HVDC(High Voltage Direct-Current)의 필요성
전기적 에너지의 송전 및 배전은 직류와 함께 시작되었다고 이야기할 수 있다. 1882년에 독일 Miesbach 지역과 Munich 지역의 50km를 잇는 2kV DC 트랜스미션 라인이 도입되었지만 그 당시에는 소비 전압과 더 높은 DC 트랜스미션 전압의 현실화는 오직 rotating DC 기계장치에 의해서만 가능하였다.
AC 시스템에서의 전압의 변환은 상당히 간단하며 AC 변압기는 높은 파워 레벨과 높은 절연 레벨의 사용을 용이하게 하고 전력의 손실 또한 낮다. 그리고 AC 시스템은 상대적으로 간단하며 적은 유지 비용을 필요로 한다. 나중에 서술하겠지만 Three phase의 동기발전기(Synchronous Generators)는 모든 측면에서 DC 발전기보다 상당히 이점이 많다고 알려져 왔으며 이러한 이유들 때문에 파워 시스템의 초기 모델은 AC system을 기반으로 도입되어 발전되어 왔다. 그리고 이러한 발전은 사람들에게 전기적 에너지를 송전함에 있어서 유일한 모델이라고 인식되었지만 기술이 발전함에 따라 AC transmission link의 단점들이 계속해서 발견되어 왔으며 이를 보완하기 위해 DC technology의 발전을 촉진시켰다.
현재 High-Voltage AC Transmission System이 직면한 문제들은 다음과 같다.
◆오버헤드라인 (Overhead line: 가공 전선로) 또는 케이블이 가지고 있는 Inductive 그리고 capacitive 한 요소들은 AC system에서 전력의 전송량과 전송거리에 있어서 제한을 두게 만든다.
◆그리고 이러한 제한들은 특히 케이블과 관련해서 더욱더 심하게 여겨지는데, 전력 전송량에 따라서 시스템의 주파수, 전력손실, 전송 가능한 거리가 40~100km 범위로 제한되며 대게는 충전 전류 (the charging current)에 의해서 제한된다.
◆만약 두 개의 AC system이 서로 다른 주파수를 사용하고 있으면 이 두 시스템의 직접적 연결은 불가능하다.
◆그리고 만약 두 개의 AC sytem이 설사 같은 주파수를 사용하고 있더라도 시스템의 불안정성과 원치 않는 전력의 흐름으로 인해 AC sytem 끼리의 직접적 연결은 상당히 어려운 문제이다.
이러한 HVAC의 단점들은 HVDC 기술의 발전의 필요성을 느끼게 하였다. HVDC와 HVAC system의 사용을 결정함에 있어서 기술적, 비용적, 또는 환경적 요인들이 존재하지만 여기서는 기술적인 장점에 대해서만 이야기하려 한다.
그렇다면 HVDC system이 가지고 있는 기술적인 장점들은 무엇일까?
첫 번째로는 DC 링크(link)는 설사 AC 시스템들이 주파수나 네트워크가 동일하지 않더라도 이 AC 시스템들 사이에 위치함으로써 전력의 전달을 가능하게 만든다.
또한 AC system과 다르게 inductive 그리고 capacitive 한 요소들이 DC system에서 전력의 전송량 그리고 전력의 전송거리를 결정함에 있어서 제한적 요소로 여겨지지 않는다. 추가적으로 HVDC에서는 skin effect가 존재하지 않기 때문에 전력전송에서 전도체의 단면을 완전하게 사용할 수 있다.
출처: High Voltage Direct Current Transmission-Proven Technology for Power Exchange (SIEMENS)