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141).

한 망 안에서도 사정이 다릅니다. 캘리포니아에서 2013년부터 2024년까지의 실제 사고를 분석한 연구에서는 관성이 지역마다 고르지 않아, 지역의 주파수 변화율이 캘리포니아가 속한 더 넓은 전력망 전체 값의 최대 6배까지 나왔습니다. 같은 연구는 최근 관성이 다시 늘어난 것을 관성을 흉내 내는 기능을 갖춘 배터리의 보급 덕으로 봅니다 (arXiv:2511.21387, 프리프린트).

앞의 모의실험에서, 인버터가 대부분인 망에 아주 큰 불균형이 생기는 극단에서는 망이 커도 도움이 되지 못했습니다. 그보다 덜한 경우에는 사정이 망마다 갈립니다. 태양광과 풍력이 늘면 같은 크기의 사고에도 주파수가 더 빨리 떨어질 수 있고, 그 정도는 망의 크기와 그 순간의 발전 구성에 따라 달라집니다. 전력 변환 장치로 붙는 발전이 망의 나머지와 어떻게 주고받는지는 2018년 종설 시점에 아직 다 이해되지 않은 문제였습니다 (DOI: 10.23919/pscc.2018.8450880).

어디를 더 볼까

회전판이 가벼워진 다음 이야기는 「발전기의 쇳덩이가 공짜로 주던 몇 초 — 계통 관성이 줄면 무엇이 어려워지나」로 이어집니다. 인버터에 관성을 흉내 내게 하는 방법과, 남의 박자를 따라가는 대신 스스로 박자를 세우게 하는 방법이 그 글의 몫입니다.

쓰는 쪽이 사용량을 조절해 균형에 보태는 이야기는 「데이터센터는 못 줄이는 부하인가 — 옮길 수 있는 것과 옮길 수 없는 것」에서 이어집니다. 발 끄는 아이들이 스스로 발을 드는 쪽입니다. 새로 붙는 큰 부하가 어느 정도인지는 「AI는 전기를 얼마나 쓰는가 — 자료마다 숫자가 갈리는 진짜 이유」에서 볼 수 있습니다.

근거 논문

• "Grid Incident in Spain and Portugal on 28 April 2025 — Final Report" (2026) — ENTSO-E 전문가 패널 — https://www.entsoe.eu/publications/blackout/28-april-2025-iberian-blackout/ — 정전은 전압이 통제 없이 빠르게 오르고 발전 설비가 연쇄 탈락하며 일어났다. 주파수는 12시 33분 22초에 48헤르츠 아래로 떨어졌다. 관성이 훨씬 컸어도 동기 상실은 피하지 못했을 것이며, 방어 계획은 설계대로 작동했으나 붕괴를 막지 못했다.

• "Grid Shock" (2017) — DOI: 10.1145/3134600.3134639 — 전력망은 50 또는 60헤르츠의 기준 주파수를 지키려고 공급과 수요의 균형을 계속 유지하며, 소비는 날씨·계절·시간대를 넣은 모형으로 예측되고 작은 소비자들의 들쭉날쭉함이 평균으로 상쇄된다는 전제에 선다.

• "Virtual synchronous generators" (2008) — DOI: 10.1109/pes.2008.4596800 — 전력망 주파수는 동기 발전기들의 회전 관성과 회전 속도 제어로 안정되며, 비동기 소형 발전이 대체하면 전체 회전 관성이 크게 줄어 큰 주파수 변동과 불안정으로 갈 수 있다. 짧은 저장 장치와 변환기 제어로 어떤 발전기에도 가상 관성을 줄 수 있다.

• "Power system stability using decentralized under frequency and voltage load shedding" (2014) — DOI: 10.1109/pesgm.2014.6939306 — 부하 차단은 전압·주파수 불안정과 대정전에 맞서는 마지막 비상 제어이며, 주파수는 계통 전체에서 같다는 성질 때문에 기존 계전기가 겹쳐 작동할 수 있다.

• "Use of Frequency Response Metrics to Assess the Planning and Operating Requirements for Reliable Integration of Variable Renewable Generation" (2010) — DOI: 10.2172/1003830 — 연계된 전력망은 발전과 부하의 순간 균형을 지키려고 안전한 주파수 범위 안에서 운전되며, 1차 주파수 응답은 주파수 하락을 저주파수 부하 차단의 가장 높은 설정값보다 위에서 멈추게 해야 한다.

• "Frequency Control and Wind Turbine Technologies" (2005) — DOI: 10.1109/tpwrs.2005.857393 — 관성 증가는 동기 발전의 추가와 본래 연결돼 있으나 풍력에는 이 연결이 없고, 풍력이 기존 발전을 대체하면 주파수 변화율과 이탈 폭이 커질 수 있으며 작은 고립 계통에서 특히 그렇다.

• "Inertia Response and Frequency Stability in Renewable Energy-Dominated Power Systems: Review of Virtual Inertia Techniques" (2026) — DOI: 10.3390/en19133063 — 관성 감소는 주파수 변화율을 키우며, 관성·1차·2차 주파수 응답 기전을 정리한 종설.

• "Determination of the Required Power Response of Inverters to Provide Fast Frequency Support in Power Systems with Low Synchronous Inertia" (2020) — DOI: 10.3390/en13040816 — 높은 주파수 변화율은 부하 차단 전까지 필요한 대응 시간을 줄인다(모의실험).

• "Market Designs for the Primary Frequency Response Ancillary Service—Part I" (2013) — DOI: 10.1109/tpwrs.2013.2264942 — 1차 주파수 응답은 발전과 수요의 즉각적·자율적 반응으로 계전기 작동·설비 손상·부하 차단·극단적 경우 정전을 피하는 데 결정적이며, 예전엔 기존 발전에 내재해 넉넉했으나 (2013년 시점) 최근 줄어드는 추세다.

• "Impact of high penetration of variable renewable generation on frequency dynamics in the continental Europe interconnected system" (2016) — DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141 — 감당 가능한 풍력·태양광 순간 비중은 하나로 정할 수 없고 시간대마다 계산해야 하며, 부하 자기 조절 효과의 중요성이 커진다.

• "Online Security Assessment of Low-Inertia Power Systems" (2020, 프리프린트) — arXiv:2010.14016 — 서호주 계통 운영자가 예비력이 충분하고 충분히 빠른지를 실시간으로 확인하는 도구를 상황실에서 운용한다.

• "Continuous Under-Frequency Load Shedding Scheme for Power System Adaptive Frequency Control" (2019) — DOI: 10.1109/tpwrs.2019.2943150 — 대규모 발전 탈락에 따른 주파수 하락은 주파수 안정의 위협이며, 저주파수 부하 차단이 연쇄 하락과 정전을 막는 주된 수단이다.

• "New centralised adaptive load-shedding algorithms to mitigate power system blackouts" (2008) — DOI: 10.1049/iet-gtd:20080210 — 전통적 저주파수 부하 차단은 단계별 주파수·지연·차단량이 고정값이다.

• "Governing the Energy Transition" (2012, 책) — DOI: 10.4324/9780203126523 — 2003년 이탈리아가 유럽 전력망에서 분리된 뒤 2분이 안 돼 주파수 불안정으로 전체가 붕괴했고, 최소 4명의 죽음이 정전 탓으로 돌려졌다.

• "Undervoltage load shedding" (2007) — DOI: 10.1109/psamp.2007.4740897 — 최근 대정전의 뿌리는 거의 모두 전압 붕괴였고 1960~70년대에는 저주파수가 흔했으며, 저주파수 부하 차단에만 기대면 너무 적고 너무 늦을 수 있다.

• "Adaptive load shedding based on combined frequency and voltage stability assessment using synchrophasor measurements" (2013) — DOI: 10.1109/tpwrs.2013.2241794 — 주파수와 전압 정보를 함께 쓰는 부하 차단 알고리즘.

• "The 2025 Iberian Peninsula Blackout: Lessons for Modern Power Systems and Policy Implications" (2026, 워킹페이퍼) — DOI: 10.2139/ssrn.6551460 — 4,700만 명이 영향받은 정전. ENTSO-E 조사를 바탕으로 과전압이 촉발한 연쇄 탈락을 보고하고, 뿌리를 기술보다 규제(인증된 전압 제어 재생 설비 활용을 막음)·시장 설계·관리 체계에서 찾는다.

• "The Iberian Blackout of 28 April 2025 and Frequency Stability in Power Systems with High Renewable Energy Source Penetration" (2026, 워킹페이퍼) — DOI: 10.2139/ssrn.6895119 — 공개 파형으로 재구성한 결과 교란은 과전압에 따른 탈락이라는 전압·무효전력 영역에서 시작됐고 주파수는 약 48.5헤르츠까지 내려갔으며, 전압 쪽 사건이 운영상 시간 창을 좁혀 부하 차단·예비력의 효과를 제한했고, 예비력이 반응하기 전에 창이 닫혔다.

• "Grid Resilience under high shares of Non‑Synchronous Generation: Insights from the 2025 Iberian Peninsula Blackout" (2026, 학회 논문) — DOI: 10.24084/reepqj26-376 — 촉발 교란과 이후 증폭 과정을 나누는 층별 틀로 분석. 동기 발전이 줄어든 상황에서 빠른 지역 간 진동이 나타나 주파수 변화율이 높아지고 하락이 빨라졌으며, 줄어든 관성이 교정 조치의 시간을 크게 제한했다.

• "Challenges of variable energy resource integration and power system security: Lessons from the 2025 Iberian system blackout" (2025, 사설) — DOI: 10.32397/tesea.vol6.n1.911 — 튼튼한 설비와 급전 가능한 발전 용량에도 불구하고 급격한 태양광 출력 변화·낮은 수요·제한된 전압 제어가 겹쳐 붕괴했다는 사설.

• "Frequency Derivative-Based Inertia Enhancement by Grid-Connected Power Converters With a Frequency-Locked-Loop" (2018) — DOI: 10.1109/tsg.2018.2871085 — 재생 설비는 관성을 주지 않는 빠른 전력 변환기로 망에 붙어 관성이 줄어들며, 주파수 변화 속도에 비례해 배터리 출력을 정하는 관성 모의 방법을 모의실험·실험으로 검증했다.

• "On the Inertia of Future More-Electronics Power Systems" (2018) — DOI: 10.1109/jestpe.2018.2877766 — 전력전자 기반 재생 발전이 관성을 크게 줄일 수 있고, 이미 소규모 계통을 흔들었으며 대규모 계통도 곧 마주할 것이다. 반도체·제어의 발전이 전력전자를 관성 제어의 수단으로 만들 것이라고 결론짓는다.

• "Impact of Asynchronous Renewable Generation Infeed on Grid Frequency: Analysis Based on Synchrophasor Measurements" (2018) — DOI: 10.3390/su10051605 — 오스트리아에서 두 달간 측정한 결과, 두 나라(오스트리아·독일) 비동기 재생 비중 최대 74%에서도 주파수 변화율의 위험한 증가나 비정상 편차는 없었다.

• "Understanding Regional Inertia Dynamics in CAISO from Real Grid Disturbances" (2025, 프리프린트) — arXiv:2511.21387 — 2013~2024년 실제 교란 분석에서 지역 주파수 변화율이 연계망 전체 값의 최대 6배였고, 최근 관성 회복은 합성 관성 기능 배터리 보급 덕으로 본다.

• "Dynamic Frequency Control Support by Energy Storage to Reduce the Impact of Wind and Solar Generation on Isolated Power System's Inertia" (2012) — DOI: 10.1109/tste.2012.2205025 — 섬 계통에서는 주파수 이탈이 크고 자동 부하 차단이 자주 필요하며, 빠른 저장 장치가 1차 예비력이 올라오는 동안 받쳐 주고 합성 관성처럼 작동해 영향을 줄일 수 있다(과들루프 모의실험).

• "Grid‐forming control for inverter‐based resources in power systems: A review on its operation, system stability, and prospective" (2024) — DOI: 10.1049/rpg2.12991 — 인버터 제어는 그리드 팔로잉과 그리드 포밍으로 나뉘며, 그리드 팔로잉은 오래 운용돼 왔고 비교적 새로운 그리드 포밍은 아직 드물게 배치된다.

• "Foundations and Challenges of Low-Inertia Systems" (2018) — DOI: 10.23919/pscc.2018.8450880 — 동기기를 전력전자 연계 발전으로 대체하는 전환에서, 그 조절과 계통과의 상호작용은 아직 충분히 이해되지 않았다.