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title: New Introduction 260508_2
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published: true
date: 2026-05-08T10:51:22.049Z
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editor: markdown
dateCreated: 2026-05-08T10:51:22.049Z
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# 논문 배경 서술 + Contribution (최종안)

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## 배경

국제해사기구(IMO)의 온실가스 감축 전략 강화와 국내 「환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률(친환경선박법)」 시행에 따라, 전동기와 전력변환 장치를 이용한 전기추진선박의 도입이 가속화되고 있다. 전기추진선박은 기존 디젤 기관 대비 배출가스 저감 및 연료 효율 향상 측면에서 탁월한 성능을 보여 차세대 친환경 선박의 핵심 기술로 평가받고 있다.

선박의 전력망은 외부 계통의 지원 없이 독자적으로 전력을 수급하는 고립형 마이크로그리드(Isolated Microgrid)이다. 항해 중 전력 공급 중단은 추진 및 조타 능력 상실로 직결되어 인명의 안전을 심각하게 위협한다. 이에 따라 SOLAS, IEC 60092-501, KR 강선규칙 제6편 및 해양수산부 「전기추진 선박기준」 고시(2024)는 추진용 컨버터·인버터를 포함한 핵심 추진설비 전체에 대해 이중화(Redundancy) 설계를 의무화하고 있다.

현재 전기추진 전력 시스템은 통합 시스템 단위로 형식승인이 이루어지는 구조이다. 이 경우 구성 요소의 변경이나 확장 시 제어 로직의 전면 재설계 및 통합 시스템 단위의 재검증이 강제되는 비유연성(Inflexibility)의 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 각 전력변환 장치를 독립적으로 동작 가능한 모듈로 설계하고, DC 버스 전압을 모듈 간 유일한 인터페이스로 활용하는 접근이 요구된다. 이 구조에서는 통신 없이도 DC 버스 전압만으로 각 모듈이 자율적으로 협조 동작할 수 있으며, 단일 모듈을 병렬 확장함으로써 법적 이중화 요건을 자연스럽게 충족할 수 있다.

한편 전기추진선박은 운항 중 추진 동작뿐 아니라, 항만 정박 중 육상 전원(Shore Power)을 통한 ESS 충전이라는 상이한 두 가지 운전 조건을 하나의 전력변환 시스템에서 처리해야 한다. 본 연구에서는 별도의 충전기 없이 추진용 인버터가 충전기 역할을 겸용함으로써 시스템을 간소화하며, 이중화로 인한 부피·중량 증가를 부분적으로 상쇄한다. 그러나 전 세계 소규모 항만의 육상 계통은 전압 강하(Voltage Sag), 전압 고조파(V-THD) 등 전력 품질이 열악한 경우가 많아, 충전 모드에서도 안정적인 성능과 전류 품질을 보장하는 제어 전략이 필요하다.

결국 본 연구에서 제안하는 모듈화 전력변환 시스템은 운항 중 자율 협조 제어와 정박 중 약계통 Shore Power 충전이라는 두 가지 운전 조건 모두에서 안정적으로 동작함을 검증하는 것을 목표로 한다.

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## Contribution

본 연구는 이러한 배경 하에, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터 각 1기로 구성된 640VDC DC 링크 기반의 모듈화 전력변환 시스템을 대상으로 다음을 제안하고 실험적으로 검증한다.

- **DC 버스 전압 기반 모듈 간 자율 협조 제어**: DC 버스 전압을 유일한 모듈 간 인터페이스로 활용하여, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터가 통신 없이 자율적으로 협조 동작하는 구조를 설계하고 실험적으로 검증한다. 이 구조는 각 모듈의 독립적 형식승인을 가능하게 하며, 통신 장애 시에도 기본 추진 기능이 유지되는 Fail-safe 강건성을 확보한다. 모드 전환 시 과도 현상을 억제하기 위해 히스테리시스 밴드를 적용하였으며, 실험을 통해 안정적인 모드 전환이 이루어짐을 확인하였다.

- **약계통 Shore Power 대응 충전 전략**: 추진용 인버터를 충전기로 겸용하는 구조에서, 전압 강하(Voltage Sag) 발생 시에도 충전 연속성을 유지하는 Ride-Through 제어와, 전압 고조파(V-THD)가 높은 환경에서 전류 고조파(I-THD)를 억제하는 제어 전략을 제안하고 실험적으로 검증한다.

본 연구에서 채택한 640VDC는 실험 환경의 제약에 따른 것이며, 제안하는 제어 전략과 시스템 구조는 DC 링크 전압 레벨에 독립적으로 적용 가능하여 750VDC를 비롯한 다양한 전압 레벨의 시스템으로 확장될 수 있다.

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## 심사 방어 가이드 (참조)

**Q1. 통신 기반 제어보다 DC 버스 전압 기반 제어가 갖는 실질적인 신뢰성 우위는 무엇인가?**

통신 지연(Latency) 제거 및 통신 선로 단선 시에도 DC 버스 전압 기반 하위 제어 루프가 자율적으로 동작하여 시스템 셧다운 없이 기본 기능이 유지된다. 통신 장애가 단일 고장점(Single Point of Failure)이 되지 않는 Fail-safe 구조임을 강조한다.

**Q2. 전압 히스테리시스 밴드 설정 근거는?**

시스템의 허용 전압 변동률(통상 ±10% 이내)과 모드 전환 시 발생하는 오버슈트(Overshoot) 및 채터링(Chattering) 방지를 고려한 마진 설계를 수치와 함께 준비해둘 것.

**Q3. 인버터 겸용 시 하드웨어 분리는 어떻게 하는가?**

추진 모드와 충전 모드의 전환은 인터록 회로를 통해 동시 활성화를 방지하는 기본 안전 설계를 따른다. 본 연구의 핵심은 모드 전환 시의 DC 버스 전압 안정성 유지 제어에 있음을 강조한다.

**Q4. 통신 없이 각 모듈의 배터리 SOC 평준화가 가능한가?**

DC 버스 전압 기반 하위 제어 루프는 전압 안정성 유지를 우선한다. SOC 평준화는 상위 EMS(Energy Management System)의 역할로 분리하여 설명한다. 본 연구의 범위는 하위 제어 루프의 자율적 강건성 확보에 있음을 명확히 한다.

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## 주요 인용 문헌

> ⚠️ **확인 필요** 표시된 문헌은 실제 제목·저자·출판 정보를 직접 검증할 것.

| 내용 | 인용 문헌 | 확인 |
|---|---|---|
| 전기추진선박 분류 | KR, *Guidance for Electric Propulsion Ships*, 2016 | ✅ |
| 전원 이중화 의무 | IMO, SOLAS Ch. II-1, Reg. 40–41 | ✅ |
| 전기추진 설계 요건 | IEC 60092-501:2013 (or 2025) | ✅ |
| 국내 안전기준 | 해양수산부, 「전기추진 선박기준」 고시, 2024 | ✅ |
| Shore Power 표준 | IEC/IEEE 80005-1:2019 | ✅ |
| DC 배전 설계 가이던스 | KR, *Guidance for DC Distribution Systems*, 2022 | ⚠️ 확인 필요 |
| Shore Power 약계통 문제 | Voltage Drop Estimation during Shore Connection, MDPI Processes 2023 | ⚠️ 확인 필요 |
| Voltage Sag Ride-Through | IEEE 1668-2017 | ✅ |