본 논문은 연료전지를 이용한 가정용 발전시스템의 계통 연계를 위한 3kW급 전력변환 시스템의 개발에 관한 것이다. 저전압 대전류 출력특성을 갖는 연료전지의 전류리플 최소화를 위해 멀티페이즈 컨버터를 적용한 DC/DC 승압 컨버터를 제안하고자 한다. 특히 고밀도 전력변환 시스템의 스위칭 손실 극소화를 위해 고효율 ZVS Soft-Switching 동작을 구현하였다. 또한 본 연구에서는 높은 승압비로 변환된 전압을 통해 계통운전 동작을 수행하기 위한 DC/AC 단상 인버터와 고효율 무결점 기능을 갖는 디지털 방식의 DSP를 적용한 제어기 개발도 병행하여 수행되었다. 제안하는 3kW급 멀티페이즈 컨버터 및 계통연계형 인버터의 Proto-Type을 제작하고 실험을 통해 본 방식의 타당성을 검증하였다.
실제 대부분의 가정용 전자제품은 동작하는 시간보다는 상용전원에 연결된 채 사용하지 않는 대기시간이 더 많다. 그 결과, 기존에 연구가 집중된 최대부하 상태에서의 효율에서 무부하 상태에서의 대기전력으로 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 현재 노트북 AC/DC 어댑터에 적용되고 있는 무부하 효율 향상 방법에 대해 간략히 살펴보고 현재 개발동향을 기술하였다.
미국의 검색 최대기업 구글은 2009년 2월 10일, 스마트 그리드에 대한 가정용 애플리케이션 Google PowerMeter를 발표하였다. 소비자에게 압도적인 지명도와 영향력을 가지고 있는 이 회사가 어떠한 비젼을 가지고 있는지 그리고 이 회사의 에너지분야에서의 동향과 Google PowerMeter의 개요에 관하여 소개한다.
인터넷의 발달이 증대함에 따라 컴퓨터를 전문적으로 사용하지 않더라도 가정에서 NAS등의 서버모델을 사용하는 경우가 많아졌다. 한번 구매하면 저전력으로 손쉽게 사용할 수 있는 대용량 서버모델의 사용자 수가 점차적으로 증가하고 있다. 이와 동시에 간단한 검색만으로 구할 수 있는 웹과 네트워크에 큰 악영향을 미치는 악성도구들도 인터넷상에 퍼지고 있다. 쉽게 얻은 해킹 도구로 간소하게 설치된 가정용 서버 등을 공격하는 빈도수가 점점 늘어나고 있는 추세이다. 본 연구는 가정용 IoT 서버 및 네트워크에서 이상 징후를 탐지하는 솔루션 모델의 구축을 제안하고자 한다.
ESS의 중요성은 네트워크 신뢰성 저하 및 재생 가능 에너지원의 확장으로 인한 전력 수요의 안정화로 인해 강조되었다. ESS (Energy Storage System)는 남은 전력을 저장하고 전력 수요를 충족시키기 위해 필요할 때 이를 사용하며 주로 태양 광 및 풍력과 연계하여 ESS 시스템을 구축한다. 본 논문에서는 낮은 일사량에 효과적인 Master-Slave 방법을 이용한 가정용 PV 충전 모듈을 제안한다. 모듈을 설계 한 후 고속 MPPT 알고리즘이 적용되어 PV 모듈의 비선형 출력 특성에서 최대 출력을 생성한다. PV 충전 모듈의 입력에 대한 평균 전력 값은 296.90 W, 출력 전력은 289.60 W로 평균 97.54 %의 전력변환 효율을 보인다.
지구 온난화, 고유가 그리고 심각한 전력난 문제를 해소하기 위해, 가정용 전기요금 누진제 적용과 함께 산업용 전기요금의 지속적인 상승이 이루어지고 있어 에너지 이용 효율을 크게 개선할 수 있는 에너지 저장 시스템을 스마트 그리드에 적용하기 위한 노력들이 새롭게 시도되고 있다. 본 연구에서는 에너지 저장 장치로 활용될 수 있는 리튬이온 전지의 구성 및 동작원리, 에너지 저장 시스템의 전력계통 적용 분야, 배터리 에너지 컨버터 기술, 그리고 적용사례를 연구함으로서 에너지 저장 시스템을 전력계통에 적용하는 데 필요한 기반 기술을 확립한다.
현재 전력 반도체는 신재생/대체 에너지 시스템, 자동차/전기자동차, 디스플레이/LED 드라이브 IC 등과 같이 산업용뿐만 아니라 가정용에서도 그 수요가 급증하고 있다. 이러한 전력 반도체는 각 시스템에서 전력 변환, 분배 및 관리를 하는 역할을 하게 되는데, 이러한 전력 시스템에 적용되기 위해서는 고속 스위칭, 낮은 전력 손실 및 발열, 소형화 등의 특성이 요구되어진다. 이러한 특성을 만족하기 위해 현재 전력반도체는 수평형 소자에서 수직 형태로의 구조적 변경을 꽤하고 있으며, 또한 수직형 구조에서도 더욱 소형화와 고밀도 전류, 낮은 전력 손실 특성을 구현하기 위해 여러 가지 형태의 어레이 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 사각 형태의 어레이 (square array, mesh type)를 가지는 수직형 TDMOS (Trench double diffused metal oxide effect transistor)에서 트렌치 부분을 중심으로 액티브 영역과 그 외각 영역의 도핑 농도와 접합 깊이의 변화에 따른 전기적 특성 변화를 파악함으로써 TDMOS의 안정적인 구동 영역을 확보하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구는 silvaco 시뮬레이션 툴을 이용하여 실제 소자 제작 공정과 유사한 형태로의 공정을 가상적으로 진행하고, 액티브 영역과 그 외각 영역의 도핑 및 접합 깊이를 결정하는 이온 주입량과, 후속 열처리의 온도와 시간 등을 변화함으로써 그 전기적 특성을 상호 비교하였다.
본 연구에서는 배전계통의 부하지점의 부하형태에 따른 정전비용의 영향을 고려하여 분산전원을 설치함으로써 운영비용 및 정전비용을 최소화하는 방안을 제안하였다. 가정용, 산업용, 상업용, 사무용 및 농업용 등 부하형태를 실제 계통과 유사하게 고려함으로써 정확한 신뢰도 지수와 운영비용을 구할 수 있고, 이를 통해 총 운영비용 최소화에 더욱 접근할 수 있다. 특히 정전시 각 부하지점에 설치된 분산전원에 의해 전력이 공급되어 전력구입 비용과 정전비용의 경우 효과적으로 감소됨을 알 수 있었으며, 정전빈도와 정전시간이 감소되어 전력 공급률이 향상되어 신뢰도 지수가 좋아졌음을 알 수 있었다.
본 논문은 가정용 전기기기의 대기전력을 보상하기 위해 에너지 하베스팅 시스템을 제안한다. 제안하는 에너지 하베스팅 방법을 주요 가전기기에 적용하여 각각의 사용 패턴 및 환경에 따른 발전량을 계산하고, 발전량과 대기전력을 고려하여 주요 가전기기에 전력을 공급하는 배터리가 포함된 전체 시스템을 구성한다. 이를 토대로 대기 전력량과 가전기기에 공급되는 전력량을 비교하여 제안하는 시스템의 타당성을 검증한다.
현재 상용화되어 있거나 상용으로 개발하는 연료전지시스템의 큰 특징은 작동온도로 구분할 수 있다. 저온형 연료전지는 낮은 작동온도로 운전이 용이하고 출력밀도가 높아 자동차용 및 가정용 등으로 사용되고 있는 반면, 작동온도가 높은 고온형 연료전지의 경우는 높은 발전효율과 고온 폐열의 이용 등의 목적으로 주로 전력사업용 연료전지로 개발되고 있다. 본 발표에서는 주로 발전용에 사용되고 있는 우리나라의 고온형 연료전지의 개발 이력 및 현재의 산업화 현황에 대해 정리하여 보고드리고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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