직류철도 배전계통, MVDC 20kV 적용 방안 제시 04231216 전기신문

DC 배존계통, 전송용량 2배 UPAC.DC 하이브리드로 전력 효율 극대화철도 공급전원 안정화.회생E 처리 기대철도차량 수명 단축. 고장확률 DOWN현재 교류(AC) 22.9kV를 수전하고 있는 직류철도 배전계통을 MVDC(Medium Voltage Direct Current) 20kV로 전환하는 방안이 제시됐다.지난 17일 대한전기학회 전기설비 부문회 춘계학술대회에서 발표된 'MVDC 배전망 연계 직류철도시스템 설계 및 해석 기술 개발' 기획세션에서는 'AC/DC 하이브리드 배전망 설계 및 해석 기술 개발' 한국에너지기술평가원 과제를 수행 중인 국내 기관들의 연구 동향이 소개됐다.김욱원 한전 전력연구원 선임연구원은 '대용량 DC AC/DC 부하 전력공급을 위한 복합배전망 설계'를 주제로 발표하면서 'DC 전환을 통해 기존 선로를 그대로 활용하면서도 전송용량을 두 배로 늘릴 수 있다'고 설명했다.이번 연구는 AC(교류)와 DC(직류) 전력을 혼합한 MVDC 하이브리드 배전망을 설계해 전력 효율을 극대화한는 것을 목표로 한다.부하 증가로 전력인프라 부족한 도심지와 신재생배전 연계로 인해 선로가 포화상태인 지역에 이를 적용해 컨버터스테이션을 통한 MVDC로 전송용량 증대와 경제적 효과가 예상된다는 것. 다만 설비의 비용이 관건이다.컨버터그테인션의 경우 1MW당 2억원 수준으로 경제적인 효율성을 가질 수 있는 효율 증가 또는 증설 회피 등으로 경제성을 확보하는 것이 중요하다.전압에 따라 설비들이 달라지기 떄문에 DC의 계통 전압도 중요하다.연구진은 전력망의 효율성, 안정성, 경제성을 고려해 전압을 20kV로 설정했다.한전은 2028년 MVDC 실증을 목표로 기술개발 중이다.이를 위해 전력연구원에서는 운영시스템을 미리 검토할 수 있는 HILS 시뮬레이션을 통해 DC 도입을 가정해 AC/DC 하이브리드 전력계통 해석을 진행하고 있다.HILS는 전력 계통 해석을 하드웨어 기반으로 시뮬레이션하는 기술로, 기존 소프트웨어 시뮬레이션보다 훨씬 빠르고 정확한 결과를 제공한다.김 선임은 'HILS를 통해 신규 설비 도입 속도를 높이고, 계통의 문제점을 신속히 파악할 수 있다'며 'DC전환 시 전송용량 136% 증가, 부하 불균형해소 , 전압 강하 4% , 고주파 문제 해결 등을 확인했다'고 말했다.김재원 한국철도연구원 책임연구원은 '직류철도 컨버터스테이션 설계 및 HILS 기잔 성능해석'을 주제로 한 발표에서 '국가기관망에서 MVDC 배전 기술의 개발과 적용이 진행됨에 따라 철도 시스템에서도 이러한 기술을 활용한 운영 방안 분석이 필요하다'고 말했다.철도연은 HILS 플랫폼에 컨버터 스위칭 소자 등 구성부품의 동작 성능을 고려한 FPGA모델 모듈과 제어기 연계 모듈을 구현했다.HILS 플랫폼을 이용해 가상으로 이같이 적용된 DAB 컨버터 모듈을 성능평가했다.1MW DC/DC 컨버터 제어 성능평가는 입력전압 20kV, 출력전압 1500V, 제어주파수 5.7kHz의 환경에서 이뤄졌다.평가 결과에서 열차 운행에 따른 급격한 부하상태 변화로 입력전압 밸런싱 제어, 출력전압 변동 안정성이 확인됐다.김 책임은 배전선로를 기존 22.9kV 대신 DC 20kV로 컨버터스테이션을 연계한 직류철도 MVDC 배전망을 제시했다.이를 통해 한전 변전소 1개로 다수의 철도 컨버터스테이션이 연계 가능하다고 주장했다.김 책임은 MVDC 연계 직류철도 시스템에 대해 '현재 IEC 60850에 따라 운영되는 철도차량 공급전원 변동 범위 안정성이 기존 시스템 대비 10% 이상 증대될 것'이라며 '차량전원 불안정으로 인한 철도차량 수명단축 및 고장확률을 낮추고 양방향 컨버터를 활용한 화생어너지 처리가 가능할 것으로 기대된다'고 말했다.                                        경북 경주= 박윤 기자