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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이병국
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
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전기 에너지에 대한 수요확산 및 전기자동차의 확산에 따라 보다 안정적인 전력공급을 위해 수용가 중심의 지역 에너지 시스템 (Community Energy System, CES)를 통한 전력변환장치 기반 분산전원 시스템에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. CES에서 에너지 저장장치 (Energy Storage System, ESS)는 통상적인 전력관리 역할뿐만 아니라 계통 이상 시 비상부하에 전력을 공급하는 무정전전원장치의 역할 수행을 필요로 한다. 또한, 수용가 직전에 설치되는 CES의 특성상 높은 효율과 함께 높은 전력밀도를 요구하기 때문에 3-레벨 T-형 인버터와 같이 고효율 및 높은 전력밀도 달성이 가능한 멀티레벨 인버터 토폴로지의 적용이 필요하다.
따라서 본 논문에서는 CES에 적용이 가능한 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS를 제안하고, 이를 적용하기 위한 제어전략, 동작특성 및 설계 고려사항을 제시하였다. 제안된 시스템은 CES의 역할 및 기능적 사양을 만족시키기 위해 기존 ESS와 같이 계통 및 비상부하의 요구에 따라 배터리를 충전하거나 저장된 에너지를 계통으로 방전하는 동작은 물론 계통의 이상이 발생 시 비상부하에 비상 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 이러한 동작을 각각 계통연계 충전모드, 계통연계 방전모드 및 독립운전 모드로 구분하고, 제안한 시스템를 구성하는 각 파트들에 대해서 시스템의 운전모드를 기준으로 동작 특성을 연구하였다. 또한, 3-레벨 인버터가 전류제어 기반의 계통연계 동작에서 구조적으로 발생하는 DC Link 중성점 전위 불평형 문제를 출력특성 저하 없이 능동적으로 해소하기 위하여 중성점 전압 제어 기능을 가지는 양방향 DC-DC 컨버터를 제시하여 적용하였다. 제안한 ESS의 운전모드 전환간 발생하는 과도상태를 최소화하기 위한 제어전략을 수립하고, 이를 적용하여 통합 제어기를 구성하였다. 시스템의 동작특성 연구와 통합 제어 전략을 토대로 제안한 시스템의 설계 시 중점적으로 고려해야 할 사항들을 제시하고, 이를 통해 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS의 5 kW급 프로토타입을 제작하여 구성 파트 별 성능 평가 시험을 진행한 후, 최종적으로 통합 시스템의 동작 및 제어 성능을 평가하여 그 적용 가능성을 검토하였다.
따라서 본 논문에서는 CES에 적용이 가능한 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS를 제안하고, 이를 적용하기 위한 제어전략, 동작특성 및 설계 고려사항을 제시하였다. 제안된 시스템은 CES의 역할 및 기능적 사양을 만족시키기 위해 기존 ESS와 같이 계통 및 비상부하의 요구에 따라 배터리를 충전하거나 저장된 에너지를 계통으로 방전하는 동작은 물론 계통의 이상이 발생 시 비상부하에 비상 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 이러한 동작을 각각 계통연계 충전모드, 계통연계 방전모드 및 독립운전 모드로 구분하고, 제안한 시스템를 구성하는 각 파트들에 대해서 시스템의 운전모드를 기준으로 동작 특성을 연구하였다. 또한, 3-레벨 인버터가 전류제어 기반의 계통연계 동작에서 구조적으로 발생하는 DC Link 중성점 전위 불평형 문제를 출력특성 저하 없이 능동적으로 해소하기 위하여 중성점 전압 제어 기능을 가지는 양방향 DC-DC 컨버터를 제시하여 적용하였다. 제안한 ESS의 운전모드 전환간 발생하는 과도상태를 최소화하기 위한 제어전략을 수립하고, 이를 적용하여 통합 제어기를 구성하였다. 시스템의 동작특성 연구와 통합 제어 전략을 토대로 제안한 시스템의 설계 시 중점적으로 고려해야 할 사항들을 제시하고, 이를 통해 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS의 5 kW급 프로토타입을 제작하여 구성 파트 별 성능 평가 시험을 진행한 후, 최종적으로 통합 시스템의 동작 및 제어 성능을 평가하여 그 적용 가능성을 검토하였다.
목차
목 차제1장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구 동향 91.2.1 CES용 ESS 연구동향 91.2.2 멀티레벨 인버터 141.3 연구 목적 및 방법 201.4 논문의 구성 21제2장 시스템 구성 및 동작특성 232.1 시스템의 구성 232.2 3-레벨 T-형 인버터의 동작특성 262.3 중성점 제어 양방향 DC-DC 컨버터 44제3장 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS 제어 알고리즘 523.1 DC Link 전압제어 및 전력제어 523.2 간접전류제어 기법 563.3 3-레벨 T-형 인버터의 제어기 구성 603.3.1 간접전류제어를 통한 인버터 제어기 구성 613.3.2 비상부하 전원공급 전환 시 일정 주파수를 갖는 PLL 643.3.3 전향 보상기 구성 673.4 중성점 제어 양방향 DC-DC 컨버터의 제어기 구성 703.5 통합 시스템 제어기 구성 72제4장 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS 설계 고려사항 754.1 3-레벨 T-형 인버터의 설계 고려사항 754.2 중성점 제어 양방향 DC-DC 컨버터의 설계 고려사항 874.3 출력 필터 설계 고려사항 92제5장 3-레벨 T-형 인버터 기반 ESS 성능 검증 및 고찰 1005.1 시스템 사양 및 하드웨어 구성 1005.2 회로별 기본 동작 성능 검증 1045.2.1 3-레벨 T-형 인버터 1045.2.2 중성점 제어 양방향 DC-DC 컨버터 1185.3 통합 시스템 제어 및 성능 검증 130제6장 결 론 136참 고 문 헌 138
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