마이크로그리드에서 ESS용 PCS를 모듈화하면 용량의 확장성, 신뢰성 향상 등의 장점을 갖는다. 모듈화 된 인버터는 병렬구조를 갖고 인버터 모듈간의 접속점(PCC)에 공통으로 중요부하를 공유하고 있어 독립운전 시 정확한 부하분담이 요구된다. 또한 독립운전 및 계통연계 모드전환 시 제어기 변동으로 인한 과도상태로 인해 접속점에 연결된 중요부하에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 본 논문에서는 ESS용 PCS로서 모듈화 된 병렬 인버터가 모드전환 시 과도상태가 없는 무순단 절체 기능을 갖는 마스터-슬레이브 제어알고리즘을 제안한다.
발전용 연료전지 시스템에서 PCS는 계통에 고장 발생시 MBOP등 전용부하에 지속적인 전력을 공급하기 위하여 모드 전환하여 단독운전을 해야 한다. 기존의 제어방식은 계통연계시 전류제어를, 단독운전 시 전압제어를 하기 때문에 이러한 모드 전환 시 전용부하는 심각한 과도상태에 놓이게 된다. 본 논문에서는 모드 전환에 따른 전압의 과도현상을 최소화하기 위한 개선된 간접전류제어 알고리즘을 제안한다. 제안한 방식은 기존의 알고리즘보다 연산량이 작아 구현이 간단하며 제어기의 모델링이 가능해져 제어 파라미터 설정이 용이해졌다.
본 연구는 독립 운전 모드의 P+MR 기반의 전압제어기의 계통 동기화 방식을 조사한다. 계통 복전 후 계통과의 재연결을 위한 계통 동기화가 고정자 좌표계하에서 제어가 수행되는 경우, 독립운전하에서 정전압, 정주파수를 가지는 교류 지령 전압은 계통 전압으로 대체되는데 이 부분에서 고정자 좌표계 제어하의 현재 출력 전압과 계통 전압의 위상 차이에 기인하여 상당한 전압 오차가 발생할 여지가 있고 이러한 전압 오차 발생은 심각한 전압 과도 상태를 야기할 수 있게 된다. 추가적으로, 인버터의 출력 단에 연결된 부하가 비선형 부하라면 부하에서 생성되는 고조파에 기인하여 위에 언급된 전압 과도 상태가 더욱 심각해질 수 있다. 본 논문에서는 위에 언급된 문제를 해결하기 위한 대책으로 독립 운전 모드하에서의 전압 제어를 위해 사용되는 P+MR 제어 기반의 비선형 부하를 고려한 매끄러운 계통 동기화 방식이 제안되었다. 제안된 매끄러운 계통 동기화 방식은 실험 결과를 통해 검증된다.
본 논문은 계통연계형 인버터를 위한 비례공진제어 기반의 케스케이드전류-전압 제어기 설계에 대해 다루고있다. 인버터가 계통연계모드로 동작할 때 인버터는 계통의 보조 전력원으로서의 역할을 하기 때문에 전류원으로 정의된다. 이때 LCL 필터가 연결된 계통연계형 인버터의 출력 LC 단에 비선형 지역적 부하가 연결될 경우 기존의 단일 전류 제어기만으로는 비선형 부하로 인한 고조파 왜곡에 대처하기 힘들고 독립운전모드와의 모드절환시 매끄러운 과도 특성을 보장하기 힘들다. 따라서 본 논문에서는 비례다중공진제어기를 활용한 내부 출력 전압, 외부 출력 전류 루프로 구성된 케스케이드 전류-전압 제어기를 제안하였고 제안된 방식이 고조파 보상과 모드 절환시의 매끄러운 과도 특성에 효력을 보임을 PSIM 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
마이크로그리드는 계통에 연계되어 부하에 전력을 공급하게 되며, 필요에 따라 독립운전이 가능한 충분한 용량을 가진 2대 이상의 마이크로소스와 저장정치, 그리고 부하가 혼재된 하나의 독립된 전력망으로 정의된다.[1][2] 마이크로그리드가 계통과 연계운전 중 계통측 사고로 인하여 독립운전 모드로 전환되었다가 계통측 사고복구가 되면 다시 연계운전을 하게 된다. 마이크로그리드는 계통과의 재동기화 시 마이크로그리드와 계통의 전압위상차에 따라 스위칭 과도현상이 크게 발생한다.[2] 이 논문은 마이크로그리드의 계통 재동기화 시 SS(Static Switch)의 스위칭 과도현상을 줄이기 위한 기존 방법들의 문제점을 분석하고, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 전력계통 과도현상 해석 툴인 EMTP/RV를 이용한 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였다.
본 논문은 동력차에서 견인전동기 기진 주파수와 견인전동기 강체 모드 공진 문제로 인해 발생할 수 있는 현상에 대해 소개하고, 이를 제어하는데 효과적인 설계인자를 해석적으로 검토해보았다. 회전 속도가 변하는 회전기기의 경우, 공진 문제를 해결하기 위해서는 공진주파수 대역을 상용 운전 범위 바깥으로 이동시키거나 동강성을 크게 하는 등의 방법을 통하여 공진 응답이 낮아지도록 하는 방안이 있다. 견인전동기의 운전 범위는 일반적으로 0 r/min ~ 4800 r/min으로 대차모드가 이 운전 영역대를 벗어나게 설계하는 것은 현실적으로 불가능 하다. 따라서 공진 응답에 영향을 주는 설계 인자를 찾아 이를 적절하게 조정하여야 한다. 유한요소 해석 검토 결과, 견인전동기 강체모드 공진 응답에 영향을 주는 설계인자는 트랜섬파이프 간격으로 간격이 지나치게 넓게 설계될 경우 견인전동기 기진력과 강체 모드 간 공진 시 과도한 진동이 발생될 수 있음을 파악하였다.
신 재생에너지원을 바탕으로 하는 분산 발전이 증가함에 따라 이에 사용되는 PCS 또한 계통연계 및 독립 모드 운전을 해야 한다. PCS는 두 운전 모드 전환 시 발생하는 과도 상태를 최소화하기 위해 무순단 절체 기능이 필요하다. 이 기능은 평형 부하 뿐만 아니라 불평형 부하 상황에서도 이루어 져야 한다. 따라서, 본 논문에서는 불평형 부하 조건에서 무순단 절체 기능이 동작하는 것을 보이며, 시뮬레이션을 통해 제어 알고리즘의 타당성을 검증한다.
본 논문에서는 간접전류제어 기반 계통연계 시스템의 비선형 부하에 의한 출력왜곡 보상기법을 제안한다. 계통사고 발생 시 시스템은 비선형 부하에 지속적인 전력을 공급하기 위하여 의도적인 단독운전을 한다. 이때, 비선형 부하에 의한 출력전류 왜곡과 모드전환 시 전압의 과도상태는 시스템에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 제안하는 간접전류제어 기법은 모드전환 시 전압의 과도상태가 없어 안전한 의도적인 단독운전이 가능하며 전류왜곡 보상기법을 추가하여 출력전류의 품질을 개선한다. 2kW급 시뮬레이션을 통해 제안하는 제어기법의 타당성을 입증한다.
질산이온 선택성 탄소전극(NSCE, nitrate-selective carbon electrode)에서 전원공급 방식에 따른 이온들의 흡착특성을 분석하였다. 질산이온에 선택성이 높은 음이온수지 분말을 탄소전극에 코팅하여 NSCE를 제조하였다. 질산과 염소이온의 혼합용액에 대해 정전압(CV, constant voltage)과 정전류(CC, constant current) 모드에서 축전식 탈염(CDI, capacitive deionization)을 실시하였다. 이온들의 총 흡착량은 CV 모드로 운전한 경우 CC 모드에 비해 약 15% 증가하였다. 혼합용액에서 질산이온의 비율은 26%로 낮았지만 흡착된 질산이온의 몰비율은 최대 58%로 나타나 NSCE가 질산이온을 선택적으로 제거하는데 효과적임을 확인하였다. CC 모드에서 운전한 경우 흡착된 질산이온의 몰비율은 흡착기간 동안 55~58%로 일정하였다. 반면 CV 모드에서는 30~58%로 큰 차이를 보였다. 이를 통해 셀에 공급되는 전류가 질산이온의 선택적 제거율을 결정하는데 중요한 인자임을 알 수 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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