김규호 연구실의 핵심 연구 가운데 하나는 풍력발전기와 같은 재생에너지 자원이 대규모로 계통에 연계될 때 발생하는 주파수 안정도 문제를 해결하는 것이다. 특히 변동성이 큰 풍력발전 출력이 전력망의 주파수 편차를 유발하고, 이로 인해 계통의 관성 부족, 주파수 최저점 저하, 정착 주파수 이탈과 같은 문제가 발생할 수 있다는 점에 주목한다. 연구실은 이러한 문제를 완화하기 위해 가변속 풍력발전기, DFIG, PMSG 기반 발전기의 동특성을 활용한 주파수 지지 기술을 지속적으로 연구하고 있다. 이 연구에서는 최대전력추종제어(MPPT)와 주파수 응답 제어를 결합한 전력 평활화 기법, 사건 규모와 회전자 속도를 반영한 합성 관성 제어, 주파수 편차 기반의 추가 제어루프 설계 등 실질적인 제어 전략이 중심이 된다. 단순히 출력 변동을 줄이는 수준을 넘어, 과주파수 구간과 저주파수 구간에서 서로 다른 제어 이득을 적용하거나, 주파수 이벤트 이후 정착 주파수를 허용 범위 내로 복귀시키는 정교한 알고리즘 개발에 초점을 둔다. 또한 회전자에 저장된 운동에너지를 일종의 가상 에너지 저장원처럼 활용하여 계통 유연성을 높이는 접근도 중요한 축을 이룬다. 이러한 연구는 탄소중립 시대에 재생에너지 비중이 높아지는 전력망에서 매우 큰 의미를 가진다. 연구실의 성과는 풍력발전단지 수준의 적응형 합성 관성 제어, 후류효과를 고려한 발전기 협조 제어, 실제 계통운영 기준에 부합하는 주파수 보조 서비스 기술로 확장될 수 있다. 궁극적으로는 재생에너지 확대와 계통 안정성 확보라는 두 목표를 동시에 달성하기 위한 차세대 전력계통 운영기술의 기반을 제공한다.

연구실의 또 다른 중요한 연구 분야는 배전계통에서의 전압 품질 향상과 손실 저감을 위한 최적화 기술이다. 불평형 배전계통이나 방사상 배전계통에서는 부하 변화, 선로 특성, 무효전력 분포에 따라 전압 강하와 전력손실이 발생하며, 이는 계통 운영 효율과 전력 품질에 직접적인 영향을 준다. 김규호 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 커패시터 배치, 무효전력 보상, 전압 프로파일 개선을 위한 다양한 최적화 기법을 연구해 왔다. 특히 유전알고리즘, 카오스 탐색법, 하이브리드 최적화 기법, 신경망 기반 접근법 등을 활용하여 커패시터의 설치 위치, 용량, 개수를 결정하는 연구가 두드러진다. IEEE Transactions on Power Delivery에 게재된 연구에서는 ESGA 하이브리드 접근법을 적용해 불평형 배전계통의 전압 분포를 개선하고 전력 손실을 최소화하는 방법을 제시하였다. 이러한 연구는 단순한 계산 기법 개발을 넘어, 실제 설비 비용과 설치 비용을 함께 고려하는 경제성 기반의 최적 운용 문제로 확장된다는 점에서 실용성이 높다. 이 연구 분야는 분산형 전원과 재생에너지가 증가하는 현대 배전망에서 더욱 중요해지고 있다. 전압 안정성과 무효전력 관리는 스마트그리드, 배전 자동화, 전력 품질 개선의 핵심 요소이기 때문이다. 연구실의 성과는 배전계통 신뢰도 향상, 운영비 절감, 설비 투자 최적화로 이어질 수 있으며, 향후 분산에너지 자원 중심의 능동형 배전망 운영기술과도 긴밀히 연결될 수 있다.

김규호 연구실은 전력계통의 안정적이고 경제적인 운영을 위한 최적전력조류, 경제급전, 송전용량 평가, 혼잡관리 등의 주제도 꾸준히 다루어 왔다. 전력수요 증가와 계통 구조의 복잡화에 따라 송전선로 혼잡, 가용송전용량 제한, 상정사고 대응, 환경적 제약을 동시에 고려하는 운영 기술의 중요성이 커지고 있으며, 연구실은 이러한 다목적 문제를 해결하기 위한 공학적 접근을 축적해 왔다. 이는 전통적인 전력계통 해석 역량과 최신 최적화 알고리즘을 결합하는 연구 방향으로 이어진다. 구체적으로는 최적전력조류(OPF), 경제급전, 전압·무효전력 예방제어, 직렬콘덴서 및 위상변환기 활용, 가용송전용량 산정 등 송배전계통의 운영 문제를 대상으로 한 연구가 다수 확인된다. 또한 불확실한 날씨를 고려한 송전용량 평가, 양수발전 연계 송전계통의 민감도 및 혼잡 분석, Phase-Shifting Transformer를 이용한 혼잡처리 방안 등은 실제 계통 운영 현안과 밀접하게 연결된다. 최근에는 Consensus ADMM을 이용한 경제급전과 같은 분산 최적화 기법까지 다루며 연구 범위를 넓히고 있다. 이와 함께 계통 연계형 인버터 시스템 관련 특허처럼 전력전자 기반 설비 응용기술도 연구실의 정체성을 구성한다. 고주파 트랜스를 이용한 계통 연계형 인버터는 재생에너지 발전 시스템의 출력 특성을 고려해 넓은 동작 범위와 전기적 절연 안정성을 확보하는 기술로, 이론 연구와 장치 구현이 결합된 사례라 할 수 있다. 따라서 본 연구 분야는 전력계통 해석, 최적운영, 송배전 설비, 전력전자 응용을 아우르며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 문제 해결형 연구라는 특징을 지닌다.