본 논문에서는 전차원 관측기를 이용한 유도기의 센서리스 운전에서 제정수 오차가 제어 성능에 미치는 영향을 수식적으로 분석하였다. 주파수 응답 함수를 이용해 실제 자속과 추정 자속의 관계를 운전 속도와 슬립 주파수의 함수로 나타내었다. 적응(adaptive) 법칙을 이용하여 추정 속도를 수식에서 제거하였다. 또한 각오차가 존재하는 상황에서 전류 운전점 변화를 고려하여 슬립 주파수를 토크 지령으로 변환하였다. 결과적으로 모든 운전 속도와 토크 지령에 대해서 임의의 제정수 오차가 시스템의 안정도, 속도 오차 및 토크 오차에 미치는 영향을 계산할 수 있는 수식을 구하였다. 기존의 분석 방법들이 많은 시뮬레이션과 실험을 통해 제정수의 영향을 평가했던 것과 달리, 구해진 수식에 근거하여 계산을 통해 빠르게 주어진 센서리스 운전 방법을 평가할 수 있는 방법을 제공하였다. 제안된 분석 방법은 시뮬레이션과 실험을 통해 검증되었다.

본 논문은 Modular Scalable Inverter System에서 큰 부피를 차지하는 인덕터를 저감하기 위한 방법을 제안한다. 최근 전력분야에서는 모듈형 전력변환 시스템을 사용함으로써 다양한 시스템에 필요한 전력을 공급하여 효율을 증가시키고 신뢰성을 높이는 방법들이 대두되고 있다. 하지만 모듈을 병렬로 사용하는 경우에는 모듈 간에 흐르는 순환 전류가 발생하게 된다. 이런 순환전류는 부하로 전력을 공급하지 않기 때문에 시스템 효율을 떨어트리고 전류제어 및 부하 분담을 방해한다. 따라서 병렬형 인버터에는 출력에 순환전류 저감을 위한 인덕터를 사용해야 한다는 단점이 있다. 모듈형 전력변환 장치에서 큰 크기의 출력 인덕터는 시스템 사이즈를 늘리고 비용을 증가시키고 전력밀도가 낮아지게 된다. 따라서 GaN HEMT (Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor) 기반 인버터와 순환전류 저감 알고리즘을 사용하여 고속 스위칭을 함으로써 동일한 순환전류 저감 성능을 확보하지만 출력 인덕터의 크기를 줄이는 방안을 제시한다.

이 논문은 이관성 시스템에서 능동 외란 제거 제어(Active Disturbance Rejection Control, ADRC) 기반의 진동 저감 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법은 축소 차원 ADRC를 기반으로 구성하였다. ADRC 이론에 기반한 제어 이론은 전체 토크 중 전동기 측의 관성 모멘트에 대한 토크를 제외한 모든 토크를 외란 성분이라 설정한다. 외란에 대한 가속도 성분을 전체 외란(Total Disturbance)이라고 설정하고, 이를 추정하여 보상한다. 축소 차원 ADRC의 차수가 낮아서, 축소 차원 ADRC의 대역폭을 기존 ADRC의 대역폭보다 크게 설정할 수 있다. 그리고, 증가한 이득과 실질적인 구현을 고려하여, 이산 시간 영역에서 설계하였다. 제안된 알고리즘의 안정도를 확보하고, 성능을 높이기 위하여, 추정하는 제정수의 값을 실제 값보다 작게 설정하였다. 제안한 방법은 기계시스템의 공진에 의한 영향을 감쇄시킬 수 있다. 제안한 방법을 검증하기 위해, 시뮬레이션과 실험을 수행하였다.

영구자석 동기 전동기는 높은 효율과 전력 밀도 등의 장점때문에 자동차나 엘리베이터 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 영구자석 동기 전동기의 구동에는 여러가지 이유로 인해 고조파 토크 리플이 존재한다. 이러한 토크 리플은 속도 리플을 유발하여 소음이나 진동의 원인이 되며, 그 분포가 전동기의 구조나 운전점에 따라 변화하기 때문에 제어 성능에 매우 큰 영향을 준다. 본 연구에서는 영구자석 동기 전동기의 운전점에 따라 변화하는 토크 리플을 상쇄하기 위해 주입할 최적의 고조파 토크를 실시간으로 추적하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 속도 제어 중 토크 리플에 의해 발생하는 속도 리플을 적분하여 평가지표로 삼고, 속도 리플이 감소하는 방향으로 주입할 고조파 토크의 크기와 위상을 조정한다. 이 방법은 제정수 추출이나 회전자의 위치 별 토크 테이블 없이 운전 조건의 변화에 따라 토크 리플의 최적 보상점을 추적한다는 장점이 있다. 제안된 방법의 효과는 시뮬레이션을 통해 검증되었다.

듀얼 인버터를 가진 개방 권선형 영구자석 동기 전동기는 같은 DC Link 전압으로 모터에 더 큰 전압을 사용할 수 있게 할 수 있다. 이 때문에 DC Link와 인버터 사이의 DC/DC Boost 컨버터의 필요성을 없애줄 뿐 아니라 배터리의 전압을 낮출 수 있어 안전상의 이점 및 BMS의 요구 조건을 낮추므로 경제적 이점을 가질 수 있다. 이 시스템은 경제적 이점 외에도 모터에 고전압을 인가함으로써 기존에 비해 고속 운전 영역 확장 또는 운전 영역을 기존과 동일하게 유지한다면 인버터의 손실 감소라는 이점 또한 얻을 수 있다. 그러나 1차단 인버터와 2차단 인버터의 합성전압 차이로 인해 생기는 Zero Sequence Voltage (ZSV)로 인해 시스템의 손실을 증대시키는 Zero Sequence Current (ZSC)가 흐를 수 있다. 본 연구에서는 이를 억제하기 위한 스위칭 패턴 형성을 위한 PWM 캐리어 생성 방법에 대해 제시하고, 이 방법을 적용하여 스위칭 순서 상 센터 영벡터의 유/무에 따른 제어 영향성 분석을 추가로 진행하여 전류 리플을 줄일 수 있는 스위칭 패턴 생성 방법을 제시한다.

본 논문에서는 연료 전지 전기 자동차에 맞는 새로운 전력 변환 시스템을 제안한다. 연료 전지 전기 자동차의 전력 변환 시스템은 배터리와 같이 구성하여 에너지 저장 불가능, 느린 응답 속도, 낮은 전력 밀도와 같은 연료 전지의 단점을 해결할 수 있다. 하지만 기존의 연료 전지 전기 자동차의 전력 변환 시스템은 두 개의 DC/DC 컨버터를 사용하여 연료 전지와 배터리를 함께 구성함으로써 두 개의 인덕터 개수로 인해 비용이 증가하고 전력 밀도가 낮다는 단점이 있다. 제안하는 전력 변환 시스템은 한 개의 인덕터, 추가적인 스위치와 다이오드를 사용하여 연료 전지와 배터리를 하나의 컨버터로 구성한다. 따라서 기존에 비해 인덕터 개수가 감소함으로써 경제적이고 높은 전력 밀도 달성할 수 있으며, 스위치의 on/off 동작에 따라 승, 강압 동작이 가능하기 때문에 더 많은 연료전지와 배터리의 전압 조건 상황에서 동작할 수 있다.

본 논문에서는 용접 전문의 전력단 스위치로 MOSEFT을 사용하는 ZVS-PWM 스위칭 방식의 풀브리지 회로에 대한 연구결과를 발표한다. 제안된 ZVS-PWM 풀브리지 컨버터는 스위칭 주파수를 60kHz로 사용하고 변압기를 병렬로 적용해 고전력밀도를 갖도록 설계되었다. 변압기 병렬 구동 시 발생하는 전력 불균형 현상은 공통모드 결합 인덕터(CMCI; Common Mode Coupled Inductor) 부착을 통해 개선되었다. 본 논문은 제안된 회로의 연구를 실험을 통해 검증하고 이에 대한 실험 결과 및 분석을 나타내고 있다.

본 논문은 전기 자동차 급속 충전기 구현을 위한 커플드 인덕터 기반 18kW급 2상 인터리브드 벅 컨버터 설계에 관하여 설명한다. 전류 리플 및 물리적인 크기 감소를 위한 2상 커플드 인덕터와 고효율 달성을 위한 Silicon Carbide(SiC) MOSEFT 기반 2상 인터리브드 벅 컨버터의 설계에 관하여 상세히 기술한다. 제안하는 2상 인터리브드 벅 컨버터의 동작을 위하여 모의 실험과 실험을 진행하였고 이론적인 설계 방법과 실제 실험 결과가 일치하는 것을 확인하였다.

본 논문은 차량용 12V 배터리 전원을 이용한 캠핑용 Induction Cooker를 설계한다. 캠핑용 Induction Cooker의 전력변환장치에 적합한 DC-link 전압 (V_DC) 및 동작 주파수(f_sw)를 선정하기 위해 각 조건에 따른 전력변환장치의 공진 네트워크를 설계한다. 또한 이론적 분석 및 시뮬레이션을 통해 각 조건별 전력반도체 소자에서 발생하는 손실 비교 분석을 수행한다. 분석 결과를 통해 공진 네트워크의 적합한 V_DC 및 f_sw를 선정한다.

본 논문에서는 고주파 변압기 대신 무선 전력 전송 시스템을 적용해 양방향 전력 전송을 가능케 해주는 loosely coupled dual-active-bridge 컨버터에서, 코일 간 전송 효율을 높이기 위한 코일 형상 설계에 관한 연구를 진행하였다. 유한 요소법을 통해 여러 형태의 페라이트 코어에 대해 해석했다. 페라이트 코어 형태가 I-자 일 때 가장 높은 quality factor의 코일을 얻을 수 있었다. 또한, I-core의 ferrite plate의 크기에 따라 무선 전력 전송의 효율을 결정하는 코일의 coupling coefficient와 코일의 quality factor가 변하고 trade-off 관계가 있음을 확인하였다. 3cm의 air-gap에 대해 최대 효율을 가지는 코일 형상을 설계하여 시뮬레이션을 통해 97.8%의 코일간 전송효율을 얻었다.

본 논문은 교류전기철도의 불평형 부하로 인해 야기되는 3상 계통 전력의 불평형 특성을 저감하기 위한 제어 알고리즘을 제안하였으며, 전력보상장치 설계 및 이를 적용한 실험을 통해 성능을 검증하였다. 전기철도 시스템과 동일하게 3상 전압을 2개의 단상 전압으로 변환하는 스코트 변압기를 적용하였으며, M상과 T상 출력 단에 부하 및 3레벨 백투백 컨버터가 연계되어 구성된다. 백투백 컨버터는 M, T상의 불평형 부하 간 발생하는 유효전력의 차이를 실시간으로 감시하고 양방향 특성을 이용해 전력을 보상하는 역할을 수행한다. 백투백 컨버터의 유효전력은 동기좌표계 PI 제어를 통해 수행되며, DC 링크 전체 전압 및 밸런싱 제어는 시스템의 응답성 향상을 위해 M, T상 컨버터가 공동으로 분담하여 제어한다. 제안된 전력보상장치의 성능 확인을 위해 M상 5kW, T상 1kW 불평형 부하가 연계된 조건에서 시뮬레이션 및 실험을 진행하였으며, 실험 결과 전력보상장치의 동작 후 3상 전류의 불평형률이 65.04%에서 6.38%로 58.66% 저감되는 것을 통해 본 논문에서 제안하는 전력보상장치의 우수한 성능을 검증하였다.

본 논문에서는 듀얼 벅 멀티레벨 컨버터의 일반화된 회로구성을 제안한다. 기존의 멀티레벨 컨버터는 스위칭 상태 전환시암(arm)의 단락을 의미하는 슛-스루(shoot-through) 문제가 존재하므로 데드 타임이 필수적으로 요구되지만 제안되는 듀얼 벅 멀티레벨 컨버터에서는 이러한 문제점이 해결된다. 본 논문에서는 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안되는 듀얼 벅 멀티레벨 컨버터의 효과와 유효성을 검증한다.

절연형 전력변환기에서 사용되는 고주파 변압기는 반도체 소자의 스위칭 시간, 전압 강하, 게이트 신호의 불균형 등으로 인해 변압기의 양과 음의 전압-시간(volt-second)에 차이가 발생할 수 있다. 본 논문은 절연형 풀브리지 타입 전력변환기에서 DC 성분에 의한 변압기 코어의 포화문제를 방지하기 위해 사용되는 DC 블로킹 캐패시터(DC blocking capacitor)의 설계 방법에 대해 분석하고 실험을 통해 증명한다.

펄스폭 변조 기법 (Pulse width modulation)을 사용하는 단상 인버터의 출력은 기본주파수 성분만이 아니라 고조파의 성분을 포함하고 있기 때문에 고조파 저감을 위한 필터의 사용이 필연적이다. LCL 필터는 기존의 L이나 LC 필터에 비해 시스템의 크기와 부피를 줄이며 동시에 전류 리플 감쇠 효율 등의 필터 성능이 뛰어나 최근 사용이 증가하는 추세이다. 본 논문에서는 LCL-필터의 인덕터에 알루미늄 권선을 적용하기위해 커패시터의 직렬 댐핑 저항과 더불어 인덕터의 권선 저항 또한 추가하여 필터의 전달함수를 고려하였다. 알루미늄은 구리 보다 전도율이 낮아 저항이 크지만, 구리에 비해 가볍고 가격이 저렴한 장점이 있다. 이를 계통 연계형 인버터에 적용하기 위해, 인덕터의 저항 성분 차이에 따른 댐핑(damping) 효과를 시뮬레이션을 통해 분석하였고 구리 권선과 알루미늄 권선을 사용한 인덕터를 각 제작하여 500 W 급 하드웨어 실험을 통해 전력변환장치에서의 알루미늄 권선 인덕터 적용 가능성을 확인하였다.

본 논문은 Discontinuous Conduction Mode(DCM) 플라이백 컨버터로 생성한 고전압 펄스를 스파크 갭으로 펄스 상승 시간을 줄이는 방법에 관하여 다룬다. 이러한 방법으로 생성된 빠른 상승률 특성을 가지는 고전압 펄스 전원장치는 친환경 가스 처리 분야에 사용할 수 있다. 기존 스태킹 구조의 펄스 전원 장치는 많은 수의 스위치들과 에너지 저장 소자가 필요하므로 부피가 커지고 제조 단가가 증가하는 반면, 분 논문에 제안된 전원 장치는 구조를 단순화하여 전체 시스템의 소형화 및 제조 단가를 낮춘 점을 특징으로 한다. 제안된 설계 토폴로지는 플라이백 변압기 2차 측에 다이오드의 사용 유무에 따라 두 개의 변형된 회로로 응용 가능 하다. 변압기 2차측에 다이오드를 사용하면, 음의 성분 없이 깨끗한 고전압 출력 펄스를 만들 수 있지만 사용한 다이오드의 전압 정격을 고려해야 한다. 다이오드를 사용하지 않는다면, 고전압 출력 펄스에 음의 성분이 발생하지만 비용과 부피를 최대한 줄일 수 있다. PSIM 시뮬레이션을 사용하여 제안하는 전원 장치의 23kV, 0.5 ㎲, 10 ns rising time의 출력 펄스 발생 성능을 검증하고, 다이오드 사용에 따른 출력 펄스의 차이점을 비교하였다.

본 논문은 고전압 양극성 펄스 모듈레이터에 대해 소개한다. 모듈레이터는 충전을 위한 공진형 컨버터와 고전압 펄스를 생성하기 위한 12개의 파워셀로 구성된다. 12개의 파워셀은 다중 권선 변압기를 통해 모든 셀이 병렬로 충전되며, 방전 시에는 모든 셀이 직렬로 연결되어 고전압을 생성한다. 12개의 파워셀을 구성하는 48개의 스위치에 절연된 전력과 신호를 동시에 공급하기 위해, 2개의 고전압 케이블로 구성된 양극성 컨트롤 루프가 설계되었다. 최종적으로 10kV, 100A, 3kHz 사양을 갖는 양극성 펄스 모듈레이터가 구현되었으며, 저항부하 및 리액터 부하조건에서 테스트 되었다. 실험결과를 통해 제안하는 양극성 펄스 모듈레이터의 신뢰성이 검증되었다.

본 논문에서는 Anyplace Induction Cooktop 시스템의 설계 방안을 제시한다. 다수의 워킹코일이 적용된 Anyplace 시스템은 전력밀도 향상을 위해 고주파 동작이 필요하다. 따라서 시뮬레이션 및 수학적 계산을 통한 동작 주파수, 전력 반도체 소자 조건 별 시스템의 손실 및 부피 간 Trade-off 분석이 필요하다 따라서 분석 결과를 토대로 각 전력반도체 소자 기반 시스템의 적합한 동작 주파수 영역 및 공진 네트워크 설계 방안을 제시한다.

본 논문에서는 3.3[kW] on board charger(OBC)의 고전력 밀도 달성을 위한 LLC 공진형 컨버터의 최적 스위칭 주파수를 설계한다. 스위칭 주파수에 따라 달라지는 손실 양상 및 전력 밀도를 분석하기 위해 각 스위칭 주파수 별 반도체 소자 손실을 계산하고, 각 주파수에 적합한 변압기를 설계하여 주파수 변화에 따른 시스템 손실과 부피를 비교한다. 비교 결과를 바탕으로 최적 스위칭 주파수를 설계한다.

본 논문은 3.3 kW 전기자동차용 탑재형 충전기의 전력 밀도 향상을 위해 디커플링 기법이 적용된 PFC (Power factor correction) 회로의 초치적 설계 방안을 제안한다. 최적 설계를 위하여 buck-boost 컨버터 형태의 디커플링 회로 동작 원리를 기반으로 스위칭 주파수에 따른 PFC 회로의 손실과 부피를 분석하고 최적 설계점을 도출한다.

국내 수상태양광 발전시스템에 대한 연구는 2010년 정부의 지원을 통해 본격적으로 시작되었으며 주요 연구 내용은 수상용 태양광 모듈, 수상 태양광발전 시스템 설계, 부유체 안전 기술 및 실증과 같은 형태로 진행되었으며, 주요 성과로 육상 대비 5~10%의 발전량 향상 검증, 수상 태양광모듈 개발, 수상태양광 부유체 설계 등이 있었고, 수상태양광설비의 가격이 육상 대비 높았던 것을 고려하여 2015년 수상태양광설비의 REC 가중치가 1.5로 신설됨에 따라 수상태양광설비의 보급이 증가하는 계기를 맞이하였다. 국내 저수지 및 댐을 관리하는 한국농어촌공사 및 한국수자원공사가 수상태양광 보급에 주요한 역할을 하고 있다. 본 논문에서는 2019년 8월 부터 시작된 한국농어촌공사가 관리하고 있는 수상 태양광설비에 대한 현장조사 내용을 공유하고자 합니다.

본 논문에서는 DC 배전 시스템을 위한 새로운 다중 모드 단일 인덕터 회로를 제안한다. 제안하는 컨버터는 벅 컨버터에 배터리 스위칭 셀이 병합된 구조로서, 단일 인덕터를 사용하여 두 개의 출력 제어가 가능하다. 기존의 회로와 비교해보았을 때, 전체 소자수가 증가하였음에도 불구하고 감소한 인덕터 개수로 인해 전체 시스템의 가격 저감에 효과적이며 높은 전력밀도를 달성할 수 있다.

For the safe and reliable operation of Lithium-ion batteries in Electric Vehicles (EVs) or Energy Storage Systems (ESSs), it is essential to have accurate information of the battery such as State of Charge (SOC). Many kinds of different techniques to estimate the SOC of the batteries have been developed so far such as the Kalman Filter. However, when it is applied to the multiple number of batteries it is difficult to maintain the accuracy of the estimation over all cells due to the difference in parameter value of each cell. Moreover the difference in the parameter of each cell may become larger as the operation time accumulates due to aging. In this paper a novel Deep Neural Network (DNN) based SOC estimation method for multi cell application is proposed. In the proposed method DNN is implemented to learn non-linear relationship of the voltage and current of the lithium-ion battery at different SOCs and different temperatures. In the training the voltage and current data of the Lithium battery at charge and discharge cycles obtained at different temperatures are used. After the comprehensive training with the data obtained with a cell resulting estimation algorithm is applied to the other cells. The experimental results show that the Mean Absolute Error (MAE) of the estimation is 0.56% at 25℃, and 3.16% at 60℃ with the proposed SOC estimation algorithm.

폐배터리를 조합하여 배터리 팩을 구성 시, 사용환경이 상이한 폐배터리 간의 전압/SOC의 편차가 존재하여 장기간 사용시 과충전/과방전과 같은 안전상을 문제가 발생할 가능성이 크다. 따라서 본 논문에서는 확장 칼만 필터를 기반 센서 융합 방법을 사용하여 폐배터리 팩의 셀 간 SOC 불균형을 추정하는 알고리즘을 제안한다. 검증은 셀간 전압 불균형이 있는 노화된 배터리 팩에 임의의 전류 프로파일을 인가하여 제안된 알고리즘을 검증한다.

에너지저장시스템(Energy storage system; ESS)의 장시간 운용에 따라 배터리 물리적, 화학적으로 배터리 내부 활물질의 변형이 일어나며, 배터리의 전기화학적 특성이 달라진다. 이의 특성을 반영한 배터리 팩의 운용이 필요하며, 안정적이고 장기간 사용하기 위해 배터리 팩 내부 셀 간 불균형을 반영이 필요하다. 하지만, 배터리 팩의 노화로 셀 간 불균형이 발생 시, 같은 조건에서 개별 셀의 노화도를 판단하는 것은 어렵다. 이러한 이유로 배터리 팩뿐만 아니라 개별 셀의 노화를 판단하기 위해 건전성 지표(Health indicator)를 사용한다. 건전성 지표를 사용하여 Hotelling t² 통계량을 적용하여 배터리의 이상 신호 탐지를 수행하였다.

전기자동차(EV)뿐만 아니라 ESS(Energy Storage System) 등의 사용량이 증가하면서 리튬이온배터리의 중요성은 점점 커지고 있다. 리튬 이온 배터리의 정확한 상태를 추정하는 것은 배터리의 안전하고 신뢰성 있는 작동을 위해 매우 중요하다. 본 논문에서는 AEKF(Adaptive Extended Kalman Filter)를 이용한 배터리 파라미터와 충전상태(SOC, State of Charge)를 추정하고, 이를 활용하여 배터리의 건강상태(SOH, State of Health)를 추정하는 간단한 알고리즘을 제시한다. AEKF에 파라미터 값을 적용하여 SOC를 추정하고, 추정된 SOC값과 전류 적산을 이용하여 SOH를 추정한다. SOC 오차에 따른 SOH 추정 값의 편차는 SOC 연산 간격을 늘리고 가중치 필터를 적용하여 최소화시킴으로써 결과의 정확성을 향상했다. 다양한 자동차의 표준 주행 패턴을 적용한 실험을 통해 제안된 방법을 이용하여 얻어진 SOH 추정 결과는 RMSE(Root Mean Square Error) 1.428% 이내임을 검증하였다.

본 논문에서는 Induction Heating(IH) 시스템에서 WBG 소자인 SiC MOSFET과 GaN Transistor의 Performance 비교를 통해서 소자의 적합성을 분석한다. SiC 및 GaN 소자를 직렬 공진형 컨버터로 구성된 IH 시스템에 적용하여 온도, 전압, 전류, Gate 저항 등을 고려한 도통 손실, 스위칭 손실, 역방향 도통 손실과 열 해석 프로그램을 통한 열 성능 등의 비교가 수행되며, 이를 통해 소자 적합성이 분석된다. 각 소자에 따른 IH 시스템에 대한 시뮬레이션을 수행하여, 이론적 손실 비교를 통한 소자 적합성 분석에 대한 타당성을 검증한다.

본 논문에서는 DQ 변환을 적용한 직렬-병렬 공진형 무선 전력 전송 시스템의 동기 좌표계 모델을 제안한다. 무선 전력 전송 시스템은 일반적으로 급전 측과 집전 측에 단상 전류가 흐르기 때문에 제어에 어려움이 있다. 따라서 정상 상태의 전압 및 전류의 수식을 이용하여 부하에 전달되는 전압 및 전류의 크기를 제어하는 경우가 많다. 따라서 과도 상태의 전압 및 전류의 동특성이 원하는 특성과 다르게 나타날 수 있다. 본 논문에서는 직렬-병렬 공진형 무선 전력 전송 시스템의 단상 전압 및 전류를 DQ 변환하여 과도 상태 및 정상 상태의 전압 및 전류의 동특성을 해석할 수 있는 등가 회로 모델을 제시한다.

본 논문에서는 직렬 연결된 스위칭 소자에서 발생할 수 있는 전압 불평형의 원인을 분석하고 이를 제거할 수 있는 능동 게이트 구동 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 스위치의 턴오프 경로에 트랜지스터를 추가하여 전압 불평형 정도에 따라 각 소자의 스위칭 속도를 조절함으로써 전압 불평형을 제거한다. 제안하는 방법의 확인을 위하여 SiC MOSFET을 이용한 전력변환회로를 대상으로 모의실험을 실시하였고, 제안하는 방법이 전압 불평형의 제거에 효과적임을 검증하였다.

본 논문은 GaN 디바이스를 사용하는 전력변환장치에서 Pick-up coil을 PCB 패턴으로 구현하여 전류를 측정하는 기법에 관하여 제안한다. 기존에 사용되는 PCB 패턴 코일 구조의 경우 PCB 이중층만 구성하여 관통 홀이나 추가공정이 필요함에 비해 본 논문에서 제안한 PCB 패턴 코일 구조의 경우 다층기판을 사용하여 코일을 구성함으로서 기존의 패턴에 비해 높은 상호 인덕턴스 값을 가지게 되고, 코일의 출력 전압값이 높아져 더 높은 감도를 가지게 된다. 또한 PCB 외부의 추가적인 공정 작업이 없이 구성이 되었다. 전류 측정은 코일 뒷단에 적분기를 통합하여 구성하였으며, 시뮬레이션을 통해 전류 측정 성능을 검증한다.

본 논문에서는 높은 스위칭 주파수에서의 SiC HEMT의 병렬 운전을 다룬다. 이를 위해 300 V/600 A SiC HEMT을 이용한 병렬 풀브릿지 시스템을 설계하고 검증한다. 병렬 운전시 발생하는 전류 불균형을 제한하기 위해 병렬 소자간 인덕턴스를 설계한다. 또한 최대 순시 손실을 계산하여 이를 방열할 수 있는 냉각 시스템을 구성한다. 더블 펄스 시험을 통해 설계된 시스템의 동적(dynamic) 전류 균형과 정적(static) 전류 균형을 평가한다. 60 kHz 스위칭 주파수에서의 500 Hz 600 A 교류 제어 실험을 통해 제어 성능과 순시 손실을 검증한다.

Pulse Width Modulation (PWM) is a widely adopted technique to drive the motor using the voltage source inverters. Since they generate high frequency Common Mode (CM) Voltage, a high shaft voltage in induction motor is induced which leads to parasitic capacitive currents causing adverse effects such as premature deterioration of ball bearings and high levels of electromagnetic emissions. This paper presents an Active Cancellation Circuit (ACC) which can significantly reduce the CM voltage hence the common mode current in the three phase induction motor drives. In the proposed method the CM voltage is detected by the capacitors and applied to the frame of the motor to cancel the CM voltage hence the CM current. Unlike the conventional methods the proposed method does not insert the transformer in between the inverter and motor, a high power rating three phase transformer is not required and no losses associated with it. In addition the proposed method is applicable to any kind of PWM motor drives regardless of their PWM methods. The effectiveness of the proposed method is proved by the experiments with a three phase induction motor (1.1kW 415V/60Hz) combined with a three phase voltage source inverter modulated by the Space Vector Modulation (SVM).

본 논문에서는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)의 구동 효율을 향상시키기 위한 최대 효율 제어 기법에 대해 제안한다. 제안된 기법은 전동기의 입력 전력이 최소가 되도록 Gradient Decent 알고리즘을 기반으로 하는 최적화 기법인 Adaptive 알고리즘을 통해 전류각을 조정한다. 제안된 기법을 통해 동손을 최소로 제어하는 기존 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 제어 방식 보다 구동 효율을 향상시킬 수 있으며 전동기의 제정수 오차에 강인하다. 1.7kW IPMSM의 모의실험을 통해 제안된 기법의 효용성을 검증하였다.

본 논문은 유도전동기 고정자 자속 기준 벡터제어에서, 슬립 관계식과 순환 최소자승법을 이용하여 회전자 저항 및 고정자 과도 인덕턴스를 동시에 추정하는 알고리즘을 제안한다. 모의실험을 수행하여, 추정 회전자 저항과 고정자 과도 인덕턴스가 제안된 방법에 의해 각각 실제 값에 수렴함을 보인다.

본 논문에서는 3상 다이오드정류회로로 구성된 AC-DC 컨버터, 그리고 인버터로 구성된 고용량 교류전동기의 구동시스템에 있어서 돌입전류제한용 저항과 직류링크 과전압방지용 회생저항의 2가지 기능을 하나로 묶은 하이브리드 저항을 이용한 직류링크회로와 이에 대한 시퀀스제어를 제안한다. 이를 통해 기존 직류링크회로에 비하여 가격경쟁력을 갖추고 돌입전류 및 과전압을 효율적으로 제어할 수 있도록 하고, 시뮬레이션해석을 통하여 이에 대한 유효성을 검증한다.

본 논문에서는 한 대의 인버터로 두 대의 PMSM의 병렬 운전 제어를 위한 속도 제어기를 제안한다. 제안한 제어기는 파라미터 변동에 강인한 슬라이딩 모드 제어 이론에 근거한다. 제안하는 기법은 실험을 통해 그 타당성이 검증되었다.

This paper propose a new 3D SVM method for three-phase four wire inverter for fault isolation at a single line ground fault. The available switching combination for isolation of a single line ground fault was analyzed. Using this method, voltage vector diagrams according to each switching combination were classified according to various ground fault situations, and 3D SVM method was performed by generating command for fault isolation. The proposed methods are mathematically analyzed and verified by PSIM simulation.

현대 산업기기의 큰 비중을 차지하는 전동기는 벡터 제어를 위해 각도 정보를 필수적으로 요구한다. 따라서, 엔코더와 권선형 레졸버 그리고 릴럭턴스 레졸버와 같은 많은 각도 센서가 활발히 사용되고 있다. 센서리스와 같이 센서를 이용하지 않고 각도를 추정하는 연구도 많이 진행되고 있지만, 높은 안정성을 요구하는 시스템에서는 여전히 각도 센서가 주를 이루고 있다. 각도 센서 중에서 높은 정확도와 안정성 그리고 내구성을 가지는 레졸버가 각광받고 있으며, 특히 릴럭턴스 레졸버(Variable Reluctance Resolver)가 많이 사용된다. 본 논문은 전동기의 제어 성능과 안정성을 높이기 위한 고성능 레졸버 설계의 내용을 담고 있으며, 기존의 릴럭턴스 레졸버와 달리 레졸버 고정자의 치폭을 변조하여 각도 오차를 줄이는 내용을 다루고 있다.

본 논문은 자동차 쿨링팬용 스위치드 릴럭턴스 전동기(이하, SRM) 설계 및 성능 비교에 관한 논문으로 기존의 유니버설 및 브러쉬리스 전동기를 대체하기 위해 3상 6/4극 및 12/8극 그리고 4상 8/6극 SRM을 설계하였으며 성능을 비교를 통해 적용 및 대체 가능성을 검증하였다. 각 구조의 성능은 시뮬레이션을 통해 성능을 예측하였으며 예측된 성능을 시험을 통해 검증하였다.

본 논문은 양극성 저압 직류배전망 구성을 위한 커플드 인덕터를 활용한 인터리브드 전압 밸런서의 소신호 분석 및 제어기 설계를 제안한다. 커플드 인덕터를 활용한 인터리브드 구조의 전압 밸런서는 출력 캐패시턴스 및 전체 인덕턴스를 줄일 수 있는 이점 있으나, 결합계수 및 인터리브드 입력으로 인한 회로 분석의 어려움이 존재한다. 본 논문은 이를 해결하기 위해 커플드 인덕터 등가회로를 통한 인덕턴스 결합 분석 및 제어 입력의 평균 계산법을 적용하여 소신호 모델링을 진행하고 제어기를 설계하였으며 이를 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

이 논문은 무선 전력 전송을 이용하는 마우스의 급전 패드와 리시버 설계 방법을 제안한다. 마우스의 급전 패드는 코일의 턴간 간격을 불균등하게 조절하여 균일한 자기장을 급전 패드 상에서 얻게 하며, 집전코일은 급전코일과 비교해 크기가 작기 때문에 낮은 결합계수와 품질계수를 가져 원하는 전압을 얻기 어려운데 이를 위해 PCB 코일을 멀티레이어로 제작하고 PCB 패턴의 폭을 조절하여 높은 인덕턴스를 갖게 설계한 후 유한요소해석을 통해 설계한 시스템을 시험했다.

본 논문은 수치 해석적 연산을 통해 자계결합형 무선전력전송 시스템의 자계결합계수의 연산 방법을 제안하였다. 한 변의 길이가 각각 20cm, 10cm인 정사각 루프타입 공진기 간의 자계 결합계수를 산출하고, 이를 시뮬레이션을 통해 추출된 값과 비교하여 제안된 연산 방법의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 유연전극의 플라즈마 반응을 위한 고효율 전원장치에 대한 연구이다. 유연전극은 저온 플라즈마 방전으로, 수 kV의 AC형태의 고전압 및 소전력 구동 사양이 요구된다. 상용전원을 사용하는 유연전극용 고전압 전원장치는 AC-DC, DC-AC로 변환이 가능한 2단 구조를 갖는다. 1단은 낮은 전력에서 높은 효율을 달성 할 수 있는 CrM(Critical Conduction Mode) PFC와 전부하 영역 소프트 스위칭을 통해 고효율 달성이 용이한 LLC 공진 컨버터를 사용하였다. 유연전극은 사양에 따라 커패시턴스가 달라진다. 따라서, 본 논문에서는 유연전극 사양에 따른 공진 주파수의 최적화를 통해서 유연전극의 플라즈마 반응 및 특성 시험을 위해 고효율 전원장치를 구성하였다. 실험을 통해서 유연전극용 고효율 전원장치를 검증하였다.

본 논문은 GaN 트랜지스터를 적용한 토템폴 PFC(Power Factor Correction)의 디지털 구현을 위한 방법을 제시한다. 특히, GaN 트랜지스터의 낮은 역회복 특성으로 토템폴 PFC의 연속 연속 모드 동작을 가능하게 한다. 토템폴 PFC는 고속 스위칭을 하는 레그를 GaN 트랜지스터를 사용하고, 라인 주파수로 스위칭 하는 레그는 일반적인 MOSFET을 사용하게 된다. 구조적으로 토템폴 PFC는 제로 크로싱에서 전류 스파이크 문제가 발생한다. GaN 트랜지스터는 전류 스파이크에 취약하기 때문에 최소화되어야 한다. 따라서, 본 논문은 디지털 구현에 있어 제로 크로싱에서 소프트 스타트 구현을 통해 이 문제를 최소화 하고, 모의실험을 통해 디지털 구현의 타당성을 입증하였다.

본 논문은 전기차량용 Onboard Charger(OBC)의 3병렬 운전시 3개의 단상 PFC와 3상 PFC 두가지 입력단 PFC 토플로지에 대하여 비교 및 분석을 진행하였다. 9.9kW급 OBC에서는 입력단 전원을 3상 전원으로 사용하여야 하기 때문에 PFC단에는 단상 PFC 3개를 모듈화하여 병렬로 사용할 수도 있고 3상 PFC를 하나로 구성할 수 있다. 각 토플로지 방식에서 인덕턴스 입력전류리플, DC단 커패시터 전류리플 등 면에서 이 두가지 구성방식에 대하여 비교분석을 진행하였다.

This paper proposes a novel control method to minimize conduction losses of dual active bridge (DAB) converters for on-board chargers of electric vehicles (EVs). In the control method, two variables are regulated, which are the phase-shift angle between the primary and secondary full bridges and the switching frequency. From time-domain analysis, an optimal phase-shift angle is derived to achieve the minimum RMS value of the transformer current. The proposed method was implemented for a 3.6-kW SiC-based prototype to validate its effectiveness. A high efficiency over 97.3% has been achieved for a wide output voltage range.

ITER AC/DC Converter는 플라즈마 운전에서 기능적인 역할과 동작 모드에 따라 PF/CS, TF, CC Plant로 구분되어 동작하며 PF, CS, VS1 컨버터는 플라즈마 전류 발생, 증감, 형상제어, 위치제어를 하며 PCS(Plasma Control System), MRC(Master Controller)에 의해 제어된다. MRC는 상위 제어인 PCS와 LCC(Local Control Cubicle)의 Middle Ware Layer에서 여러 Linux Machine들과 복잡한 통신망으로 연결되어 초전도 코일 전류 Driver에 있어서 Control과 Soft Down을 위한 Real Time 제어 기능을 한다. 본 논문은 이러한 제어를 구현하기 위한 Linux Real Time Control Thread Design의 구성과 결과를 논의하고자 한다.

국제 핵융합실험로(ITER)를 위해 한국이 제작, 시험, 설치 및 시운전을 하기로 되어 있는 CS(Central Solenoid) 초전도 자석용 전원장치의 시험 및 그 결과에 관하여 논의하고자 한다. 토카막 운전에서 플라즈마 발생 및 제어를 위한 대전류, 고전압, 270 kA 단락 용량 및 4상한 운전 특성을 갖는 45 kA/1050 V의 12펄스 싸이리스터 AC/DC 컨버터 및 제어기를 제작완료하였으며, ITER 부지로 운송하기 전에 공장의 전원 및 부하용량을 고려하여 시험절차서를 개발하였으며, 공장시험(FAT, Factory Acceptance Test)를 진행하였다.

항공기 탑재 전자장비는 항공전원규격 MIL-STD-704에 의하여 항공 체계운용 상태에 따라 규정된 요구사항 충족 및 성능을 유지하여야 한다. 본 논문에서는 AC 115Vac 3상 400Hz 항공기 체계전원을 사용하는 탑재 부하장비의 성능 유지를 위한 DC 270V 전원공급장치의 입력전원 보호회로 구현에 대하여 기술하고 결과를 검증한다.

국제핵융합실험로(ITER)를 위해 한국이 설계, 제작, 시험, 운송, 설치 및 운전할 컨버터 마스터 제어계통(MCS: Master Control System)은 하부에 컨버터들과 이들을 제어하는 로컬제어계통으로 구성되어 있다. 이들 중 많은 수의 PF 컨버터들과 로컬제어기들은 중국에서 제작하고 있다. 마스터 제어계통의 제어기를 ITER Site에 운송하기 전에 중국이 제작한 컨버터 로컬제어기들과 한국이 제작한 마스터 제어기의 통합시험을 통하여 상호 제어 신호와 데이터 통신 및 기타 기능이 설계요건에 맞게 원활히 작동되는지 확인 및 성능검증을 위한 시험계획을 수립하였다.

본 논문에서는 ADALINE (Adaptive-Linear-Neuron) 구조의 ANN(Artificial Neural Network)을 이용한 3상 PWM 컨버터의 개방고장 진단 방법에 대해 제안한다. 3상 PMW 컨버터에서 스위치의 개방고장이 발생한 경우 보호회로에 의해 시스템이 중단되지 않으며, 개방고장으로 인한 상전류의 고조파와 직류 성분에 의해 주변 기기에 고장에 의한 파급효과가 나타날 수 있다. 이에 본 논문에서는 ADALINE을 이용하여 각 상의 THD(Total Harmonics Distortion)와 직류 성분 얻고 대소비교를 통해 개방고장이 발생한 스위치를 진단하는 방법에 대해 제안한다.

본 논문은 입력 필터를 갖는 풀브리지 기반의 ISOP 모듈러 DC-DC 컨버터에서 각 모듈 간에 동일전력 분담을 위한 디커플링 제어기법을 제안한다. 이 제어기법은 PSIM 시뮬레이션을 통해 타당성이 검증되었다.

This paper proposes a series operation algorithm for voltage balancing of modular battery pack charging/discharging system using 3P-CFDAB (3-Phase Current-Fed Dual Active Bridge) converter. By using the proposed algorithm, we can prevent deterioration or loss of a particular module. The algorithm in this paper was verified through PSIM simulation.

본 논문은 계통과 연계하여 운전하거나 계통사고시나 의도적인 단독 운전이 필요한 경우 계통과 분리하여 운전하기 위한 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)를 기반으로 하는 인버터를 제안한다. UPQC 기반의 인버터는 계통 연계시에 과전압, 저전압 등의 계통 전압의 변동이 발생 했을 시 이를 보상하여 부하에 전달되는 전력의 품질을 유지 할수 있다. UPQC의 개념에 대하여 설명하고, 계통 연계시의 전압 보상, 단독 운전시의 시퀀스에 대하여 설명하고, 이를 시뮬레이션을 통해 검증한다.

This paper proposes a design and analysis for a PI-IP hybrid voltage controller with a combination of PI and IP voltage controller for stable voltage control of DC bus voltage, Transient characteristic of DC bus voltage is improved by designed setting variable value and control method in the variable load and power generation conditions.

본 논문에서는 LCL 필터를 사용하는 계통연계형 인버터에서 시스템을 안정시키기 위해 피드백 경로에 2차 저역 통과 필터(LPF)를 사용하였을 때 LPF의 감쇠비에 따른 응답특성을 분석한다. 계통연계형 인버터에서 LCL 필터를 사용할 때 필터의 공진 현상으로 인해 시스템은 불안정해지기 때문에 시스템을 안정화 시킬 수 있는 기법이 필요하다. 피드백 경로에 LPF를 사용하면 시스템은 안정해 질 수 있지만. 2차 LPF의 감쇠비와 자연주파수에 따라 응답 특성이 바뀌게 된다. 따라서 감쇠비에 따른 시스템 안정도를 시뮬레이션을 통해 확인한다.

Voltage unbalance can be occured in AC-DC microgrid systems when AC loads or AC systems are connected. To solve this problem, 3-phase 4-wire interlinking converter is used. This paper proposes in PLL method that can detect accurate phase and voltage magnitude.

리튬 이온 배터리가 전기 자동차 및 다양한 어플리케이션에 적용됨에 따라 폐배터리의 수요 또한 증가하고 있다. 내부 화학적 상태가 상이한 배터리의 전기적 특성실험을 통해 파라미터를 선정할 수 있으며 전기적 특성 실험 전 후의 시간차에 따른 파라미터 변화를 반영하는 것이 필수적이다. 제조 공정과정의 파라미터의 측정값과 특성실험 후의 파라미터 재측정값을 비교함으로써 이를 3-D Kmeans Clustering 알고리즘에 반영하여 더욱 정밀한 셀 선별을 실시하였다.

본 논문에서는 캐패시터-분할 타입 능동전력 디커플링 회로를 위한 전압제어 방법을 제안한다. 능동전력 디커플링 회로는 시스템에 필요한 커패시턴스를 낮추어 전해커패시터를 필름 커패시터로 대체하여 시스템 수명과 전력밀도를 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 오픈 루프 제어방식의 전압제어 방식을 사용하여 파라미터 값의 변화에 민감하다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 커패시터-분할 타입 능동전력 디커플링 회로를 위한 폐루프 제어 방법을 제안한다.

항만 내 대표적인 하역장비로는 RTG와 YT가 있으며 주로 디젤엔진을 사용하고 있다. 항만의 그린화 및 무인화를 위해 물류장비의 전기동력 전환의 필요성 증가 및 전기동력 충전을 위한 유선 또는 무선 충전기술 등이 고려 되고 있다. 본 논문에서는 항만에서 운영되는 전기식 YT의 운영 패턴을 고려해 수시로 충전이 가능한 무선전력 전송시스템을 제안하였다. 또한 제안한 시스템의 검증을 위해 실험용 시스템을 구축하여 전력전송 용량 및 효율실험 결과를 통하여 타당성을 확인하였다.

경량전철과 같은 대용량 전력 시스템에 무선전력전송 기술을 적용할 때 전력변환장치의 병렬 운전은 필수적이다. 병렬 연결된 전력변환장치의 경우 출력이 공통으로 연결되어 전력을 공급하게 되는데, 이 때 집전 컨버터의 부하균등제어는 각각의 집전 컨버터의 부하 불균형을 막아줌으로써 집전 컨버터의 수명과 효율이 감소하는 것을 막아준다. 본 논문에서는 부하균등제어방법을 적용한 무선 경량전철 시스템을 통해 기존에 제안된 제어기법을 적용하여 검증하였다. 실증시험의 경우 경산에 위치한 한국철도기술연구원 경량전철시험선의 시험용 경량전철을 두 개의 역사를 반복하여 셔틀 운행하여 최대 400kW의 전력을 두 개의 집전 장치가 전력을 균등하게 공급하는 것을 확인 및 분석하여 논문의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 전기자동차용 inductive power tranasfer (IPT) 방식의 양방향 무선전력전송에 활용 가능한 공진 네트워크를 선정한다. 각 공진 네트워크별 수식 분석을 통해 패드의 인덕턴스를 설계하고, 공진 네트워크 종류에 따라 달라지는 출력 특성을 분석한다. 분석 결과를 바탕으로 IPT 방식의 양방향 무선전력전송을 위한 공진 네트워크를 선정하고 시뮬레이션을 통하여 선정한 네트워크의 적합성을 검증한다.

본 논문에서는 Si-MOSFET 및 GaN-HEMT 기반 All Metal Induction Cooktop의 고효율 동작을 위한 공진네트워크 설계 및 운전주파수영역을 제시한다. 이를 위해 워킹 코일과 용기의 등가 파라미터를 바탕으로 동작 주파수에 따른 공진 네트워크를 각각 설계한다. 또한 시뮬레이션 및 수학적 계산을 통해 설계된 시스템의 주파수 조건 별 손실 비교를 통해 각 스위칭 소자에 따른 적합한 공진네트워크 설계방안을 제시한다.

본 논문에서는 MMC-HVDC 시스템을 위한 서브모듈 시험회로를 제안한다. 서브모듈 시험회로는 MMC-HVDC 서브모듈의 신뢰성을 확보하기 위해 필요하며 서브모듈 시험회로는 2 고조파 성분과 DC 오프셋 성분을 가지는 암 전류를 모사하면서 서브모듈 커패시터 전압을 일정하게 유지해야한다. 제안하는 서브모듈 시험회로는 시험회로의 인덕턴스를 줄이기 위해 5 레벨 컨버터를 사용하여 암 전류를 모사하며 시뮬레이션을 통하여 시험회로의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 3상 동기발전기의 과도 특성을 분석하기 위해 MATLAB/ SIMULINK를 이용하여 모델링하였으며 동기발전기 출력단의 개방 및 3상 단락 회로 조건에 따른 특성곡선을 분석하였다. 정상상태, 과도상태 및 차과도상태 구간에서 고정자 권선, 회전자 권선 및 댐퍼 권선 등이 갖는 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스 특성 관계와 자속 변화특성 등을 수학적 모델 기반의 소신호 모델링을 통해 3상 동기발전기를 등가적으로 모델링하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 값에 의해 과도상태와 차과도상태의 모터 데이터를 분석하고 단락상태의 시간 상수를 계산하여, 동기발전기의 3상 단락 조건에서 초기 과도 및 과도상태의 특성을 검증하였다.최종적으로, 이론적 공식에 의해 계산 된 동기 발전기의 파라미터는 시뮬레이션 결과와 일치하며 오차는 2 % 범위 내에 있다.

Smart windows are used as windows and doors to determine cooling and heating efficiency in the construction field. It's characteristics can increase the energy saving efficiency. In addition, the function of the smart window that can control the light transmittance transmitted from the external environment of the building to the building according to the needs of the user is attracting attention. In this study, a liquid crystal cell capable of controlling light transmittance of 297 × 210 ㎟ was fabricated by using a liquid crystal device as an optical shutter. Analysis of transmittance change according to driving voltage and driving stability according to thermal environment, We confirmed the applicability of building exterior materials as smart windows.

본 논문은 친환경자동차용 저전압 DC-DC 컨버터(Low-voltage DC-DC converter, LDC)의 고전력밀도 달성을 위한 스위칭 주파수 선정 및 구조 설계 방법을 소개한다. 위상천이 풀-브릿지(Phase-Shift Full-Bridge, PSFB) 컨버터의 손실 분석을 통해 스위칭 주파수 700kHz 선정하였으며, 냉각수 온도 65℃, 분당 8리터의 유량 기준으로 소자 온도가 110℃ 이내로 관리 되도록 고려하여 구조 설계를 수행했다. 온도 조건을 만족하면서 8kW/L의 높은 전력밀도를 달성하였으며 입력전압 200V-310V, 출력전압 12.8V-15.1V의 전압 범위를 만족하는 1.8kW 최종 시작품을 제작하여 실험으로 검증하였다.

본 논문은 건물일체형 태양광 발전(Building Integrated PV:BIPV)의 에너지 수급에 대한 특징과 보다 효율적인 시스템 설계 및 최대 에너지 수급기법에 대해 기술한다.

본 논문은 태양광(photovoltaic, PV) 발전 시스템용 AC 모듈형 집적형 전력변환기(module Integrated converter, MIC)의 구성 방식에 따른 전력 손실을 비교·분석한다. 대표적으로 사용되는 플라이백 컨버터를 기반으로 하는 1-stage와 2-stage 구조의 AC 모듈형 PV-MIC를 비교하고, PSIM 시뮬레이션과 수식을 이용하여 전력 손실을 계산한다.

Battery cells are connected in parallel to enlarge the system capacity. However, cell inconsistency may reduce the overall system capacity and cause the over-charging or over-discharging issue. This paper proposes a SOC-based sequencing equalizer for parallel-connected battery configuration that uses the ANFIS (adaptive neuro-fuzzy inference system) algorithm to make the switching decision. Depend on the load current and the SOC (state-of-charge) rate of cells, the switching decision is made to equalize the SOC of the battery cells. The simulation results show that the system capacity is maximized and the controller is adaptive for a large number of parallel-connected in dynamic load profile.

인공위성의 전력요구가 증가함에도 전력손실과 무게증가를 최소화하기 위하여 버스전압은 점차 증가되고 있는 추세이다. 기존보다 높은 버스전압을 수용할 수 있는 새로운 전력변환장치가 개발되었으며 이에 적합한 태양전지배열기의 최적화 설계가 필요하다. 본 연구에서는 높은 버스전압의 전력변환장치에 적합한 태양전지배열기의 개발에 관하여 기술한다. 태양전지배열기는 태양전지의 직병렬 연결을 재구성하고 해석을 통하여 적합한 블록킹 다이오드 및 블리드 저항을 선정하여 최적화 설계가 이루어졌다. 설계된 태양전지배열기는 인공위성의 우주환경과 임무수명에 따른 감쇄요인을 반영하여 전력을 예측함으로써 요구조건의 만족여부를 확인하였다.

최근 다양한 어플리케이션에서 리튬 이온 배터리가 사용됨에 따라 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 전기 자동차(Electric Vehicles; EVs) 및 에너지저장장치(Energy Storage Systems; ESSs) 등의 개발로 대형 배터리 시스템이 요구되고 있으며, 이의 해석이 요구되고 있다. 본 논문에서는 18650 원통형 셀로 구성된 14S20P 배터리 모듈의 노화에 따른 전기적 특성 및 열 거동 변화를 분석하였다.

This paper proposes a method for improving the power quality of PMSG-based wind energy conversion system based on model predictive control in DC Microgrid. The MPC has a fast dynamic response. However, a large torque ripple deteriorating power quality is generated by a large and fixed switching period. On the other hand, the proposed method improves the power quality by setting the sampling time having zero torque error. The validity of the proposed method is verified through PSIM simulation.

본 논문에서는 외부 환경에 따라 변화하는 태양광 발전의 간헐적 특성을 보완하기 위하여 ESS(Energy Storage System)를 연계하는 시스템을 구현하였다. 또한 태양광 발전의 출력에 따라 태양광 발전과 연계된 ESS를 이용하여 야간에 저장된 에너지를 방전하여 태양광 발전 출력을 일정하게 유지하는 태양광 발전의 일정 출력 추종 알고리즘을 제안하여, 태양광 발전의 간헐적 특성을 보완하였다.

PV 계통연계형 시스템은 N대의 PV 스트링 Power optimizer와 1대의 인버터로 구성되며 초기 운전 시 인버터 보조전원에 전력을 공급하기 위한 Power optimizer의 DC링크 전압제어 운전 모드가 요구된다. 본 논문에서는 DC링크의 전압제어가 가능한 스트링 Power Optimizer의 start-up 제어기법을 제안한다. 제안하는 제어기법은 추가회로 없이 초기구동 시에 DC-Link의 전압을 서서히 원하는 전압으로 제어할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 제안하는 start-up 시퀀스로 제안하는 제어기법을 검증하기 위한 6.25kW 시작품의 시험결과로 타당성을 검증하였다.

DC마이크로그리드에서 양방향 컨버터를 통한 계통과 배터리간의 전력교환은 계통연결 시 배터리를 충전시키고 계통분리 시 배터리를 통해 독립운전을 하는 양방향 동작의 형태로 수행된다. 이러한 운전모드 전환시 과도 오차를 줄이기 위해 무순단 절체 기능이 필요하다. 본 논문에서는 무순단 절체를 위해 전류 제어기를 공유함으로 발생하는 전압제어기 포화를 방지하는 하이브리드 안티와인드업 기법을 제안한다. DC마이크로그리드 시스템으로 구현해, 시뮬레이션을통해 기존방식과의 비교하고 제안한방식의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 리툼이온 배터리의 화재로 이어질 수 있는 전기적 위협(Electrical abuse) 상황 중 외부단락 상황을 재현하였다. 배터리의 초기 온도상태(60℃, 50℃, 25℃, 15℃)와 외부단락 상황에서 배터리의 최대 발열량과의 상관관계를 분석하였다. 초기온도 60℃ 보다 50℃에서 가장 큰 발열량을 보였다. 초기온도 60℃에서 더 큰 단락전류가 측정되었으나 전류가 인가되는 시간은 50℃에서 더 길어 단락실험간 최대 발열은 온도상태 50℃에서 최대 온도 117℃로 가장 크게 측정되었다.

최근 신재생 에너지와 ESS와 같은 분산 전원의 사용이 점차 늘어나면서, 이들을 제어하는 전력 변환 장치에 대한 기대치는 점점 상승하고 있다. 특히 DC 1500V에 대한 요구 및 고 효율, 고 전력밀도에 대한 요구는 최근 Wide band gap 소자의 발전과 함께 산업계 전반에 주요한 이슈이다. 본 논문은 이러한 요구를 만족하기 위한 Hybrid ANPC의 설계를 논하도록 한다. 구성의 정합성을 확인하기 위해, 손실 분석이 진행될 것이며, 최근 SiC 모듈의 발전 방향인 Press-fit type의 설계에 맞춰 Power PCB 설계를 위한 모의 실험을 진행한다.

본 논문에서는 배터리의 장기적인 노화에 따른 파라미터 분석을 C-rate에 따라서 진행하였다. 이를 위해 배터리 등가회로 모델 기반의 파라미터를 추출하여 분석하였으며 이를 통해 배터리가 노화함에 따라 나타나는 특성을 분석한다.

배터리는 사용 기간과 회수가 증가함에 따라 수명이 점차 감소한다. SOH(State-Of-Health)는 배터리의 초기 상태와 현재 상태를 비교하여 배터리의 수명 상태를 나타내는 지표이며, 이는 배터리를 사용함에 있어서배터리의 현재 충전상태를 나타내는 SOC(State-Of-Charge)와 함께 정확한 추정을 필요로 한다. 본 논문에서는 리튬이온 배터리를 C-rate에 따라 노화시키며 각 C-rate별 SOH 추정 경향성을 분석하였다. 배터리의 SOC와 SOH는 확장 칼만 필터를 병렬적으로 사용하는 이중 확장 칼만 필터를 활용하여 추정한다. 배터리의 노화실험은 완전충전과 완전충전을 반복하는 전류 프로파일을 인가하였으며, 실험은 상온(25℃)에서 실행하였다.

E-mobility 어플리케이션의 구동 전원 사용되는 리튬이온 배터리의 온도 특성 반영은 필수적이다. 본 논문에서는 고용량 배터리팩의 온도에 따른 전기적 특성을 확인하기 위해 전기적 특성 실험을 수행하였다. 또한, 고용량 배터리팩의 안전성 및 최적 운용을 위해 전기적 특성 실험 기반 온도에 따른 특성 인자인 셀 간 전압 편차, 용량, SOC별 내부저항의 비교분석을 수행하였다.

이 논문에서 제안하고자 하는 컨버터는 태양광 모듈이 결합된 Phase-shifted Full-bridge(PSFB) 컨버터이다. 기존 전기자동차의 전력변환 시스템에는 고전압 배터리와 저전압 배터리간 전력전달을 위한 DC-DC 컨버터가 존재한다. 저전압 배터리 충전에 있어 고전압 배터리 외에 태양광 모듈 컨버터를 사용하여 고전압 배터리 사용량을 낮출 수 있다. 이 논문에서는 기존의 PSFB 컨버터의 2차측에 태양광 모듈과 스위치하나를 추가하여 태양광 Buck Converter를 구성하였고 PSFB컨버터의 출력 인덕터와 Synchronous switch를 사용하게 되어 소자 수를 절감하였다. 또한 PSFB 동작 시 1차측 전류가 Free wheeling하는 구간에서 태양광 Buck converter를 동작함으로써 고전압 배터리와 태양광 모듈에서 동시에 저전압 배터리로 전력공급이 가능하게 하였다.

Due to uncontrollability and non-repeatability of natural irradiation and temperature, the solar array simulator (SAS) is required to conduct the MPPT power processing experiments precisely. However, the nonlinearity of PV curve characteristic is a crucial task for the control of SAS. In the literature, this issue is addressed by many authors and various methods are proposed. However, stability analysis of SAS is not enough to evaluate the control performance. In this paper, the limitations of conventional SAS are studied according to the small signal model. By using the proposed approach, the performance of two different control method for SAS system are analyzed and compared.

본 논문은 배터리 팩 기반 건전성 지표 수립을 위하여 24S1P 고용량 배터리 팩을 총 200cycle동안 열화 실험 하였으며, 배터리 성능과 직결된 내부저항과 방전 용량 및 미소 용량을 건전성 지표로 선정하였다. 선정된 파라미터를 전기적 특성 분석을 통해 열화에 따른 경향성을 분석하고 열화와의 상관성을 실험을 통해 확인하였으며, 이를 통해 건전성 지표로의 활용성을 제시한다.

리튬 이온 전지를 사용하기 위해선 내부 상태를 추정하는 알고리즘이 필요하다. 알고리즘 적용을 위해 리튬 이온 전지에서 나오는 전압과 전류신호를 이용해 전기적 등가 회로 모델을 설계한다. 이 모델은 전압원, 저항, 캐패시터로 구성되어 있으며, 충전과 방전 시 발생하는 전기적 신호를 모사한 것이다. 전기적 등가 회로 모델 분석에 사용되는 상태방정식은 알고리즘과 상황에 따라 변경된다. 본 논문에서는 연속시간 상태방정식과 이산시간 상태방정식에 대해 다루었다. 그리고 실제 알고리즘에 적용해 성능을 확인하였다.

리튬이온 배터리의 상태를 모니터링 하는 방법에 있어서, 대표적으로 배터리의 충전 상태(SOC)와 배터리의 건강 상태(SOH)를 추정하여 상태 지표로 사용된다. 본 연구에서는 리튬 이온 배터리의 상태 지표를 위한 용량 정보의 추정을 데이터 기반의 근사 모델을 이용하여 수행하였다. 다양한 근사 모델링 방법을 적용하여 추정되는 용량 정보를 비교하고, 모델링 방법에 따른 용량 추정 성능을 확인하였다. 또한, 이를 바탕으로 리튬이온 배터리의 용량을 예측하고 예측 성능을 분석하였다. 본 연구를 통하여 근사모델을 이용하는 경우, 리튬이온 배터리의 용량 추정은 물론 예측을 수행하는 방법으로서의 활용 가능성을 확인하였으며, 또한 제안하는 방법을 이용하여 보유하고 있는 모니터링 데이터를 활용하여 리튬이온 배터리의 성능을 평가하는데 있어 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문에서는 ESS를 이용한 전력 계통의 Peak-Shaving 제어 알고리즘 수립에 대한 연구 결과를 제시한다. 과거의 요일별 전력수요 데이터를 이용하는 경우 ESS가 포함된 전력 시스템의 연결점(PCC)에서 전력 및 에너지 평형 방정식을 수립할 수 있고, ESS의 전력 및 에너지 용량에 따른 전기요금 최소화를 목적 함수로 한 선형 계획법 문제를 정식화할 수 있다. 선형 계획법 문제 해결을 통해 ESS가 추가되는 경우에 대한 경제성을 분석할 수 있고, 이로부터 ESS의 적합한 용량도 선정할 수 있다. 또한 부하 크기 및 시간대별 ESS 최적 전력 이용 패턴을 확인할 수 있기 때문에 실 운용 로직 설계를 위한 가이드로 결과를 활용할 수 있다. 본 논문에서는 제안된 방법을 설명하기 위한 일 예시로서, 시간대별 전력 부하 패턴의 기존 연구 결과로부터 도출한 부하 전력 곡선을 이용하여 선형 계획법을 이용한 Peak-Shaving 최적 제어 결과를 제시하고, 이를 기반으로 실시간 운전 가능한 규칙 기반 알고리즘을 설계하여 ESS의 적용에 따른 요금 절감 효과를 제시한다.

배터리의 안정적인 운영과 관리를 위해서 배터리의 SOH 예측은 매우 중요한 과제이다. 본 논문에서는 배터리 팩의 SOH를 예측하기 위한 ARIMA-Kalman 기반의 최적화된 하이브리드 방법을 소개한다.

High power and energy applications of battery require a large number of batteries to be connected in series, parallel or mixed configurations. The reliability or these batteries is improved by making them tolerant to faults i.e. by bypassing the fault cells and adding new cells to compensate the voltage and current requirement. The addition or removal or cells may cause the current stress on other healthy cells. The estimation and control or this current stress is one or the technique proposed by other researchers. This study intends to identify a suitable scalable configuration which can either avoid or reduce the efforts on the estimation and control of stress current. In addition, this paper will explore the issues associated with hot-swap.

최근 신재생에너지 시스템의 보급 및 확산에 따라 자가발전시스템에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 도시의 빌딩에 에너지를 효율적으로 공급 및 관리하기 위해 다양한 발전원의 하이브리드 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 태양광(PV, Photovoltaic), 연료전지(FC, Fule Cell), 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB, Vanadium Pedox Flow Battery)를 사용하여 도시형에 적합한 빌딩용 신재생에너지 하이브리드 발전/저장 시스템을 제안한다.

The battery powered electric vehicle (EV) is one of most promising technologies in 21^st century. Though the lithium batteries are playing an important role in the EVs, they are only applicable until their capacities reach 80%, the end of its useful first life. Yet, these batteries can live a second life such as Energy Storage Systems (ESS). In order to utilize the Residual Useful Life (RUL) of the batteries the State of Health (SOH) of them needs to be estimated by a nondestructive test such as Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) technique. Though many kinds of different EIS instruments are commercially available, most of them can only test a battery module less than 10V and the price of the instrument is very high. In this paper a low-cost EIS instrument suitable for measuring the impedance spectrum of the high voltage battery module is proposed and its validity is verified through the experiments. In order to prove the accuracy of the developed EIS instrument its measured impedance spectrum is compared with the results obtained by a commercial instrument. The Chi Square value calculated between two impedance spectrum measured by both developed and commercial instruments are less than 2%, which prove the strong correlation between two results.

본 논문은 모드 유지 알고리즘이 적용된 직류 배전용 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)의 모듈형 운전 제어 기법에 관해 제안한다. 모드 유지 알고리즘은 설정된 방전 깊이(Depth of Discharge, DoD) 내에서 계통의 전력 수요 및 공급의 변화가 생긴 경우에 수시로 변화하는 충/방전 모드의 변경을 제한하는 알고리즘이다. 이를 통해 ESS의 가용 용량을 최대한 사용 가능하며, 계통의 전력 공급 및 부하 수요에 따라 계통의 동작 상태를 결정할 때 도움을 줄 수 있다. 제안한 알고리즘은 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

본 논문에서는 자기유도방식의 드론용 무선전력 전송 시스템에 적합한 송·수신 패드의 모델을 제안하고, 드론의 수평 이격 거리에 따른 특성을 비교하였다. 송·수신 코일 간 결합계수, 저항 성분 등을 통하여 송·수신 패드의 성능을 비교하였으며, 해당 모델에서 최적의 성능을 보이는 코일의 턴 수 및 위치를 연구하였다.

3-Level 부스터 컨버터는 기존의 부스터 컨버터에 비해 인덕터의 크기를 줄이고, 더 낮은 전류리플을 취할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 스위치의 동작은 Duty가 0.5 이상과 이하일때에 따라 달라진다. 이에 본 토폴로지의 제어기를 설계하기 위해서는 Duty가 0.5 이상일때와 이하일때의 두가지 경우의 상태로 토폴로지를 분석한 뒤 소신호 모델링을 할 필요가 있다. 따라서 본 논문에서는 경우에 따라 두가지의 상태 평균화 방정식을 세우고, 이를 비교한뒤 소신호 모델링을 통해 제어기를 설계한다. 또한 상단과 하단 커패시터에서 생기는 전압 불균형을 개선하기 위해 Duty를 보상하여 전압 불평형을 개선하는 제어 방법을 제안한다. 제안된 컨트롤러는 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증된다.

본 논문은 에너지 절약을 위한 특정 상업용 에너지 저용량 에너지저장시스템 모델 개발 및 연구를 수행하였다. 저용량 에너지저장시스템은 피트니스센터의 스피닝 기계에의 적용을 목적으로 하고 있으며 제안하는 시스템은 BLDC모터, Rectifier, DC-DC Coverter, Controller, Battery 로 구성되어 있다. 본 논문에서는 각 구성요소간의 직병렬 연결을 통하여 저용량 에너지저장시스템의 효율적인 운영방안을 제시한다. 제안하는 저용량 에너지저장시스템은 시뮬레이션을 통하여 모델링 및 결과 분석을 진행하였다.

본 논문에서는 마이크로그리드 시스템의 기존 교류 배전망에서 전력 전송 손실을 개선하기 위해 직류 배전망으로 설계하면서 전력을 저장하는 배터리부와 상기 배터리부로부터 LVDC망 전압을 사용자가 설정 및 설계한 전압에 대응하며 유지하기 위한 양방향 DC/DC 컨버터에 대해서 연구하였다. 기존에 사용하던 방식과는 다르게 슈퍼캐패시터를 추가하여 고속, 고출력의 충방전을 할 수 있으며, 이러한 특징으로 인하여 전력품질 개선과 비상시 전력을 공급할 수 있는 장접을 갖게 되었다. 제어기는 PI 제어기를 적용하였으며, PWM 게이팅 신호를 만들어 스위칭 소자를 제어하였다. 매트랩 시뮬링크를 이용하여 양방향 DC/DC 컨버터의 회로를 설계하고 구동 알고리즘을 적용해서 시스템을 구성하여, 슈퍼캐패시터를 이용한 양방향 DC/DC 컨버터의 역할 가능성을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.

'계시별 요금제'는 하계·동계·춘추계의 계절별과 경부하·중간 부하·최대부하의 시간대별로 구분하여 전기요금을 차등 적용하는 것을 말한다. 수요관리 및 소비자 선택권 확대 목적으로 미국·영국·프랑스 등 주요국에서 주택용 전기요금의 하나로 시행 주이다. 그러나 국내에서는 산업용, 일반용 소비자에게는 계시별 요금제를 적용 중이지만, 아직까지 주택용 전기요금에는 계시제가 도입되지 않은 상태이다. 하지만 정부가 현재 시행중인 전기요금 누진제도의 대안으로 계절과 시간대에 따라 요금을 부과하는 '계시별 요금제' 도입을 추진할 예정이다. 이는 소비자의 합리적인 전기 소비를 유도해 각 가정의 전기료 부담을 줄이고, 누진제 완화로 악하된 한국전력공사의 재정 부담도 줄이겠다는 취지이다. 그러나 신 요금제 도입에 따른 전기료 인상 논란 여기 이어질 전망이다. 따라서 본 연구에서는 첫째 현행 '누진제 요금제'와 새로 도입될 '계시별 요금제'에 따른 소비자 전기요금의 변화에 대해 살펴보고, 둘째 가정용 ESS 도입에 따른 전기료 절감에 대하여 검토한 후, 마지막으로 계시별 요금제 도입에 따른 효율적인 ESS 도입 및 운영과 시범 적용 예정인 계시별 요금제에 대한 개선 방향에 대하여 간략히 살펴보고자 한다.

ESS(Energy Storage System)의 도입을 통해 첨두부하의 경감(Peak Shaving)과 일종의 차익거래(Arbitrage) 효과를 실현할 수 있다. 본 논문에서는 경제적 이득의 극대화를 지향하는 ESS 최적 충방전스케줄 생성기법을 제안한다. 제안 기법은 모델예측제어(MPC: Model Predictive Control) 프레임워크를 기반으로 하였고 매트랩 시뮬레이션을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

최근 국내 ESS 시장은 정부의 강력한 지원에 힘입어 민간의 투자, 운영 수요가 크게 늘어나고 있으며, 연평균 27% 성장하여 20년 민간 544MWh, 한전 320MWh로 총 864MWh 확대 전망이다. 특히, ESS는 태양광 연계를 통한 매전수익, 피크컷 기능을 통한 전력요금 절감, 독립전원 공급 등 다양한 분야에 활용되고 있다. ESS의 활용이 다양해짐에 따라 PMS/EMS를 통한 PCS제어 및 모니터링 기능, 피크컷 기능이 중요해지고 있다. 이렇듯 사이트 특성에 따른 커스터마이징이 편리한 PMS/EMS IoT 플랫폼 구축이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 사이트 특성에 따른 커스터마이징이 편리한 PMS/EMS IoT 플랫폼을 설계하고 개발하였다. 그 결과 운전 스케줄링, 실시간 모니터링, 피크컷, 수익분석, 독립전원 등의 기술이 적용 가능한 PMS/EMS IoT 플랫폼을 통해 최적의 운영으로 수익을 극대화할 것으로 기대한다.

국내 마이크로그리드는 실증단지, 도서지역, 캠퍼스, 산업단지등에 구축되고 있다. 특히 산업단지는 수용가의 전기에너지 이용 효율화와 신재생에너지 전원을 활용한 전력거래를 위해 마이크로그리드를 구축하는 추세이다. 본 논문에서는 ESS(Energy Storage System) 복합운영을 통한 비용절감과 전력거래 수익창출 실증을 위하여 나주혁신도시 동수산업단지 내계통과 연계된 제조업체(태산, 범한, 하이옥스)에 구축되는 마이크로그리드 경제성을 분석한다. 경제성 분석 툴인 HOMER를 이용하여 각 업체별 PV(PhotoVoltaic) 및 ESS용량에 따른 순 현재비용과 1[kWh]당 발전단가를 산출한다. 경제성 분석을 위해 각 제조업체의 최근 1년간 부하량과 산업용 전기요금기준, 기업체 소재지의 기후조건에 따른 태양광발전량, 각 기업체 마이크로그리드 실제구축비용을 입력하고, 공인할인율 5.5[%]와 유류비 1500[원/ℓ]를 기준으로 경제성을 분석한다. 분석을 바탕으로 개별 제조업체 부하 특성에 부합한 마이크로그리드 분산전원 및 설비 용량 선정과 운영방안을 제안한다.