Journal of information and communication convergence engineering
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제5권4호
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pp.362-368
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2007
A single-phase uninterruptible power supply system equipped with a superconducting magnet energy storage unit is proposed to achieve a simple circuit configuration and higher system reliability. It reduces a number of switching devices by applying a common-arm scheme. Removing some switches or substituting passive elements for active switches can increase the sophistication and reduces degree of freedom in control strategy. However, high-performance DSP controller can execute the complicated control task with no additional cost. Operational principles to normal, stored-energy, and bypass mode are discussed in detail. The validity of the proposed system is verified by experimental results.
In this paper, a VSC(Voltage Sag Corrector) is discussed for the purpose of power quality enhancement. A fast detecting technique of voltage sag is accomplished through the detection of instantaneous value on synchronous reference frame. A robust characteristic against the noise is available by inserting the first order low pass filter in the detection circuit. The formula and the filter design process is described properly with the mathematical equations. Because the VSC system supply the active power to load, it is required to design the proper size of the energy storage system, In this paper, the capacitor bank is used as an energy storage system, and the size of the capacitor is designed from the point of view of input/output energy as the output power rating and the amplitude and duration time of the voltage sag. The simulation is accomplished by PSCAD/EMTDC.
This paper proposes a fault tolerant and high efficiency operation algorithm for a 4 LEG DC/DC converter for a battery energy storage system(BESS) forming a main power source in a standalone DC micro grid. The BESS for the main power supply in the stand-alone DC micro-grid is required to operate at high speed according to fault tolerant control and load by operating at all times. Fault-tolerance control changes the short-circuit fault to an open-circuit fault by using a fuse in case of leg fault in 4 legs, and operates stably through phase shift control. In addition, considering the loss of the power semiconductor, the number of LEG operation is adjusted to operate at high efficiency in the full load region. In this paper, fault tolerant control and high efficiency operation algorithm of DC/DC converter for BESS in standalone DC micro grid is presented and it is proved through simulation and experiment.
본 논문에서는 초소형 센서노드를 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어기능을 갖는 빛과 진동 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. 설계된 회로는 MPPT 제어를 통해 온칩 솔라 셀과 압전소자로부터 최대 가용 전력을 수확하고, 수확된 에너지를 저장 커패시터에 병합하여 저장한다. 병합된 에너지는 PMU(Power Management Unit)를 통해 센서노드로 공급된다. MPPT 제어는 변환소자의 개방전압과 MPP 전압간의 비례관계를 이용하여 구현하였다. 제안된 회로는 0.18um CMOS 공정으로 설계하였으며, 모의실험을 통해 동작을 검증하였다. 설계된 에너지 하베스팅 회로와 온칩 솔라 셀의 칩 면적은 각각 $2.85mm^2$와 $8mm^2$이다.
In hybrid energy storage systems, supercapacitors are usually connected in series to meet the required voltage levels. Equalizers are effective in prolonging the life of hybrid energy storage systems because they eliminate the voltage imbalance on cells. This study proposes a modularized equalizer, which is based on a combination of a half-bridge inverter, an inductor, and two auxiliary capacitors. The proposed equalizer inherits the advantages of inductor-based equalization systems, but it also offers unique merits, such as low switching losses and an easy-to-use control algorithm. The zero-voltage switching scheme is analyzed, and the power model is established. A fixed-frequency operation strategy is proposed to simplify the control and lower the cost. The switching patterns and conditions for zero-voltage switching are discussed. Simulation results based on PSIM are presented to verify the validity of the proposed equalizer. An equalization test for two supercapacitor cells is performed. An experimental hybrid energy storage system, which consists of batteries and supercapacitors, is established to verify the performance of the proposed equalizer. The analysis, simulation results, and experimental results are in good agreement, thus indicating that the circuit is practical.
The ultracapacitor module has recently been recast for use in hybrid energy storage systems (HESSs). As a result, accurate state-of-charge (SOC) estimation for an ultracapacitor module is as important as that of primary sources in order to be utilized efficiently in an energy storage system (ESS). However, while SOC estimation via the open-circuit voltage (OCV) method is generally used due to its linear characteristics compared with other ESSs, this method results in many errors in cases of highcurrent charging/discharging within a short time period. Accordingly, this paper introduces a dynamic SOC estimation algorithm that is capable of SOC compensation of an ultracapacitor module even when there is a current input and output. A cycle profile that simulates the operating conditions of a mild-HEV was applied to a vehicle simulator to verify the effectiveness of the proposed algorithm.
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a unique non-destructive technique employed to analyze various devices in different energy storage applications. It characterizes materials and interfaces for their properties in heterogeneous systems employing equivalent circuits as models. So far, it has been used to analyze the performance of various photovoltaic cells, fuel cells, batteries, and other energy storage devices, through equivalent circuit designing. This review highlights the diverse applications of EIS in fuel cells and specific parameters affecting its performance. A particular emphasis has been laid on the challenges faced by this technique and their possible solutions.
Energy shifting is an innovative method used to obtain the highest profit from the operation of energy storage systems (ESS) by controlling the charge and discharge schedules according to the electricity prices in a given period. Therefore, in this study, we propose an optimal charge and discharge scheduling method that performs energy shift operations derived from an ESS efficiency model. The efficiency model reflects the construction of power conversion systems (PCSs) and lithium battery systems (LBSs) according to the rated discharge time of a MWh-scale ESS. The PCS model was based on measurement data from a real system, whereas for the LBS, we used a circuit model that is appropriate for the MWh scale. In addition, this paper presents the application of a genetic algorithm to obtain the optimal charge and discharge schedules. This development represents a novel evolutionary computation method and aims to find an optimal solution that does not modify the total energy volume for the scheduling process. This optimal charge and discharge scheduling method was verified by various case studies, while the model was used to realize a higher profit than that realized using other scheduling methods.
This study develops a wearable solar energy harvesting device that absorbs solar energy to generate and store power which can be used during outdoor activities by users even after dark. For this study, a prototype hat for outdoor activities at night was developed after the design of a solar energy harvesting generation, storage, and delivery system was designed that could store energy to light up LEDs. First, the main control board of the system was designed to integrate the charging function, the darkness detection circuit, the battery voltage sensing circuit, and the LED driving circuit in order to reduce bulkiness and minimize the connection structure. It was designed to increase convenience. Second, the system was designed as a wearable fashion product that connected each part with fiber bands and manufacturing it so as to be detachable from the hat. Third, charging and LED operation tests show that the battery is fully charged after 5 hours even in winter when the illuminance value is low. In addition, the LED operation experiment verified the effectiveness of a buffered system that could operate the LEDs for about 3 hours at night.
In general, electrolytic capacitors are used to reduce power pulsations on PV-panels. However, this can reduce the reliability of the PV AC-module system, because electrolytic capacitors have a shorter lifetime than PV-panels. In addition, PV-panels generate irregular power and inject it into the grid because the output power of a PV-panel depends on the surrounding conditions such as irradiation and temperature. To solve these problems, a grid-connected photovoltaic (PV) AC-module with active power decoupling and energy storage is proposed. A parallel bi-directional converter is connected to the AC module to reduce the output power pulsations of PV-panels. Thus, the electrolytic capacitor can be replaced with a film capacitor. In addition, the irregular output power due to the surrounding conditions can be regulated by using a parallel energy storage circuit. To maintain the discontinuous conduction mode at low irradiation, the frequency control method is adopted. The design method of the proposed converter and the operation principles are introduced. An experimental prototype rated at 125W was built to verify the performance of the proposed converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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