"전력계통의 원리부터 전기기사 합격까지, 한 권으로 완주한다"
캐릭터가 묻고 만화가 여는 — 읽히는 전력공학 교재

전력계통은 현대 사회를 지탱하는 가장 거대하고 복잡한 인프라다. 발전소에서 만들어진 전기가 수십만 킬로미터의 송전선로를 지나 가정의 콘센트에 닿기까지, 그 안에는 100년 넘게 쌓인 공학적 지혜가 흐른다. 이 책은 그 지혜를 전기공학도의 눈높이에서 처음부터 끝까지 안내한다.
『전력시스템공학』은 교류회로와 페이저에서 출발해 송전선로, 변압기, 단위법, 조류해석, 고장해석, 안정도, 보호계전, 배전과 스마트그리드, 신재생에너지와 ESS, 전기차(V2G), 마이크로그리드까지 — 전통 이론과 미래 기술을 한 권에 담았다. 여기에 기존 전력공학 교재에는 없던 제14장 '전력계통과 인공지능'을 더해, 이제 막 계통 운영에 스며들기 시작한 데이터·AI의 자리까지 짚는다.
이 교재가 다른 전력공학 책과 갈라지는 지점은 '설명하는 방식'에 있다. 수식을 세우기 전에 "왜 이 식이 필요한가"를 먼저 묻고, 볼트박사·첨성이·옴군·와트양 네 캐릭터의 대화로 학생들이 매번 헷갈리는 지점을 짚어 준다. 각 장은 만화로 문을 열어 그 장의 큰 그림을 먼저 그려 주고, [전기기사 꿀팁] 코너 28개가 시험에서 실제로 무엇이 나오는지를 짚는다. 역사 코너와 현장 사례 — 에디슨의 펄 스트리트 발전소, 2011년 9·15 순환정전, 2012년 고리 원전 정전사고 — 는 이론이 왜 그렇게 만들어졌는지를 이야기로 남긴다.
시험 대비는 곁다리가 아니라 설계의 한 축이다. 각 장의 예제와 연습문제에 전기기사 기출 유형을 그대로 반영했고, 문제마다 중간 계산을 생략하지 않은 별책 『연습문제 풀이집』 140쪽을 함께 낸다. 한 학기에 제1~6장, 다음 학기에 제7~13장을 진행하도록 구성되어 대학 강의 교재로 바로 쓸 수 있고, 독학으로 전기기사를 준비하는 수험생에게도 이론서와 문제집을 따로 살 필요가 없는 한 권이 된다.
감수에는 국내 전력계통 분야를 이끌어 온 세 학자 — 김광호(강원대), 장길수(고려대), 원동준(인하대) 교수 — 가 참여했다. 세 분 모두 전기기사 출제위원을 역임해, 이론의 정확성뿐 아니라 자격시험이 요구하는 개념의 깊이와 출제 관점까지 감수 과정에 반영됐다. 전력계통을 처음 배우는 학부생부터 전기기사를 준비하는 수험생, 현장의 기초를 다시 다지려는 엔지니어까지, 곁에 두고 오래 펼쳐볼 만한 교재다.

이 책의 학습 범위

□ 어디서부터 읽을 수 있나 — 전력공학 첫 수강생 기준
전력공학을 처음 접하는 학부생이 이 책 한 권으로 출발할 수 있도록 설계했다. 교류회로와 페이저는 제2장에서 필요한 만큼 다시 짚고 넘어가므로, 회로이론이 충분히 손에 익지 않은 상태에서도 본문을 따라갈 수 있다. 복소수·행렬·미분방정식·라플라스 변환 등 계산에 필요한 수학 도구는 부록 A에 정리해, 중간에 다른 책을 펼치지 않아도 되게 했다.

□ 어디까지 다루나 — 기초 해석에서 AI까지 14개 장
기초 해석 제1~6장: 전력계통 개론 · 교류회로 · 송전선로 · 변압기 · 단위법 · 조류해석
심화 해석 제7~11장: 대칭고장 · 대칭좌표법 · 비대칭고장 · 계통 안정도 · 보호계전
산업 현재 제12~13장: 배전계통과 스마트그리드 · 신재생에너지와 ESS · V2G · 수소경제
미래 기술 제14장: 전력계통과 인공지능 (기존 교재에 없던 장)

[표 2] 이 책의 학습 범위
대학 강의에서는 제1~6장을 한 학기, 제7~13장을 다음 학기로 나눠 그대로 진행할 수 있다. 제14장은 심화·자율 학습용으로 배치했다.

□ 전기기사는 어느 수준까지 대비되나
전기기사 필기 '전력공학' 과목이 요구하는 범위를 본문이 그대로 관통한다. 각 장의 예제와 연습문제에 기출 유형을 반영했고, [전기기사 꿀팁] 코너 28개가 단락전류 계산의 3원칙, 차단기 선정 시 비대칭계수 적용, 수요전력과 공급예비력 계산처럼 시험에 실제로 나오는 지점을 짚는다. 부록 B에 전기기사 핵심 공식을, 부록 C에 한국 전력계통 데이터와 시험 정보를 실어 시험 직전 정리에도 쓸 수 있다. 감수를 맡은 세 교수가 모두 전기기사 출제위원 출신이라는 점이 이 시험 대비 설계의 신뢰 근거다.

[목 차]

□ 제1장 전력계통 개론

1.1 전력계통의 역사와 발전 / 1.2 전력계통의 구성 / 1.3 전력산업 구조 / 1.4 전력계통 해석 도구

□ 제2장 교류회로 기초

2.1 복소수와 페이저 / 2.2 단상 교류회로의 전력 / 2.3 회로 해석 기초 / 2.4 3상 평형 회로 / 2.5 3상 전력

□ 제3장 송전선로

3.1 송전선로의 구성 / 3.2 선로정수: 저항 / 3.3 선로정수: 인덕턴스 / 3.4 선로정수: 정전용량 / 3.5 송전선로 모델 / 3.6 송전용량과 전력원선도 / 3.7 선로 충전과 페란티 효과

□ 제4장 변압기

4.1 변압기의 원리 / 4.2 실제 변압기 등가회로 / 4.3 변압기 효율과 전압변동률 / 4.4 3상 변압기 결선 / 4.5 3권선 변압기 / 4.6 단권변압기 / 4.7 탭 절환 변압기

□ 제5장 단위법 (Per-Unit System)

5.1 단위법의 개념과 필요성 / 5.2 단상 회로의 단위법 / 5.3 3상 회로의 단위법 / 5.4 변압기를 포함한 단위법 / 5.5 단위법 적용 종합 예제

□ 제6장 조류해석 (Power Flow Analysis)

6.1 모선(Bus) 분류 / 6.2 조류해석 방정식 / 6.3 가우스-자이델법 / 6.4 뉴턴-랩슨법 / 6.5 고속 분리형 조류해석 / 6.6 조류 제어 / 6.7 경제급전

□ 제7장 대칭고장해석

7.1 고장의 종류와 발생빈도 / 7.2 R-L 회로의 과도현상 / 7.3 동기발전기의 단락전류 / 7.4 계통의 3상 단락해석 / 7.5 차단기 선정

□ 제8장 대칭좌표법

8.1 대칭좌표법의 정의 / 8.2 대칭분 전력 / 8.3 임피던스 부하의 대칭분 회로 / 8.4 송전선의 대칭분 임피던스 / 8.5 회전기의 대칭분 임피던스 / 8.6 변압기의 대칭분 모델

□ 제9장 비대칭고장해석

9.1 비대칭고장의 일반 해석법 / 9.2 1선 지락고장 / 9.3 선간 단락고장 / 9.4 2선 지락고장 / 9.5 각 고장유형 비교 / 9.6 Zbus를 이용한 비대칭고장 해석과 선로 중간 고장

□ 제10장 전력계통 안정도

10.1 안정도의 분류 / 10.2 동요방정식 / 10.3 등면적법 / 10.4 다기 계통 안정도 / 10.5 안정도 향상 대책

□ 제11장 보호계전 시스템

11.1 보호계전의 기본 원리 / 11.2 과전류 계전기 / 11.3 방향 계전기 / 11.4 거리 계전기 / 11.5 차동 계전기 / 11.6 재폐로와 보호협조 / 11.7 디지털 보호계전

□ 제12장 배전계통과 스마트그리드

12.1 배전계통의 구성 / 12.2 배전선로의 전압강하 / 12.3 배전선로 손실 / 12.4 배전용 변압기 / 12.5 역률 개선과 커패시터 / 12.6 배전자동화와 스마트그리드 / 12.7 마이크로그리드와 에너지 전환

□ 제13장 신재생에너지와 전력계통

13.1 재생에너지 발전 원리 / 13.2 계통 연계 기술 / 13.3 출력 변동성과 예측 / 13.4 에너지저장장치(ESS) / 13.5 전기차와 V2G / 13.6 수소경제와 P2X / 13.7 탄소중립 시나리오

□ 제14장 전력계통과 인공지능

14.1 왜 지금 전력계통에 인공지능인가 / 14.2 기계학습 기초 / 14.3 전력계통 응용 사례 / 14.4 한계와 전망

□ 부록

부록 A 수학 기초 (복소수 · 행렬과 선형대수 · 미분방정식 · 라플라스 변환 · 삼각함수 항등식 · 수치해석 기초) / 부록 B 전기기사 핵심 공식 모음 / 부록 C 한국 전력계통 데이터 (전압 체계 · 발전설비 · 송배전 현황 · 전력수급 · 전기기사 시험 정보 · 단위 환산표)

□ 별책

연습문제 풀이집 140쪽 - 제1\~14장 전 문제 단계별 풀이 

김광호 (강원대학교 전기전자공학과 교수) 
정형화되어 있던 기존 전력공학 교재의 틀에서 벗어나 새로움과 참신함을 시도한 점을 매우 높게 평가한다. 특히 풍부한 삽화를 활용해 이론의 역사적 배경과 의미를 짚어줌으로써, 다소 까다로울 수 있는 공학 이론과 기술을 학생들의 눈높이에 맞춰 알기 쉽게 풀어냈다. 디지털 친화적인 요즘 세대 학생들에게 훌륭한 길잡이가 되어줄 것으로 기대한다. 탄탄한 전체 구조 속에 이론과 실제 사례가 균형 있게 배치되어 있어, 학생들의 실질적인 개념 이해에 매우 큰 도움이 될 것으로 확신하며 이 책을 추천한다. 

장길수 (고려대학교 전기전자공학부 교수, 공과대학장 (국가기간전력망확충위원회 위원)) 
전력공학의 기초 이론부터 계통 해석, 안정도, 그리고 차세대 스마트그리드와 ESS 기술까지 체계적으로 정리한 안내서이며 학술적 깊이와 실무적 활용성을 겸비하여 전공자와 자격 시험 준비생 모두에게 도움이 되는 교재이다. 전력계통 분야의 통섭적 안목을 기르고자 하는 이들에게 추천한다. 

원동준 (인하대학교 전기전자공학부 교수) 
탄소중립, 전기화 그리고 AI 데이터센터와 연관되어 전력산업은 지금 대전환을 맞고 있다. 재생에너지, ESS, 전기차(V2G), 마이크로그리드로 전력계통의 문법이 바뀌고 있는 시대에, 이 책은 변치 않는 기본 원리와 신기술을 균형 있게 담아냈다. 이 책이 미래의 전력 엔지니어들에게 든든한 토대가 되어줄 것을 믿어 의심치 않는다.