본 논문에서는 단상 H-bridge 구조의 VSC (Voltage Source Converter)를 이용하여 계통전원을 사용하는 부하의 고조파 전류 보상기능과 전원 Back-up 기능을 갖는 부하전력보상기를 보여준다. 이 두 제어 기능은 전원전압의 유무에 따라 APF의 컨버터 동작과 UPS의 인버터로 동작하게 함으로써 기존 UPS에 부하 전류의 고조파 보상이라는 부가적인 이득을 갖는 이중전력보상기(Dual Function Power Compensator)라 할 수 있다. 컨버터 제어는 Battery 충전 동작과 APF 동작을 동시에 수행하며, 인버터 제어는 정전시 부하에 전원을 공급하는 UPS로서의 동작을 수행하게 된다. 두가지 동작이 성공적으로 수행되기 위해서는 1. 전원전압의 신속한 검출과 판단, 2. 컨버터의 Battery 충전, 3. APF동작을 위한 부하전류의 고조파 전류계산, 4. 전원전압의 동기추종 등이 각각의 동작모드별로 순조롭게 연계동작 되어 야 한다. 본 논문에서는 DFPC의 발생배경과 제안된 DFPC 제어모드의 구분을 결정하는 전원전압의 검출방법에 대하여 소개한다. 그리고 제안된 DFPC의 실제 시스템을 제작하여 각각의 동작상황과 성능을 시험하여 그 결과를 보여준다.
본 논문에서는 전원전압 센서 없는 단상 PWM 컨버터의 전류제어방법을 제안한다. 제안된 방법에서 전원전압은 슬라이딩 모드 관측기에 의해 추정되며 추정된 전원전압을 이용하여 컨버터의 입력 역률을 '1'로 하고 일정한 DC링크전압을 얻을 수 있다. 제안된 방법의 특징은 전원전압의 크기와 위상의 추정이 실제전류와 추정전류의 전류오차에 의해서 얻어질 수 있다. 제안된 방법은 DSP를 이용하여 구현하고, 실험결과는 제안된 방법의 정당성을 입증한다.
소규모 분산전원 및 에너지 저장장치로 구성된 마이크로그리드는 에너지 자급자족이 가능한 특징을 가지며 계통연계 혹은 독립운전 모드로 운전이 가능하다. 마이크로그리드를 계통연계 모드로 운전하는 경우, 상위 계통에서 사고 발생 시 마이크로그리드 내 동기기의 과도안정도 문제가 발생할 수 있다. 이 때 인버터 기반 분산전원의 빠른 응답 속도를 활용하면 인접 동기기의 유효출력을 효과적으로 제어하여 계통연계 모드를 유지하면서도 과도안정도를 유지할 수 있다. 본 연구에서는 인버터 기반 분산전원의 P-w 제어를 통해, 정상 운전시에는 정해진 전력을 공급하면서 사고 시에는 인접 동기기의 과도안정도를 향상시킬 수 있는 제어 방법을 제안하였다. 또한 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 ATP/EMTP프로그램을 이용하여 계통을 구성하고 해석하였다.
백업전원 기능을 갖는 BESS 시스템은 계통이상 시 계통연계모드에서 독립운전모드로 전환해야 하며 이때 중요부하에 과도상태 없는 안정적인 전압을 공급해야 한다. 기존의 전류제어 방법은 모드전환 시 과도상태가 발생하여 중요부하에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 백업전원 기능을 갖는 BESS를 위한 양방향인버터에서 간접전류제어기법을 기반으로 양방향제어 및 끊김없는 모드전환 기법을 제안한다.
일반적으로 버크/부스트용 양방향 컨버터의 구현은 단 전원을 사용하는 각각의 PWM IC, 전류제어 PW 방식을 사용하게 된다. 이 경우 한쪽 모드로 동작시 다른 모드 제어기의 에러 앰프는 포화되기 때문에 모드 절환 동작시 마다 일정 시간 스위칭 동작을 멈추게 하는 회로가 필요하게 되어 원활한 방향 절환을 이룰 수 없게 된다. 본 연구에서는 양전원을 사용하는 하나의 제어기를 설계하여 방향 절환시의 문제점을 해결하고자 한다.
본 논문에서는 환경센서를 기반으로 한 스마트폰 연동형 듀얼모드 전원 스트립 제어기를 구현한다. 화재현황통계에 따르면 주거시설의 미확인 전기사고화재가 23.4%를 차지하고 있다. 사용자 부주의로 발생하는 이러한 화재사고를 줄이고 인명과 재산을 보호하기 위해서는 사용자의 편의성을 높인 스마트한 전원제어기술이 필요하다. 이를 위해 논문에서 구현한 듀얼모드 전원 스트립 제어기는 온도, 조도, 습도센서와 같은 환경센서로부터 수집된 데이터를 기반으로 사용자의 스마트폰과 연동하여 전원 스트립의 ON-OFF 동작을 두 가지 방식(수동모드/자동모드)으로 제어한다. 수동모드는 사용자가 스마트폰에 표시된 환경센서 데이터를 보고 강제적으로 전원 스트립의 ON-OFF 동작을 제어하고, 자동모드는 사용자가 미리 설정해 둔 임계치(threshold)를 환경센서 데이터가 벗어날 경우 자동으로 전원 스트립의 ON-OFF 동작을 제어한다. 실험실 테스트를 통해 전원 스트립 제어기의 듀얼모드가 성공적으로 동작함을 확인하였다.
본 논문에서는 가전 및 사무용 전원장치가 대기모드 상태에 있는 경우의 전력소모를 줄일 수 있는 PWM(Pulse Width Modulation) IC를 설계하였다. 설계된 PWM IC는 전원장치가 정상상태에서 동작하는 경우 전원장치 출력단에서 피드백 받은 신호의 크기에 따라 40 ~ 60kHz의 구동 주파수를 가지는 스위칭 소자 구동 신호를 내보내고, 대기모드 상태에서 동작하는 경우에는 최소 33KHz의 주파수를 가지는 신호를 내보내도록 설계되었다. 각각의 경우에 스위칭 소자 구동 신호의 듀티비는 정상상태인 경우에는 20 ~ 88%, 대기모드 상태인 경우에는 1%이내가 되도록 설계하였다. 시뮬레이션을 통해 검증한 결과 대기모드 상태에서 전원장치의 전력소모량은 0.2W 정도로 작게 나타남을 확인하였다.
본 논문에서는 전력품질개선, 부하수요관리, 무정전전원공급, 부하전압안정화 등의 기능을 통합적으로 수행할 수 있는 전압제어형 전압원인버터(VCVSI: Voltage-Controlled Voltage Source Inverter)를 적용한 계통연계형 분산전원시스템의 제어 알고리즘을 제안하였다. 제안 된 시스템은 계통, 신재생에너지원(또는 배터리) 그리고 부하조건에 따라 3가지 모드(전력품질개선모드. 부하수요관리모드, 무정전전원공급모드)에 따라 동작한다. 본 연구에서는 각각의 모드에 따른 동작특성을 분석하고, 시뮬레이션을 통해 그 유용성을 확인하였다.
본 논문은 직류단 전원을 공유하는 복수의 인버터로 구성된 시스템에서 EMI 저감을 위한 연동제어 PWM 생성 기법을 제안한다. PWM 제어에 의한 스위칭시 전력단 중성점에서 커먼모드 전압이 생성되고, 기생 캐패시터를 통해 전원라인으로 유입되어 EMI 노이즈가 발생된다. 복수의 인버터 시스템에서도 동일한 현상이 나타나고, 이로인한 불특정한 커먼모드 전류가 발생한다. 본 논문에서는 2개의 인버터를 PWM 시점의 동기제어를 통해 커먼모드 노이즈를 상쇄하고자한다. 제안한 제어 기법을 검증하기 위하여 시뮬레이션으로 분석하며, 간이 실험 통해 검증한다.
본 논문은 다중출력 스위칭 모드 전원 공급장치의 경부하 상태에서 2차측의 부하 전압안정을 위하여 일반적으로 사용하는 선형 전압조정기의 제어기 내 부하전류정보를 이용하여, 대기모드를 구현함으로써 시스템의 효율을 향상 시켰다. 제안된 회로의 동작원리를 설명하고 이를 시뮬레이션을 통하여 확인하고 20W급 하드웨어 프로토타입을 이용하여 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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