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title: Master Thesis V2
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published: true
date: 2026-05-07T03:00:19.756Z
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editor: markdown
dateCreated: 2026-05-05T07:34:01.428Z
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# 전기추진 선급인증 효율화를 위한 모듈식 전력변환 시스템

## 흐름 A
1. 전기추진선박이 빠르게 확산되고 있다 (IMO GHG, 친환경선박법)
1. 선박은 고립 전력망 → 신뢰성·안정성이 최우선 → SOLAS/IEC/KR이 이중화를 의무화
1. 정박 중 Shore Power 충전 필요, 항만 전원 품질 열악한 경우 많음.
1. 운항 중 이중화와 정박 중 충전 안정성을 모두 만족해야 한다
### 이를 위하여..
- Shore Power LVRT 충전 전략
- 이중화 전략
- 장치 간 협조 제어 인터페이스 설계·검증
- 모듈식 구조(?)

## 흐름 B
1. 전기추진선박이 빠르게 확산되고 있다 (IMO GHG, 친환경선박법)
1. **전기추진 전력 시스템은 시스템 단위로 형식승인. 구성 변경 시 전체 재인증이 요구, 다양한 선종과 용량에 유연하게 대응어려움.**
1. 선박은 고립 전력망 → 신뢰성·안정성이 최우선 → SOLAS/IEC/KR이 이중화를 의무화
1. 정박 중 Shore Power 충전 필요, 항만 전원 품질 열악한 경우 많음.
1. 운항 중 이중화와 정박 중 충전 안정성을 모두 만족해야 한다
### 이를 위하여..
- DC 링크를 표준 인터페이스로 하는 모듈식 설계
- Shore Power LVRT 충전 전략
- 이중화 전략
- 장치 간 인터페이스 설계·검증

## 배경 from claude 
- 국제해사기구(IMO)의 온실가스 감축 전략과 국내 친환경선박법 시행을 배경으로, 전기추진선박의 도입이 빠르게 확산되고 있다. 전기추진선박은 디젤 기관을 전동기와 전력변환 시스템으로 대체함으로써 배출 가스를 저감하고 연료 효율을 높일 수 있다는 점에서 차세대 친환경 선박의 핵심 기술로 주목받고 있다.

- 그러나 선박 전력 시스템은 육상 계통과 본질적으로 다른 운용 환경을 가진다. 선박은 외부 계통의 지원 없이 자체적으로 전력을 생산·공급·제어해야 하는 완전 고립형 독립 전력망으로 운용된다. 이러한 환경에서 전력 공급의 중단은 추진력과 조타 능력의 상실로 직결되며, 이는 항해 중 인명 안전에 즉각적인 위협이 된다. 이 때문에 SOLAS(국제해상인명안전협약)는 선박 전원 측에 대해 최소 2세트의 발전기 구성을 의무화하고, 발전기 1기 상실 시에도 추진·조타 전력이 즉시 유지 또는 복구될 것을 요구한다. 나아가 주 busbar의 2섹션 분리와 부하 차단(load shedding) 수단을 통해 단일 고장이 전체 추진력 상실로 이어지지 않도록 규정하고 있다. 이러한 원칙은 IEC 60092-501과 KR 강선규칙 제6편을 통해 발전기뿐 아니라 추진용 컨버터·인버터를 포함한 핵심 추진설비 전체의 이중화 요건으로 구체화되며, 해양수산부 「전기추진 선박기준」 고시(2024)는 이를 국내 선박에 명시적으로 의무화하고 있다.

- 한편 전기추진선박의 보급 확대와 함께, 항만 정박 중 육상 전원(Shore Power)을 활용한 ESS 충전이 중요한 운용 요소로 부상하고 있다. 그러나 전 세계 항만, 특히 소규모 항만과 개발도상국 항구의 육상 전원은 전압·주파수 불일치, 계통 용량 부족, 전압 강하 등 다양한 전력 품질 문제를 내포하고 있다. 이는 충전 과정에서의 불안정 동작, 충전 중단, 나아가 ESS 손상으로 이어질 수 있다. IEC/IEEE 80005 시리즈는 Shore Power 시스템의 국제 표준으로서 연결 인터페이스와 제어 요건을 규정하고 있으나, 열악한 계통 품질에서의 안정적 충전 전략은 여전히 해결이 필요한 기술적 과제로 남아 있다.
- 결국 전기추진선박의 전력 시스템은 두 가지 운용 조건 모두에서 안정적으로 동작해야 한다. 운항 중에는 발전기 또는 ESS의 단일 고장, busbar 이상 등에도 추진전력을 지속 공급할 수 있어야 하며, 정박 중에는 열악한 Shore Power 환경에서도 안정적으로 충전을 수행할 수 있어야 한다. 이 두 요구사항을 동시에 만족하기 위해서는 이중화 구조, Shore Power 전압 이상 대응 전략, 그리고 DC 링크를 공유하는 다중 장치 간 협조 제어 인터페이스를 통합적으로 설계하는 것이 필요하다.
- 최근 선박 전력 시스템은 AC 배전에서 DC 배전으로의 전환이 가속화되고 있다. DC 배전 방식은 가변속 발전기와 배터리의 직접 연결을 가능하게 하고, 전력변환 단수를 줄여 효율을 높이며, 모듈화된 시스템 구성을 통해 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다. KR DC 배전 시스템 가이던스(2022)는 전기추진 설비에 대해 최대 3,000V DC까지의 공급 전압을 허용하며, DC 배전 시스템 설계 요건을 규정하고 있다. 이러한 흐름 속에서 선박용 저압 DC 시스템의 링크 전압은 750VDC를 중심으로 수렴되는 추세이며, 실제 해양용 DC-DC 컨버터 제품군에서도 750VDC를 표준 전압으로 채택하는 사례가 증가하고 있다.
- 본 연구는 이러한 배경 하에, 640VDC DC 링크 기반의 모듈화 전력변환 시스템을 대상으로, Shore Power 전압 이상 환경에서의 안정적 충전 전략, 이중화 구조 설계, 및 장치 간 협조 제어 인터페이스를 통합적으로 제안하고 실험적으로 검증한다. 본 연구에서 채택한 640VDC는 연구 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.
## 배경 & 왜
1. 배경 조사 ( + 업체 도면 등 )
1. 실제의 어려움 조사 ( 업체 등 연락 )
1. 선박 전력 시스템의 신뢰성·안정성 요구사항
선박 전력 시스템은 육상 계통과 달리 islanded microgrid로 운용. 외부 계통의 지원 없이 자체 발전·공급·보호가 이루어지므로, 단일 고장(single fault)이 곧 추진력 상실·인명 위험으로 직결될 수 있다. 이 특성이 선박 전력 시스템 설계에서 신뢰성과 안정성을 최우선 요구사항으로 만드는 근본 이유이다.

#### (1) 전원 이중화 (Redundancy)
- IEC 60092-501 : 추진 전원 및 제어 계통 이중화
- KR/해수부 고시: 추진 핵심설비 이중 설치 요건 명시
- SOLAS(International Convention for the Safety of Life at Sea) : 주 전원 소스 이중화 조건
- 전기추진선박의 추진전원 이중화는 발전기부터 인버터·컨버터까지 전체 추진 전력 경로에 걸쳐 단일 고장이 추진력 상실로 이어지지 않도록 설계되어야 한다. 발전기는 최소 2세트를 구성하여 1기 상실 시에도 즉시 추진전력을 유지 or 복구 할 수 있어야함. 주 busbar는 최소 2섹션으로 분리하며 load shedding 수단을 갖춰야 합니다(SOLAS). 추진용 인버터·컨버터를 포함한 핵심 추진설비 역시 이중 설치가 의무화.
- 3가지 인증에서 모두 단일 고장(single fault)이 전체 추진력 상실로 이어지지 않도록 설계 의무화

#### (2) 전력 관리 시스템 (PMS, Power Management System)
- IEC 60092-501: PMS를 필수 구성요소로 명시
- 발전기 부하 균형, 과부하 방지, 우선순위 트리핑(preference tripping) 제어

1. Small Vessels & Boats (Small Craft)
Power Range: 5 kW to 25 kW
Application: Small day boats, sailing yachts, and canal boats.
Example: An 8 kW electric inboard motor can propel an 8-ton, 9-meter boat at roughly 2.6 knots.
Modular Systems: Many modern systems offer modular setups starting around 20 kW for small boats.
2. Passenger Ferries and Coastal ShipsPower 
Range: 100 kW to over 1,000 kW (1 MW)
Application: Short-range, high-torque applications like river ferries.
Example: A 12-meter, 42-passenger catamaran may use dual 5.5 kW motors, while larger ferries can exceed 1,000 kW.Battery 
Example: Large electric ferries (e.g., in Norway) often use 4,100 kWh or higher battery banks for propulsion.
3. Commercial & Industrial Vessels (Heavy-Duty)
Power Range: 500 kW to 10+ MW
Application: LNG carriers, offshore service vessels (OSV), and icebreakers.
Example: Arctic icebreakers may use twin DC electric motors up to 8.8 MW (8,800 kW) each.
Modular Commercial: High-power systems can be combined in parallel to reach up to 1,000 kW (1 MW) per system for heavy-duty ships.
## 어떻게 개선할지
1. 프로텍션, 안정성, 이중화?
- 약한 Shore Power에서의 동작 알고리즘과프로텍션
- 나쁜 Shore Power에서의 동작 알고리즘과 프로텍션
2. 장치들끼리 동작 인터페이스 구성
- 항구 환경을 고려한 전압, 용량 선정
3. 이중화 전략
4. Droop Control... 이중화, 병렬화를 위해서는 필수..

## Shore Power Definition
- 3상 AC Voltage ( 380, 440 타겟 )
- DC Voltage(있기는함)

## 약한 Shore Power에서의 동작
- 3상 AC전압, DC 전압?
- 계통 전압의 전압 드롭을 방지하거나 일정 수치 이하로 떨어지지 않을 수 있도록 동작해야함
- 발전만.
- 상 불평형 혹은 LVRT 시 동작.

## 나쁜 Shore Power에서의 동작
- LVRT 전류제어 알고리즘으로 I-THD 개선 ( 이 I-THD가 그대로 DC전압에 반영된다 )
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## 스위칭 주파수
- 가변 스위칭 주파수?
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