고압직류송전(HVDC)의 구성형태, 전류형 HVDC 시스템과 전압형 HVDC 시스템
가. 고압직류송전(HVDC)의 구성형태
고압직류송전(HVDC)의 구성형태는 Point to Point 방식, Back to Back 방식, Multi-Termnail 방식의 3가지가 있습니다. 각 방식의 특징과 구성에 대해 알아보겠습니다.
1. Point to Point 방식
1) 정의
각 송수전단 양 단에 변환소가 있고 중간에 송전선로로 연결되는 방식으로 제주-해남 간에 적용된 송전 방식입니다.
2) 특징
(1) 단극/쌍극 방식이 있고, 대지(또는 해수)귀로, 도체귀로 방식이 있습니다.
(2) 대지귀로를 사용하면 전식 발생 우려가 있어 육지에서는 사용이 불가하고, 해수귀로로만 사용이 가능합니다.
(3) Point to Point 송전방식의 종류
a. 단극 1회선 대지귀로방식
b. 단극 1회선 도체귀로방식
c. 쌍극 1회선 중성점양단접지방식
d. 쌍극 1회선 중성선 설치방식
2. Back to Back 방식
1) 정의
한 장소에서 두 교류계통이 AC-DC-AC로 변환되어 직류로 연계하는 방식
2) 특징
(1) 주파수가 다른 계통을 비동기 연계할 수 있습니다. 예로 동일본의 50Hz 교류계통과 서일본의 60Hz 교류계통을 연계하는 데 사용한 방식입니다.
(2) 계통에서 발생하는 단락전류는 무효전류이기 때문에 직류선로로는 전달이 되지 않는데, 교류계통을 직류선로로 연계하면 서로간에 단락전류가 흐르지 않게 되어 각 교류계통의 단락용량을 증가시킬 수 있습니다.
3) 구성도
3. Multi-Terminal 방식
1) 정의
Multi-Terminal 방식은 여러 개소 즉, 3개 이상의 터미널(단자)를 갖는 방식입니다.
2) 특징
(1) Point to Point 방식보다 운영이 복잡하기 때문에 보다 정교한 시스템이 요구됩니다.
(2) 각 변환소 간의 통신이 매우 중요한 방식입니다.
나. 전류형 HVDC 시스템과 전압형 HVDC 시스템
1) 개요
HVDC 시스템은 직류-교류 변환기(컨버터)의 입력 소스에 따라 전류형과 전압형으로 구분됩니다.
2) 전류형 변환기(LCC: Line Commutated Converter)
(1) 변환소 형태는 옥외 GIS로 구성됩니다.
(2) 조상설비가 필요하기 떄문에 큰 부지면적이 필요합니다.
(3) 변환소자는 turn-on 만 가능한 Thyristor가 사용됩니다.
(4) 특징
– 대용량 전송(최대 800kV, 8GW)
– DC계통 사고 후 재가동 시간 짧음
(5) 고조파 발생 우려로 필터설비 필요
(6) 무효전력은 송전전력의 50~60% 정도가 필요함
– 제주-해남간 HVDC 제주도에 동기조상기 설치
(7) 구성
(8) 원리 : 전류를 입력받아 전류로 변환
(9) 운전 예 : 제주-해남, 제주-진도 간 양방향 송전 방식으로 운영하고 있습니다.
3) 전압형 변환기(VSC : Voltage source converter)
(1) 변환소 형태는 옥내 GIS로 구성됩니다.
(2) 조상설비가 불필요하여 필요 부지면적이 작습니다.
(3) 변환소자 : IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor; GTO 소자)
(4) 특징
– Turn-on/off를 통해 AC 크기, 위상 제어가 가능합니다.
– 높은 제어성과 유연성을 가지고 있습니다.
– 공사기간이 짧고, 양방향 송전이 자유롭습니다.
(5) 고조파 발생이 적어 필터 설비가 불필요합니다.
(6) 자체 보상이 가능하므로 무효전력이 불필요합니다.
(7) 구성
(8) 원리 : 전압을 입력받아 전압으로 변환
(9) 제주-완도 구성방식으로 사용