중전압 직류(MVdc) 전력 시스템은 전력 수요가 점증하는 전기 선박에 요구되는 높은 전력 밀도, 기동성, 견고성을 충족하는 강력한 해법을 제공한다. 그러나 직류 전력 시스템은 단락(쇼트서킷) 고장 관리 문제로 어려움을 겪는다. 이 문제를 해결하기 위해, 새로운 압전(piezoelectric) 구동 고속 기계식 스위치(FMS)와 순차적 금속-산화물 바리스터(MOV) 삽입 방식을 특징으로 하는 하이브리드 직류 차단기(dcCB)가 개발되었다. 핵심 혁신은 고장 전류를 신속히 소멸시키고 FMS의 무아크(arc-less) 동작을 보장하도록 설계된 비선형 인덕터 기반 고장 전류 전류차단(commutation) 전략이다. 포화 현상을 적절히 활용함으로써, 가변 인덕턴스를 갖는 인덕터는 전류가 0에 근접하도록 유지하여, 고장 전류 전류차단의 속도를 늦추지 않으면서도 FMS의 무아크 차단 개방이 가능하게 한다. 본 논문은 비선형 인덕터의 특성을 분석하고, 주파수 관련 인덕턴스 변동 및 포화 현상을 시간 영역에서 모델링하기 위해 프랙탈(fractal) RL 회로를 제시한다. 비선형 인덕터를 포함하는 차단기 회로의 모델을 바탕으로, 유전 알고리즘(GA) 기반 다목적 최적화 방법을 개발하여 고장 전류 전류차단 회로(FC3)를 설계한다. 비선형 인덕터 모델의 정확성과 최적화된 설계 방법을 확인하기 위해 4-kV 직류 전압 조건에서의 실험 결과를 제시한다.

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