HVDC 변환소 AC-Yard 및 DC-Yard

HVDC(고압직류송전) 시스템은 변환소를 중심으로 AC(교류)와 DC(직류) 전력 간의 변환을 수행한다. 변환소는 크게 AC-Yard, DC-Yard, Thyristor Valve 건물로 구분되며, 각 Yard에는 다양한 전력 기기와 보호 장치들이 배치되어 있다. 이 글에서는 AC-Yard와 DC-Yard에 포함되는 주요 설비와 그 기능을 상세히 설명한다.

1. AC-Yard의 구성과 역할

AC-Yard는 직류 변환 장치와 연계되며, 무효전력 보상, 고조파 필터링, 서지 보호 등을 수행하는 다양한 설비들이 설치된다.

(1) 병렬 커패시터와 무효전력 공급원

• 직류 컨버터는 많은 양의 무효전력을 소비하므로, 커패시터 등을 통해 이를 공급해야 한다.
• 유효전력의 약 50~60%에 해당하는 무효전력량이 필요하다.
• 동기조상기, SVC, STATCOM 등도 무효전력을 공급하는 장치로 활용된다.

(2) 고조파 필터 (Harmonic Filter)

• 컨버터 동작 중 다량의 고조파 전류가 발생하며, 이는 주로 12n±1 성분으로 구성된다 (예: 11, 13, 23, 25차 고조파).
• 고조파 필터는 콘덴서와 리액터 조합으로 구성되며, AC계통의 품질을 보호한다.
• 필터 유형:
• Band-pass Filter: 저차 고조파 제거
• High-pass Filter: 고차 고조파 제거

(3) 병렬 리액터 뱅크 (Shunt Reactor Bank)

• HVDC가 저전력 운전 시 무효전력 흡수가 과도해질 수 있으므로, 이를 억제하기 위해 병렬 리액터 설치가 필요하다.

(4) 피뢰기 (Surge Arrester)

• AC-Yard에 설치되는 피뢰기는 변전소의 과전압을 방지하기 위해 컨버터 터미널 고압 측에 위치한다.

(5) 변환용 변압기 (Converter Transformer)

• 교류 전압을 직류 컨버터에 맞는 적정 전압으로 변환하며, 전압-위상 조정도 함께 수행한다.
• 접지형 Y결선과 △결선을 조합하여 상호 위상 관계를 맞춘다.

2. DC-Yard의 구성과 역할

DC-Yard는 주로 직류 필터링, 서지 보호, 리액터 설치 등을 통해 DC 계통의 안정성과 품질을 유지한다.

(1) 평활 리액터 (Smoothing Reactor)

• DC 전류를 평활화하여 고조파 및 서지를 억제한다.
• Steep-front Surge에 의한 사이리스터 손상을 방지하며, 리플 성분을 줄여 연속 전류 특성을 보장한다.
• 전류 변화에 따른 전류 실패 방지도 수행한다.

(2) DC 고조파 필터 (Harmonic Filter)

• 직류 송전선에서 발생하는 고조파는 통신 회선 간섭을 유발할 수 있어 필터링이 필요하다.
• 다만, 케이블 기반의 송전시스템이나 BTB 방식에서는 필요 없다.

(3) DC 피뢰기 (DC Surge Arrester)

• 밸브, 밸브구름 등에서 발생할 수 있는 예상치 못한 과전압으로부터 보호하기 위해 설치된다.
• 주요 설치 위치:
  ① 밸브와 교차하여 직접 연결된 밸브 피뢰기
  ② 6점 도체 브릿지 연결 지점
  ③ 중간 연결 지점
  ④ 직류 Bus에서 Ground로 연결되는 지점

[AC-Yard 주요 설비 도식화 예시]

   전력계통
      │
  변환용 변압기
      │
   고조파 필터 ── 병렬 커패시터
      │                │
     컨버터         SVC, STATCOM 등

[DC-Yard 주요 설비 도식화 예시]

    컨버터
      │
평활 리액터 ── DC 고조파 필터 ── DC 피뢰기 ── 송전선로