HVDC, VSC vs LCC – HVDC 컨버터 기술의 차이점과 적용 사례

목차

1. LCC 컨버터의 원리와 특징

2. VSC 컨버터의 원리와 특징

3. LCC vs VSC: 기술 비교표

4. 실제 적용 사례 분석 -국내외 비교

5. 선택 기준: 어떤 방식이 더 나은가?

6. 산업 및 투자 관점에서 본 시사점

 

HVDC 컨버터 기술이 중요한 이유

HVDC(High Voltage Direct Current)는 초고압 직류 송전 기술로, 장거리 및 고용량 송전에 유리한 시스템입니다.
이 HVDC 시스템의 핵심 기술 중 하나가 바로 전력 컨버터입니다.

컨버터는 교류(AC) 전력을 직류(DC)로 변환하거나 그 반대를 수행하는 장비로,
어떤 방식의 컨버터를 사용하는지에 따라 전체 HVDC 시스템의 특성과 효율이 달라지게 됩니다.

현재 HVDC에서는 대표적으로 두 가지 방식이 사용되고 있습니다:

• LCC(Line Commutated Converter): 기존 고전압 송전에 널리 쓰이던 기술
• VSC(Voltage Source Converter): 최근 각광받는 차세대 컨버터 기술

두 방식은 각각 장점과 단점이 뚜렷하며, 적용 분야에서도 큰 차이를 보입니다.

 

VSC vs LCC – HVDC

 

1. LCC 컨버터의 원리와 특징

LCC(Line Commutated Converter)는 사이리스터(Thyristor)를 기반으로 동작하는 HVDC 변환 기술입니다.
전통적으로 가장 많이 사용되어 온 방식으로, 60년 이상의 운용 경험이 있으며 대규모 전력 송전에 특화되어 있습니다.

주요 특징

• 고용량 처리 가능: 수천 MW 규모까지 처리 가능
• 경제성 우수: 대규모 설비 구축 시 단가가 낮음
• 상호계통 연계 어려움: 상대 계통에 강한 전압원이 존재해야 함
• 교류 전압에 의존적: 정류·역류 모두 교류 전압 파형의 위상에 따라 작동

기술 제약

• 무효전력 보상 설비 필요
• 필터 및 안정화 장비 필수
• 교류망이 없는 고립 계통에서는 사용 불가

따라서 LCC는 장거리 지상 송전과 같이 대규모 고정형 인프라에 최적화된 방식입니다.

 

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2. VSC 컨버터의 원리와 특징

VSC(Voltage Source Converter)는 IGBT(절연 게이트 양극 트랜지스터) 또는 GTO 등 고속 스위칭 반도체를 이용하는 방식입니다.
1990년대 이후 상용화되기 시작했으며, 소형화, 제어 유연성, 신재생 연계성에서 강점을 가집니다.

주요 특징

• 자체 전압 생성 가능: 교류망이 없어도 구동 가능 (무전압 시동 가능)
• 양방향 전력 제어 우수: 전력 흐름의 방향 및 크기를 실시간 제어
• 무효전력 제어 가능: 계통 안정화에 기여
• 모듈화 설계 가능: 설치 유연성 증가

기술 제약

• 용량 한계: 1000~1500MW 이하가 일반적
• 고비용: 초기 투자비용 및 부품 단가가 높음
• 열 관리 복잡성: 고속 스위칭에 따른 발열 문제 존재

따라서 VSC는 도심, 해상풍력, 섬 지역, 수소 플랜트 등에서 필수적인 기술로 떠오르고 있습니다.

 

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3. LCC vs VSC: 기술 비교표

항목, LCC (Line Commutated), VSC (Voltage Source)

 

사용 소자	Thyristor	IGBT, GTO
구동 조건	강한 교류망 필요	독립 작동 가능
전력 흐름 제어	불가능 (자연 역전)	양방향 정밀 제어 가능
필터 필요 여부	필수 (고조파 필터)	거의 불필요
무효전력 제어	불가	가능
용량	수천 MW 가능	~1500MW 수준
설치 환경	지상/대륙 간	해상/도심/섬 등

 

이처럼 전력 흐름 제어·제약·시공성에서 두 방식은 매우 상이한 특성을 가집니다.

 

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4. 실제 적용 사례 분석 – 국내외 비교

(1) LCC 적용 사례

• 중국 ‘서전동송(西电东送)’ 사업
  : 약 3000km 거리의 내륙 수력 발전 전력을 대도시에 공급
• 북미 HVDC 연결선
  : 대규모 석탄 및 수력 발전소와 도시 간의 장거리 송전 수행
• 한국 제주~해남 간 해저 HVDC 1차 연계 (LCC 방식)
  : 해상망이 아닌 기존 교류망 보완 목적

(2) VSC 적용 사례

• 독일 BorWin 프로젝트
  : 북해 해상풍력 전력을 VSC 기반 HVDC로 육지 송전
• 영국-노르웨이 North Sea Link
  : 국가 간 에너지 전송용 차세대 HVDC
• 한국 동해안~수도권 HVDC 연계(계획)
  : VSC 적용 예정으로 도심 송전 효율화

실제 설비의 적용은 현장의 전력 조건, 설치 환경, 정책 방향성에 따라 선택됩니다.

 

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5. 선택 기준: 어떤 방식이 더 나은가?

LCC와 VSC는 우열을 가릴 수 있는 관계가 아닙니다.
사용 목적과 조건에 따라 선택 기준이 달라지며, 아래와 같은 기준이 일반적입니다.

목적적합, 방식

 

장거리 대용량 송전	LCC
도심/제한 공간	VSC
해상풍력 연계	VSC
기존 교류망 연계	LCC
계통 안정성 강화	VSC
설비 단가 절감	LCC

특히 2020년대 이후에는 VSC 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며,
이는 분산형 전원 및 재생에너지 확대와 밀접한 연관이 있습니다.

6. 산업 및 투자 관점에서 본 시사점

⮞ HVDC 시장 성장

• 2030년까지 연평균 10% 이상의 성장률
• 주요 참여 기업: Siemens, Hitachi Energy, LS ELECTRIC, 효성중공업, ABB 등

⮞ 반도체 및 전력전자 연계

• VSC 확산은 IGBT, SiC 기반 전력반도체 시장 성장으로 직결
• 국산화 과제 및 소재 산업 육성 이슈와 연결 가능

⮞ 고부가가치 프로젝트 다수

• 도심 지중 송전, 에너지 저장장치(ESS) 연계 등 고수익 프로젝트 증가
• 정부 에너지 인프라 투자 수요에 대응 가능

 

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결론

기술 전환기의 HVDC 컨버터 전략

HVDC 컨버터 기술은 단순한 전력 변환을 넘어서, 국가 전력 전략과 산업경쟁력의 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다.

• LCC는 검증된 장거리 송전 설루션,
• VSC는 미래지향적인 다목적 스마트 그리드 요소

앞으로는 두 기술의 융합 및 하이브리드 구성도 본격화될 것이며,
이는 기술 개발자, 정책 수립자, 투자자 모두에게 전략적 고려 대상이 될 것입니다.