다중 인피드 HVDC 시스템을 위한 협조형 드롭 제어 기반 비상 DC 전력 지원 전략

초록

본 논문은 다중 인피드 HVDC(MIDC) 시스템에서 발생하는 DC 차단 고장 시 AC 측 주파수 안정성을 확보하기 위해, LCC‑HVDC 라인의 유효 전력과 수신측 주파수 간에 드롭 특성을 부여한 비상 DC 전력 지원(EDCPS) 전략을 제안한다. 드롭 계수를 최적화하는 협조형 최적화 방법을 제시하고, CloudPSS 기반 EMT 모델을 통해 전략의 유효성을 검증하였다.

상세 분석

본 연구는 현재 중국 전력망에 도입되고 있는 복합형 AC‑DC 하이브리드 시스템에서, 특히 다중 인피드 HVDC(MIDC) 구조가 갖는 고유의 동적 상호작용을 심도 있게 분석한다. 기존 연구들은 주로 DC 측 고장 시 전압 강하와 전류 차단 메커니즘에 초점을 맞추었으나, AC 측 주파수 변동에 대한 체계적인 대응 방안을 제시하지 못했다. 논문은 LCC‑HVDC 라인의 유효 전력(P)과 수신측 시스템 주파수(f) 사이에 선형 드롭 관계 P = P₀ – K·(f – f₀)를 도입함으로써, 고장 발생 시 자동으로 전력 지원을 제공하도록 설계하였다. 여기서 K는 드롭 계수이며, 각 HVDC 라인의 전력 용량, 전압 레벨, 그리고 연결된 AC 시스템의 관성 특성을 고려해 다변량 최적화 문제로 정의된다. 협조형 최적화는 라인별 K 값을 동시에 결정함으로써, 전체 시스템의 주파수 편차를 최소화하고, 과도 전력 흐름이 특정 라인에 집중되는 현상을 방지한다. 또한, 제안된 전략은 기존 보호 장치와의 충돌을 피하기 위해, 드롭 제어 신호를 DC 전압 제어 루프에 삽입하고, 고장 감지 후 200 ms 이내에 전력 지원을 시작하도록 설계되었다. EMT 시뮬레이션 결과, DC 차단 고장 시 주파수 nadir이 기존 대비 0.15 Hz 이상 회복되었으며, 전압 복구 시간도 평균 0.3 s 단축되었다. 이러한 성과는 드롭 계수의 최적화가 시스템 관성 보조와 전력 재분배를 동시에 달성함을 입증한다.