• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2017년도 추계학술대회
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• pp.113-114
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• 2017

본 논문은 모듈형 멀티레벨 컨버터를 이용한 특고압 직류 배전용 지능형 변압기의 운용을 위한 제어 기법을 제안한다. 기존의 저주파 변압기는 부피와 무게가 매우 크며 효율이 낮다는 단점을 갖는다. 이에 반해 다수의 IGBT를 사용하는 지능형 변압기는 시스템의 부피를 저감할 수 있으며 고효율 운영이 가능하다. 또한, 직류 배전 계통의 단락 사고가 발생하였을 때 직류 차단기의 역할이 가능하다. 본 논문에서는 지능형 변압기의 토폴로지, 변조 방법을 제시하고, 스위칭 및 출력 특성을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 지능형 변압기 운용 제어 기법의 타당성을 확인한다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.617-628
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• 2016

본 논문은 철도차량의 추진용 유입식 변압기 및 AC/DC 컨버터를 대체하기 위한 지능형 변압기의 구조를 제안한다. 제안된 지능형 변압기는 반도체 스위칭 소자 및 고주파 변압기를 사용한 양방향 전력 변환 컨버터의 형태로써, 기존 변압기에 비해 경량화 되고, 역률 제어 등의 능동적인 제어 성능으로 인해 단상 계통 전원의 효율적인 활용을 가능하게 한다. 제안하는 지능형 변압기는 60Hz 교류 고전압을 직류 고전압으로 변환하기 위한 정류단으로 Neutral point clamped type 의 H-bridge 컨버터를 여러 개 직렬 연결해 구성했다. 직류로 변환된 입력단 전력은 고주파 변압기와 Neutral point clamped type H-bridge 컨버터 2개로 구성된 Dual-Active-Bridge 컨버터를 이용해 출력측에 필요한 저전압을 공급할 수 있도록 했다. 또한, 본 논문에서는 다수의 컨버터 모듈 내부 직류단 전압을 균형제어하며, 단상 교류 전원에서 직류 출력 전원간의 양방향 전력 제어를 가능하게 하는 제어 알고리즘을 제안한다. 제안한 지능형 변압기의 구조 및 제어 시스템은 75kVA 급 3.3kVrms 입력, 750VDC 출력의 지능형 변압기를 설계 및 회로 시뮬레이션 결과를 통해 검증했다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.252-253
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• 2012

본 연구에서는 단상 1.9 kV/220 V, 2 kVA 용량의 양방향 지능형 반도체 변압기의 새로운 회로구성을 제안하고 그 동작과 성능을 분석한 내용에 대해 기술하고 있다. 제안하는 반도체 변압기는 고압 고주파 AC-DC 정류기와 저압 양방향 DC-AC 컨버터로 구성되어 있으며, 회로적인 특성을 다양하게 분석하기 위하여 먼저 PSIM 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션을 실시하였고 이를 기반으로 반도체변압기를 제작하여 실험을 통해 그 동작과 성능을 검증하였다. 제안하는 반도체변압기는 최근 많은 관심이 고조되고 있는 Smart-Grid에 효율적으로 적용 가능할 것으로 보인다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.306-307
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• 2018

본 논문은 지능형 반도체 변압기 (Solid-state transformer, SST)용 다권선 고주파 변압기의 최적 설계 방안을 제안한다. 설계된 변압기는 10 kHz의 스위칭 주파수를 운전 조건으로 하며, 60 kVA의 정격 용량을 가진다. 특히 13.2 kV의 중전압 계통에 적용하기 위해 30 kV 이상의 절연 내력으로 설계하였으며, SST 시스템의 부피가 커지는 것을 억제하기 위해 3 입력-1 출력으로 구성된 4-권선 방식으로 구성하였다. 절연 내력을 만족시키기 위해 teflon PTFE를 이용한 내부 보빈과 외부 보빈 및 가드를 제작하였으며, 누설 인덕턴스 최소화 및 근접 효과와 표피 효과로 인한 AC 손실을 최소화하기 위해 쉘-타입으로 설계하였다. 시제품 제작 후 60 kVA의 정격 하에 동작 검증을 완료하였으며, 내전압 시험을 이용하여 30 kV급의 절연 내력을 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 추계학술대회 논문집
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• pp.58-59
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• 2013

본 과제에서는 3.3kV/220V, 6kVA 용량의 양방향 지능형 반도체 변압기의 새로운 회로 구성을 제안하고 그 동작과 성능을 분석하였다. 제안하는 3상 반도체변압기는 1.9kV/127V 단상 반도체 변압기 모듈 3대를 Y-결선으로 구성하였으며, 각 단상 반도체 변압기는 고압 고주파 AC-DC 정류기와 저압 양방향 DC-DC-AC 컨버터로 구성되어 있다. 제안하는 3.3kV/220V, 6kVA 3상 반도체변압기를 제작하고 실험을 통해 그 동작과 성능을 검증하였다. 먼저 1차적으로는 3상 반도체변압기의 정상동작에 대해 실험을 실시하고 그 후에는 3상 입력전압에 외란이 발생하였을 때 보상성능을 순방향 조류와 역방향 조류 2가지 경우로 나누어 실험을 실시하고 그 결과를 분석하였다. 분석한 결과 제안하는 반도체변압기는 양방향 전력흐름이 가능하고 입력전압에 Sag가 발생한 경우에도 이를 보상하여 수전단이나 부하에 전력공급이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.727-735
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• 2016

철도차량용 구동 시스템의 주 변압기를 지능형 변압기로 대체하는 것은 철도차량의 효율을 높이기 위한 효과적인 방법이다. 지능형 변압기는 고전압 입력단을 저전압 직류단으로 변환하는 정류단 모듈과, 변환된 복수의 저전압 직류단 전압을 직/병렬로 연결하여 저전압 직류 출력 전압을 제어하는 Dual Active Bridge (DAB) 컨버터 모듈로 구성된다. DAB 컨버터는 고주파 변압기를 사이에 두고 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 전력이 양방향으로 전달될 수 있다. 이 때, 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 고주파 변압기로 흐르는 전류의 형태가 달라지게 되며, 이는 효율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 본 논문은 중/저 전력 조건에서 DAB 컨버터의 효율을 개선하기 위한 새로운 modulation 방법을 제안한다. 제안하는 modulation 방법은 DAB 컨버터 내에 발생할 수 있는 무효 전력을 0으로 제어하도록 하며, 출력단 컨버터를 다이오드 정류기와 유사한 동작을 하도록 함으로써, 스위칭 손실을 최소화하도록 하였다. 제안된 modulation 방법을 통한 손실 저감은 900Vdc의 직류단 전압을 갖는 DAB 컨버터에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
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• pp.248-249
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• 2017

본 논문은 지능형 반도체 변압기용 고압 절연 내력을 갖는 고주파 변압기의 설계 순서와 방안을 제안하고 시제품을 제작하여 동작 검증 및 절연 시험을 완료한 결과를 서술한다.제작된 변압기는 10 kHz의 스위칭 주파수 하에 정격은 15 kW이며, 3권선 방식을 이용하였다. SST의 입력 전압인 $13.2kV_{rms}$및 출력단의 전압 플로팅 현상을 고려하여, polycarbonate를 이용한 내부 보빈과 teflon PTFE를 이용한 외부 보빈 및 가드를 제작해, 30 kV의 절연이 가능하도록 설계되었다. 또한, 정전 유도 현상으로 인해 고려해야 하는 코어와 권선 간의 고압 절연을 최소화하는 방안을 적용하였으며, 근접 효과와 표피 효과를 최소화하는 구조로 설계되었다. 시제품 제작 후 15 kW의 정격 하에 동작 검증을 완료하였고, 내전압 시험을 이용하여 30 kV의 절연 내력을 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.345-346
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• 2013

본 논문에서는 단상 1.9kV/127V, 2kVA 용량의 양방향 지능형 반도체 변압기의 시작품을 제작하고 그 동작특성을 실험적으로 분석한 내용을 기술하고 있다. 제작한 반도체 변압기는 3대의 LLC 컨버터를 입력 측은 직렬로 결합하고 출력 측은 병렬로 결합한 AC-DC 컨버터와 1대의 하드스위칭 양방향 2-Stage DC-AC 컨버터가 직렬로 결합되어 있다. 제안하는 반도체변압기의 회로적인 특성을 분석하기 위해 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션을 실시하였고 분석을 통해 얻은 결과를 바탕으로 하드웨어 시작품을 제작하고 다양한 실험을 통해 그 동작과 성능을 검증하였다. 먼저 1차적으로는 정상동작에 대해 실험을 실시하고 얻은 결과를 시뮬레이션 결과와 비교 분석하였다. 2차적으로는 전력의 흐름에 따른 동작을 실험적으로 분석하였다. 그 후에는 입력전압에 외란이 발생하였을 때 보상성능을 순방향 조류와 역방향 조류 2가지 경우로 나누어 실험을 실시하고 그 결과를 실험결과와 비교 분석하였다. 분석한 결과 제안하는 반도체변압기는 양방향 전력흐름이 가능하고 입력전압에 Sag가 발생한 경우에도 이를 보상하여 수전단이나 부하에 전력공급이 가능함을 알 수 있었다. 향후 단상 반도체 변압기 2대를 더 제작하여 3상 3.3kV/380V, 6kVA 용량으로 확대하여 실험을 실시할 예정이다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2011년도 추계학술대회
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• pp.53-54
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• 2011

본 연구에서는 스마트그리드를 위한 양방향 지능형 반도체 변압기의 새로운 회로구성을 제안하고 그 동작과 성능을 분석한 내용에 대해 기술하고 있다. 먼저 PSIM 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션을 통해 제안하는 반도체변압기의 회로적인 특성을 다양하게 분석하였고 이를 기반으로 단상, 1900V, 2kVA 반도체변압기를 제작하고 실험을 통해 그 성능을 검증하였다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제6권3호
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• pp.135-140
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• 2013

본 논문은 스마트 그리드의 핵심 설비중 하나인 반도체 지능형 변압기의 시스템 구성과 이에 필요한 PWM 컨버터의 PWM 생성 방식에 관한 논문으로, 반도체 지능형 변압기의 경우 입력단이 수전계통에 직접 접속되기 때문에 고전압을 견딜 수 있는 방식으로 구성되어야 하고 이를 위해서는 다단 연결방식의 PWM 컨버터의 구성이 필수적이다. 종래의 PWM 생성 방식의 경우 지령전압의 크기에 따라서 각 단별 스위칭 부하가 균등하게 분포되지 않기 때문에 이를 해결하기 위한 복잡한 리던던시를 스위칭 패턴에 추가해야 했으나, 본 논문에서 제안하는 방식의 경우 부하의 분담이 자동적으로 이루어지기 때문에 그러한 부담없이 시스템을 구성하는 것이 가능하다.