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title: Chapter 1
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date: 2026-05-12T08:58:11.875Z
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dateCreated: 2026-05-12T08:58:11.875Z
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# 1. 서론

## 1.1 연구 배경

국제해사기구(IMO)는 2050년 탄소중립을 목표로 온실가스 감축 전략을 강화하고 있으며, 국내에서도 「환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률(친환경선박법)」의 시행에 따라 전기추진선박의 도입이 빠르게 확산되고 있다. 전기추진선박은 기존 디젤 기관을 전동기와 전력변환 장치로 대체함으로써 배출가스를 저감하고 연료 효율을 향상시킬 수 있어, 차세대 친환경 선박의 핵심 기술로 평가받고 있다 [1].

선박의 전력망은 외부 계통의 지원 없이 독자적으로 전력을 생산·공급·제어해야 하는 고립형 마이크로그리드(Isolated Microgrid)로 운용된다. 항해 중 전력 공급이 중단될 경우 추진력과 조타 능력을 즉각 상실하여 인명 안전에 심각한 위협이 된다. 이에 따라 SOLAS(국제해상인명안전협약)는 발전기 1기 상실 시에도 추진·조타 전력이 즉시 유지 또는 복구될 것을 규정하고 있으며 [2], IEC 60092-501 및 KR 강선규칙 제6편은 이를 추진용 컨버터·인버터를 포함한 핵심 추진설비 전체의 이중화(Redundancy) 요건으로 구체화하고 있다 [3][4]. 국내에서도 해양수산부 「전기추진 선박기준」 고시(2024)를 통해 이러한 이중화 설계를 법적으로 의무화하고 있다 [5].

현행 전기추진 시스템은 통합 시스템 단위의 형식승인 구조를 따르고 있어, 구성 소자의 변경이나 용량 증설 시 제어 로직의 재설계와 통합 재검증이 불가피하다. 이러한 폐쇄적 구조는 선종별 맞춤형 설계에 대한 비유연성(Inflexibility) 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위한 모듈화 접근이 연구되어 왔으나, 기존 연구들은 모듈 간 협조 제어를 위해 복잡한 통신 인터페이스나 중앙집중식 제어에 의존하는 경우가 많아 통신 장애 시 시스템 신뢰성이 저하되는 한계가 있었다 [X]. 따라서 별도의 통신 선로 없이 DC 버스 전압을 모듈 간 인터페이스로 활용하여 각 장치가 독립적으로 동작하면서도 시스템 전체의 확장성과 신뢰성을 동시에 확보하는 접근이 요구된다.

(XXX 그림: 기존 통합형 시스템과 본 연구의 모듈형 시스템 구조 비교도)

모듈화된 전력변환 시스템이 실제 선박 환경에 적용되기 위해서는 인증 효율화뿐 아니라, 가변적이고 불안정한 선박 전원 환경에서도 안정적으로 동작해야 한다. 선급 규정(IEC 60092-501, IEC 60092-101)은 정상 상태 AC 전압에서의 고조파 왜곡(THD) 요건만을 명시하고 있으나 [3][6], 실제 선박 발전기나 육상 전원(Shore Power)은 부하 변동에 따른 전압 강하와 왜곡이 빈번한 약계통(Weak Grid) 특성을 가진다 [7]. 비정상적인 AC 입력 전압의 고조파 왜곡(V-THD)은 정류부의 전류 파형을 왜곡시켜 전류 고조파(I-THD)를 악화시키며, 이는 배터리 및 전력 기기의 수명 단축과 오작동을 초래할 수 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 비정상 AC 입력 환경에서의 I-THD 억제에 대한 구체적인 제어 전략은 현행 규정 및 선행 연구에서 미비한 실정이다.

(XXX 그림: 선박 약계통에서 V-THD가 I-THD에 미치는 영향 파형 개념도)

## 1.2 연구 목적 및 내용

본 연구는 위에서 제시한 두 가지 기술적 과제를 해결하기 위해, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터 각 1기로 구성된 640VDC DC 링크 기반의 모듈화 전력변환 시스템을 제안한다. 이를 위해 500VDC 전원·부하 시뮬레이터와 380VAC 전원·부하 시뮬레이터를 양 단에 배치하고, 640VDC의 공유 DC 링크를 중심으로 양방향 3레벨 DC-DC 컨버터 및 DC-AC 인버터를 연동한 실험 플랫폼을 구축하여 시스템의 동작 특성을 실험적으로 검증한다. 본 연구의 주요 내용은 다음과 같다.

첫째, 간소화된 모듈식 전력변환 시스템을 설계한다. DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터 두 모듈만으로 시스템을 구성하여 부피와 중량을 절감하고, DC 버스 전압을 모듈 간 인터페이스로 활용하여 통신 없이 동작하는 제어를 설계한다. 이를 통해 통신 장애 시에도 기본 동작이 유지되는 강건성을 확보하며, 모듈 단위 독립 형식승인이 가능한 구조로 선급 인증 효율화에 기여한다. 또한 단일 모듈의 병렬 확장으로 법적 이중화 요건을 충족하는 구조를 시뮬레이션으로 검증한다.

둘째, 열악한 AC 전원 환경에서의 충전 전력 품질 개선 전략을 제안한다. 선박 발전기 및 Shore Power의 약계통 특성으로 인한 V-THD 변동 문제를 문헌 및 시뮬레이션으로 확인하고, 이러한 환경에서 충전 시 DC 버스 측에 발생하는 문제를 실험으로 확인한다. 이를 바탕으로 I-THD를 억제하는 제어 전략을 제안하고 실험으로 검증하며, 주어진 악조건에서도 IEC 60092-501 및 IEC 60092-101의 THD 요건을 만족함을 확인한다.

본 연구에서는 개념 검증(Proof of Concept)을 위해 640VDC 시스템을 기준으로 설계 및 실험을 수행하였으며, 제안하는 제어 전략과 시스템 구조는 DC 링크 전압 레벨에 독립적으로 적용 가능하여 750VDC를 비롯한 다양한 전압 레벨의 시스템으로 확장될 수 있다.

## 1.3 논문 구성

본 논문의 구성은 다음과 같다.

2장에서는 간소화된 모듈식 전력변환 시스템의 설계와 DC 버스 전압 기반 제어 방법을 기술하고, 다중 모듈 확장 시 이중화 동작을 시뮬레이션으로 검증한다.

3장에서는 선박 AC 전원의 약계통 특성 및 V-THD 문제를 분석하고, 열악한 AC 입력 환경에서의 I-THD 억제 제어 전략을 제안하며 실험으로 검증한다.

4장에서는 제안된 시스템의 실험 환경 구성과 각 챕터의 실험 결과를 종합적으로 제시한다.

5장에서는 본 연구의 결론과 향후 연구 방향을 기술한다.

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## 참고문헌

[1] 해양수산부, 「환경친화적 선박의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률」, 2020.

[2] IMO, *SOLAS Consolidated Edition*, Ch. II-1, Reg. 40–41, International Maritime Organization, London.

[3] IEC 60092-501:2013, *Electrical installations in ships – Part 501: Special features – Electric propulsion plant*, IEC, Geneva.

[4] Korean Register (KR), *Rules for the Classification of Steel Ships, Part 6*, 2024.

[5] 해양수산부, 「전기추진 선박기준」, 해양수산부 고시, 2024.

[6] IEC 60092-101, *Electrical installations in ships – Part 101: Definitions and general requirements*, IEC, Geneva.

[7] ⚠️ 선박 발전기 약계통 V-THD 변동 관련 문헌 — 확인 필요.

[X] ⚠️ 기존 모듈화 연구의 통신 의존성 한계 관련 문헌 — 확인 필요.