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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

강윤수 (국민대학교, 국민대학교 일반대학원)

지도교수
노정욱
발행연도
2021
저작권
국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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최근 다양한 전자기기의 사용 증가 등으로 세계 에너지 소비량은 점점 증가하고 있다. 이에 비해 지구온난화 등 환경오염을 유발하는 화석연료 사용은 감소하고 있으며 이를 대체하기 위한 신재생에너지 사용은 증가하고 있다. 그러나 신재생에너지는 불규칙한 출력 특성이 존재하기 때문에 이를 보완해 줄 수 있는 장치인 ESS(Energy Storage System)와 함께 사용되고 있으며 이로 인한 ESS의 사용이 증가하고 있다. ESS는 재생에너지와 연계해 출력을 안정적으로 유지시켜줄 뿐 아니라 부하 이동을 통한 소비자의 전기세 저감, 예비전력 확보 등 다양한 기능을 수행한다. 더욱이 최근에는 전 세계적으로 ESS 발전량 규모가 매우 커지고 있다. 따라서 추후 ESS 시장은 더욱 성장할 것으로 전망된다. 본 논문에서는 기존 ESS들의 단점을 보완해 개발한 Portable ESS에 대해 간단히 소개하며 Portable ESS에 적용한 다양한 기술 중 2가지를 서술한다. 첫 번째는 고속 응답 계통연계형 인버터 제어기술이며 두 번째는 복전 시 인버터 고속 절체 기술이다.
첫 번째 기술을 살펴보면, 기존 ESS에서 사용되던 계산이 복잡하고 반응속도가 느린 PLL 제어 방식이 아닌 간단하면서 고속 반응을 보이는 가변 DC LINK 제어 방식을 사용했다. 이는 고속 반응뿐 아니라 다양한 계통 환경에 대해서도 안정적으로 전류 출력이 가능하다는 장점이 있다. 두 번째 기술을 살펴보면, UPS MODE 운용 중 복전 사고가 발생한다면 급격한 전압 및 전류의 변화를 동반해 인버터에 2차 사고를 유발한다. 이는 인버터 고장 또는 부품의 폭발과 같은 상황을 초래할 수 있다. 이에 대해 다양한 Protection 방안을 적용함으로써 복전사고에 대한 문제를 해결하였다.
최종적으로 본 논문에서는 이를 검증하기 위해 두 기술에 대한 이론적 해석을 제시하고 모의실험과 3kW급 보드 제작을 통해 제안 방식의 실효성 및 타당성을 검증하였다.

목차

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.1.1 기존 ESS의 장. 단점(3kW 이하의 가정용 ESS 제품 비교) 3
1.2 Portable ESS 소개 5
1.2.1 Portable ESS의 구성 5
1.2.2 Portable ESS의 MODE 6
1.2.3 Portable ESS의 기술개요 7
Ⅱ. Portable ESS의 전류주입 원리 8
2.1 Portable ESS의 전류주입 수식화 8
2.1.1 Portable ESS의 Inverter 구성도 8
2.1.2 전류주입 해석 및 회로 간소화 9
2.1.3 전류주입 식 도출 13
2.2 실제 회로에 적용한 Portable ESS의 전류주입 16
2.2.1 인버터 전류인 식 (14)를 이용한 전류주입의 문제점 16
2.2.2 실제 회로에 적용된 전류주입 원리 및 방안 18
Ⅲ. 고정 DC LINK를 적용한 Portable ESS 20
3.1 고정 DC-LINK를 적용한 전류주입 20
3.1.1 고정 DC LINK를 적용한 전류주입의 문제점 20
3.2. 고정 DC LINK를 적용한 Portable ESS의 전류주입 모의실험 21
3.2.1 계통 전압 220Vrms에서의 모의실험 결과 22
3.2.2 계통 전압 200Vrms에서의 모의실험 결과 23
3.2.3 계통 전압 240Vrms에서의 모의실험 결과 24
Ⅳ. 가변 DC LINK를 적용한 Portable ESS 25
4.1 가변 DC-LINK를 적용한 전류주입 25
4.1.1 가변 및 고정 DC LINK를 제어방식의 전환원리 25
4.1.2 가변 DC LINK의 생성원리 27
4.1.3 가변 DC LINK의 전류주입 28
4.2 가변 DC LINK를 적용한 Portable ESS의 전류주입 모의실험 29
4.2.1 계통 전압 220Vrms에서의 PSIM 모의실험 결과 30
4.2.2 계통 전압 200Vrms에서의 PSIM 모의실험 결과 31
4.2.3 계통 전압 240Vrms에서의 PSIM 모의실험 결과 32
4.3 고정 및 가변 DC LINK를 적용한 ESS의 전류주입 비교 33
4.3.1 고정 및 가변 DC LINK의 전류주입 모의실험 비교 33
4.4 가변 DC LINK를 적용한 Portable ESS의 전류주입 실험 34
4.4.1 계통 전압 220Vrms/60Hz에서의 실험 결과 36
4.4.2 계통 전압 200Vrms/60Hz에서의 실험 결과 37
4.4.3 계통 전압 240Vrms/60Hz에서의 실험 결과 38
4.4.4 가변 DC LINK를 적용한 Portable ESS의 전류주입 실험 결과 39
Ⅴ. UPS MODE 운용 중 복전사고에 대한 대책 40
5.1 복전사고 발생 시 문제점과 전류 수식화를 통한 방안 모색 40
5.1.1 UPS MODE 운용 중 복전사고로 발생하는 문제점 40
5.1.2 복전사고 발생에 대한 인버터 전류 수식화 41
5.2 UPS MODE 운용 중 복전사고에 대한 Protection 방안 44
5.2.1 MCU를 통한 과전류 Protection 45
5.2.2 전압 기울기 정보를 이용한 Protection 45
5.2.3 Analog Circuit을 이용한 과전류 Protection 46
5.3 Portable ESS의 복전사고 발생에 대한 Protection PSIM 모의실험 47
5.3.1 보호회로를 적용하지 않은 복전사고 PSIM 모의실험 48
5.3.2 보호회로를 적용한 복전사고 PSIM 모의실험 (전압 기울기 Protection) 49
5.3.3 보호회로를 적용한 복전사고 PSIM 모의실험 (과전류 Protection) 50
5.4 Portable ESS의 복전사고 발생에 대한 Protection 실험 51
5.4.1 전압 기울기로 발생 된 Protection 52
5.4.2 과전류로 발생 된 Protection 53
Ⅵ. 결 론 55
Ⅶ. 향후계획 56
참고문헌 57
Abstract 59

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