전기연, 신재생에너지 보급 확대 '멀티레벨 컨버터' 기술 개발

국내 최초 'ESS+STACOM' 하나의 장치로 통합
에너지저장형 모듈러 멀티레벨 컨버터(EMMC) 개발
신재생에너지 활용 고압 배전 전력계통 안정성 확보

에너지저장형 모듈러 멀티레벨 컨버터 기술을 개발한 한국전기연구원 전력변환시스템연구센터 연구진.

한국전기연구원(KERI·원장 김남균) 전력변환시스템연구센터가 신재생에너지의 안정적인 보급과 장거리 전력 전송을 용이하게 하는 핵심 컨버터 전력기기 기술을 개발했다.

인공지능(AI) 및 탄소중립 시대를 맞아 대용량 전력을 장거리로 효율적으로 보내는 초고압직류송전(HVDC) 시스템이 크게 주목받는다. HVDC 시스템은 태양광, 풍력 등 산지와 해안가에서 생산한 신재생에너지를 도심까지 효율적으로 이동시키는 기술로 손꼽힌다. 이 과정에서 교류(AC)와 직류(DC) 전력 변환을 수행하는 중요 장치가 '컨버터 스테이션'이다.

다만 신재생에너지는 날씨 편차에 따라 에너지 공급량 변동성이 심해 전력 계통에 불안정성을 가져온다는 어려움이 있다. 전력기기 업계에는 유효 전력을 흡수·공급하는 '에너지저장장치(ESS)'와 무효 전력을 흡수·공급하는 '무효전력보상장치*STATCOM)'를 각각 설치해 계통 전압을 일정하게 유지하고 전력 시스템의 안정성을 높이고 있다.

KERI의 이번 성과는 기존 개별로 나눠진 ESS와 STATCOM을 하나의 장치로 통합해 일명 '에너지저장형 모듈러 멀티레벨 컨버터(EMMC)' 기술을 국내 최초로 개발한 것이다.

EMMC는 ESS가 포함된 ㎸급 서브 모듈을 겹겹이 쌓아 만든 컨버터로 초고압 직류 전압을 생성해 신재생에너지를 효과적으로 멀리 보낼 수 있게 한다. 연구진은 총 42개(1상 14개씩 총 3상 구성) 모듈을 동일하고 안정적으로 구동시키기 위해 FPGA 반도체를 활용한 KERI 고성능 제어 플랫폼을 설계해 등시성을 확보했다.

나아가 고정형이 아닌 이동형 변전소 적용을 목표로 어떠한 장소에서도 EMCC가 동작할 수 있도록 유연성 있는 시스템 설계 기술도 확보했다. 뿐만 아니라 단순 ESS 기능을 넘어 빠른 충·방전과 높은 반응속도를 가진 '슈퍼 커패시터' 역할을 수행할 수 있도록 설계했다.

KERI는 최근에는 한전 전력연구원 고창전력시험센터에서 실증까지 성공적으로 마쳤다. 연구진은 전력기기 분야 기업체 기술이전 추진을 통해 제품의 상용화에 나선다는 계획이다.

이종필 KERI 전력변환시스템연구센터장은 “신재생에너지를 활용한 고압 배전 전력계통에서 안정성과 유연성을 확보하고 범국가적 탄소중립 정책에 크게 기여할 것”이라며 “미래 전력망에서 중요한 역할을 할 HVDC 및 MVDC 시스템은 물론, e-모빌리티, AI용 데이터센터 등 다양한 분야에서 고압 대용량 전력변환장치의 제어·구동 장치로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

창원=노동균 기자 defrost@etnews.com