본 논문은 주파수 분석 방법 중 하나인 Discrete Wavelet Transform (DWT)을 활용하여 태양광 직렬 아크 사고를 검출하는 방법에 관하여 다룬다. DWT 알고리즘은 주파수 도메인에서도 시간 축 정보를 표현할 수 있어 기존의 Fast Fourier Transform (FFT) 주파수 분석 알고리즘과 차이점이 있으며, 대용량 태양광 시스템의 직렬 아크 사고 검출에 최적화 되도록 DWT 알고리즘의 속도를 향상시켜 태양광 DC 아크 사고 안전규격인 UL1699B의 요구 조건을 만족시켰다. DWT 알고리즘의 경우 TMS320F28033 기반으로 구현 되었으며 대용량 PV 시스템 적용을 위해 로고스키코일을 전류 센서로 사용하였다. 또한, 모의 DC 직렬 아크 발생 회로를 구축하여 제작한 사고 검출기의 성능을 실제 아크 발생 조건에서 검증하였다.

태양광 모듈은 일사량과 온도에 의해 P-V 및 I-V의 특성이 변하여 최대 전력 점 추종 기업(MPPT, Maximum Power Point Tracking)이 필요하다. 기존의 기법들의 경우 모듈의 온도로 인해 개방전압이 변하거나 음영이 발생하면 태양광 모듈의 최대 전력 점을 추종하지 못한다. 본 논문에서는 태양광 패널에서의 P-V 및 I-V의 상관관계와 온도 변화에 대한 태양광 모듈의 최대 전력 점을 추종하는 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안된 제어기법은 3kW 태양광 인버터 시스템을 구성하여 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하였다.

국내 가정용 단상 태양광인버터의 주류는 3kW급으로 그린홈보급사업, 태양광 대여사업 및 여러지원사업, 자가설치 사업 등에 사용되고 있고, 100kW 태양광발전소에 설치되는 경우도 있다. 당사에서 전력변환 효율, 전력밀도 및 신뢰성 향상을 위해 개발하였으며, 추가적으로 요구되는 직류 지락 검출 및 Residual Current 검출 기능 구현을 목표로 개발한 3kW급 계통연계형 태양광 인버터의 특징 및 태양광인버터 개발에 있어 필요한 고려요소를 소개한다.

차동 전력 조절기 시스템은 PV 모듈의 부분 음영으로 인해 전체 발전량이 감소하는 현상을 방지하기 위해서 사용한다. 기존의 차동 전력 조절기는 PV 패널과 바이패스 다이오드를 연결하여 구성한 PV 스트링당 한 개의 전력변환 장치가 필요하므로, 전력변환 장치의 개수가 증가하고 전력 시스템의 설치비용이 증가한다. 본 논문에서는 복수의 스트링에 단일 전력변환장치를 사용할 수 있는 차동 전력 조절기 모듈의 구조와 동작 알고리즘을 제안한다. 차동 전력 조절기에 대한 동작 알고리즘을 통해 다양한 부분 음영 조건 시에도 기존의 직렬 연결방식이나 차동 전력 조절 방식에 비하여 최대 발전량을 유지할 수 있다. 제안하는 차동 전력 조절기의 동작 알고리즘은 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.

극성이 일정한 주기로 교번되는 교류 접지 환경과 달리, 직류 접지 환경에서 접지극은 지속적으로 (+) 또는 (-) 극성을 유지하게 된다. 이때 (+) 극성을 가지는 접지극은 산화반응에 의해 전식이 진행된다. 이러한 (+) 접지극의 전식을 막기 위해, 보호전극을 사용하여 (+) 접지극에 흐르는 누설전류의 극성과 반대로 직류전류를 흘려줌으로써 (+) 접지극에 흐르는 전류가 0A가 되도록 할 수 있다. 하지만 (+) 접지극을 보호하는 과정에서 보호전극은 산화반응으로 인한 전식 현상이 발생하여 손상이 진행된다. (+) 접지극을 전식으로부터 보호하면서도 보호전극의 사용 수명을 연장시키기 위해, 보호전극에 흐르는 전류의 평균값이 (+) 접지극에 흐르는 누설전류의 크기와 같으면서 PWM 펄스파형의 형태가 나타나도록 하였다. 본 연구에서는 일정 시간 동안 보호극 전원의 주파수에 따른 보호극의 전식정도를 실험을 통해 분석하였다. 실험에서 PWM 펄스파형의 주파수는 0.1Hz, 1Hz, 8Hz, 10Hz, 20Hz, 50Hz, 100Hz, 1kHz를 고려하였다. 실험 및 분석을 통해 저압직류(LVDC) 접지 환경에서 (+) 전극 및 보호전극의 전식손상을 낮출 수 있는 최적의 주파수 조건을 제시한다.

본 논문은 계통 전압 보조를 위한 분산전원용 인버터의 Volt/VAR 및 Volt/Watt 제어 방법을 소개한다. 태양광 발전(Photovoltaics, PV), 소수력 발전과 같은 분산전원이 증가함에 따라 양방향 전력 흐름이 일반화 되며, 양방향 전력 흐름으로 인한 PCC (Point of common coupling) 전압 변동이 발생하여 계통에 악영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 전압 변동을 줄여 계통을 보조할 수 있는 분산전원용 인버터의 Volt/VAR 및 Volt/Watt 제어를 소개하며, 관련 규정 및 제어 조건을 명시하고 시뮬레이션을 통해 검증한다.

본 논문은 OBC의 전력 밀도를 향상시키기 위한 LLC용 planar 변압기의 설계 방법을 제안한다. 이를 위해 상용 planar 변압기 코어를 사용한 OBC를 바탕으로 planar 변압기 코어 최적 파라미터와 패턴 배치에 따른 영향을 FEM 시뮬레이션을 통해 설계하고 분석한다. 분석 결과를 바탕으로 설계된 planar 변압기를 3.3 [kW]급 LLC 컨버터 prototype을 통해 검증한다.

본 논문은 11kW급 양방향 탑재형 충전기를 위한 CLLLC 공진 컨버터 설계에 대하여 발표한다. CLLLC 공진 컨버터의 공진 탱크 설계하였으며, 고효율화를 위하여 SiC-MOSFET을 사용하고, 배터리 전압에 따라 링크전압 가변 알고리즘과 동기정류기를 적용하였다. 그 결과를 바탕으로 프로토타입을 제작하여 실험한 결과를 발표한다.

본 논문은 단상/3상 겸용 단일단 800V 전기차 탑재형 충전기를 제안한다. 제안하는 단일단 충전기는 넓은 단상/3상의 계통전압(120V-240V)에도 스위치의 ZVS 턴 온을 보장하며 전해 콘덴서 없이 DC충전이 가능하다. 2상 인터리브드 토템폴 구조로 구성되어 입력필터가 작으며 전해콘덴서가 없어서 5.5kW/L의 높은 전력밀도를 달성하였다. 또한 4차 고조파 주입 알고리즘을 통해 고조파 규정인 EN 61000-3-2 규정을 만족한다. 시작품의 타당성 및 성능 검증을 위해 SiC 소자를 적용하여 스위칭 주파수 150kHz의 11kW급 충전기를 제작하였고 제안하는 컨버터의 타당성 및 성능을 검증하였다.

본 논문에서는 위상천이 풀브릿지(PSFB) 컨버터에 적용할 수 있는 새로운 클램핑 회로를 제안한다. 제안하는 회로가 적용된 PSFB 컨버터는 정류기 다이오드의 전압 발진을 완전히 제거되면서도, 영전압 스위칭(ZVS)을 위한 전류를 보장하기 때문에 전도 손실과 스위칭 손실을 모두 개선하여 고효율을 달성할 수 있다. 뿐만 아니라, 출력 인덕터 부피와 듀티 손실 측면에서도 장점을 갖기 때문에 기존에 제안된 여러 클램핑 회로들에 비해서도 높은 효율과 높은 전력밀도를 갖는다. 제안된 회로의 타당성은 385V 입력, 270-420V 출력의 3.3kW 전기차 충전기 프로토타입으로 검증되었다.

본 논문은 고효율 11kW급 양방향 탑재형 충전기에 대한 연구결과를 발표한다. 토폴로지로는 3상 2-레벨 인버터와 CLLLC 공진형 컨버터를 적용하였으며, 모든 전력반도체 소자는 SiC-MOSFET를 적용하였다. CLLLC 공진형 컨버터의 고효율 달성을 위해, 배터리 전압에 따라 DC 링크 전압 가변 알고리즘을 적용하였으며 양방향 동작시 정류단이 동기 정류기로 동작하도록 설계하였다. 인버터 스위칭 주파수 20kHz, CLLLC 공진형 컨버터 스위칭 주파수 80~300kHz, 배터리 전압 213~413V, 계통 전압 380V/60Hz 사양으로 프로토타입을 설계/제작하였으며 순방향 전력전달 최대 효율 95.8%이상, 역방향 전력전달시 최대효율 95.1%이상의 결과를 달성하였다.

본 논문은 전기자동차용 탑재형 충전기에 사용되는 능동 전력 디커플링 회로의 커패시턴스 저감 기법을 제안한다. 탑재형 충전기의 허용 DC-link 전압 리플과 커패시턴스 사이의 관계를 분석하고, 허용 리플 크기에 따른 최적 커패시턴스의 크기를 도출한다. 제안하는 설계 기법은 시뮬레이션 및 실험 결과를 기반으로 검증한다.

리튬이온 배터리는 동작하는 과정에서 필연적으로 열이 발생하기 때문에 적절한 열 관리에 대한 전략이 필요하다. 배터리에서의 발열은 가역적인 발열과 비가역적인 발열로 분류될 수 있으며 배터리의 용도별, 동작 조건 별 발열 특성이 상이하기 때문에, 배터리의 열적 안전성 확보를 위해서는 열적 특성에 대한 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 고용량/고출력 리튬이온 배터리의 전기적 특성 실험을 수행하고 열적 안전성 분석을 위하여 발열 특성 분석을 수행하였다. 고용량/고출력 배터리 특성에 따라 가역적 발열과 비가역적 발열이 나타나는 특성이 상이한 것으로 확인되었으며, 또한 온도 측정 정보로부터 배터리의 내부 상태 특성을 추정하고 고장 진단 및 수명 특성에 활용될 수 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 리튬이온 배터리의 전기적인 특성 실험을 통해 열 해석에 필요한 인자를 추출하고 이를 이용하여 열 해석의 상용 프로그램인 COMSOL과 ANSYS에서 서로 다른 방법으로 열 해석을 진행한다. 두 프로그램의 열 해석을 통해 얻은 데이터와 측정 데이터를 비교분석 한 결과 유사 경향성을 확인하였고, 이를 통해 전기적 열 해석 모델의 신뢰성을 확보한다.

본 논문에서는 급속 충전 시 배터리의 상한 온도를 초과하지 않는 최대 가용 충전 전류의 실시간 추정 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 배터리 열 모델을 기반으로 상한 온도에 도달하는 발열량을 추정하고, 충전 상태에 따른 내부 저항의 변화 양성을 고려하여 최대 급속 충전 전류를 도출한다. 알고리즘의 유효성을 검증하기 위하여 전기자동차용 배터리 팩을 이용한 시뮬레이션 및 실험을 진행한다.

본 논문에서는 전기자동차용 배터리의 충방전 시 단자전압이 배터리의 상하한 전압에 도달하지 않는 최대 가용 출력 전류 추정 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 SOC에 따라 변화하는 내부 파라미터를 고려하여 일정 시간동안 배터리가 출력 가능한 최대의 전류를 추정함으로써 해당 시간 동안 배터리의 출력을 보장하고 배터리의 가용 에너지를 극대화한다. 알고리즘을 검증하기 위하여 전기자동차용 배터리를 이용한 실험 및 시뮬레이션을 진행한다.

본 논문에서는 전기자동차 급속 충전 시 배터리 팩의 온도 모사를 위한 열 모델링 기법을 제안한다. 배터리 등가 회로 모델을 기반으로 배터리 팩 내부 발열량을 계산하고, 배터리 열 모델 구성을 위한 파라미터 추출 실험 방안을 제안하다. 또한, 전기자동차 방열 시스템의 영향 등으로 인한 발열량 변화를 실시간으로 보정하여 온도 모사 정확도를 개선한다. 열 모델링 기법의 유효성 검증을 위하여 전기자동차용 배터리 팩 기반의 시뮬레이션 및 실험을 진행한다.

다상 BLDC 모니터는 높은 효율, 단위 전류당 높은 토크 밀도 및 비교적 쉬운 제어 특성으로 인해 동일 크기, 동일 무게에서 더 높은 출력을 요구하는 대형 트랙션 또는 선박 추진 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 선박 등의 대용량 추진 시스템은 안정적인 운전 성능을 위해 모터의 일부 상 고장의 경우에도 시스템의 안정적인 동작이 중요한 이슈가 되고 있다. 본 논문에서는 모터의 한 상에서 고장이 발생한 경우 BLDC 모터의 정상인 상 전류의 위상각을 제어하여 토크 리플을 저감하는 제어 방법을 제안한다. 제안된 방법은 토크 리플에 큰 영향을 미치는 출력 토크의 2차 고조파 성분의 합이 영이 되도록 정상인 상 전류의 위상각을 제어하여 가능한 범위 내에서 최대 출력 토크를 얻음과 동시에 토크 리플 성분을 최소화한다. 본 논문에서 제안한 방법은 12상 BLDC 모터의 HILs 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

최근 항공기 분야에서는 기존 내연기관이 아닌 배터리를 이용한 전기 추진 방식(Electric Propulsion)에 대한 연구가 활발하다. 특히 완전 전기 추진 시스템에서는 모든 전력을 배터리로부터 입력받는다. 배터리는 잔존용량에 따라 배터리의 출력전압의 크기가 변하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 전동기 상전류의전고조파 왜율(THD)에 영향을 준다. 본 논문에서는 배터리 잔존용량에 따른 상전류 맥동을 분석하였고, 배터리 동작 특성에 맞추어 상전류 THD 조건을 만족하고 최대 효율로 인버터를 동작하기 위한 스위칭 주파수 선정 알고리즘을 제안하였다.

본 논문에서는 2개의 인-휠 브러쉬리스 모터로 구동하는 차량의 실시간 위치 추종 제어방법을 제안한다. 2개의 모터를 사용하여 구동되는 차량의 경우 방향 및 이동이 각 모터의 제어를 기반으로 결정된다. 하지만 컨트롤러에 의해 지령된 위치까지 모터의 제어가 정확하게 된다 하더라도 차량의 실제 위치는 바퀴와 바닥면사이의 슬립이나 외부 요인에 의해 오차가 발생하게 된다. 따라서 이렇게 발생하는 오차를 보상하기 위해 차량의 실시간 각도 추정이 가능한 IMU(Inertia Measrement Unit) 센서를 기반으로 진행 각도를 보정하며 주행 중 발생하는 위치오차를 보상하기 위해 모터의 홀센서로부터 계산되는 위치와 IMU 센서의 데이터를 조합하여 실시간 위치 추종 제어방법을 제안한다.

본 논문에서는 2개의 브러쉬리스 AC 모터로 구동하는 레일 트랙션 시스템의 설계와 위치제어 방법을 제시한다. 제안된 시스템의 설계에서 롤러와 레일 사이의 미끄러짐 효과를 줄이기 위해 롤러가 레일의 상단 표면에 위치하는 구조로 설계하였다. 레일의 지지대가 상단 중앙에 위치해 있어 두 개의 날개 형태로 롤러가 제작되었으며, 각각의 롤러는 BLAC 모터와 연결되어 있다. 위치제어의 성능을 높이기 위해 코사인 가감속 패턴을 활용하여 구동 시 전류와 속도의 리플을 억제한다. 두 모터의 비선형적인 부하에 의한 밸런스오차를 줄이기 위해 실시간 위치 변화의 밸런스 제어를 제안한다. 제안된 듀얼 BLAC 모터로 구동하는 트랙선 시스템의 위치제어성능은 비교실험을 통해 검증되었다.

친환경적이고 수명이 길며 높은 효율을 가지고 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명은 각광 받고 있다. LED는 응용 분야별로 필요한 용량에 따라 다양하게 정하지 않고 용량을 한가지로 표준화하여 직, 병렬로 연결하여 모듈 형태로 사용하고 큰 용량이 필요한 경우, 여러 개의 모듈로 이용하는 특징을 갖는다. 따라서 LED 구동하기 위한 컨버터는 LED 모듈을 최소 하나에서 여러 대를 구동할 수 있는 PFC 및 DC/DC 컨버터를 요구한다. 기존 단일 출력 컨버터로 LED 모듈을 구성하면 LED 시스템의 높은 효율, 높은 전력 밀도, 대용량화 및 활용도가 떨어지며 효과적으로 유지 보수가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 다중 출력 LED 컨버터는 각 출력이 정전류 특성을 유지하고 LED 보호 기능을 가지려면 독립적인 컨버터가 채널마다 필요하게 된다. 이에 본 논문은 다중 출력으로 복수의 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있는 LLC 공진 컨버터에 관한 연구이며 이를 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

본 논문은 평면 변압기에서 발생하는 공통모드 노이즈를 제거하기 위해 새로운 회로 구조 및 변압기의 와인딩 레이아웃을 제안한다. 제안하는 컨버터는 1차측의 병렬구조로 인하여 풀-브리지와 같은 구조를 갖고 있고, 높은 파워의 어플리케이션에 적합하게 사용되어질 수 있다. 2개의 하프-브리지 LLC 공진형 컨버터 변압기의 1차측은 한쪽 끝이 정전압 전위를 갖도록 연결되어 있다. 이에 따라 같은 dv/dt 특성을 갖는 1차측과 2차측 와인딩이 존재하게 되고, 이러한 와인딩을 인접하게 배치하는 구조를 통해 변압기에서 발생하는 공통모드 노이즈를 크게 줄일 수 있다. 최종적으로 EMI 필터의 크기를 크게 줄일 수 있고, 높은 전력밀도를 달성할 수 있다.

본 논문에서는 동작 영역 감지 회로를 이용한 LLC 컨버터의 홀드-업 시간 연장 기법을 제안한다. LLC 컨버터는 주로 소프트 스위칭이 가능한 인덕티브 영역에서 동작하며, 커패시티브 영역에서의 동작을 방지하기 위해서 최대 전압 이득을 가지는 스위칭 주파수보다 충분히 높은 주파수까지만 동작시킨다. 그 결과, LLC 컨버터가 가지는 최대 전압 이득을 활용하지 못하기 때문에, 입력 전압 범위가 좁아져 홀드-업 시간이 줄어들게 된다. 본 논문에서는 LLC 컨버터의 동작 영역을 감지하여, 최대 전압 이득을 가지는 스위칭 주파수까지 동작시킴으로서 홀드-업 시간을 최대로 가지게 한다. 제안된 기법을 통해 홀드-업 시간이 증가하고, 링크 커패시터의 부피를 감소시킬 수 있다.

본 논문에서는 부스트 프리레귤레이터가 통합된 새로운 고효율 고정-주파수 LLC 공진형 컨버터를 제안한다. 기존 부스트 프리레귤레이터가 사용된 2단-구조의 컨버터는 연속적인 입력전류 및 넓은 전압이득 범위를 가져 태양광 및 연료전지에 적합한 토폴로지이다. 하지만, 부스트 프리레귤레이터 단에서 하드 스위칭으로 인한 큰 스위칭 손실, 큰 다이오드 도통 손실이 발생하여 낮은 효율을 갖는 문제가 발생한다. 따라서 이를 해결하기 위해, 제안된 회로는 부스트 프리레귤레이터를 통합시킨 새로운 구조를 사용하여 모든 스위치의 영전압 스위칭을 달성하고, 다이오드를 소거하였다. 따라서 제안된 회로는 높은 효율을 갖는다. 제안된 회로의 효용성을 증명하기 위해, 24-32V 입력전압과 12-16V(200W)출력에서 실험이 진행되었다.

임계모드 (Critical conduction mode, CrM) 동작을 하는 PFC 컨버터는 주파수 변동을 통한 Valley switching 동작으로 인하여 높은 효율 및 양호한 EMI 특성을 가진다. 하지만 Peak 부하가 큰 시스템에서 CrM 설계를 하게 되면 정격부하에서 비교적 높은 주파수의 동작이 불가피하여 시스템 효율이 나빠지고 높은 DC-bias 확보를 위해 인덕터 크기가 커지게 된다. 따라서 본 논문에서는 고효율 및 인덕터 사이즈 저감을 위한 임계모드에서 동작하는 두 개의 교차형 PFC 컨버터의 병렬 구동에 대해서 이야기하고자 한다.

본 논문에서는 용기 소음 저감을 위해 Anyplace induction heating (lH) 시스템에 적합한 설계 방안을 제시한다. 다수의 워킹 코일 및 인버터를 적용한 Anyplace lH 시스템에서 인접한 코일들이 서로 다른 동작 주파수로 용기를 가열 할 경우 주파수 차이에 따른 용기 소음이 발생한다. 따라서 용기의 근접 가열 시 발생하는 소음을 저감하기 위한 방안들을 비교 및 분석하고 실험 및 시뮬레이션을 통해 phase locked loop (PLL)을 이용한 교번 pulse density modulation (PDM) 제어를 적용한 시스템 설계 방안에 대한 타당성을 검증한다.

고전압 커패시터는 회로 전체 안전성의 이유로 신뢰도를 유지하는 것이 매우 중요하다. 따라서 커패시터는 다양한 특성에 대해 시험이 필요하며 이때 장비가 필요하게 된다. 커패시터 시험용 특성으론 용량, 내전압, 전압 변화량, I_rms, I_peak가 있는데, 이 중 전류(I_rms, I_peak) 시험기의 경우 시중에 거의 없고, 매우 고가에 거래가 되고 있다. 이는 기존 전류 시험기가 CCCV(constant current constant voltage) 충/방전 회로를 사용하여 높은 전력을 공급하는 Power Supply가 요구되기 때문이다. 본 논문은 상기 기존 기술의 문제점을 해결하고자 공진회로를 이용하여 새로운 커패시터 전류 시험기를 설계하였고, Simulation을 통해 제안 전류 시험기의 가능성을 검토하였다.

운송업의 시장 규모가 커짐에 따라 물건들을 분류하는 방식에 관한 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. 그중 크로스벨트소터 방법이 많이 쓰이고 있다. 물건이 카트 위에서 이동하다가 원하는 위치에서 출하는 하는 방식이다. 현재 Bus bar와 collector의 접촉을 이용해 출하 시 전력을 공급하는 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 유지와 관리에서 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 본 논문에서는 Bus bar와 collector를 사용하지 않고, 카트에서 직접 물건 출하 시 필요한 전력을 만드는 방식에 대해 언급한다. 기존 배터리의 사용 대신, 온도와 수명, 전류방전에 이점을 가진 슈퍼캐패시터를 사용한다. 시뮬레이션을 통해 슈퍼캐패시터의 충전과 출력이 높은 상황에서 슈퍼캐패시터가 전력을 보상해주는 동작을 검증한다.

In recently days using distributed power generation systems constructed with boost type dc-dc converters is being extremely popularized because of the rising need of environment friendly energy generation power systems. In this paper a new constructed An efficient Step-Up DC-DC Converter for DC Grid Applications s proposed to boost a low level DC voltage(36-80V) to high DC bus (380V) level. When comparing to other step-up converters, the proposed topology has a reduced number of switching devices, can make high quality power with lower input current ripple and has wider input DC voltage range. Finally, the performance of the proposed topology is presented by simulation results with 350W hardware prototype.

본 논문은 전 범위 ZVS를 가지는 OBC-LDC 통합형 차량용 충전기를 제안한다. 제안하는 통합형 충전기는 OBC의 절연부인 양방향 LLC 공진형 컨버터의 2차측 스위치 레그와 LDC의 위상천이 풀브릿지 컨버터의 lagging 레그를 공통으로 사용하여 스위치 개수를 2개 줄일 뿐아니라 경부하에서 ZVS 성취가 어려운 lagging 레그의 전 범위 ZVS 턴온을 가능케 한다. 제안하는 통합형 충전기는 OBC와 LDC의 동시동작이 가능하며 OBC와 LDC가 같이 동작할 때 전류 상쇄효과로 인해 도통손실을 저감할 수 있다. 또한 OBC와 LDC가 동일주파수로 동작하므로 고전압측 출력필터와 EMI 필터의 설계가 간단해지는 장점이 있다. 3.6kW급 LLC 공진형 컨버터와 1kW급 위상천이 풀브릿지 컨버터로 구성되는 통합형 충전기의 시작품을 제작하여 본 논문의 타당성을 증명하였다.

전압형 컨버터는 전력 공급의 4상한 운전이 가능하여 전력 계통과 연계하기 용이하며 전력 조류를 계통 상황에 맞게 적절히 제어할 수 있다. 특히 전압형 컨버터의 무효전력 공급이 가능한 특성은 계통의 과도안정도 향상에 도움을 줄 수 있지만 전압형 컨버터의 합성 전압 제한에 의해 무효전력 공급은 컨버터의 최대 공급가능 능력보다 제한되게 된다. 하지만, 컨버터의 적절한 제어 방식을 통해 컨버터 출력 전압을 증가시킴으로써 무효전력 공급을 늘릴 수 있고 이를 통해 계통의 고장 상황 시 과도안정도를 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 전압형 컨버터의 출력 전압 크기에 따른 무효 전력 출력의 크기를 분석하고 시뮬레이션을 통해 무효전력 공급의 증가 및 계통의 과도 안정도의 향상을 확인하였다.

AC 배전 시스템에서 부하 기기의 국제 규제는 IEC 61000-3-12로 명확히 규제되어 있다. 이 규제는 지정된 조건으로 해당 부하 기기에서 발생할 수 있는 입력전류의 고조파 성분 허용 기준을 명시한다. 언급한 규제가 하이브리드 배전 시스템의 AC 부하에 적용되었을 때, 부하의 허용된 고조파 성분에 의한 DC 링크의 전류 리플과 전압 리플을 분석하였다. 부하 조건은 3상 평형 비선형 기기이다. 부하 전류와 DC 링크 전류, 전압 리플 및 실효값의 관계를 모든 주파수 영역에서 수식으로 보였으며, 3상 정류기 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

본 논문은 저압 배전선로의 전압 조정을 위해 상태관측기와 반복제어기를 적용한 무효전력 제어 알고리즘을 제안하였으며, 시뮬레이션 및 실험으로 이를 검증하였다. 무효전력 보상기는 단상 풀 브리지 인버터 구조이며 전압제어 시 DC 전압을 일정하게 유지하기 위한 전압 제어와 전류 제어기로 구성된다. DC 리플 보상방식은 상태관측기로 만들어낸 출력 값, DC 링크 리플 성분을 보상한 값을 전압제어기 피드백 성분으로 사용하여 전압을 일정하게 제어하였다. 무효전력을 안정하게 주입하기 위해 기본파 성분은 PI제어기로 제어하고 반복제어기를 PI제어기와 병렬로 연결하여 저차 고조파를 보상하였다. 반복 제어기는 동기 좌표계에서 구현됨에 따라 홀수파 고조파 성분을 제거하는 역할을 한다. 제안한 제어기법은 5kVar 단상 인버터 시스템으로 실험을 진행하였으며, 상태관측기와 반복제어기가 적용된 경우 THD가 9%에서 2%로 향상됨을 확인함으로써 제안한 알고리즘의 성능을 검증하였다.

This paper introduces a new pulse-width modulation (PWM) method to reduce common-mode voltages (CMVs) and compare its performance with other reduced CMV-PWM (RCMV-PWM) methods. To avoid the use of zero-vectors which cause high CMV peaks, the introduced method splits every reference vector into two vectors such that the peak-to-peak magnitude of CMV is reduced by one-third of conventional space-vector PWM (SVPWM). The performance of RCMV-PWMs altered by the modulation index are analyzed with simulation results.

본 논문에서는 ESS용 전류원 Dual-Active-Bridge 컨버터의 저 부하 및 고 부하에서의 효율 향상을 위한 하이브리드 스위칭 알고리즘을 제안하고자 한다. 전류원 DAB 컨버터는 인터리브 구조를 이용하여 배터리 단의 입력 전류 리플을 저감할 수 있고, 전력 변환 효율 개선을 위한 다양한 제어 변수를 도입할 수 있는 등의 장점으로 인해 DC 마이크로그리드에서 ESS용 절연형 양방향 DC/DC 컨버터로 주목받고 있다. 그러나 전류원 DAB에서 종래의 전력 제어 방법인 펄스폭 변조 방식과 위상천이가 결합된 방법 (PWM plus Phase Shift, PPS)의 경우 저 부하 조건에서 높은 피크 전류로 인해 도통 손실이 크며, 펄스폭 변조 방식과 이중 위상천이가 결합된 방법(PWM plus Dual Phase Shift, PPDPS)의 경우 고 부하 조건에서 영전압 스위치 영역이 좁아져 효과적이지 않다. 따라서 본 논문에서는 2차 측의 펄스폭과 위상천이를 독립적으로 제어하는 하이브리드 스위칭 알고리즘을 통해 순환전류를 감소시키고 영전압 스위치 영역을 확장시켜 저 부하 및 고 부하 모두에서 효율을 향상시키고자 한다. 1-kW급 전류원 DAB 컨버터 시작품을 통해 제안된 하이브리드 스위칭 알고리즘의 효율성과 타당성을 검증한다.

기존 위상천이 풀브리지 컨버터는 입력전압 범위가 넓을 경우, 제어변수인 듀티의 변동이 크게 되어 큰 순환전류가 존재하고, 2차측 정류단 전압스트레스가 커지는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 위상천이 방식을 적용한 3-레그 인버터 타입의 절연형 컨버터를 제안한다. 제안회로는 턴 비의 변화로 입력전압에 상관없이 항상 최대 듀티로 동작하며, 1차측 전류 및 2차측 정류단 전압스트레스를 감소시킬 수 있다. 제안 회로의 타당성을 검증하기 위해, 입력 311V_DC/622V_DC, 출력 50V 6kW급 사양의 프로토타입 컨버터를 설계·제작하였고, 그 실험 결과를 발표한다.

본 논문에서는 300kW급 모듈형 NPC 인버터의 방열 설계를 위해 전력반도체 스위치 소자의 손실을 분석하여 열적 특성을 고려한 인버터 모듈을 설계하고 제작을 하였다. 전력반도체 스위치의 손실은 스위칭 손실과 도통손실로 구분되며, 대부분 열손실로 나타나기 때문에 발열량을 토대로 방열판의 구조 및 크기를 결정하였다. 인버터 높은 출력비를 얻기 위해서는 열 손실을 고려한 방열판 설계는 반드시 필요한 과정으로 설계 과정의 타당성을 검증하기 위해 PLECS를 통한 시뮬레이션과 실험결과를 비교하였다.

양극성 DC 배전 시스템에는 높은 전압과 낮은 전압을 가진 두 양극성 버스가 사용된다. 두 양극성 버스간의 양방향 전력제어를 위해 DAB 컨버터가 사용된다. 또한, 양극성 DC 버스에는 두 극성에 균등한 전력 흐름이 형성되지 않기 때문에 이를 해결하는 전압 벨런서가 각각의 양극성 DC 버스마다 필요하다. 따라서 양극성 DC 배전 시스템을 구동하기 위해서는 총 3개의 전력변환장치가 필요하고 다수의 장치로 인해 전력밀도와 전력변환효율이 낮아지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 복수의 양극성 DC 버스 전압을 벨런싱하고 양방향 전력제어도 가능한 새로운 구조의 DAB 컨버터를 제안한다. 기존의 3단 구조와 달리 전력변환단계를 하나로 줄일 수 있어 전력밀도와 전력변환효율이 상승하게 된다. 제안하는 DAB 컨버터는 입력과 출력에 인덕터를 사용하여 입력과 출력에 접속되는 두 양극성 DC 버스 전압의 벨런싱을 가능하게 한다. 3-kW급 프로토타입을 통해 제안한 컨버터의 성능을 검증한다.

본 논문은 단상 3레벨 조건에서 unipolar 및 bipolar PWM의 구현 및 동작에 대해 서술하였으며, 교류전기철도용 전력보상장치의 병렬 운전 상황에서 unipolar PWM과 bipolar PWM에 따른 인터리빙 효과에 대해 비교하였다. 또한, unipolar PWM 조건에서 전력보상장치의 3병렬과 4병렬 시스템의 인터리빙 결과에 대해 비교하였다. 이를 통해 단상 unipolar PWM을 사용한 병렬 시스템의 인터리빙이라는 특수한 조건에서는 PWM 캐리어의 180° phase shift가 포함되는 2병렬 및 4병렬의 경우 마치 bipolar PWM처럼 동작하여 스위칭 리플의 저감효과가 기대한 결과보다 낮음을 확인하였다. 따라서 스위칭 리플의 저감 측면만을 고려한다면 전력보상장치의 병렬 시스템은 180° 캐리어가 포함된 4병렬 시스템보다 120° 캐리어를 사용하는 3병렬 시스템이 유리한 것을 확인하였다.

다양한 기기에 적용된 리튬 이온 전지의 출력은 전력으로 계산되며, 리튬 이온 전지는 전류 기반의 해석뿐만 아니라 전력기반의 해석 또한 필수적이다. 본 논문은 리튬 이온 전지의 정전력 입력과 출력에 따른 전류 관점의 분석과 전력 관점의 분석을 수행하였다. 리튬 이온 전지에서 정전력 입력 및 출력 시, 충전 상태와 에너지 상태 변화의 차이를 및 용량과 에너지 변화를 분석하였다.

높은 에너지 밀도, 장 수명 등의 특성을 갖는 리튬계열 축전지는 다양한 어플리케이션에 활용되고 있다. 그러나, 리튬계열 축전지의 열화로 인한 출력 특성 저하는 원전 사고 시, 안정적인 전력 공급을 저해하므로 원전 적용을 위해서 리튬계열 축전지의 열화를 일으키는 방사선에 대한 리튬계열 축전지의 강건성 검토가 필요하다. 본 논문은 방사성 동위원소 Co-60, 총 방사선량 100Gy의 저 준위 방사선 조사 시험을 진행하였으며, 이에 따른 리튬계열 축전지의 특성 비교를 위해서 전기적 특성분석 방법을 이용하였다.

배터리 시스템은 어플리케이션의 대영화에 따른 데이터 저장공간 문제 및 연속적인 배터리 신뢰성 문제 해결을 위한 건전성 예측 및 관리기술 접목에 관한 문제에 직면해 있으며, 이러한 문제 해결을 위해서는 배터리 시스템 신호를 통해 추출 가능한 건전성 지표 수립이 중요하다. 본 논문은 건전성 지표를 물리적, 간접적 지표로써 정의하고, 사이클 노화 데이터를 통해 건전성 지표로써의 성능을 검증하였다.

배터리의 가용 영역에 따른 효율적인 운영 방법을 판단하기 위해 방전 깊이(Depth of Discharge; DOD)에 따라 배터리의 노화 상태 및 에너지를 계산하여 최적의 가용 영역을 판단한다. 배터리의 상태를 판단하기 위한 지표로써 건강 상태(State of Discharge; DOD)와 출력 상태(State of Power; SOP)의 분석을 통해 비교한다. 노화 파라미터 및 DOD에 따른 노화 차이를 반영한 알고리즘 구현 및 배터리팩과 시스템 레벨의 효율적인 운영 방안에 관해 연구한다.

본 논문은 일차측 순환전류를 제거할 수 있는 새로운 정류단을 갖는 위상천이 풀브리지 컨버터를 발표한다. 기존 센터탭 정류기를 갖는 위상천이 풀브리지 컨버터에서 출력 인덕터 대신 커플더 인덕터를 사용하고, 부품들을 재배치하여 기존 문제가 되었던 일차측 순환전류가 대폭 저감되는 효과를 달성하였다. 2차측 다이오드의 전압스트레스가 저감되는 것도 제안 위상천이 풀브리지 컨버터의 장점이다. 본 논문에서는 제안된 회로의 구조 및 동작원리를 설명하고, 입력 300-400V, 출력 50V, 1kW급 프로토타입 컨버터의 그 실험결과를 발표한다.

본 논문에선 다수의 변압기를 도입하여 복수의 입출력 포트 간 전력 동조화 문제를 해결할 수 있는 Quadruple-Active-Bridge(QAB) 컨버터를 제안한다. 기존 QAB 컨버터는 단일 변압기를 사용하기 때문에 입출력 포트 사이의 전력 동조화 문제가 발생한다. 따라서 단일 변압기에서 포트 간 전력 비동조화를 달성하기 위해 입력 포트의 누설 인덕턴스를 최소화하는 최적의 변압기 설계가 필요하나, 복수의 권선 구조로 인해 최적의 설계가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 논문에선 기존의 단일 변압기와 복수의 변압기를 함께 설치하는 구조를 제안한다. 제안한 구조를 통해 별도의 비동조화 알고리즘 없이 출력 포트 사이의 전력 동조화 문제를 해결할 수 있다. 그리고 변압기의 설계도 복잡했던 기존 QAB 와는 달리 쉬워지는 이점도 있다. 제안한 컨버터의 구조 및 전력 비동조화를 등가 모델을 통해 이론적으로 분석한다. 그리고 이를 검증하고자 3 kW급 시작품을 통해 전력전달 구조 및 전력 비동조화를 검증한다.

본 논문은 액티브 클램프 포워드 컨버터(ACFC)에 적용 가능한 경부하 조건 효율 최적화 제어 기법을 제안한다. 기존의 액티브 클램프 포워드 컨버터는 경부하 조건에서 과도한 프리휠링 전류로 인해 큰 도통 손실이 발생하여 높은 효율을 기대하기가 어렵다. 제안하는 제어 방식은 복잡한 추가 회로 없이도 전도 손실을 줄이면서 경부하 효율을 유의미하게 개선할 수 있다. 제안하는 제어 방식의 실현 가능성 및 성능은 범용 AC 입력 및 65W 최대 출력에서 설계된 USB PD 어댑터 프로토타입 회로 구성을 통하여 실험 검증된다.

본 논문에서는, 결합 인덕터 정류단을 갖는 위상천이 풀브릿지 컨버터에 적용할 수 있는 새로운 동기정류기 제어 기법을 제안한다. 결합 인덕터 정류단을 활용하면 1차측 환류 전류를 감소 시켜 도통 손실을 줄일 수 있지만, 동시에 줄어든 전류로 인하여 레깅-레그 스위치의 영전압 스위칭을 달성하기 어려워진다. 이를 해결하기 위하여 변압기의 자화 전류를 이용할 수 있지만, 컨버터가 넓은 출력 전압 범위로 설계되는 경우 낮은 시비율을 기준으로 작게 설계된 자화 인덕턴스로 인하여, 높은 시비율로 구동 시 과도한 자화 전류로 인한 불필요한 도통 손실이 증가하는 문제점을 갖는다. 제안하는 제어 기법은 기존 동기정류기 제어와 달리 동기정류기를 기존보다 먼저 구동시켜 1차측에 환류 전류를 순간적으로 재생성할 수 있고, 이를 이용하여 레깅-레그 스위치의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다. 따라서, 작은 자화 전류로 영전압 스위칭을 달성할 수 있으므로 1차측의 도통 손실을 줄여 높은 효율을 얻을 수 있다. 제안하는 동기정류기 제어 기법의 효용성을 증명하기 위하여, 400V 입력, 27-54V/13A 출력에서 실험 검증을 진행하였다.

모듈러 구조의 전력변환 장치는 고전류 및 고전력이 요구되는 어플리케이션에 사용한다. 일반적으로 모듈러 구조의 전력변환 장치는 전체 출력 전력을 각각의 단일 전력변환 장치의 출력 전력에 균등하게 분배되도록 제어하여 부하 부담을 모든 개별 전력변환 장치로 분산한다. 하지만 기존의 출력 전력 균등화 제어는 전력변환 장치 간의 전력변환 효율 차이에 대하여 능동적으로 대응할 수 없기 때문에 모듈러 구조의 전력변환 시스템의 전력변환 효율과 신뢰성을 저감할 수 있다. 본 논문에서는 개별 전력변환 장치 간의 실제적인 효율 차이를 고려하여 출력 전력이 아닌 입력 전력에 대하여 모듈러 구조로 구성된 개별 전력변환 장치의 부하를 조절하는 입력 전력 균등화 제어방법을 제안한다. 제안하는 입력 전력 균등화 제어 방법은 2개의 200 W급 모듈러 벅 컨버터를 통해 검증하였다.

PFC( Power Factor Corrector)회로의 목적은 입력전류의 역률 개선을 목적으로 널리 사용되고 있다. 그리고 입/출력 파워의 균형을 위해 대용량의 출력Cap이 사용되며 주로 전해액이 포함된 부품을 사용한다. 그러나 사용 되는 전해Cap은 AC-DC 변환회로의 수명시간을 결정지으며 이를 사용하는 전자제품의 전체 수명을 반영하게 된다. 본 연구는 출력Cap용량을 최소와시키며 이를 대체 할 수 있는 Film Cap을 사용하여 제품의 전체 수명시간을 개선시키는데 목적이 있으며 다이나믹 특성의 부하와 서지성 낙뢰 및 과전압 대책에 대한 해결방안을 실제 시스템에서 구현하고자 한다. 또한 입력 서지 및 다이나믹 부하에 대한 개선 회로를 확인하고 이론적 결과는 200W LED TV에서 검증한다.

전기제품의 대기전력을 0.005W 미만으로 구현 할 수 있는 새로운 스위칭 제어 방법을 본 논문에서 제시하며 최소한의 소비전력을 구현하면서 제품의 기능을 유지 할 수 있는 방안에 대한 결과를 설명한다. 또한 실제 상용화되는 모니터에서의 동작원리를 설명하고 구현된 동작 특성을 바탕으로 제안한 회로의 동작원리 및 대기전력 수준을 검증한다.

This paper presents an optimal planar transformer design of a 3-kW Low voltage DC-DC Converter (LDC) with 3.68 kW/L power density for electric vehicle (xEV) application. The transformer is optimized based on the trade-off between footprint and loss using the proposed figure-of-merit (FOM) based optimization. In order to achieve ZVS under entire load range, an external leakage inductance is added and implemented using the proposed magnetic integration technique. A comparison between non-integrated and integrated magnetic core using finite element analysis (FEA) is presented. The result shows that the integrated core can reduce the core loss up to 35 % and core boxed volume up to 15 % compared to the non-integrated core. Experimental results are also provided to validate the proposed magnetic integration technique.

A control technique for the auxiliary buck/boost converter is proposed herein to improve the load transient response of the buck converter. The proposed technique improves the system efficiency by enabling the soft switching operation of the auxiliary converter. The design guidelines for achieving capacitor charge balance for the output capacitor during the transient are also presented herein. The experimental results revealed that the output voltage undershoot and settling time during the load step-up transient were 40 mV and 14 ㎲, respectively, and the output voltage overshoot and settling time during the load step-down transient were 35 mV and 21 ㎲, respectively. The performance and effectiveness of the proposed technique were experimentally verified using a prototype buck converter with a 15-V input, 3.3-V output, and 200-kHz switching frequency.

본 논문에서는 전해 커패시터 없이 DC충전이 가능한 단상/3상 겸용 전기자동차용 탑재형 충전기를 제안한다. 제안하는 충전기는 전해커패시터를 제거하고 필름 커패시터를 사용하여 높은 수명 및 전력밀도를 기대할 수 있으며, 단일단(Single-stage) 구조로서 스위칭 개수가 적어 가격 절감에 유리하다. 제안하는 Single-stage OBC는 기존 Single-stage OBC의 단상동작에서 발생하는 배터리 측의 120Hz 전류 성분을 추가 스위칭 소자 없이 APD(Active Power Decoupling)회로로 제거하여 단상에서도 배터리에 DC충전이 가능하다. 본 논문에서는 제안하는 OBC와 APD 동작원리를 제시하고 11kW 시작품을 통해 타당성을 검증하였다.

본 논문에서는 능동형 정류기를 갖는 선박 직류 배전시스템을 위한 동기발전기 제어 방법을 제안한다. 자동자속 조정기의 자속 설정값을 부하에 따라 능동적으로 변화시켜 저부하에서의 발전기 효율을 개선한다. 실험을 통해 20 % 이하의 부하에서 최대 10%p의 효율 향상을 확인하였다.

지구온난화와 같은 환경적 문제점들로 인해 에너지 저감 및 고효율의 기술개발을 통한 탄소 저감이 주목을 받고 있다. 시대적 관심과 요구에 발맞춰 에너지 저감 효과가 있는 영구자석동기 전동기 등의 신기술을 철도차량에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. PMSM을 철도차량에 적용하기 위해 추진제어장치는 인버터 한 대가 한 대의 전동기를 제어하는 1C1M 방식이어야 하며, 유지보수성과 안정성을 확보하기 위해 전동기와 인버터 사이를 전기적으로 분리해줄 수 있는 차단기가 필요하다. 또한 에너지 저감과 고효율을 달성하기 위해서 추진제어장치는 소형, 경량화 구조로 개발 되어야 한다.

기존의 절대위치 감지 방식은 초기위치를 알기 위하여 이동자의 위치를 초기화해야 하고 생산 단가가 높다는 단점을 보완하기 위해 MR 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 선형모터 이동자 절대위치를 판별하는 시스템을 제안하였다. 센서값을 이용하여 절대위치를 판별해야 하기 때문에 ADC 기능과 실시간 연산 기능이 필요하다. 때문에 8bit MCU(Atmega324PA)를 이용했다. 본 논문에서 이용한 MR 센서의 출력 변동폭이 작기 때문에 Instrumentation Amplifier를 이용하여 증폭된 출력을 MCU로 읽어 사용했다. 제안 시스템의 회로 및 알고리즘을 구현하였고 이를 이론적, 실험적 분석을 통해 동작 및 타당성을 검증하였다.

본 논문은 부하의 유동성이 큰 철도 시스템의 특성으로 발생하는 전력 불평형을 개선하기 위해 전력보상장치의 전력품질 및 안정도 향상을 위한 기법을 제안하였다. 철도 부하의 경우 3상의 전력을 공급받아 스코트 변압기를 통해 2개의 단상 선로 M, T상에 공급해주는 형식으로 이때 2개의 단상 측에서 서로 다른 부하가 발생할 경우 3상측에서 불평형이 발생한다. 스위칭 과정에서 발생하는 전력손실 감소를 위해 600Hz의 낮은 스위치 주파수를 이용하며, 전력품질 및 안정도 향상을 위해 12kHz의 샘플링 주파수를 이용하여 샘플링과 제어간의 오차를 감소시켰으며, 빠른 응답성을 갖는 모델예측제어를 제안하였다. 위와 같은 내용을 실험을 통해 전력보상장치의 전류 불평형률을 4.46%까지 감소시켰으며, 불평형을 60Hz 한주기 내에 해결하는 빠른 응답성을 검증하였다.

기존의 철도차량용 무선전력전송 시스템은 Medium-voltage (MV) 60 Hz 중전압 AC 계통 전압을 Low-voltage (LV) DC로 변환하기 위해 저주파 변압기와 정류기를 사용한다. 하지만 수 MW급의 대전력을 낮은 DC 전압으로 전송하려면 인버터는 수백 A - 수 천 A 이상의 전류용량을 가져야하므로 정류기의 출력 단에 직렬 또는 병렬로 연결된 여러 개의 고주파 변압기를 필요하게 된다 (그림 1참조). 이러한 저주파 변압기, 정류기 및 고주파 변압기는 크고 무거우므로 낮은 전력밀도 및 높은 시스템 가격의 원인이 된다. 본 논문에서는 이러한 저주파변압기, 정류기, 고주파 변압기를 사용하지 않는, 여자 코일을 이용한 새로운 멀티레벨 무선전력전송 시스템의 토폴로지를 제안한다. 제안된 멀티레벨 무선전력전송 시스템은 멀티레벨 인버터의 각 출력 단에 여자코일 (excitation coil) 이 연결되어 있다. 이 여자코일들은 급전코일 (transmitter coil) 에 전기적으로는 절연되었지만 자기적으로 강하게 결합된다. 여자코일들이 발생시킨 자기장은 급전코일에 유도전압을 발생시키고, 급전코일에서 수백 A 이상의 큰 전류를 흐르게 하여 급전코일에서 강한 자기장을 발생하도록 한다. 이 자기장은 급전코일과 수 cm 이상 떨어져 자기적으로 약하게 결합된 집전코일 (receiver coil) 에 다시 유도전압을 발생시켜 전력을 전달하게 된다. 제안한 새로운 멀티레벨 무선 전력 전송 시스템은 시뮬레이션을 통해 검증했다.

본 논문에서는 DQ 변환을 적용한 직렬-병렬 공진형 무선전력 전송 시스템의 동기 좌표계 모델과 이를 이용한 전류제어기 시스템을 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 무선전력 전송 시스템의 단상 전압 및 전류를 DQ 변환하여 과도 상태 및 정상 상태의 전압 및 전류의 동특성을 해석할 수 있는 등가 회로 모델을 제시하고 이를 이용하여 과도 상태 제어를 위한 고성능 전류 제어기를 제안한다.

본 논문은 전기 자동차의 DC-DC 컨버터 공유형 유·무선통합 충전 시스템의 고효율 동작을 고려한 최적의 DC-link 전압을 설계한다. DC-DC 컨버터의 입력 DC-link 전압 크기에 따라 유·무선 충전 방식 간 효율 특성이 상이하므로 DC-link 전압 크기별 유·무선 충전 시스템의 손실 분석을 진행한다. 손실 분석 결과를 바탕으로 유·무선 통합 충전 시스템의 고효율 동작을 위한 최적 DC-link 전압을 제안한다.

본 논문은 AGV(Automated Guided Vehicle)용 규격에 적합한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 패드 설계 디자인을 제안한다. 제한된 공간에서의 최적설계를 위해 코일의 직경, 턴수, 페라이트의 배치에 따른 관련 파라미터의 상관관계를 분석하며 유한요소해석 시뮬레이션을 통해 대해 비교 및 선정한다. 제안한 설계 결과는 3kW급 하드웨어를 제작하여 검증하며, 발열 및 효율을 확인한다.

본 논문은 LCC-S 보상회로를 적용한 무선충전시스템의 출력전압 크기에 따른 송신부와 수신부 시스템의 손실을 비교하여 출력전압 설계 기준을 제시한다. 출력전압에 따라 풀 브리지 인버터와 송수신 PAD 및 보상회로, 정류기의 손실을 분석한다. 출력전압에 따른 송수신 시스템의 손실을 비교하여 LCC-S 공진 방식을 적용한 무선충전 시스템의 출력전압을 설계하는 기준을 제시한다. 출력전압에 따른 3.3kW 급 프로토타입을 제작하여 실험을 통해 제안된 분석의 타당성을 검증한다.

최근 반도체 제조공정에서 핵심기술의 국산화에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서 제조공정의 하나인 에칭공정의 핵심기술인 RF플라즈마 기술에대한 관심또한 증가하고 있다. 본 논문에서는 그중에서도 RF플라즈마에 사용되는 임피던스 정합기에 사용되는 가변커패시터에 대한 새로운 구조를 제안한다. 최근까지 임피던스 정합기는 기계식으로 가변하는 가변커패시터(Vacuum Variable Capacitor, 이하 VVC)를 주로 사용했다. 하지만 기계식으로 커패시턴스를 가변하기 때문에 공정시간의 상당부분을 정합시간에 소모하게 된다. 따라서 최근에 정합시간을 줄이기 위해 전력전자 기술을 사용하여 전기적으로 커패시턴스를 가변하는 가변 커패시터 (Electrical Variable Capacitor, 이하 EVC)가 개발되고 있다. 그러나 EVC는 부피가 크고 커패시턴스의 해상도가 적다는 문제를 갖는다. 그러므로 본 논문에서는 VVC와 EVC의 장점을 결합하여 새로운 구조의 가변 커패시터인 하이브리드 가변 커패시터 (Hybrid Variable Capacitor, 이하 HVC)를 제안한다.

본 논문은 SiC MOSFET의 단락 검출을 위한 고정밀 Rogowski 코일 회로 설계 방법을 제안한다. 설계 방법을 제안하기 위해 먼저 Rogowski 코일의 기본 구성인 적분기를 실제 시스템 요구 사양에 맞추어 설계한다. 설계한 회로의 성능 확인을 위하여 DPT (double pulse test)를 실시하며, test 결과 분석을 통해 문제점을 파악하고 전류 센싱 정밀도 향상을 위해 입출력 필터 설계 및 Rogowski 코일 턴 수를 변경한다. 변경한 각 조건들에 대하여 DPT를 진행하고 각 test 결과를 기반으로 Rogowski 코일 회로 설계 방안을 제안한다.

본 논문은 DC-DC 컨버터 스위칭 동작 시 입력 단에 영향을 미치는 차동 노이즈 분석을 위한 고주파 등가모델을 제안하였으며, DC-DC 벅 컨버터 프로토타입을 제작하고 실험을 통해 검증하였다. 고주파 등가모델에는 DC 부스바, IGBT 및 PCB 등에 포함되는 기생 임피던스 성분들을 모두 고려하였으며, DC-DC 컨버터의 온/오프 스위칭 동작에 따른 차동모드 노이즈 영향 분석을 위한 수학적 모델을 개발하였다. 실험구성은 벅 컨버터, 스펙트럼 분석기, 네트워크 분석기 및 LISN 장비로 구성하였으며, 150kHz ~ 30MHz의 주파수 범위 내에서 측정된 공진주파수가 제안된 고주파 등가 모델의 분석결과와 실험결과가 일치함을 도출함으로써 제안된 등가 모델의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 PCS(Photovoltaic power system)에서 MPPT 구현을 위한 TLB 컨버터의 모델링 및 제어기 설계를 제안한다. TLB 컨버터는 기존 부스트 컨버터에 비해 인덕터 크기가 감소하고, 효율이 증가하는 장점이 있다. 하지만 듀티비 0.5를 기준으로 2개의 동작 모드가 존재하여 제어기 설계 시 각 모드에 대한 해석이 필요하다. 또한 토폴로지를 모델링을 함에 있어 비선형적인 특징을 갖는 태양전지의 출력을 고려해야하는 필요성이 있다. 따라서 본 논문에서는 태양전지 출력 특성의 선형화 방정식을 이용하여 2가지 동작모드가 존재하는 TLB 컨버터를 각 모드별로 CCM 동작에서 분석하여 동일한 전달함수를 도출하였다. 이를 기반으로 MPPT 전압제어기를 설계하였으며, 제시된 모델링과 제어기는 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

This paper examines the approach, enabled by using SiC power devices, to unify the inverter design for central air conditioning (CAC) system for both single- and 3-phase input, and reduce the PFC inductor size to be PCB-mountable. By using SiC-instead of Si-diode in PFC stage, it is possible to increase the switching frequency from 16kHz to 60kHz to reduce the required PFC inductance from 0.93mH to 0.25mH, thus enable PCB-mounting of inductor. With the next step of using 1200V SiC MOSFET instead of Si-IGBT, the DC link voltage can be boosted from 311Vdc to 550Vdc in PFC stage, allowing the inverter and compressor used in 3-phase input CAC be used for single-phase input as well. Furthermore, using SiC MOSFET in inverter stage can further reduce total loss system total loss to 200.8 W. Simulation and experimental results are presented in the paper.

운송기관의 온실가스 저감을 위해 배터리-수소연료전지 하이브리드 철도추진시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 배터리는 빠른 응답 특성으로 하이브리드 철도추진 시스템의 효율을 극대화 시키기 위해 주요 전원으로 사용되고 있어, 시스템의 안전성 및 신뢰성을 높이기 위해 정확한 열화추정이 요구되고 있다. 본 논문에서는 사전 모델의 수립이 필요하지 않고 미소 용량 및 폐회로 제어가 가능한 재귀 최소제곱 추정 기법을 이용한 리튬이온 배터리의 SOH 추정 기법을 제안하였으며, 1S18P 배터리 모듈을 통해 열화 추정결과를 검증하였다.

리튬이온 배터리를 고온의 환경에서 장시간 운용함에 따라 배터리 내부 물질의 변형 및 특성 변화가 발생하여 안전성의 문제가 발생하게 된다. 배터리의 안전성을 향상하기 위해 배터리의 고장 및 이상 상태를 진단 및 탐지하는 기법들의 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 배터리의 이상 상황을 모사하기 위해 열폭주의 한 가지 방법인 고온의 환경에서 배터리의 특성 변화를 전기화학적 임피던스 분광법을 통해 분석하였으며, 등가회로 모델의 특성 인자를 활용하여 이상 상황을 탐지할 수 있는 이동 평균 추세선 기반의 이상 탐지 기법을 제안하며, 열폭주가 발생한 데이터를 통해 이상 탐지 기법을 검증한다.

본 논문은 배터리 팩 내부 셀 파라미터의 불균일도에 대한 분석을 실시하고 이를 기반으로 과방전을 사전에 진단할 수 있는 방법을 제안한다. 이를 위해서 배터리 팩 내부 셀간 편차가 발생하는 셀을 선정하여 두 셀간 특성 분석을 실시하였으며, 이를 기준으로 예측 모델을 구성하였다. 예측 성능을 통해 배터리 전압 예측 성능에 영향을 미치는 인자를 분석하였으며, 배터리 전기적 등가회로 모델을 기반으로 예측 모델을 제안한다. 예측 모델은 실제 과방전이 발생한 셀을 기준으로 실험데이터와 비교하여 예측 성능을 검증하였다.

배터리 팩을 구성하는 단위 셀들은 전기화학적 특성으로 인해 다양한 내부 파라미터들이 동일한 값을 가지지 않고 편차가 있으며, 편차가 심할 경우 과방전 및 과충전의 원인이 될 수 있다. 기존의 연구된 SOF (State-Of-Function) 알고리즘의 경우 SOC (State-Of-Charge), SOH (State-Of-Health)와 같은 파라미터를 하나의 수식으로 정의하여 배터리 팩의 가용 전력을 예측하는 지표로써 사용되어 왔으나, 본 논문에서 제안하는 새로운 SOF 알고리즘은 배터리 팩 내부의 단위 셀간 파라미터들의 편차를 하나의 수식으로 정의하여 배터리 팩의 안전 상태를 나타낼 수 있는 지표로써 활용한다. SOF 알고리즘을 통해 배터리 팩의 안전 상태를 확인하고 검증하기 위해 21700 NMC(LiNiMnCoO₂) 계열의 고용량 배터리를 14S40P로 구성한 배터리 팩을 사용했다.

반도체 기반 고전압 펄스 발생장치에 적용 가능한 고전압 스위치는 주로 수 kV 정격의 반도체 스위치를 직렬로 스태킹하여 구성되며, 이때 각 스위치 소자에는 절연과 동기화된 각각의 게이트 신호가 인가되어야 한다. 본 논문에서는 짧은 펄스 폭의 온, 오프 게이트 펄스와, 단일 턴의 고전압 전선을 일차측으로 갖는 게이트 변압기를 통해 직렬로 구성된 반도체 스위치 스택 기반의 펄스 모듈레이터에 적용 가능한 간단한 구조의 게이트 구동회로가 설계되었다. 각 스위치에 게이트 신호를 전달하기 위해 온, 오프 게이트 펄스를 사용함으로써 게이트 변압기의 포화를 방지할 수 있으며, 이때 각 스위치의 게이트 턴-온, 오프 전압은 변압기 이차측의 제너 다이오드와 스토리지 커패시터를 통해 유지된다. Pspice 시뮬레이션을 통해 12개의 IGBT를 직렬로 구성하여 설계된 구조의 게이트 회로를 적용, 최대 10kV 펄스 출력 조건에서 안정적인 동작을 확인하고 설계를 검증하였으며 1200V 급 IGBT를 사용하여 실제 스위치 스택과 게이트 구동회로 모듈을 1리터 이내의 부피로 고밀도화하여 제작하였다.

본 논문은 빠른 상승 시간과 짧은 펄스폭을 위한 펄스 전원장치의 설계에 대해 다룬다. 이를 위해서 적합한 방전 스위치의 선정과 높은 상승률을 가진 동기화된 게이트 전압을 만들어 내는 게이트 구동 회로의 설계가 진행 되었다. 방전 스위치로 IGBT가 선정되었으며, 방전 스위치들의 동기화된 빠른 게이트 드라이빙을 위한 펄스 컨트롤러 인버터와 게이트 드라이브 회로의 설계 및 동작에 대한 분석이 진행 되었다. 실험을 통해 펄스 컨트롤러 게이트 드라이빙 시스템에 대한 검증이 이루어졌고, 무유도 저항을 사용한 10 kV, 50 kHz 조건에서 펄스 출력 실험을 통해 20 ns 이하 상승시간과 100 ns 펄스폭을 갖는 펄스 전원 장치의 출력을 확인 하였다.

차량 또는 실내에서 사용되는 대부분의 공기청정기는 미세먼지(PM 또는 PM)를 필터만 이용해서 정화하기 때문에 일정 시간 사용하게 되면 필터를 교체해야 하고, 필터를 청소한다고 해도 점점 성능이 저하되어 교체만 한다. 이러한 점이 개선된 플라즈마 공기청정기의 경우 필터 공기청정기에 비해 소비전력이 크다는 문제가 있다. 본 논문에서는 기존 플라이백 컨버터를 이용한 플라즈마 구동이 아닌 단일 스위치 무손실 인버터(국민대 보유기슬)와 펄스 전원(맥동 전압) 인가를 통한 플라즈마 구동 방식을 제안하고, 기존 DBD 플라즈마 방식이 아닌 자력을 이용한 DBD 플라즈마 리액터의 사용을 제안한다. 그리고 실제 실험 및 측정을 통해 제안 방식의 실효성을 검증하였다.

식품을 보다 신선하고 오래 보관하기 위하여 처리 및 보존에 관한 여러 방법들이 연구되고 있다. 특히 열에 민감한 유제품 또는 액체 식품들에 대하여 열을 가하지 않는 비열처리 방식의 기술들이 연구되고 있다. 그 중 식품 내 미생물의 활성화와 고유한 속성의 변화를 최소화하는 방법으로 Pulsed Electric Field 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 해당방식은 기존의 열처리 방식에 비해 경제적인 면에서 단점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 기존 Pulsed Electric Filed 방식의 효율을 높이고 비용을 저감할 수 있는 회로를 제안한다. 전압제어 방식의 DC/DC Power stage 부를 전류제어 방식으로 바꾸어 기존 회로의 Charging resistor를 사용하지 않음으로써 전력손실을 줄이고 비용 및 전기요금을 줄이고자 하였다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 제안회로를 검증하였다.

본 논문은 40 kV 나노초 펄스발생을 위한 모듈형 solid-state Marx modulator(SSMM) 설계에 대해 기술한다. 가속기 및 플라즈마 어플리케이션과 같은 다양한 응용분야에 요구되는 전압 및 전류 사양을 만족시키기 위해 10 kV(출력 전압), 50 ns(펄스폭), 20 ns(상승&하강 시간), 100 kHz(반복률)의 사양을 만족하는 단위모듈기반으로 모듈형 설계를 제안한다. 독립적인 제어가 가능한 4개의 단위모듈을 기반으로 제안된 SSMM은 임의의 출력 파워 및 임피던스를 만족시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 모든 단위모듈의 위상을 같게 했을 때 출력전압을 증가시킬 수 있으며 각 모듈의 위상을 지연하였을 경우는 펄스의 반복률을 크게 높일 수 있다. 개발된 SSMM은 직렬 스택 MOSFET의 스위칭 성능을 향상시키기 위해 게이트 구동 회로는 동기 신호와 구동 전력을 제공하는 1 턴 변압기로 설계되었다. 출력 펄스의 폭과 하강시간을 최소화하기 위해 다이오드 대신 기생 커패시턴스에 저장된 에너지를 빠르게 방출하는 액티브 풀다운 회로가 적용되었다. 또한, 출력 펄스의 빠른 상승을 달성하기 위해 게이트의 라인 인덕턴스를 최소화하고 모든 게이트 신호의 동기화는 필수적이다. 개발된 ns급 펄스전원장치는 단위모듈을 기반으로 최대 펄스전압이 40 kV 까지 출력이 가능하며 이에 대한 상세설계 및 구현은 실험결과를 바탕으로 검증한다.

신재생에너지의 보급 확대와 함께 전 세계적으로 ESS에 대한 수요가 빠르게 증가하는 추세이며 최근 태양광 발전을 기반으로 하는 ESS 제품이 다양하게 출시 되고 있다. 해당 제품들은 가정에서 전기 공사 후 제품이 고정되어 운용된다. 본 논문에서는 야외용 전원 및 UPS기능을 가진 portable ESS에 대해 언급하고 있으며 그중에서도 DC_LINK제어 방식을 논하고 있다. 기존에 사용한 고정 DC LINK 방식의 문제점을 살펴보고 가변 DC LINK에 대한 시뮬레이션 및 1.5kW급 PCB 제작을 통해 실제 성능 및 동작을 검증한다.

MSIS(Modular Scalable Inverter System)에서 모터 구동 시 발생하는 고주파 성분의 순환 전류는 구동 시스템의 효율 및 신뢰성을 저하시키기 때문에, 이를 저감하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 동기화 기법의 구현이 필수적으로 요구 된다. 본 논문은 MSIS에서 PWM 동기화 기법을 적용하기 위한 모터 구동 인버터용 제어보드의 설계에 관한 것이다. 제어보드 간 PWM 동기화 기법을 적용하기 위해 DSP(Digital Signal Processor)의 EPWMSYNC를 활용하였다. EPWMSYNC은 서로 다른 DSP간 PWM의 위상을 동기화하는 기능으로 DSP의 EPWMSYNCO과 EPWMSYNCI를 사용한다. 설계한 제어보드는 EPWMSYNC 신호를 광케이블을 통해 다른 제어보드로 연결할 수 있도록 설계하여, 제어보드 간의 절연과 잡음의 영향을 최소화했다. 본 논문에서 설계한 제어보드의 EPWMSYNC를 시험하였으며, 600W급 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)을 부하로 사용하는 시스템에서 설계된 제어보드의 유효성을 검증하였다.

본 논문은 PMSM 센서리스 운전 중에 적은 속도 오차로 플라잉스타트하는 방법을 제안한다. 철도 차량 운전시 손실을 줄이기 위해 인버터의 스위치를 모두 off하고 관성으로만 운전하는 타행운전을 자주 하게 되는데 센서리스 운전시 타행운전 상태에서 회전자의 속도와 위치를 알 수 없어 문제가 된다. 따라서 플라잉스타트에서 회전자의 속도와 위치를 빠르게 추정할 수 있는 방법이 필요하다. 기존의 방법은 플라잉스타트에서 3번의 영전압 합성을 통해 회전자의 속도와 위치를 추정해 내는 방법인데, 이 때 전류 정보에 오차가 존재할 경우 속도와 위치 오차가 발생하게 된다. 따라서 본 논문에서 4번의 영전압 합성을 통해 전류 정보에 오차로 인한 속도와 위치 오차를 저감시킬 수 있는 방법을 제안한다.

본 논문에서는 DUT(Device Under Test) 및 PHIL(Power Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이터의 스위칭 주파수 비 및 PWM 위상차에 의하여 발생할 수 있는 문제를 분석하였다. 또한, DUT 인버터의 PWM 특성을 고려한 디지털 필터를 적용하여 PHIL 시뮬레이터의 운전 영역을 확대하였다. 디지털 필터는 DUT 스위칭 주파수의 고조파 성분만을 선택적으로 제거하여 PHIL 스위칭 주파수에 무관하게 일정한 시뮬레이션 결과를 생성할 수 있다. 분석한 내용과 디지털 필터의 변경으로 인한 PHIL 시뮬레이터의 특성은 다양한 조건에서 시행된 실험을 통하여 검증하였다.

본 논문은 토크 각 기반 Direct Self Control (DSC) 기법의 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM) 고속 운전 방법을 제안한다. DSC 기법은 철도차량용 유도전동기에 처음으로 적용되었으며, 토크 동특성이 우수하고 약자속 영역에서 6-스텝 운전의 구현이 유리한 장점이 있다. 기존 DSC 기법으로 IPMSM을 구동하는 경우 토크 동특성이 우수하지만, 약자속 영역에서 6-스텝 운전의 성능이 떨어지는 단점이 있다. 본 논문에서는 지령 토크 각을 이용한 DSC 기법의 IPMSM 고속 운전 방법을 제안한다. 제안하는 방법의 타당성은 시뮬레이션을 통해 검증한다.

화석연료 사용으로 발생하는 환경문제 대처방안으로 풍력 등 신재생 에너지원 사용의 필요성이 강조되고 있으며, 이러한 사회적 요구에 따라 신재생 에너지 발전 시스템의 대용량화 추세에 있다. 시스템 대용량화에 있어 안정적인 에너지 발전과 공급을 위해 전력변환장치의 신뢰성 향상이 필요하다. 특히, 풍력발전시스템의 경우 돌풍 등 일정하지 않은 풍속으로 인하여 전력변환장치의 잦은 고장이 발생하고, 이는 전체 시스템의 신뢰성 결정에 주된 영향을 미친다. 본 논문에서는 병렬형 전력변환장치에서 높은 고장률을 보이는 스위칭 소자의 열적 스트레스를 줄이기 위한 무효전력순환 기반 능동 열 제어기법을 제안한다. 제안한 기법의 동작특성을 이론적으로 분석하고, 열 회로망 시뮬레이션을 통해 그 영향을 검증한다.

High Voltage Direct Current (HVDC) 시스템은 고압 직류송전을 위한 시스템이다. 고압 직류 송전을 위해서는 전력변환기가 교류전력을 직류전력으로 변환해주어야 하는데, 최근에는 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC)가 많이 적용되고 있다. MMC는 다수의 서브모듈이 직렬로 구성되어 있으며 DC-link단에 대용량 커패시터가 없다. MMC의 심각한 사고 중에 하나는 DC측 전력케이블의 단락사고로 시스템에 따라서 수십 kA 정도의 사고전류가 AC측 CB(Circuit Breaker)가 열리기 전까지 수십 ms에서 수백 ms동안 흐른다. 만약 하프브릿지 회로의 서브모듈로 구성된 컨버터에 별도 보호장치가 없으면 단락전류는 서브모듈의 하단 다이오드를 통해서 흐르게 되어 소손되게 된다. 이를 방지하기 위해 단락전류를 바이패스(by-pass) 시키기 위한 별도의 사이리스터를 추가하는데 이 기기의 사양은 DC 단락 전류를 충분히 견딜 수 있어야 한다. 본 논문에서는 사이리스터의 서지 전류 내력을 평가하기 위해 사양을 분석하고 시뮬레이션과 실험을 통해서 검증하였다.

본 논문은 0V에서 100V까지 매우 높은 승·강압비를 갖는 양방향 DC-DC 컨버터를 제안한다. 제안하는 시스템은 2-Stage 구조로 SRC(Series Resonant Converter)와 DBC(Differential Buck Converter)로 구성된다. 제안하는 컨버터의 출력 전압은 두 개의 각 벅 컨버터 출력 전압의 전위차로 결정되기 때문에 0V에서도 높은 전압으로 승압이 가능하다. 본 논문에서는 제안하는 컨버터의 타당성을 검증하기 위하여 15kW급 시작품을 제작하였고 96.27%의 최고효율을 달성하였다.

본 논문에서는 고효율·고전력밀도를 위하여 WBG소자를 적용한 3kW 전기자동차용 LDC를 제안한다. SiC소자에 250kHz의 스위칭 주파수를 적용하였으며, 65℃의 냉각수 온도를 기준으로 모든 소자가 110℃ 이하로 온도관리가 될 수 있도록 냉각기를 설계하였다. 또한 센터탭 구조와 전류 더블러 구조 플라나 변압기의 단면적 비교를 통해 전류 더블러 정류기가 토폴로지로 선정되었다. Low Profile을 위하여 통합형 커스터마이징 플라나 코어 및 PCB 레이어를 설계·제작하였고 3kW 1차시 작품으로부터 96.36%의 효율과 3.68kW/L의 전력밀도를 달성하였다.

모듈화 멀티레벨 컨버터 (modular multilevel converter, MMC)는 고압직류송전(high-voltage direct current, HVDC)에 대한 기술이 발전함에 따라서 이와 관련된 전력변환 장치로써 많은 연구되어지고 있다. 10kV 이하로 구현되는 중압직류송전(medium-volatge direct current, MVDC) 시스템 및 모터 드라이브에 이용되는 MMC의 경우에는 수백 개의 직렬 서브모듈로 구성된 MMC가 사용되는 HVDC와 다르기 때문에 여러 모듈레이션 방식에서의 다른 장단점을 가지게 된다. 본 논문에서는 전력전자 시뮬레이션 툴인 PSIM을 이용하여 여러가지 모듈레이션의 MVDC으로의 적용에 있어서의 장단점을 분석한다.

본 논문은 DC/DC 위상천이 풀브릿지 컨버터의 과도상태 개선을 위한 듀얼모드 제어를 제안한다. 기존의 discontinuous conduction mode (DCM)과 continuous conduction mode (CCM)을 이용하여 운용하는 위상천이 풀브릿지 컨버터는 각 모드의 상이한 전압게인의 특성을 고려하지 않아 급격한 로드 변동시 출력 전압의 언더슈트 혹은 오버슈트가 크게 발생한다. 제안하는 듀얼모드 제어는 DCM과 CCM 각 모드 별개로 제어가 적용되고 출력 전류의 변화에 대응하는 적응형 feed-forward 제어가 적용되어 컨버터의 과도상태를 개선할 수 있다. 듀얼모드의 제어 방법의 성능과 타당성을 시뮬레이션을 통해 입증한다.

고전압 응용에서 효율을 높이기 위해서는 소프트 스위칭 또는 스위칭 손실이 작은 소자를 사용해야 한다. 스위치는 일반적으로 전압이 높아 질수록 특성이 안 좋아 지는 경향이 있어서, 3레벨 형태로 스위치의 전압 정격을 낮추면 특성이 좋은 스위치를 사용 할 수 있다. 대용량 응용으로 확장 시, 모듈화 및 인터리빙 기법은 전류 정격을 낮춰 시스템의 경제성 및 유지 보수성이 증가하는 장점이 있다. 본 논문에서는 3레벨 인터리브드 양방향 벅-부스트 컨버터의 구조 분석을 통해 고전압, 대용량 응용에 적합한 최적 구조를 제안한다.

X-ray 발생장치는 주로 열전자생성을 위한 저압 발생장치과 열전자가속을 위한 고압전원 및 X-ray 튜브 등으로 이루어져 있다. 따라서 X-ray 발생장치에는 저압전원과 고압전원의 설계가 필수적이다. 저압전원의 경우 전압, 전류의 정격이 비교적 작기 때문에 구현이 상대적으로 용이하나 고압전원은 40~200kV까지의 고전압을 생성해야하기 때문에 일반적으로 인버터, 고압 변압기, 배압회로 등 단계를 거쳐서 생성되도록 설계된다. 이들의 설계 방식에 따라 고압전원의 특성이 결정되게 된다. 본 논문에서는 55kV 11mA급 X-ray 발생장치를 설계, 제작하고 성능에 대해 검증하였다.

최근 화석연료의 고갈과 환경에 대한 우려로 고효율 에너지 변환 연구가 진행되고 있으며, 최근 이러한 Trend에 맞춰서 국내외 적으로 전력을 효율적으로 사용하기 위해 DC 배전에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 논문에서는 DC배전의 추세에 맞춰, 고품질과 고효율의 에너지를 DC 부하에 공급 할 수 있는 DC UPS에 대한 연구 개발을 수행하였다.

여러 모듈을 묶어 하나의 PCS를 구현하는 모듈형 인버터는 대부분 모듈들의 직류단과 교류 단을 공통으로 연결하여 사용한다. 모듈간의 순환전류 등의 문제를 해결하기 위해 PWM 동기화 기법을 사용하고 있으며 교류 단에서의 문제는 이것으로 대부분 해결할 수 있다. 그러나 임피던스가 매우 작은 직류 단에서는 PWM Pulse까지 동일하지 않는 이상 모듈 간 스위칭 전압 차에 의해 순간전류가 발생할 수밖에 없다. 직류 단이 분리된 구조에서는 문제가 없지만 ESS의 경우 대부분 직류 단이 공통으로 묶여있어 그에 대한 대책이 필요한 실정이다. 본 논문에서는 그에 대한 대책으로 직류 단에 임피던스 네트워크를 적용하는 방안을 제시하며 그 효과에 대해 고찰하고자 한다.

SiC 기반의 전력용 반도체 소자들은 스위칭 속도가 빠르고 높은 차단 전압을 가져 dv/dt가 크다. 중전압 이상에서 게이트 드라이버에 절연된 전원 공급을 하기 위해 소형 변압기가 사용된다. 하지만 변압기의 1, 2 차 권선 사이에 수십 pF 이상의 기생 커패시턴스가 존재하며, 높은 전압을 고속으로 스위칭 하게 될 경우 기생 커패시턴스를 통해 제어부로 공통 모드 전류가 흘러 오작동을 야기할 수 있다. 본 연구에서는 변압기를 대체하여 무선전력전송 코일을 이용한 게이트 드라이버용 절연된 전원공급 장치를 제안한다. 무선전력전송 코일 사이의 거리를 수 mm 이상 이격시켜 코일 사이의 기생 커패시턴스를 1 pF 이하로 줄이고 높은 절연 특성을 가질 수 있다. 무선전력 전송의 공진 토폴로지는 직렬-병렬을 선택했고, 2 MHz에서 높은 효율을 갖도록 I-core 코일을 2.2cm × 1.5cm × 1.7cm으로 제작해 검증했다.

본 논문에서는 모듈형으로 제작된 DC 용접전원과 AC용접 전원을 제안한다. DC 용접전원 모듈은 기재만 된 바 있으며 추가적으로 100kHz의 높은 스위칭주파수와 30kW 변압기의 분산설계로 전력밀도를 높였고, 변압기의 병렬에 의해 발생한 누설 인덕턴스의 차이는 CMCI (Common Mode Coupled Inductor)에 의해 개선되었다. 기존 AC 용접전원에서 출력단 스위치의 교번으로 인해 발생하는 서지성 에너지는 일반적으로 스너버를 이용하여 에너지의 최대값을 제안하다. 제안하는 AC 용접전원 모듈은 출력단 스위치의 교번으로 발생하는 서지 에너지를 캐패시터 뱅크로 완화하고, 완화된 서지 에너지를 환원하여 효율 개선을 목표로 한다.

본 논문은 Full-bridge converter 2차측 다이오드의 Ringing 전압을 제거하는 방법으로 Active Snubber를 제안한다. 기존 RCD Snubber는 다이오드의 Ringing 에너지를 저항으로 소모하는 방식으로 전압 서지를 줄이는데 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Active Snubber가 제안 되었으며, Active Snubber는 다이오드의 Ringing 전압을 회생시킴으로써, 전압스트레스를 줄이고 효율을 개선하는 이점을 보여준다. 본 논문에서는 7KW Full-bridge converter에 제안하는 Active Snubber를 적용하여 그 유도성을 입증하였다.

최근 전기차 배터리는 일 주행거리 증대를 위해서 50~100 kWh 급으로 대용량화 되고 있다. 그와 동시에 충전시간 단축을 위해서 배터리 전압은 400V에서 800V로 높아지고 급속충전기 용량은 50kW에서 350kW 급으로 대용량화 되고 있다. 본 논문에서는 전기차 증가 추세에 따라 기존 주유소를 대체하는 MW급 전기차 급속충전소를 위한 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS) 연계 지능형 반도체 변압기(Solid State Transformer, SST) 기술 기반의 전력변환 시스템 모델을 제안하고자 한다. 이 모델은 배전계통에 직접 연계가 가능하기 때문에 대용량 전기차 급속충전소뿐만 아니라 DC Grid 구축에 응용 가능하다.

본 논문은 MMC 기반의 전압형 HVDC System의 절연설계에 대한 내용을 담고 있다. 절연설계 시 필요한 Surge Arrester 전압결정, 이격거리, 연면거리에 대해 DC측과 AC측을 비교하고 그에 따른 계산 방법에 관한 내용을 기술한다.

3상 컨버터에서 스위치의 개방고장이 발생한 경우 고장 전류에 직류 및 고조파 성분이 발생할 수 있으며, 보호회로에 의한 고장 감지가 어려우므로 주변 기기에 2차 고장이 발생할 수 있다. 단일 및 이중 스위치 개방고장의 경우 21가지 고장 모드가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 고장 모드를 진단하기 위해 정지 좌표계 d-q축 전류의 직류 및 고조파 성분을 활용하는 two-step 구조의 ANN(Artificial Neural Network)을 제안한다. 고장 시에 발생된 직류 및 고조파 성분 전류는 ADALINE(Adaptive-Linear Neuron)을 통해 얻는다. 고장 진단의 첫 번째 단계에서는 직류 성분을 기반으로 ANN을 이용하여 고장모드를 6개 영역으로 분류한다. 두 번째 단계에서는 6개의 각 영역에서 직류 성분과 전류의 THD(Total Harmonics Distortion)를 기반으로 ANN을 이용하여 개방고장이 발생한 스위치를 진단한다. 제안된 Two-step 방법으로 고장을 진단하므로써 간단한 구조로 ANN의 설계가 가능하다. 3.7kW급 3상 PWM 컨버터로 실험을 통해 제안된 방법의 효용성을 검증하였다.

기존 국내 도시철도차량 추진시스템의 주변압기의 경우 권선형의 유입식 변압기가 사용되고 있다. 이러한 입력용 주변압기는 일반적으로 무게가 많이 나가며 전력밀도가 낮다. 또한 기존의 변압기의 경우 오일을 이용하여 절연을 하기 때문에, 정기적인 유지 보수에 따른 비용 발생 및 절연유의 오염에 따라 변압기 수명 단축 및 전력 품질 저하, 전력 손실증가, 전압 강하, 누유에 의한 환경 문제 등 여러 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 권선형 유입식 변압기를 대체하는 반도체 변압기 시스템 모델을 제안하였다.

본 논문은 단상 전기철도 시스템의 불평형 부하 특성으로 인한 3상 계통의 전력 불평형을 보상하기 위해 백투백 컨버터를 적용하였으며, 실험을 통해 전력 불평형 성능 개선 특성을 검증하였다. 3상 전압은 스코트 변압기를 통해 2개의 M-T상 전압으로 출력되며, 전력 불평형 개선을 위해 적용된 백투백 컨버터는 DC 링크를 공유하며 각각 M-T상에 연계된다. 백투백 컨버터는 M-T상에 연계된 부하용량 차이에 따른 불평형 조건에 관계없이 M상과 T상 계통 라인에 동일한 전력이 공급되도록 제어하는 역할을 수행하며, 제어 알고리즘은 동기좌표계에서 구현하였다. 백투백 컨버터의 프로토 타입은 3레벨 NPC 컨버터로 설계하였으며, M상 5kW, T상 1kW 부하에서 전력보상 장치가 동작하고 있음에도 완전히 해결되지 않은 불평형 현상에 대해 분석한다.

본 논문은 차세대 전력반도체 GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor)를 적용한 통신전원 시스템용 LLC 컨버터의 설계에 대해 다룬다. GaN HEMT 소자의 노이즈를 저감하기 위해 3-level 게이트 드라이버를 설계하였다. 설계한 게이트 드라이버와 GaN HEMT를 적용한 3kW급 LLC 공진 네트워크를 설계하였고, 테스트 베드를 제작하여 실험을 통해 시스템의 성능을 검증하였다.

차세대 전력반도체 중 하나인 GaN HEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor)는 낮은 온 저항, 고속 스위칭 및 낮은 출력 커패시턴스 특성을 가지므로 더 높은 전력밀도를 달성할 수 있다. 그러나 낮은 문턱 전압 및 높은 dv/dt로 인해 외부 요인에 취약하다. 본 논문에서는 GaN HEMT를 3kW급 단상 인버터에 적용 시 발생한 문제점을 분석하고 해결방안을 제시한다.

변압기의 크기와 누설 인덕턴스는 각각 위상천이 풀-브릿지 컨버터의 전력 밀도와 영전압 스위칭의 동작 범위에 영향을 준다. 따라서 본 논문에서는 컨버터의 전력 밀도 및 효율향상을 위한 변압기의 설계에 대해 이론적으로 분석하고, 이를 시작품으로 만들어 5.6kW급 컨버터를 통해 실험적으로 검증하였다.

Triple Active Bridge 컨버터의 경부하 조건에서의 효율 개선을 위해 브리지의 듀티와 위상을 동시에 변경하는 Dual Pulse Width Modulation(DPWM)기법을 적용하였다. 기존의 위상천이기법은 제어가 단순한 장점이 있으나 경부하 조건에서 효율이 급격히 감소하는 단점이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 DPWM 방식을 통해 경부하 조건의 효율 개선을 위한 각 브리지 듀티, 위상각을 분석하였고, 시뮬레이션을 통해 이를 검증하였다.

본 논문은 GaN(Gallium Nitride)전력모듈과 GaN IPM(Intelligent Power Module)의 DPT(Double Pulse Test)를 통한 스위칭 특성 분석에 대해 다룬다. GaN 소자는 낮은 스위칭 손실로 인하여 고속 스위칭이 가능하여 최근 각광받는 소자 중 하나이다. 본 논문에서는 GaN 소자의 DPT를 위한 테스터를 설계/제작하고, 이를 활용하여 전압/전류 별 스위칭 특성을 실험적으로 확인하였다.

본 논문은 모듈 평가를 위한 태양광 PCS 개발과 이에 적용되는 모듈 성능 비교에 대해 다룬다. 개발되는 인버터는 3상 380V, 26.5kW 급으로 MNPC 타입의 전력반도체 모듈을 적용한다. 전력반도체 모듈 국내 개발품과 해외 선진사 제품(Vincotech사)의 성능비교를 위해 데이터시트를 기반으로 손실 분석을 수행하였다. 그리고 이를 검증하기 위해 개발된 전력모듈을 평가용 인버터에 적용하여 부하별 효율 비교 평가를 진행하였다.

본 논문은 초소형 전기자동차용 Low voltage DC-DC Converter(LDC)의 고전력밀도화 기법을 제시한다. Sync-Buck 구조를 사용해 구조를 단순화하고, Planar 인덕터 적용, PCB와 방열 plate를 사용하여 PCB와 방열 기구물의 접촉면을 증대시킴으로써 전력밀도를 향상시킬 수 있음을 보인다. 500W(12V, 41.67A)급 시제품 제작 및 배터리 입력 조건인 58V~84V 영역에서 실험을 통해 제안한 기법의 타당성을 검증한다.

본 논문에서는 고전압-저전압 간 인터페이스에 활용되는 절연형 양방향 컨버터를 분석한다. 양방향 컨버터의 가능한 토폴로지 및 실제 구현시 발생할 수 있는 문제점 및 해결방안을 고찰하고 이를 시뮬레이션으로 검증한다.

본 논문은 추가적인 회로 없이 DVR 전원공급장치의 Hot-Swap 기능을 구현하는 방법을 제안한다. 기존에 사용하던 ORing Diode와 MOSFET의 추가 없이 LLC 컨버터 2차측 정류다이오드만의 바이어스 특성을 이용해 Hot-Swap 기능을 구현한다. 168W급 DVR 전원공급장치를 대상으로 제안한 회로의 타당성을 모의실험을 통해 입증한다.

본 논문에서는 단일 스테이지 양방향 배터리 충방전용 센터-탭 액티브 클램프 포워드 DC-DC 컨버터를 제안한다. 포워드 컨버터의 액티브 스위치의 전압 스트레스를 줄이려면 보조 스위치와 클램프 커패시터는 변압기 누설에 저장된 에너지를 재활용하여 동작하며 양방향으로 동작하는 센터-탭 포워드 파형을 분석하였다. 또한 단일 스테이지 양방향 컨버터로서 여러개의 모듈을 병렬로 연결하여 확장시킬 수 있는 점을 검토하였다.

본 논문은 간 수준(0.4-0.6)의 결합 계수를 갖는 송수신 패드 사용 시, 정전압출력 특성을 가지는 무선 충전 패드의 공진네트워크를 구성하기 위한 두 개의 토폴로지를 비교한다. 널리 이용되는 LLC 토폴로지를 LCC-S 토폴로지와 비교 및 분석하고, 실제 1kW급 무선전력전송 장치를 통해 검증한다. LLC 및 LCC-S 토폴로지의 비교 결과, LLC는 제작비용의 감소와 수신측 소형화 부분에서 이점을 가지는 반면, LCC-S는 효율 부분에서 우위에 있음을 확인한다.

현대의 많은 Internet of Thing (IoT)기기들의 충전방식이 유선 충전이 아닌 무선 충전을 사용함에 따라 다양한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 그 중 공진을 이용한 자기공진 방식의 무선충전 시스템은 전자기유도 방식보다 먼 거리에서 충전이 가능하고 공진부 코일의 중심점을 맞추지 않아도 효율에 큰 차이를 보이지 않는 장점이 있다. 점점 더 무선충전이 가능한 기기들이 많아짐에 따라 소모전력이 큰 기기들의 무선전력전송이 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 2개의 송신코일을 사용하여 기존의 1Transmitter - 1Rectifier (1Tx-1Rx) 방식보다 대용량 전력을 전송할 수 있음을 검증하고자 한다.

In this paper, a novel six-level inverter is proposed. Voltage regulation is applied at DC-link and flying capacitors through the implementation of phase-shifted carrier-based modulation with zero-sequence voltage injection. The performance of the proposed structure has been verified under various modulation indices, where low voltage ripple is achieved at each capacitor and total harmonic distortions (THD) of line voltage at unity modulation index is about 15.95%.

본 논문에서는 직류 시스템에 적용된 퓨즈를 수 ms 내에 용단시키기 위해 대전류를 주입하여 퓨즈의 I²t에 빠르게 도달시키는 방법을 제시한다. 대전류 주입을 목적으로 상시 충전된 커패시터를 퓨즈에 병렬 연결하여 과전류가 감지되면 방전시킨다. 커패시터에서 방전된 퓨즈에 흐르는 대전류는 I²t에 빠르게 도달시켜 수 ms내에 퓨즈를 용단시킨다. 제안하는 보호회로를 제작하고, 실험을 통해 성능을 검증하였다.

본 논문은 AC 계통 불평형 발생 시 출력전력의 동요를 저감시키기 위한 POD 전략을 수행하는 MMC-HVDC 시스템의 내부 동적상태를 분석하였다. POD 전략을 통해서 MMC 출력전류의 역상분을 제어하여 계통에 주입되는 유효 전력의 발진을 제거함으로써, MMC-HVDC 시스템이 연계된 인근 계통에 공급 신뢰도를 향상시킬 수 있다. POD 전략에서 유효 전력만 출력할 경우, MMC의 각 상에는 동일한 전력이 흐른다. 반면, 계통 전압 보상을 위해서 무효 전력을 동시에 공급할 경우, 각 상에 흐르는 전력은 불균형해지기 때문에 MMC의 암전류 불평형이 발생하여 스위치 소자의 정격 용량 및 열 스트레스를 증가 시켜 MMC의 안정성을 저해시킨다. 본 논문은 POD 전략을 수행하기 위해서 무효 전력이 MMC 암 전류에 미치는 영향을 분석하였으며, 200 MW MMC-HVDC 모델을 바탕으로 PSCAD/EMTDC 시뮬레이션 툴을 이용하여 분석 결과를 검증하였다.

본 논문에서는 전압형 HVDC MMC용 서브모듈을 시험하기 위해 개발된 3kV, 1000A급 서브모듈 시험장치 개발을 제시한다. 제안하는 시스템은 실제 전압형 MMC 서브모듈 운전환경과 동일한 조건의 전압 및 전류를 모의하기 위한 회로구조와 제어 방식을 적용하였다. 또한, 제안하는 시스템은 MMC의 이상적인 동작뿐만 아니라 운용 중 발생하는 전류왜곡을 모사하여 실 운전 상황을 동일하게 모의하고, 서브모듈의 스위칭 동작으로 인하여 발생하는 커패시터 전류의 불연속성을 3kV, 1000A급 서브모듈 시험장치 시작품을 통해 구현하였다. 또한, HILS로 구현된 전압형 HVDC MMC에서 서브모듈의 동작 특성과 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

계통 연계용 PCS(Power Conditioning System)에 적용되는 미국 인증 규격은 UL1741로써 PCS의 하드웨어 안정성과 소프트웨어의 기능 및 안정성을 요구한다. UL1741은 연계 규정으로 IEEE 1547.1을 요구하고 있으며, 본 논문에서는 소프트웨어 기능 및 안정성을 요구하는 UL1741SA 항목을 검증하기 위하여 데베소프트사의 SIRIUS 장비를 이용하여 효과적이고 정합성 있는 시뮬레이션 결과를 도출한다.

본 논문은 비대칭 모듈형 멀티레벨 토폴로지를 이용한 컨버터 기반 발전원의 실계통 연계에 대한 실시간 시뮬레이터 모의를 수행하였다. 비대칭 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 6개의 암은 직렬로 연결된 다수의 하프브릿지와 풀브릿지 서브모듈로 구성되어 있으며, 각각의 서브모듈을 서로 다른 전압으로 제어하여 출력품질을 극대화 할 수 있다. 본 실험에서 사용된 실계통 및 비대칭 모듈형 멀티레벨 컨버터는 Real-Time Digital Simulator (RTDS)의 RSCAD를 이용하여 모델링 하였으며, 해당 계통 내 컨버터 기반 발전원들의 응답을 결과로 다룰 것이다.

The AC/DC converter, which connects the AC grid to the DC grid in the microgrid, is a critical component in power sharing and stable operation. Sometimes the AC/DC converters are connected in parallel to increase the transmission and reception capacity. When connected in parallel, circulating current is generated due to line impedance difference or sensor error. As a result of circulating current, there is deterioration and loss in particular PCS(Power Conversion System). In this paper, we propose droop control with novel adaptive virtual impedance for reducing circulating current. Feasibility of proposed algorithm is verified by PowerSIM simulation.

In this paper, we propose a new three-dimension space vector pulse width modulation for three-phase four-wire inverter under line-to-line fault. In order to this method, the processes of selecting of the output voltage vectors and synthesizing the reference voltage vector are discussed. In addition, we deal with the calculation of the duty cycles for each sector. The experiments are provided to validate the effectiveness of the proposed method.

본 논문에서는 태양광 출력 감발 시 입력 커패시터의 영향을 분석하고, 이를 완화시키는 제어 방법을 제안한다. 기존의 감발 제어는 태양광 시스템 출력에 대한 입력 커패시터의 영향을 고려하지 않아, 출력 감발 시 오히려 태양광 시스템 출력이 순간적으로 증가할 위험이 있다. 따라서 입력 커패시터 출력을 고려한 제어 방법을 제안하여, 순간적인 태양광 시스템 출력 증가를 방지하고 연계된 계통의 안정적인 운영을 가능케 한다.

본 논문에서는 레이저 광원을 적용한 무선전력전송 시스템에 적용되는 PV 모듈의 출력 특성을 분석하고, PV 모듈로부터 최대 전력을 발생시키면서 배터리를 충전시킬 수 있는 컨버터 개발 결과를 제시한다. 먼저, 특정 파장에서 최대전력이 발생되도록 개발된 PV 수신모듈에 레이저 빔을 조사하였고, 레이저에 공급되는 전력 크기에 따른 PV 모듈의 전압-전류의 특성 데이터를 확보하였다. 전압/전류 특성 데이터로부터 PV 수신모듈의 소신호 저항을 분석하였고, 이를 컨버터 회로모델에 적용함으로써 제어기 설계를 위한 시스템의 전달함수를 유도하였다. 이로부터 레이저 일사량에 따른 전류원/전압원 전영역에서 PV 모듈의 입력전압을 안정적으로 제어할 수 있는 제어기를 설계함으로써 레이저 수신용 PV 모듈이 최대 전력을 발생시킬 수 있도록 하였다. 본 논문에서 제안된 방법은 MCU 제어기반 25W급 배터리 충전용 부스트 컨버터의 프로토타입 제품을 통해 실험 검증되었다.

Static synchronous compensator(STATCOM)은 무효전력을 공급하여 외란을 완화하는 등 전력 품질을 향상시켜 전력 계통을 안정화하는 시스템이다. Cascaded H-bridge(CHB) 컨버터는 멀티레벨 구조를 가지므로 STATCOM 시스템 적용에 많은 이점이 있다. 하지만, 이러한 멀티레벨 CHB 컨버터의 안정적인 동작을 위해서는 균형 제어가 필수적이다. 본 논문에서는 Y 결선 CHB 컨버터의 레그 에너지 균형 제어에 사용되는 주입 영상분 전압에 대하여 분석하고 균형 제어의 동특성 향상을 위한 전향 보상 계산 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 적용하여 부하 불평형뿐만 아니라 계통 사고로 인한 계통 및 부하 동시 불균형에서도 안정적으로 시스템을 동작할 수 있다. 마지막으로 제안한 방법에 대한 수학적 타당성을 제시하고, 50MVA의 실제 스케일의 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법을 검증하였다.

화력 발전에 의한 전력 생산은 환경오염으로 이어지고 이를 극복하기 위해 태양광 발전 혹은 풍력발전과 같은 신재생에너지원을 이용한 전력 생산이 꾸준히 증가하고 있다. 하지만 신재생에너지는 불규칙적인 전력을 생산할 뿐만 아니라 전력 계통의 도선 및 부하의 임피던스에 의해 계통의 전압 및 주파수가 변동한다. 이러한 문제를 극복하기 위해 계통 연계형 스마트 인버터를 사용하여 신재생에너지를 사용함과 동시에 계통의 안전성을 높일 수 있다. 본 논문은 ESS를 사용한 계통 연계형 스마트 인버터의 Voltage-Watt, Voltage-Var 제어 및 Frequency-Watt 제어를 통해 신재생에너지에 의해 발생하는 계통의 문제를 해결하는 제어 알고리즘을 제안한다.

본 논문에서는 셀 단위 바나듐 배터리의 220회의 충·방전 사이클 기반으로 획득한 데이터를 통해 장기간 사이클 시험에 따른 바나듐 배터리의 전기적 등가회로 모델에 적용되는 파라미터 분석 결과를 제시한다. 또한 온도에 따른 영향성 분석을 위해 상온(25℃), 저온(15℃) 및 고온(35℃)에서 각 10회 충·방전 사이클 실험을 진행하였고, 이에 대한 파라미터 분석 결과도 제시한다. 장시간 사이클 실험에 따른 전기적 특성분석 결과 바나듐 배터리의 핵심 노화인자는 배터리 전기적 모델에서 직렬저항인 Ri 파라미터임을 시험 검증하였다.

본 논문은 3상 계통의 각상 부하 불평형이 전체 계통의 안정성 및 여분성에 미치는 부정적 영향을 최소화하기 위한 ESS(Eenrgy Storage System) 전력변환장치의 제어 알고리즘을 제안하였다. 먼저, 4-Leg 인버터를 불평형 전류제어에 적합한 토폴로지로 선정하고 3상 독립 제어 방식을 적용하였다. 제안한 제어기법을 분석하고 시뮬레이션과 50-kW 4-Leg 인버터 프로토 타입 시험을 통하여 검증하였다.

본 논문에서는 계통연계형 시스템에서 계통 주파수 변동이 발생할 경우 계통 전류 왜곡 보상을 위한 주파수 적응형 위상기반 반복제어기의 설계기법에 대하여 기술한다. 기존의 반복제어기를 적용한 경우 계통 주파수 변동 시 주파수 변동에 따라 제어 성능이 보장되지 않는다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 PLL로 추정된 계통 위상각을 이용한 반복제어기의 메모리 할당을 통해, 주파수 변동에 대응이 기능한 위성 기반 반복제어기의 설계 방법을 제안하였으며, 모의실험을 통해 그 성능을 검증하였다.

This paper presents the two combination methods for leakage current reduction in photovoltaic system PCS. The leakage current in the photovoltaic system generated from the parasitic capacitance existing between the photovoltaic system and ground relevance to common mode voltage caused by PWM switching. Firstly, Leakage current reduced by a PWM method using two carriers with 180-degree phase different. Secondly, the leakage current is more reduced by connecting LCL filter to the mid-point of DC link. This combining method is revealed in PSIM simulation with 1 uF parasitic capacitance.

다양한 신재생에너지의 확대와 에너지 프로슈머의 등장으로 소비자가 직접 신생에너지 발전 설비를 설치하고, 생산한 전력을 소비, 저장, 판매까지 할 수 있도록 전력거래 시장이 빠르게 변화되고 있다. 특히 미국, 독일, 호주, 중국 등에서 전력거래에 대한 다양한 시도들이 진행 중이며, 국내에서도 에너지 신산업의 일환으로 다양한 시범 사업들이 추진되어왔다. 하지만 해외와 달리 국내에서는 그동안 추진되어왔던 대부분의 전력거래 시범 사업들이 제기능을 다하고 있지 못한 실정이다. 시장 성숙도나 시장의 저변 확대 미흡 등 많은 이유가 있겠지만, 전력거래에 대한 적극적인 활성화 지원 의지 부족과 관련 법·제도 등의 부가적인 문제들도 많은 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 많은 전력거래 시범 사업들이 추진되어 왔음에도 불구하고 외국에 비해 전력거래 시장이 활성화되지 못한 이유를 법·제도 측면에서 고찰해보고, 전력거래를 활성화 시키기 위한 법·제도 측면에서의 개선 방향과 규제완화에 대해 논의해 보고자 한다.

본 논문은 연료전지를 이용한 양방향 벅-부스트 시스템의 제어기 설계와 해석을 하고자 한다. 제어기 설계는 주파수응답을 해석하여 제어 루프의 안정성과 성능을 고려하여 설계하였다. 제어기의 게인 값은 시스템의 대역폭과 위상여유를 고려하여 선정하였고, 설계된 제어기는 Matlab과 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

본 논문에서는 SiC (Silicone Carbide) MOSFET 기반 Buck-Unfolder 토폴로지를 적용한 단상 태양광 인버터를 개발한다. 개발한 인버터의 성능 평가를 위해 3.5kW 급 prototype의 효율 및 전고조파 왜율(THD)을 분석한다.

본 논문에서는 PFC와 LLC공진형 컨버터로 구성되는 단상 AC/DC 정류기 시스템에서 발생하는 출력전압 120Hz 리플 저감에 관한 전향보상 제어기법을 제안한다. 제안하는 방법은 입/출력 전력 차이를 이용하여 DC-link의 전압 리플을 계산하고, 선형화된 LLC공진형 컨버터의 주파수 이득 곡선을 기반으로 120Hz에 대한 리플 성분을 전향 보상하여 저감 시키는 방법이며, 시뮬레이션을 이용하여 타당성을 검증하였다.

본 논문에서는 커패시터-분할타입 능동전력디커플링 회로를 위한 가상 d-q전류 제어기 설계방법을 제안한다. 설계한 제어기의 주파수 특성을 분석하고 MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 통해 검증한다.

리튬 이온 배터리가 전기 자동차의 주 동력원으로 사용됨에 따라 배터리의 잔존 수명 예측기술의 중요성이 부각되고 있다. 사용 환경에 적합한 잔존 수명 예측을 위해 전기 자동차의 주행 환경을 모사하여 충전 및 방전이 빈번하게 나타나는 UDDS 프로파일에서 범용적으로 사용할 수 있는 수명 인자를 선정하는 것이 필수적이다. 배터리의 잔존 용량과 가장 상관도가 높은 수명 인자를 선정함으로써, 인공지능 기반 예측 알고리즘의 정확도 향상을 기대 할 수 있으며, 태양광 ESS와 같은 상이한 특성의 어플리케이션에도 범용적인 적용이 가능하다.

내연기관을 이용한 이동 수단의 환경 오염에 미치는 영향이 부각 되면서, 전기 자전거 및 전기 보드와 같이 소형 전기 자동차로 분류되는 E-Mobility에 대한 관심이 증대되고 있다. 하지만, 대중화되어 있는 EV 충전소와 달리, E-Mobile 충전 시스템은 공급이 부족한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 다양한 사양의 충전전압 요건을 충족하는 충전 시스템을 제안한다. 높은 범용성을 갖추기 위해 멀티 레벨 충전 시스템을 설계한다. 또한, 제안하는 충전 시스템의 PSIM 시뮬레이션 및 프로토타입을 제작하여 타당성을 검증한다.

본 논문은 최근 주목 받고 있는 데이터 기반 인공지능 알고리즘을 사용하는 배터리 충전 상태 추정 기법에 대하여 조사 분석한다. 기존의 배터리 모델링 기법의 단점을 회피할 수 있는 데이터 기반 인공지능 알고리즘의 구조적 특징을 확인하고, 배터리 충전 상태 추정에 데이터 기반 인공지능 알고리즘을 적용 했을 때, 충전 상태 추정 정확도에 영향을 끼치는 요소인 데이터 구성에 대한 분석을 실시하여, 데이터 구성 시 필수적으로 고려해야하는 설계조건을 조사 분석한다.

본 논문에서는 단상 3.3kW PV-BESS 시스템과 능동전력디커플링 회로를 연계한 스마트 모빌리티 충전시스템을 제안한다. 일반적인 계통 연계 시스템에서 문제가 되는 2차 리플 전력을 능동전력디커플링 회로를 적용하여 제거함으로써 스마트 모빌리티에 안정적인 전력을 공급하고 스마트 모빌리티 충전 시스템의 전력밀도를 높이고 수명을 늘릴 수 있다. 본 논문에서 제안한 시스템은 MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

미래 도시 교통 체계에 큰 변화를 줄 수 있는 매체로 스마트 모빌리티가 주목 받고 있다. 스마트 모빌리티 운용을 위해서는 효율적인 충전 시스템을 필요로 한다. 본 논문에서는 비절연형 단상 계통 연계형 태양광 발전 시스템에서의 스마트 모빌리티 충전 시스템 설계를 소개한다. 설계한 시스템의 회로 및 제어기 구성법은 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 이용하여 해당 컨버터 및 인버터와 제어기 구성의 타당성을 보여준다.

본 논문에서는 전기자동차용 양방향 배터리 충전장치에 사용되는 CHFL(Cycloconverter-type High Frequency Link) 컨버터에서 발생하는 고전압 스파이크 저감을 위한 스위칭 방법을 제안한다. CHFL 컨버터는 양극성 고주파 파형 정류시 LC 필터의 인덕터와 변압기의 누설 인덕터에 저장된 에너지로 인해 고전압 스파이크가 발생하게 된다. 제안된 스위칭 방법은 환류 구간을 통해 저장된 에너지를 회생시킴으로서 고전압 스파이크 문제를 해결할 수 있다. 제안된 스위칭 방법의 성능은 MATLAB/ Simulink 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

최근 차량에 적용 가능한 에너지 하베스팅 연구가 활발히 이루어지고 있다. 차량 폐열을 활용하는 열전 소자의 경우 급격한 온도 변화 특성이 있는 내연기관, 배기관 등의 전장 부품에 적용될 수 있다. 이러한 전장 부품에서 가능한 많은 열에너지를 회수하기 위해 빠르고, 정확한 최대 발전전력 추종 기법이 필수적이다. 본 논문은 이러한 열전 소자 발전의 차량 적용을 위한 최대 전력 추종 기법을 살펴보고 비교 조사 분석한다.

This paper proposes an optimal control algorithm which determines active damping resistor values considering load variation and grid side current THD. Proposed optimal control algorithm improves grid side current THD of the interlinking converter without passive damping resistor and is verified by simulation under variable load conditions.

계통의 전류 불평형은 고장 또는 단상 부하에 의해 발생한다. 불평형 전류는 계통의 손실을 증대시키고, 전압 불평형으로 나타날 수 있어 계통의 안정성 문제로 이어진다. 본 논문은 계통 연계형 PCS를 통해 계통 불평형 전류를 보상하여 계통의 손실을 낮추고 안정성을 높이는 불평형 전류제어 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법은 시뮬레이션을 통해 검증한다.

본 논문에서는 열화에 따른 하이브리드 차량의 연비 특성을 분석하기 위해 시뮬레이션을 통한 연구를 진행하였다. 전기적 특성 실험 기반으로 배터리 내부 파라미터가 열화에 어떤 영향을 미치는지 분석을 하고 이를 기반으로 하이브리드 차량모델을 통해 시뮬레이션을 진행하였다. 분석 결과를 통해 배터리 열화 상태에 따른 State-Of-Charge (SOC) 및 연비효율 그래프의 변화 추이를 비교하였다.

배터리의 효율적인 관리와 안정적인 운영을 위해서는 배터리의 노화에 따른 배터리의 모니터링이 중요하다. 그 중에서도 노화에 대한 문제는 실제 어플리케이션에서 매우 중요하기 때문에 더 정확하고 안정적인 운영을 위해서는 배터리 잔존 수명을 판단하는 지표인 State of Health (SOH)가 필수적이다. 따라서 실험을 통한 UDDS의 전압 차 (Voltage Difference) 이미지를 학습데이터로 구성하여, SOH의 파라미터인 용량을 추정하는 Convolutional Neural Network(CNN) 모델을 제안한다.

In the battery energy storage system, battery cells are connected in series to increase the operating voltage. Due to the difference in characteristics, the performance degradation of cells is dissimilar. This paper proposes an online DC internal impedance estimation for battery cells in the series string using a matrix-switched capacitor converter, which is already verified as useful for the series balancing of the cells. The simulation in the hardware in the loop test rig shows good accuracy and the feasibility of the proposed method.

본 논문에서는 고승압이 가능한 2-Stage Boost 컨버터의 최대효율 운전을 위한 손실 분석을 수행한다. 2-Stage Boost 컨버터의 최대효율 지점 추정을 위해 앞단 Boost 컨버터의 출력 전압인 V_mid의 변동에 따른 2-Stage Boost 컨버터의 상세한 손실을 분석하며, 손실이 가장 적은 V_mid지점을 도출하였으며 실험을 통해 검증한다.

최근, 에너지저장장치를 활용하여 태양광-ESS 하이브리드 시스템이 도입되고 있다. 태양광-ESS 하이브리드 시스템은 구성방식에 따라 다양한 전력변환장치를 활용한다. 그중 DAB 컨버터는 절연형이며, 양방향 전력전달이 가능하므로 스위칭 기법, 토폴로지 개발 등 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 태양광-ESS 하이브리드 시스템에 적용되는 대표적인 벅-부스트 컨버터와 DAB 컨버터에 대해 리뷰한다.

본 논문은 패시브 셀 밸런싱과 액티브 셀 밸런싱의 에너지 손실 비교에 관한 연구내용이다. 패시브 셀 밸런싱은 저항을 이용하여 과충전된 셀의 에너지를 소모하는 방식이며 액티브 셀 밸런싱은 SSC(Single Switched Capacitor) 구조를 이용하여 높은 에너지 셀의 에너지를 낮은 에너지 상태의 셀로 전달하는 방식이다. 높은 셀과 낮은 셀의 SOC(State Of Charge)의 차이가 5% (0.085 V)일 때 ∆SOC = 3% (∆V = 0.051 V)로 줄이기 위해 패시브 셀 밸런싱과 액티브 셀 밸런싱을 하여 두 셀 밸런싱의 에너지 손실 차이를 시뮬레이션과 실험을 통하여 비교한다.

본 논문은 DC 마이크로그리드에서 배터리 에너지 저장 장치의 SoC(State-of-Charge)를 기반으로 한 계층 제어 기법을 제안한다. DC 마이크로그리드의 안정적인 운영을 위해 계층 구조의 제어방식이 필요하다. 제안하는 계층 제어 기법은 2 레벨로 구성된다. 1차 제어에서는 SoC에 의해 드룹 계수가 조정되고 충·방전 전류가 제어되어 SoC 밸런싱이 이루어진다. 2차 제어는 1차 제어에 의해 발생하는 배전망 전압강하를 보상한다. 제안하는 SoC 기반 계층 제어를 적용한 에너지 저장 장치는 일정 SoC 운용범위에서 동작하고 배전망 전압을 일정하게 유지하여 DC 마이크로그리드의 안정적인 전력관리가 가능해진다. 본 논문에서는 PSIM 시뮬레이션을 통해 제안하는 기법의 유효성을 검증하였다.

본 논문은 3레벨 정류기와 직렬 입력, 병렬 출력 LLC 컨버터가 연결된 전원 장치의 DC-Link 전압 불평형 제어에 관해 분석한다. 일반적으로 380Vac 입력을 가지는 3레벨 부스트 기반 정류기는 출력 전압을 700Vdc 이상으로 제어한다. 또한, 3레벨 컨버터는 두 개의 직렬 출력 커패시터를 가지며, 불균형 해소를 위한 제어 또는 물리적 불평형 해소 소자가 요구된다. 스위칭 신호를 공유하는 두 개의 LLC 컨버터가 연결된 시스템에 DC-Link 불평형 전압 제어가 적용되면 전력의 쏠림 현상이 발생한다. 본 논문은 제시된 시스템에서 전력의 쏠림 현상에 대해 그 원인을 분석하고 실험으로 검증한다.

In this paper, an improved rotor speed estimation in DFIG wind turbine systems based on a cascaded SOGI is proposed. Due to excellent harmonics and DC offset rejection capability of the cascaded SOGI, the accurate rotor speed estimation can be achieved despite the harmonics and sensing offset in DFIG currents. The simulation results have verified the validity of proposed method.

HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 무효전력의 독립적인 제어가 가능하여 계통의 안정적인 연계가 가능하다. 또한, 멀티 터미널 DC grid 구성이 가능해 다수의 계통을 통합 연계할 수 있는 장점이 있다. HVDC 시스템은 단위 유닛인 서브모듈로 구성된 MMC(Modular Multi-level Converter) 구조를 갖으며 밸브 단위로 시스템이 구성된다. VSC(Voltage Source Converter) 밸브는 IEC 62501 기반의 규격을 바탕으로 하드웨어 설계의 건전성과 성능을 확인할 수 있다. 본 논문에서는 (주)효성이 개발중인 200MW 모듈형 멀티레벨 컨버터 밸브 단위의 성능과 설계의 건전성을 확인하기 위해 밸브단위 운전시험 회로를 구성하였으며, 운전 시험 결과를 분석하였다.

최근 COVID-19(Coronavirus disease, 2019)의 발병으로 정확한 진단을 하기위한 X-ray 검사에 대한 수요가 증가하고 있다. 품질이 높은 수준의 Xray 영상을 얻기 위해서는 X-ray 튜브에 촬영 목적에 맞는 일정한 고전압을 제어를 통해 인가해야 한다. 그러기 위해서는 전력변환장치의 출력전압 특성을 고려하여 설계해야 한다. 따라서 Xray 발생장치에 주로 사용되는 Cockcroft-Walton Voltage Multiplier를 사용하여 다이오드의 기생커패시턴스 성분이 변압기의 누설 인덕턴스 성분, 회로의 기생 인덕턴스 성분과 공진현상을 일으켜 발생하는 출력전압의 특성 변화에 대한 시뮬레이션을 개발하고 분석 하였다.

본 논문은 Sensored BLDC 모터의 제어방법을 설명하고, 효율적인 최적 제어를 하기위해 Lead Angle 제어를 하는 방법에 대하여 설명하였다. Lead Angle 값을 실시간 Auto Tuning 하는 기법을 설계 및 구현하였다. 실제 Microchip 사의 DSC를 사용하여 Software로 동작을 구현하였으며, PWM 스위칭 하기 위한 반도체 소자는 IGBT 모듈인 IPM을 사용하여 BLDC 모터의 구동회로인 인버터를 구성하였다. 실제 사용하는 400W급 BLDC 모터를 사용하여 Lead Angle 제어와 Auto Tuning 실험결과를 비교 검증하였다.

본 논문에서는 차량 탑재형 충전기 (OBC)와 저 전압 배터리 충전기 (LDC)의 각 기능에 대해 분석한다. 또한, 두 배터리 충전기를 통합한 OBC-LDC 통합형 회로의 장·단점과 기능에 대해 분석한다. 또한, OBC-LDC 통합형 회로에 대한 두 토폴로지의 장·단점을 비교 분석하고, PSIM을 사용하여 각 토폴로지에 대한 시뮬레이션을 진행하여 회로의 동작 및 성능을 비교 분석한다.

본 논문에서는 단일 2-level 3-leg 전압형 인버터를 사용하여 직렬 연결된 3상 및 단상 표면부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)를 가변속 운전하는 기법을 제안한다. 일반적으로 두 영구자석 동기전동기를 독립적으로 가변속 운전하기 위해서는 각각의 인버터가 필요하지만, 본 논문은 옵셋(Offset) 전압을 사용한 전압 펄스 폭 변조(PWM) 방식으로 인버터를 제어하여 단일 인버터를 사용한 3상 및 단상 전동기 동시 운전이 가능하다. 제안된 방식은 전력용 반도체 소자 수를 줄여 전동기 구동시스템의 가격을 절감시킬 수 있으며, PLECS 시뮬레이션을 통하여 제안된 토폴로지의 유효성을 검증하였다.

레졸버는 전동기의 회전자에 부착하여 회전자의 절대적인 위치를 알 수 있도록 해주는 센서의 일종이다. 또 다른 위치센서인 엔코더에 비해서 충격이나 먼지 등에 의해서 쉽게 고장나지 않아서 전기 자동차에서 사용한다. 본 논문에서는 산업용 인버터에서 레졸버를 사용할 경우, 레졸버의 극수와 옵셋을 자동으로 튜닝할 수 있는 방법에 대해서 설명한다.

본 논문은 SiC-MOSFET 기반 전기차용 인버터의 DC-Link 캐패시터 전기용량을 선정하는 방법에 대해 연구하였다. 인버터 시스템에 주로 사용되는 DC-Link 캐패시터는 안정적인 전원 및 고주파 전류 공급 등의 중요한 역할을 한다. 그러나 인버터가 고용량일수록 캐패시터 사이즈가 커지고 무게가 늘어나는 문제가 발생한다. 따라서, 차세대 전력 반도체 소자로 각광 받는 SiC-MOSFET의 높은 동작 주파수의 특성을 활용하여 캐패시터 소형화를 실현시켰다. 또한, PSIM 시뮬레이션을 통해 제안하는 연구의 타당성을 검증하고 Si-IGBT 인버터와 비교하여 그 효과를 입증하였다.

본 논문에서는 MMC 기반 HVDC 시스템용 밸브 성능시험회로에서 서브모듈(Sub Module) 커패시터 전압보다 낮은 전원전압을 사용하여 밸브(Valve) 단위의 서브모듈을 시험 할 수 있는 기법을 제안한다. 기존의 성능시험회로는 시험 전류를 만들기 위해 서브모듈 커패시터 전압보다 큰 DC 전원을 필요로 한다. DC 파워 서플라이는 성능시험회로의 가격의 대부분을 차지하므로 고전압 출력 DC 파워 서플라이의 사용은 시험회로 가격 상승의 주된 원인이 된다. 때문에 낮은 DC 전원 전압을 사용함으로 시험회로의 전반적인 가격을 낮출 수 있다. 시뮬레이션을 통하여 제안하는 시험회로의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 단상 영구자석 동기 전동기의 센서리스 제어방법을 제안한다. 단상 전류와 그에 직교하는 가상의 전류성분을 이용하여 dq 회전 좌표계에서 전류제어를 하고, d축 전류제어기의 출력을 이용하여 회전각을 추정한다. 제안된 방법은 구현이 매우 간단하다는 장점이 있다. 실험을 통해 제안된 방법의 성능을 확인하였다.

세계적인 에너지 전환 흐름을 기반한 깨끗하고 안전한 에너지공급을 위해 석탄, 원전을 감축하고 재생에너지의 확대와 에너지 다소비 구조를 선진국형 에너지 고효율, 저소비로 전환며, 분산형 에너지 시스템을 확대에 따라 다양한 에너지 운영환경이 형성. 이에 맞게 새로운 운영방식의 융복합 모델 개발의 필요성이 증가하고 있다. 융복합 모델의 효율적 운영을 위해서는 발전시스템의 요소별 운전 정보를 수집, 분석하여 제어할 수 있는 능동형 제어가 필요하다. 본 문에서는 태양광발전(PV)을 연계한 ESS(Energy Strorage System)의 효율적인 전력제어를 위한 PMS를 개발하여 성능 검증하고자 한다.

2상 인터리브드 기법은 DC-DC컨버터의 스위칭 주파수의 2배의 효과를 얻을 수 있어 전류 리플 감소와 효율 향상을 위해 널리 쓰이는 방법이다. 하지만, 인덕터 및 스위치 등의 물리적인 편차와 방열 성능차이 등으로 인한 상간의 전류 불평형 문제로 하나의 상에 스트레스가 집중되어 내구성이 저하되고 수명감소로 이어지는 단점이 있다. 본 논문에서는 인터리빙 기법에서 발생하는 전류 불평형 문제를 단일 센서를 사용한 제어기법으로 해결하고 그에 대한 타당성을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.

효율 및 내환경성에서 우수한 성능을 갖는 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM, Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)는 최근 철도차량용 견인전동기로서 주목받고 있다. 일반 도시 철도차량의 추진제어시스템은 장시간 연속 운행 및 자연통풍냉각 방식의 설계가 요구되므로 대전력 스위칭으로 인한 발열 문제가 고려된 낮은 스위칭 주파수 및 6-스텝 제어 아래 인버터의 고성능 제어가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 6-스텝 및 낮은 스위칭 주파수로 IPMSM을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 동기화 방법을 기술하고 시뮬레이션을 통하여 제어 성능을 검증하였다.

본 논문에서는 전자기 교반 시스템용 2 상 직교하는 전원 공급 장치의 출력 전류 정상상태 오차를 줄일 수 있는 제어 기법을 제안하다. 2 상 직교하는 전원 공급 장치는 단상 풀브리지 인버터 2 대 대신 3 상 전압원 인버터 1 대를 사용하여 인버터의 레그 숫자가 줄어들고 인버터 스위치의 도통 손실이 감소한다. 본 논문에서는 회전 좌표계로의 변환(dq 변환)을 통해 출력전류 정상상태 오차를 0 으로 제어하는 기법을 제안한다. 본 논문에서는 제안하는 제어 기법의 유효성은 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

Hardware In-the-Loop simulation(HIL)은 실제 하드웨어 시스템을 실시간 모사할 수 있는 시뮬레이션 장비로 연구 및 개발 기간의 단축, 비용저감 등의 장점을 앞세워 다양한 전력전자 분야에 사용되고 있다. 실제 하드웨어를 그대로 모사하는 것이 HIL의 목적이기 때문에 HIL 장비는 검증의 실시간성과 출력된 결과의 정확성이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 하지만 코어간의 데이터를 주고받는 과정에서 HIL의 연산 속도 및 정확성을 저해하는 요인들이 발생하게 된다. 본 연구에서는 HIL 장비를 이용해 복잡한 시스템을 구현함에 있어서 연산속도 및 정확성을 저해하는 요인들을 찾아내고 이를 해결하기 위한 방법을 제안한다. 제안된 연산속도 개선 및 정확성 개선 방법의 타당성은 프로세서의 연산 속도 변화량, HIL 및 시험 결과 파형의 비교 분석을 통해 검증되었다.

기후변화 규제에 대응하기 위해 자동차 산업에서는 엔진의 배기가스는 줄이고, 출력은 향상시키는 과급기를 필요로한다. 전동식 과급기에 필요한 압축기는 초고속의 모터회전이 필요하고, 압축기 전기모터의 속도, 회전자의 위치 추정을 위해서는 센서가 필요하다. 하지만 센서의 사용은 비용의 증가, 신뢰도저하 등과 같은 문제점들이 있고, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 여러 센서리스 방식들이 사용되고 있다. 본 논문에서는 PSIM 시뮬레이터를 이용하여 전류모델 기반의 센서리스 방식으로 동기전동기(SPMSM)를 구동하는 0.8초 내로 90000rpm의 속도까지 도달하도록 시뮬레이션을 구현하였다.

본 논문에서는 영구자석형 동기전동기의 벡터제어를 수행하는데 필요한 회전자의 위치, 특히 기동시의 초기 회전자 위치를 정확하게 검출하기 위하여 자기식 위치 센서를 사용하는 방법을 제안하고, 기존의 광학식 인크리멘탈 로터리 엔코더를 사용하는 경우에 비하여 검출 성능이 우수함을 확인하였다.

본 논문에서는 최소손실 불연속 변조 기법에 따른 2레벨 3상 전압원 인버터의 DC 링크 전압 리플을 분석하고 이를 통해 DC 링크 커패시터 전기 용량을 선정하는 방법을 제시하였다. 커패시터 전기 용량은 클수록 전압 리플을 제한하는 데 유리하지만, 이는 인버터 제작비용을 증가시키고 전력 밀도를 낮춘다. 따라서 DC 링크 커패시터 전기 용량을 적절히 선정하는 것이 중요하다. PSIM을 이용한 매입형 영구자석 동기 전동기 구동모의실험으로 제시한 분석 방법의 타당성을 검증하였다.

2상 유도전동기를 구동하기 위한 2레그형 인버터에서는 직류링크 양단에 직렬로 연결된 2개의 커패시터에 걸리는 전압에 불균형이 발생하므로 이것이 전동기 상전류의 불평형과 토크리플을 야기한다. 본 논문에서는 이러한 상전류의 불평형을 간접 보상할 수 있는 PWM 제어 방법과 커패시터 전압의 균형을 제어함으로써 전동기 상전류의 평형을 유지할 수 있는 직접 보상 방법을 제안하였다.

철도차량 하부에 부착되는 전장품 무게는 차량의 바퀴 및 베어링 등 철도차량 수명에 큰 영향을 주기 때문에 경량화는 필수적이다. 본 논문에서는 철도 차량용 보조전원장치의 경량화를 위해 LLC 공진형 컨버터를 적용한 보조전원장치 시스템과 제어알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 고속스위칭을 위해 입력단 벅 컨버터를 이용하여 가선 전압을 감압시키고 이후 LLC 공진형 컨버터를 통해 인버터 입력단 전압을 제어한다. 또한, 공진형 컨버터 손실을 최소화하기 위해 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 하며, 공진 탱크의 최적 설계도 제안한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 시뮬레이션 및 실험으로 검증한다.

본 논문은 단상 영구자석 동기 전동기의 가변속 운전을 위한 가변 비례공진 전류 제어 기법을 제안한다. 단상 영구자석 동기 전동기의 전류 제어 시 3상 교류 전동기에 널리 적용되는 벡터 제어를 적용할 경우, 필연적으로 좌표변환 및 가상의 q축 성분 생성을 위한 과정이 요구된다. 하지만, 단상 영구자석 동기 전동기의 구조적인 특징을 고려하여 비례공진 제어 기법을 적용하게 되면 3상 교류 시스템에서 필요로 하는 추가적인 좌표변환 과정이 요구되지 않는다. 이에 본 논문에서는 가변속 운전에 따른 공진 주파수 변화를 반영한 가변 비례공진 전류제어 기법을 제안하고자 한다. 제안한 전류 제어 기법의 효용성을 검증하기 위해 다수의 실험을 진행하였다.

본 논문에서는 단상 영구자석 동기 전동기의 센서리스 운전을 위한 회전자 자극 검출 기법을 제안한다. 제안한 회전자 초기 자극 검출 방법은 비대칭 공극을 갖는 단상 영구자석 동기 전동기에 고주파 전압 및 옵셋 전류를 인가하여 회전자 자극 위치에 따른 전류 옵셋의 크기를 검출함에 있다. 이를 위해 가상의 dq축 모델을 이용한 고정자 전류의 크기를 비교하여 회전자 자극을 검출하고자 한다. 제안된 방법은 다수의 실험 결과를 통해 타당성을 입증하였다.

본 논문에서는 2상 하이브리드 스테핑 모터 구동을 위해 H-bridge 회로 또는 3상 인버터를 이용하는 경우의 출력 성능을 비교 검토하였다. 벡터 제어로 구동하는 경우 2상 하이브리드 스테핑 모터의 상전압, 상전류의 THD(Total Harmonic Distortion)과 출력 토크 리플을 분석하였으며, 이를 위해 Matlab/Simulink를 이용한 150W급 스테핑 모터의 시뮬레이션을 수행하였다.

본 논문에서는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)의 구동 효율 향상을 위한 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 제어 기법에 대해 제안한다. 제안된 기법은 전동기의 동손이 최소가 되도록 최적화 기법을 통해 전류각 지령을 조정한다. 제안된 기법을 통해 모든 부하 조건에서 짧은 시간 내에 동손이 최소가 되는 최적 전류각을 추종할 수 있으며, 전동기의 제정수 혹은 위치 측정 오차에 강인하다. 800W IPMSM 구동 실험을 통해 제안된 기법의 효용성을 검증하였다.

본 논문에서는 2상 하이브리드 스테핑 모터의 디텐트 토크 보상 기법을 제안하였다. 2상 하이브리드 스테핑 모터의 회전자 좌표계 d,q축 전압 방정식 및 토크 식으로부터 지령 토크 발생을 위해 필요한 d,q축 전류를 지령으로 사용하며, 디텐트 토크로 인해 발생하는 속도 리플을 제거하기 위해 리플 크기를 추출하여 전류지령에 보상하였다. Matlab/Simulink를 이용한 2상 하이브리드 스테핑 모터 구동 시뮬레이션을 통해 제안된 기법의 유효성을 확인하였다.

비상발전기를 이용한 독립 전원시스템에서 유도전동기를 직입기동 할 경우 큰 돌입전류로 인하여 과대한 발전기 용량이 요구되고 있으며, 이를 개선하기 위해 다양한 소프트-스타트 기동 방법이 사용되고 있다. 본 논문은 비상발전시스템에서 유도전동기 기동 시 발생하는 돌입전류를 저감하기 위해 비상발전기를 이용한 소프트-스타트 기동 방식을 제안한다. 또한 제안된 방식이 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 한 결과 제안된 방법을 적용 시 돌입전류가 저감하였다.

본 논문에서는 동일한 설계조건을 갖는 벅 컨버터와 벅-부스트 컨버터를 신뢰성의 측면에서 비교한다. 신뢰성 분석의 대표적인 지표의 고장률과 평균 고장 시간(Mean time between failure, MTBF)을 도출하기 위해 고장나무 분석(Fault-tree analysis, FTA)을 사용한다. FTA는 컨버터의 동작 특성을 고려하여 고장의 원인과 영향을 나타내는 방법으로 컨버터를 구성하는 부품의 고장률은 MIL-HDBK-217F의 값을 사용한다. FTA를 통해 벅 컨버터의 고장률과 벅-부스트 컨버터의 고장률을 도출하고 고장률 차이의 원인을 분석하며 두 컨버터의 동작 온도별 고장률을 그래프로 나타내어 시각화한다.

3-Level Boost Converter(TLB)의 병렬 연결 시, 배터리 및 커패시터의 맥동 전류 저감을 위하여 인터리빙 동작이 요구된다. 그러나 기존의 TLB 병렬모듈은 인터리빙 운전이 불가능하다. 본 논문에서는 TLB 병렬모듈의 인터리빙 운전이 가능한 회로의 동작을 기술하고, 커패시터 중성점 연결 시 맥동 전류저감 효과를 분석한다.

본 논문에서는 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터의 동작 특성을 고려하여 Fault Tree Analysis(FTA)를 작성하고 같은 용량으로 설계하여 동작 온도에 따른 고장률의 차이를 비교 및 분석한다. 승압용 컨버터로 사용되는 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터의 파라미터 설정에 따른 인덕터의 고장률과 커패시터의 고장률을 계산한다. 또한 두 컨버터의 설계 파라미터에 의해 달라지는 커패시터 고장률과 정격전압 차이에 의해 달라지는 다이오드의 고장률을 구한다. 각 소자의 부품 고장률은 MIL-HDBK-217F를 이용하여 구한다. 작성한 FTA에 부품 고장률을 적용하여 고장률과 평균고장시간을 예측한다.

입력 전압과 출력 전압의 변환비가 큰 시스템에서는 전압 변환비가 큰 한 개의 컨버터 설계하기보다는 다수의 컨버터를 직렬 혹은 병렬로 구성하여 용량을 증가시키는 것이 유리하며, 모듈형으로 컨버터를 제작하여 연결할 경우, 다양한 용량의 컨버터를 구현할 수 있다. 입력 전압이 출력 전압보다 큰 시스템에서는 ISOP(Input Series-Output Parallel) 방식을 사용한다. 시스템을 ISOP로 시스템을 구성할 경우 직렬로 연결된 모듈들의 직류단 전압 불균형 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 각 모듈의 직류단 전압을 제어한다. 본 논문에서는 EtherCAT 통신을 사용하여 ISOP 연결된 컨버터를 제어하였고 10개의 컨버터 모듈을 이용한 실험을 통해 제시하는 방법의 성능을 검증하였다.

본 논문은 PWM에 의한 전압 고조파를 분석하여 LC 필터를 설계하는 방안을 제안한다. 전압형 인버터는 PWM 방식을 이용하여 출력전압을 합성하며, PWM에 의한 전압 고조파는 직류단 전압, Modulation index, Deadtime 등에 의해서 결정된다. 출력 전압 고조파와 PWM 전압고조파와의 관계를 풀어 LC 필터를 설계한다. 제안된 방법으로 설계된 LC 필터는 시뮬레이션을 통해 설계의 타당성을 확인하였다.

This paper proposes stability evaluation of DC/DC boost converters based on output impedance in harmonic transfer function matrix considering line impedance and cascaded voltage and current control loops. The harmonic state-space (HSS) model of converter and controller is developed to obtain the harmonic transfer function matrix of closed-loop output impedance. This work is useful for impedance-based stability analysis of converters connected to DC power systems.

본 논문은 저전압 직류배전 (LVDC)이 도입된 공장 및 물류센터 등 에서 다수의 전동 지게차를 운용할 때, 효과적으로 충전할 수 있는 지게차 배터리 충전기를 제안하였다. 제안하는 충전기는 SiC 반도체 및 의도적으로 비대칭으로 설계한 공진 인덕터를 사용한 두 개의 위상천이 풀브릿지 컨버터로 구성된다. 이를 통하여 최대 200A급 고속 충전 및 다종의 배터리 규격 (48V, 80V) 대응과 함께 고효율, 고전력밀도를 달성 하였다.

The design of a low distortion class E amplifier with a frequency of 6.78MHz for a wireless power transfer is presented. The amplifier with a differential out is designed to reduce the harmonics of the output current. The harmonic characteristics of various types of the class E amplifiers are compared through the simulation study.

본 논문은 LCL 필터를 사용하는 계통연계형 인버터의 병렬운전 조건에서 LCL 필터와 계통 임피던스 간의 상호간섭에 따른 공진특성을 분석하였으며, 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다. 인버터 병렬운전은 2대 조건을 고려하였으며, LCL 필터를 포함한 시스템 파라미터는 동일 조건으로 설정하였다. PCC 지점에 인버터 병렬운전 조건 시, 계통 임피던스 존재로 인해 각 인버터의 LCL 필터 간 상호간섭 영향이 발생하며 필터 공진주파수의 이동은 인버터 병렬연결 수와 계통 임피던스 크기와의 연관성을 분석하였다. PSIM을 통해 시뮬레이션하고, MATLAB/SIMULINK 2018a를 통해 검증한다. 실시간 디지털 시뮬레이터와 DSP 28377 제어보드 연동을 통해 2대 인버터 병렬운전 조건에서의 상호간섭 특성을 실험하였으며, 분석결과와 동일한 실험결과를 도출함으로써 해석의 타당성을 검증하였다.

전세계적으로 신재생에너지 연구가 개발되면서 DC 마이크로 그리드가 빠르게 확산되고 있다. DC 마이크로 그리드에는 ESS가 필수적으로 적용되는데, ESS 충방전을 위해 양방향 및 절연 기능이 포함한 토폴로지가 적용되어야 한다. 최근에는 절연형 양방향 컨버터로 듀얼 액티브 브리지 토폴로지가 제어에 대한 연구와 함께 많이 적용되어지고 있다. DC 마이크로 그리드에는 여러 DC-DC 컨버터로 구성되어 있어 상위 제어기에서 전류지령 값을 통해 전류제어로 운영된다. 본 논문에서는 가상 직접 전력 제어를 이용하여 빠른 응답을 구현하는 전류제어를 제안하였다. 검증 방법으로는 시뮬레이션을 통해 검증 하였다.