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HVDC(초고압 직류 송전)란 무엇인가?

K기술사 2025. 3. 1. 11:11

목차



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    안녕하세요. 오늘은 HVDC(초고압 직류 송전) 기술에 대해 알아보겠습니다. HVDC는 발전소에서 생성된 교류(AC) 전력을 직류(DC)로 변환해 송전한 후, 수전 지점에서 다시 교류로 변환하여 공급하는 방식입니다. 이 기술은 장거리 송전 시 전력 손실을 줄이고, 서로 다른 전력 계통 간 연계를 원활하게 하며, 대규모 전력망의 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

     

     

      • HVDC의 주요 적용 분야
        • 해저 케이블 송전
          • 육지와 섬을 연결하는 전력망 구축
          • 예: 해남-제주, 진도-제주 HVDC 연계
          • 해상 풍력 발전 연계 및 송전 효율 향상
        • 장거리 대용량 송전
          • 기존 교류 송전에 비해 전력 손실이 적고 경제성이 높음
          • 예: 유럽 북해 해상 풍력과 독일 내륙, 중국 서부 발전소와 동부 대도시 간 송전
        • 전력 계통 간 연계
          • 주파수가 다른 전력망을 안정적으로 연결 (비동기 연계)
          • 예: 미국-캐나다, 유럽 국가 간 전력 계통 연계
        • 단락 전류 저감
          • Back-to-Back HVDC 시스템을 통해 단락 전류를 효과적으로 관리
          • 계통 안정성 및 전력 품질 개선
    • HVDC의 경제성 분석
      • 송전 거리 기준
        • 가공선로(Overhead Line): 약 450km 이상 시 AC 송전에 비해 경제적
        • 해저 케이블(Submarine Cable): 약 50km 이상일 때 유리함
      • 장기적 이점
        • 유지보수 비용 절감
        • 전력 손실 감소로 인한 경제성 제공
    • HVDC 시스템의 주요 구성 요소
      • 변환 장치 (Converter Valve):
        AC와 DC 간 변환을 담당하며 사이리스터 또는 IGBT 사용
      • 평활 리액터 (Smoothing Reactor):
        직류 전압의 맥동을 평활화하여 안정적인 전력 공급 지원
      • 고조파 필터 (Harmonic Filter):
        변환기에서 발생하는 고조파 제거로 전력 품질 개선
      • 제어 및 보호 장치:
        HVDC 시스템의 안정적 운전과 보호를 담당
      • 기타 부품:
        • 변환기용 변압기
        • 교류 차단기 (고장 시 AC측에서 차단)
        • 접지 전극 및 피뢰기
    • HVDC 송전 방식
      1. Mono-Polar 방식
        • 하나의 도체 사용, 대지 또는 해수를 귀로 활용
        • 초기 투자비가 낮으나 전식 및 통신선 간섭 가능성 존재

    • Bi-Polar 방식
      • 정(+)극과 부(-)극의 두 도체 사용
      • 한 선로에 문제가 생겨도 다른 선로로 송전 가능해 신뢰성 증가

    • Homo-Polar 방식
      • 동일 극성(+) 또는 (-)의 두 도체 사용
      • 절연 비용 절감 효과 있으나 전식 문제 발생 가능

    HVDC 시스템의 구성 형태

    • Point-to-Point (PTP):
      두 지점을 직접 연결하는 기본 형태
      Mono-Polar 또는 Bi-Polar 방식 적

    • Back-to-Back (BTB):
      비동기 시스템 간 전력 연계 (주파수가 다른 전력망 연결)
      송전선로 없이 변환기만 설치하여 계통 간 연계 가능

    • Multi-Terminal (MTDC):
      여러 DC 변환소를 연계해 복합적인 전력 흐름 제어
      고급 제어 시스템 및 변환소 간 긴밀한 통신 필요

      • 최신 HVDC 기술 동향
        • 차세대 전압형 HVDC (VSC-HVDC):
          IGBT 기반 변환기로 전력 품질 개선 및 송전 유연성 증대
          해상 풍력 연계, 도심 전력망 보강 등 다양한 분야에 활용
        • 초고압 HVDC 개발:
          • 중국: 1,100kV UHVDC 송전 프로젝트 진행 (Changji-Guquan)
          • 유럽: 북해 해상풍력 연계를 위한 800kV HVDC 추진
        • HVDC Breaker 기술:
          ABB, Siemens, GE 등에서 DC 차단 기술 개발 중
          전력망 신뢰성 향상을 위한 핵심 기술
        • 한국의 HVDC 프로젝트 확대:
          • 500kV 북당진-고덕 HVDC 연계선 운영
          • 500kV 동해안-수도권 HVDC 송전망 구축
          • 신한울 원전 및 서남해 해상풍력 연계 검토 중

    결론

    HVDC 기술은 장거리 송전의 효율을 극대화하고, 전력 계통 간의 원활한 연계를 통해 대규모 재생에너지 송전에 효과적입니다. 앞으로 전력 수요 증가와 신재생 에너지 확대에 따라 HVDC 시장은 더욱 성장할 전망이며, 한국 또한 HVDC 기술을 적극 도입해 전력 계통의 안정성을 강화하고 글로벌 시장 진출을 추진하고 있습니다.

    다음 시간에는 더욱 유익한 정보로 찾아뵙겠습니다

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