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| Introduction | true | 2026-05-07T03:30:08.745Z | markdown | 2026-05-07T03:30:08.745Z |
논문 배경 서술 (최종안)
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.
선박 전력 시스템은 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 SOLAS는 발전기 1기 상실 시에도 추진·조타 전력이 즉시 유지 또는 복구될 것을 요구하며, 주 busbar의 2섹션 분리와 부하 차단 수단을 의무화하고 있다. 이러한 원칙은 IEC 60092-501과 KR 강선규칙 제6편을 통해 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 항만의 육상 전원은 전압·주파수 불일치, 계통 용량 부족, 전압 강하 등 다양한 전력 품질 문제를 내포하고 있어, 열악한 계통 품질에서의 안정적 충전 전략은 해결이 필요한 기술적 과제로 남아 있다.
결국 전기추진 전력변환 시스템은 운항 중 단일 고장 상황에서의 이중화 동작과 정박 중 열악한 Shore Power 환경에서의 안정적 충전을 동시에 만족해야 한다. 이처럼 요구사항이 복잡하고 다양함에도 불구하고, 현재 전기추진 전력 시스템은 통합 시스템 단위로 형식승인이 이루어지는 구조이다. 이 경우 시스템을 구성하는 전력변환 장치의 사양이나 조합이 변경되면 전체 시스템에 대한 재인증이 요구될 수 있어, 다양한 선종과 출력 용량에 유연하게 대응하기 어렵다는 한계가 있다.
본 연구는 이러한 배경 하에, 640VDC DC 링크 기반의 모듈화 전력변환 시스템을 대상으로 다음을 제안하고 실험적으로 검증한다.
- DC 링크를 표준 인터페이스로 하는 모듈식 설계: 각 장치를 독립적으로 형식승인 받을 수 있어 선급인증 효율화에 기여
- Shore Power LVRT 충전 전략: 열악한 항만 전원 환경에서도 안정적 충전 유지
- 이중화 전략: 단일 고장 시에도 추진전력 지속 공급
- 장치 간 협조 제어 인터페이스 설계·검증: DC-DC 컨버터, 인버터, ESS 간 안정적 협조 동작
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.
주요 인용 문헌
| 내용 | 인용 문헌 |
|---|---|
| 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 |
| Shore Power 약계통 문제 | Voltage Drop Estimation during Shore Connection, MDPI Processes 2023 |