직류송전시스템(HVDC)

HVDC 정의

고전압 직류송전은 HVDC라고 부른다. 교류를 직류로 바꿔 송전하는 방식이다.

송전단은 정류, 수전단은 역변환을 한다. 이 장치를 컨버터라고 한다.

기준 전압은 일반적으로 100kV 이상 800kV 이하로 쓰인다.

핵심 키워드는 HVDC, 컨버터, 변환소이다.

구조와 전력 흐름

발전소의 교류는 송전단 변환소에서 정류기가 직류로 바꾼다.

직류는 장거리 선로로 보내진 뒤 수전단 인버터에서 다시 교류가 된다.

변환소에는 교류 필터와 무효전력 보상설비, 변압기가 함께 들어간다.

변환기는 사이리스터나 IGBT 같은 반도체 소자로 전력을 바꾼다.

손실 계산 예시

교류 장거리 송전에서 손실은 전류의 제곱에 비례한다.

가상의 값으로 계산한다. 전력 1,000MW를 500kV로 보내면 전류는 2,000A이다.

선로 저항 5Ω을 곱하면 손실은 20MW이다. 송전 전력의 2%에 해당한다.

같은 전력을 고전압 직류로 보내면 전류가 줄어 손실이 크게 줄어든다.

방식 비교

방식은 변환소 배치에 따라 Back to Back과 Point to Point로 나뉜다.

Back to Back은 한 부지에 교류·직류·교류 변환소를 함께 둔다. 선로가 거의 없다.

Point to Point는 송전단과 수전단에 변환소를 따로 두고 장거리 직류 선로로 잇는다.

두 방식 모두 변환소 설비비가 들어가므로 송전 거리와 연계 목적으로 고른다.

직접 풀어 보자.

장단점

HVDC의 장점은 장거리 송전 손실과 선로비에서 나온다.

반면 변환소 설비비가 크고, 직류는 전류 영점이 없어 직류 차단기가 필요하다.

단거리와 소용량에서는 교류가 유리하다. 선택은 거리와 연계 목적으로 정한다.

정리

지금까지 본 내용을 정리한다.

HVDC는 변환소에서 교류와 직류를 상호 변환해 대용량 장거리 송전을 하는 방식이다.

답안에는 변환소, 무효전력, 비동기 연계 같은 핵심어를 함께 쓴다.