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한국에서 전압형 HVDC 적용방안 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.65 no.12, 2016년, pp.29 - 37  

박재호 (한국전력 신송전사업처) ,  김찬기 (한국전력 전력연구원)

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문제 정의

  • 또한 한국에너지기술평가원에서 기획된 신재생 에너지융합원천기술개발사업의 일환으로 지난 2012년 11월부터 “해상풍력 연계용 20MW급 전압형 HVDC 연계 기술 개발”을 진행하고 있으며, 이 프로젝트는 20MW, ±10kVDC의 MMC 기반의 전압형 HVDC를 개발하고 이를 풍력발전단지에 연계 운영하여 실증 운전 하는 것이 목표로 기술 개발에 매진하고 있다.
  • 본 기술 투고는 한국의 전압형 HVDC시스템의 현황과 적용 방안에 관한 내용을 담고 있다. 본 기술 투고의 시각은 한전에서 추진하고 있는 HVDC사업과 생각을 담고 있으며, 해외에서 HVDC 제어기에 적용되고 있는 제어기 Platform EtherCAT에 대한 내용도 담고 있다.
  • 한국전력공사는 개발되는 전압형 HVDC를 실증하기 위한 국책과제 요구 사양과 동일한 규모로 실증적용이 가능한 적절한 장소를 제공하며 다양한 운전 조건에서의 통합적 연계 시험과 성능 검증을 수행하려 한다. 이러한 국내의 기술개발을 통한 전압형 HVDC를 실계통에 적용하여 발전기 운전조건에 따라 전력흐름을 유연하게 양방향 제어하여 과부하를 해소하고, 고장전류 상승 억제와 순동무효전력 보상으로 전압안정운영에 기여하는 등 계통의 안정 운영과 신뢰도 향상 측면에서 효과를 얻으려 한다. 또한 신규 설비 건설에 대한 관련 주민의 수용성을 제고하고 현재는 HVDC 기술 및 변환설비 등 핵심 부품의 수입 의존도가 100%로 국내 기술이 없기 때문에 비싼 구조의 시스템 도입의 문제가 있으므로 국산화 개발을 통한 가격 경쟁력이 있는 제품을 국내 계통에 적용하려 하며 이를 바탕으로 설비 활용능력을 제고하고 관련 산업의 발전에 기여를 통해 국내 대기업의 해외 시장 진출에의 디딤돌이 되기를 기대하고 있다.
  • 한국전력공사는 개발되는 전압형 HVDC를 실증하기 위한 국책과제 요구 사양과 동일한 규모로 실증적용이 가능한 적절한 장소를 제공하며 다양한 운전 조건에서의 통합적 연계 시험과 성능 검증을 수행하려 한다. 이러한 국내의 기술개발을 통한 전압형 HVDC를 실계통에 적용하여 발전기 운전조건에 따라 전력흐름을 유연하게 양방향 제어하여 과부하를 해소하고, 고장전류 상승 억제와 순동무효전력 보상으로 전압안정운영에 기여하는 등 계통의 안정 운영과 신뢰도 향상 측면에서 효과를 얻으려 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전압형 HVDC의 특징은 무엇인가? 최근 들어 신재생에너지의 계통 연계와 전력 조류제어 및 계통 안정화를 위하여 IGBT소자와 같이 On/Off가 모두 가능한 전력 전자소자를 활용한 전압형 HVDC 시스템이 크게 각광받고 있다. 전압형 HVDC는 무효전력 제어와 블랙스타트가 가능하며 높은 제어성과 유연성으로 전력품질의 유지에 도움이 된다. 특히, 전력전자소자의 성능개선과 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multi-level Converter, MMC)와 같은 컨버터 토폴로지 개발을 통해 컨버터 전압용량의 제약이 사라지고, 기존 PWM(Pulse Width Modulation) 기반 컨버터에 비하여 스위칭 주파수를 계통 주파수만큼 낮추어 전압형 HVDC의 약점이 었던 전력손실도 크게 줄이게 되었다.
고압 직류송전의 장점은 무엇인가? 고압 직류송전(HVDC)은 교류 송전에 비하여 장거리 송전, 비동기 계통 연계, 해저 케이블 사용 및 전력제어 가능 등의 장점을 가지고 있어 그 응용 사례가 꾸준히 증가해왔다. 최근 들어 신재생에너지의 계통 연계와 전력 조류제어 및 계통 안정화를 위하여 IGBT소자와 같이 On/Off가 모두 가능한 전력 전자소자를 활용한 전압형 HVDC 시스템이 크게 각광받고 있다.
EtherCAT은 어떻게 이중화를 가능하게 해주는가? EtherCAT은 간단한 조치로 케이블 이중화를 가능하게 해준다. 케이블을 마지막 노드에서 마스터 디바이스에 있는 추가 이더넷 포트까지 연결함으로써, 라인 토폴로지가 링 토폴로지로 확장된다. 이중화 상태일 때, 케이블 연결이 끊어지거나 노드 오작동과 같은 것은 마스터 스택에 추가된 소프트웨 어에 의해 감지된다.
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참고문헌 (7)

  1. N. Flourentzou, V. G. Agelidis, and G. D. Demetriades, "VSC-based HVDC power transmission systems: An overview,"IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 3, pp. 592-602, Mar. 2009. 

  2. Siemaszko, D.; Antonopoulos, A.; Ilves, K.; Vasiladiotis, M.; Angquist, L.; Nee, H.-P.; "Evaluation of control and modulation methods for modular multilevel converters," Power Electronics Conference (IPEC), 2010 International , vol., no., pp.746-753, 21-24 June 2010 

  3. M. Saeedifard and R. Iravani, "Dynamic performance of a modular multilevel back-to-back HVDC system,"IEEE Trans. Power Del., vol.25, no. 4, pp. 2903-2912, Oct. 2010. 

  4. L. X. Tang and B. T. Ooi, "Protection of VSC-multi-terminal HVDC against DC faults,"in Proc. IEEE 33rd Annu. Power Electron. Specialists Conf., 2002, vol. 2, pp. 719-724. 

  5. N. Ahmed, S. Norrga, H. P. Nee, and A. Haider, "HVDC SuperGrids with modular multilevel converters-The power transmission backbone of the future,"in Proc. 9th Int. Syst., Signals Devices Multi-Conf.,2012, pp. 1-7. 

  6. J.-D. Decotignie. Ethernet based real-time and industrial communications. Proceedings of the IEEE, 93 issue 6:1102-17, 2005. 

  7. 장상천. (2015) "산업용 EtherCAT 프로토콜의 특징과 적용 제품"월간 계장기술 12월호, http://www.procon.co.kr/pdf/2015%2012/1-1.pdf 

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