전력 전자의 기술 동향 - 전력 전자 시장의 인버터 -

전력전자 시장에서 컨버터보다는 못하지만 그래도 많이 쓰이는 부품 중 하나인 인버터에 대한 소개와 최신 기술 동향에 대해서  포스팅해 보겠습니다.

 

 

Radio Shaek사의 상용 인버터 예시

 

 

 - 전력 전자용 인버터 소개-

 

인버터는 전력 전자 제품 시장에서 중요한 역할을 합니다. 인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 전자 장치입니다. 인버터는 재생 에너지 시스템, 전기 자동차, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 가전제품, 산업 장비 등 다양한 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 이러한 분야에서 인버터의 일반적인 사용 예시는 아래와 같습니다.

1. 재생 에너지 시스템

인버터는 태양광 발전(PV) 시스템과 풍력 발전 시스템에서 중요한 구성 요소입니다. 태양광 발전 시스템에서 인버터는 태양광 패널에서 생성된 직류 전력을 전력망과 호환되는 교류 전력으로 변환하거나 로컬 소비를 위해 변환합니다. 풍력 발전 시스템에서 인버터는 풍력 터빈에서 생성된 가변 주파수 AC 전력을 그리드 연결을 위해 안정적인 AC 전력으로 변환합니다.

2. 무정전 전원 공급 장치(UPS)

인버터는 전력망 정전 시 백업 전력을 공급하는 UPS 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 주 전원 공급 장치에 장애가 발생하면 UPS는 AC 전원에서 배터리 전원으로 전환하고, 인버터는 배터리의 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 연결된 장치에 지속적인 전기 공급을 유지합니다.

3. 소비자 가전

인버터는 노트북, 휴대폰, 텔레비전 등 다양한 소비자 전자 기기에 사용됩니다. 인버터는 배터리 또는 전원 어댑터의 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 장치를 작동시킵니다.

4. 산업용 장비

인버터는 모터 드라이브, HVAC 시스템, 전력 컨디셔닝과 같은 산업용 애플리케이션에서 광범위하게 사용됩니다. 모터 드라이브에서 인버터는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 전기 모터의 속도와 토크를 제어합니다. HVAC 시스템에서 인버터는 컴프레서와 팬의 속도를 조절하여 에너지 효율을 개선합니다. 전력 컨디셔닝에서 인버터는 특정 산업 공정에 맞게 전압 및 주파수와 같은 전력 품질을 변환하고 조절하는 데 사용됩니다.

 

 - 최근 전력 전자 시장에서 인버터의 사용 예시-

전력 전자 시장은 재생 에너지원의 채택 증가, 교통수단의 전기화, 효율적인 전력 관리 시스템에 대한 수요로 인해 빠르게 성장하고 있습니다. 인버터 기술은 더 높은 전력 용량, 향상된 효율성, 향상된 그리드 통합에 대한 요구를 충족하기 위해 발전하고 있습니다. 예전부터 사용하던 분야가 아닌 새로운 시장에서 인버터는 여러 가지로 활용되고 있습니다. 아래는 최근 전력 전자 인버터를 사용하는 애플리케이션들의 몇 가지 예입니다.

1. 전기 자동차(EV) 충전기

전기 자동차의 채택이 증가함에 따라 빠르고 효율적인 EV 충전 인프라에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 전력 전자 인버터는 고전력 EV 충전기에 사용되어 전력망의 AC 전력을 차량 배터리 충전을 위한 DC 전원으로 변환합니다. 이러한 인버터는 고급 전력 변환 기술을 통합하여 고속 충전을 가능하게 하는 동시에 높은 효율과 전력 품질을 보장합니다.

2. 주거용 에너지 저장 시스템

리튬 이온 배터리 시스템과 같은 가정용 에너지 저장 시스템이 주거용 애플리케이션에서 인기를 얻고 있습니다. 인버터는 이러한 시스템의 필수 구성 요소로, 배터리의 DC 전원을 가정에서 사용할 수 있는 AC 전원으로 변환할 수 있게 해 줍니다. 이러한 인버터에는 그리드 상호 작용 기능, 사용 시간 최적화, 재생 에너지원과의 통합과 같은 스마트 기능이 포함되어 에너지 효율과 비용 절감을 극대화하는 경우가 많습니다.

3. 그리드 형성 인버터

전통적으로 전력망은 전압 및 주파수 제어를 위해 동기식 발전기에 의존해 왔습니다. 그러나 재생 에너지원의 보급이 증가함에 따라 그리드 형성 인버터가 각광을 받고 있습니다. 이러한 인버터는 안정적인 그리드 전압이나 주파수 레퍼런스에 의존하지 않고도 그리드에 안정적이고 동기화된 AC 전력을 공급할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다. 재생 에너지를 그리드에 통합하고 그리드 안정성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

4. 고전압 직류(HVDC) 전송 시스템

HVDC 전송 시스템은 교류 전송에 비해 손실이 적은 장거리 전력 전송에 사용됩니다. 전력 전자 인버터는 교류 전력을 고전압 직류 전력으로 변환하여 장거리 송전을 효율적으로 수행하기 위해 HVDC 시스템에 사용됩니다. 수신단의 인버터는 고전압 DC를 배전을 위해 다시 AC 전력으로 변환합니다.

5. 마이크로그리드

마이크로그리드는 독립적으로 또는 주 전력망과 함께 작동할 수 있는 지역화된 에너지 시스템입니다. 전력 전자 인버터는 마이크로그리드에서 재생 에너지원, 에너지 저장 시스템, 로컬 부하를 비롯한 다양한 전원과 부하 간의 전력 흐름을 관리하는 데 사용됩니다. 인버터는 전력 품질, 주파수 및 전압 수준을 제어하여 마이크로그리드의 안정성과 신뢰성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

6. 데이터 센터

데이터 센터는 클라우드 컴퓨팅 및 디지털 서비스에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 안정적이고 효율적인 전력 분배가 필요합니다. 전력 전자 인버터는 데이터 센터에서 중요한 IT 장비에 중단 없는 고품질 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 이러한 인버터는 효율적인 전력 변환, 로드 밸런싱, 백업 전원 공급을 보장하여 데이터센터의 운영을 지원합니다.

 

 - 최근 전력 전자 시장에서 사용하는 인버터 종류들-

전력 전자 산업은 재생 에너지, 전기화, 에너지 관리의 발전에 힘입어 끊임없이 진화하고 있으며, 다양한 애플리케이션을 위한 혁신적인 인버터 기술 개발로 이어지고 있습니다. 최신 전력 전자 인버터는 다양한 유형으로 제공되며, 각 유형은 특정 애플리케이션 및 요구 사항에 맞게 설계되었습니다. 아래는 요새 사용하는 인버터들의 종류를 정리하였습니다.

1. 전압 소스 인버터(VSI)

전압 소스 인버터는 가장 일반적으로 사용되는 인버터 중 하나입니다. 고정된 DC 전압을 제어 가능한 크기와 주파수를 가진 AC 전압으로 변환합니다. VSI는 모터 드라이브, 재생 에너지 시스템, UPS 시스템과 같은 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

2. 전류 소스 인버터(CSI)

전류 소스 인버터는 고정된 DC 전류를 제어 가능한 크기와 주파수의 AC 전류로 변환하여 작동합니다. CSI는 높은 단락 허용 오차가 필요한 애플리케이션에 적합하며 전기 드라이브, 그리드 연결 시스템 및 일부 유형의 재생 에너지 시스템에서 찾을 수 있습니다.

3. 펄스폭 변조(PWM) 인버터 

PWM 인버터는 사인파와 같은 파형의 AC 출력을 생성하도록 설계되었습니다. 고주파 스위칭 기술을 사용하여 출력 파형의 펄스폭을 제어함으로써 이를 달성합니다. PWM 인버터는 주거용 및 상업용 계통 연계형 태양광 인버터와 같이 고품질 AC 전력이 필요한 애플리케이션에서 널리 사용됩니다.

4. 멀티레벨 인버터

멀티레벨 인버터는 여러 레벨의 DC 전압을 사용하여 출력 전압을 합성하여 고품질의 AC 출력 파형을 생성하도록 설계되었습니다. 기존 인버터에 비해 전압 파형 품질이 개선되고 고조파 왜곡이 감소하며 전압 레벨이 더 높습니다. 멀티레벨 인버터는 일반적으로 HVDC 전송, 재생 에너지 시스템, 모터 드라이브와 같은 고전력 애플리케이션에 사용됩니다.

5. 그리드 연계형 인버터

그리드 연계형 인버터는 전력망에 연결된 재생 에너지 시스템을 위해 특별히 설계되었습니다. 태양광 패널이나 기타 재생 가능 에너지의 DC 전원을 그리드와 동기화된 AC 전원으로 변환합니다. 또한 그리드 연결 인버터는 그리드 동기화 및 전력 품질 제어 기능을 통합하여 유틸리티 그리드와 안전하고 효율적으로 통합할 수 있습니다.

6. 독립형 인버터

독립형 인버터(오프그리드 인버터라고도 함)는 유틸리티 그리드 연결을 사용할 수 없는 애플리케이션에 사용됩니다. 독립형 인버터는 배터리, 태양광 패널 또는 기타 소스의 DC 전원을 독립형 전기 시스템용 AC 전원으로 변환합니다. 독립형 인버터에는 종종 배터리 충전 기능이 포함되며 독립적인 전원 공급을 위한 에너지 관리 기능이 통합될 수 있습니다.

7. 3 레벨 인버터

3 레벨 인버터는 세 가지 전압 레벨로 출력 전압을 제공하여 고조파 왜곡을 줄이고 전반적인 전력 품질을 개선하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 모터 드라이브, 재생 에너지 시스템, UPS 애플리케이션에 사용됩니다.

이는 최신 전력 전자 인버터의 유형 중 몇 가지 예에 불과합니다. 인버터 유형 선택은 특정 애플리케이션 요구 사항, 전력 용량, 효율성, 비용 고려 사항 및 원하는 전력 품질에 따라 달라집니다. 전력 전자 산업은 지속적으로 혁신하여 더욱 진보되고 전문화된 인버터 설계를 개발하고 있습니다.

 

이상, 전력전자 시장에서 사용하는 인버터에 대한 소개와 최신 기술 동향에 대해서  포스팅을 마치겠습니다.

긴 글 읽어봐 주셔서 감사드립니다.