제약급전계획은 중앙급전발전기 및 중앙급전부하의 급전값을 산정하기 위해 각 급전주기마다 해당급전주기에 대하여 전력거래소가 예측한 비중앙급전발전기 및 비중앙급전부하에 대한 자료를 기초로 제약요소를 고려하여 작성하는 급전계획이다. 이 급전계획은 실제발전기와 부하의 출력 및 전력소비를 결정하므로 전력수급 조건, 발전기제약, 전력망제약, 보조서비스제약 등을 고려하여 전력의 시장거래가치를 최대화하도록 해야 한다. 본 논문에서는 제약급전을 결정함에 있어 선형계획법의 적용방법을 제시하고, 해의 수렴 개선을 위해 결정변수 및 제약조건의 수를 줄일 수 있는 방법을 제시한다.
T-모양의 급전구조를 갖는 마이크로스트립 슬롯 안테나는 정합을 쉽게 이룰 수 있고, 대역 폭이 기존의 슬롯을 가로지르는 급전구조에 비하여 넓었다. 본 논문에서는 역 L-형 마이크로스트립 급전구조를 제안하여 FDTD(Finite Difference Time Domain)법으로 해석하여 안테나를 최적화 설계하였다. 슬롯 폭이 16 mm일 때, 전압 정재파비가 2.0 이하인 조건에서 대역폭은 2.3 GHz를 중심으로 약 48 % 정도의 광대역 특성을 얻었다. 제안된 급전구조는 기존의 슬롯 가로지르는 급전구조의 복사 저항보다 매우 낮았다. 또한 역 L-형 급전구조의 대역폭 특성을 기존의 급전구조의 슬롯릇 안테나들과 비교하였다.
마이크로스트립 안테나가 가지는 가장 큰 단점인 협대역 특성을 개선하기 위해 그 동안 수많은 연 구와 방법들이 제안되었는데 특히 원형편파 안테나는 임피던스 대역폭 외에 축비 대역폭까지도 고려 되어야 하므로 더욱 심화된 협대역의 특성을 가지게 되어 설계에 많은 어려움이 있었다. 일반적으로 원형편파 마이크로스트립 안테나를 설계하는 방법 중 급전 구조면에서는 크게 단일 급전 방식과 하이 브리드 형태의 급전방식이 있다. 단일 급전 방식의 원형편파 안테나는 구조가 간단하고y 제작이 간편 하며, 안테나의 물리적 크기를 줄일 수 있어 배열시 장점이 있으나 구조의 특성상 협대역의 축비 대역 폭을 가지며I 하이브리드 급전 원형편파 안테나는 구조가 복잡하고, 제작이 어려우며, 안테나의 물리적 크기가 커진다는 단점이 있으나 광대역의 축비 대역폭을 가진다. 따라서 원형편파 안테나의 설계시 축 비 대역폭과 안테나의 물리적 크기 간의 trade-off를 고려하여야한다. 최근에는 이를 고려한 단일 급전 을 이용하면서도 개선된 축비특성올 얻을 수 있도록 십자개구 개구를 통해 두 개의 직교 모드를 방사 패치에 급전하는 구조가 제안되기도 하였다. 하지만 이는 일반적인 단일 급전 방식보다 개선된 축비 대역폭을 얻을 수 있었으나 중심주파수에서 2.5%에 불과하였다. 본 논문에서는 단일 급전 십자개구 결합 방식이 가지는 협대역의 축비 대역폭을 개선하기 위해 단 일 급전으로 하이브리드 급전의 효과를 가져올 수 있는 직렬 급전 십자개구 결합 마이크로스트립 안 테나를 제안하였으며, 기존에 발표된 단일 급전 십자개구 결합 안테나와의 축비 대역폭, 이득, 방사패 턴, 그리고 임피던스 대역폭 둥과 비교하여 개선된 특성을 제시하고 제안된 안테나의 타당성을 보였 다. 실제로 2.4GHz의 주파수에서 제안한 직렬 급전 십자개구 결합 단일 마이크로스트립 안테나의 측 정결과 기존에 연구된 안테나보다 약 2배정도 증가된 4.6%의 축비 대역폭, 10%의 임피던스 대역폭 (VSWR<1.5), 그리고 8.2dBi의 최대이득 특성을 확인할 수 있었으며, 이를 바탕으로 시권셜 로테이션 기법올 사용한 $2\times2$ 배열 안테나는 17.5%의 축비 대역폭, 20.8%의 임피던스 대역폭(VSWR<1.5), 그리 고 12.5dBi의 최대이득을 얻을 수 있었다. 이에 해당하는 제안된 단일 안태나와 $2\times2$ 배열 안테나의 구조, 측정된 축비 대역폭 및 이득특성, 그리고 입력 반사손실을 그림 I, 2, 3에 각각 나타내었다.
우리나라는 정부의 전력시장 구조개편 계획에 의거 2001년부터 전력시장을 도입하도록 하는 결정에 따라 초기단계 전력시장을 운영하기 위한 "발전경쟁 (CBP Cost Based Pool)시스템"을 국내기술로 개발하여 현재까지 운영중에 있다. 또한 단계적인 시장도입 정책에 따라 2004년 4일부터 운영할 예정이었던 전력시장운영시스템(MOS : Market Operating System)은 정부의 도매전력시장 개설중단이란 정책변경으로 우수한 성능과 기능을 보유하고 있음에도 불구하고 활용이 불투명하기 도 하였으나, 2007년 세계최초로 발전경쟁시장시스템에 접목하여 MOS 상업운전을 개시하여 경제급전 효과를 극대화 할 수 있게 되었다. 경제급전 및 계통안정운영을 위한 MOS 시스템의 기능중 하나인 급전지시시스템(MX : Massage Exchange)은 미국 ABB사에서 개발하였던 초기의 기능은 매우 초보적인 단계로 단순히 5분 에너지 급전지시값만 전달하는 것으로서 국내 급전운영체계의 반영이 미흡하였다. 이에 따라, 2005년 국내기술로 초기 시스템을 개발한 이후 2007년에는 에너지 급전지시값 외에 보조서비스 데이터 제공 등의 성능 개선을 통해 중앙급전소 급전원, 현장 발전운전원 등에게 정확하고 신속한 계통운영관련 DATA를 실시간으로 제공하여, 계통운전에 활용함으로서 전력계통의 안정운영과 효율적인 시장운영에 많은 도움을 주고 있다. 본 논문에서는 이와 같이 완벽한 계통운전의 실현과 효율적 시장운영에 중요한 요소로서 역할을 수행하고 있는 급전지시 시스템의 개요와 주요 내용에 대해 살펴보도록 하겠다.
본 논문에서는 직사각형 마이크로스트립 슬롯 안테나에서 폭이 넓은 슬롯에는 적합하지 않은 기존의 급전 구조대 신 T자형 급전 방식과 십자형 급전 방식으로 안테나를 설계하였다. 여기서 제시한 T자형 급전 방식을 이용하여 슬롯 폭이 20㎜일 때 41%의 대역폭 특성을 얻었고. 십자형 급전 방식으로는 슬롯 폭이 32 ㎜일 때 96%의 대역폭을 얻었다. 또한 기존의 원형 링 슬롯 안테나의 구조를 바꾸어 슬롯의 원주(circumference)가 163 ㎜일 때 1.35 octave의 광대역 특성을 얻었고, 원형 슬롯 안테나와 이에 적합한 급전 방식을 제시하여 슬롯의 원주가 같을 때 3.25 octave의 광대역 특성을 얻었다.
최근 철도시스템 분야에서도 기존의 접촉식 가공 전차선 급전 방식을 벗어나 새로운 개념의 에너지 전송시스템으로써 무선급전시스템의 다양한 응용 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 전자기 유도방식의 일종인 무선급전시스템을 철도차량에 적용시키기 위해 운전조건에 따른 특성 연구를 수행 하였다. 전력 전송의 효율을 높이기 위해 유도급집전체(IPT, Inductive Power Transformer)의 누설 자속(Leakage Flux)을 보상할 수 있는 6-kW 60-kHz 시제품(Laboratory Prototype)을 제작하여 급전체와 집전체간 위치 변화에 따른 무선급전시스템의 전력전송량 변화를 알아보았다. 또한. 급전체와 집전체간 위치 변화에 따라 변하는 누설 자속을 측정하고 운전주파수를 변경하여 무선급전시스템의 전력전송량의 변화를 알아보았다.
전기철도에서는 한 전철변전소에서 급전이 용이하지 못할 경우 인근변전소에서 연장급전을 수행한다. 특히 AT(Auto Transformer)와 BT(Booster Transformer)급전시스템이 인접한 경우 연장급전운영을 하기 위한 방안 및 전기적인 요소를 급전계통모의를 통하여 검토하여 그 급전가능성을 제시한다.
본 연구에서는 비균일 배열 안테나의 방사패턴 합성을 위하여 폭이 다른 마이크로스트립 패치 안테나를 급전소자 하는 급전 방식에 대하여 연구하였다. 마이크로스트립 패치 안테나는 전송선로 모델 해석 방법을 적용하여 해석하였으며, 급전소자 간의 급전 선로 길이가 h_g의 정수 배가되면 안테나 각 급전소자의 상대적 전류 비와 입력 어드미턴스의 비가 같음을 유도하였다. 급전소자의 수가 각각 6개와 9개로 제작된 비균일 구형 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 실험한 결과 방사패턴에 대한 이론치와 실험치가 잘 일치함을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구 결과는 비균일 배열 안테나를 구현하기 위한 급전 방식으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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