화력발전소 제어는 디지털 분산제어시스템에 의해서 이루어지고 보일러의 각종 프로세스는 대부분 PID제어기에 의해 제어되므로 PID제어기의 최적 조정은 보일러 프로세스의 안정적 운전에 가장 중요한 요소라고 볼 수 있다. 이러한 PID 제어기는 분산제어시스템 제작사에 따라 구현방법을 달리하고 있으므로 PID제어기의 최적조정을 위해서는 구현된 PID 제어기의 알고리즘을 이해하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 먼저 화력발전소 보일러 디지털 분산제어시스템의 국산화 개발품에 채용된 PID제어기와 화력발전소에서 사용 중인 주요 외국 제작사별 PID제어기의 알고리즘에 대하여 기술한다. 임의의 모델링된 프로세스에 대하여 릴레이 피드백을 이용하여 임계진폭과 임계주기를 구하고 Ziegler-Nichols 주파수응답법을 이용하여 적합한 PID제어기 파라미터를 산출한 후 각각의 PID 제어기에 산출된 파라미터를 적용 시뮬레이션하여 PID 제어기들의 성능을 비교 분석하고자 한다.
본 논문은 LLC 공진 제어 IC(Integrated Circuit) 설계에 관한 것이다. LLC 공진 제어 IC는 DC/DC 변환하기 위해서 외부의 공진 회로에 입력되는 주파수를 조정하여 트랜스포머를 통해서 2차 측의 출력 전압을 조정한다. 공진회로에 펄스를 공급하기 위한 클럭 생성기가 내장되어 있고, 클럭 주파수는 외부 저항을 사용하여 튜닝이 가능하다. 또한 외부 피드백 입력되는 전압을 이용해 주파수 조정이 가능하도록 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 기능을 내장하였다. 동작의 신뢰성을 높이고 회로를 보호하기 위해서 UVLO(Under Voltage Lock Out), brown out, fault detector의 보호회로를 내장하였고, 입력 커패시턴스가 큰 용량의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 구동하기 위해서 높은 전압, 전류의 제공이 가능한 HVG(High Side Driver), LVG(Low Side Driver) 드라이버 회로를 내장하였다. LLC 공진 제어 회로를 하나의 칩으로 구현하여 LLC 공진 회로를 제어하는데 있어 필요한 회로들을 설계하였다. 설계한 LLC 공진 제어 IC는 0.35 um 2P3M BCD 공정으로 제작하였다. 칩의 면적은 $1400um{\times}1450um$ 이고, 5V, 15V 두 가지의 전원 전압을 사용한다.
본 논문에서는 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인 간의 결합 구조를 개선시켜 저위상 잡음을 갖는 전압제어 유전체 공진기 발진기(Vt-DRO: Voltage-tuned Dielectric Resonator Oscillator)를 설계, 제작하였다. 설계된 발진기는 유전체 공진기, 위상천이기, 증폭기로 구성된다. 발진기의 위상 잡음은 공진기의 군지연과 밀접하게 관계되며, 이러한 관계를 수식적으로 도출하고, 이를 예측하는 방법을 제안하였다. 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인간의 결합 구조를 조정하여 약 53 nsec의 높은 군지연을 갖도록 설계하였다. 각 부의 측정은 측정의 편의성을 위해 웨이퍼 프로브를 이용하였으며, 이를 위하여 각 부의 입출력 포트를 CPW(Coplanar Waveguide)로 설계하였다. 각 부를 연결하여 측정한 S-파라미터는 개루프 발진 조건을 만족하였다. 설계된 개루프의 입출력을 연결하고 폐루프로 구성하여 전압 제어 유전체 공진기 발진기를 구현하였다. 측정 결과, 5.3 GHz의 발진 주파수에서 위상 잡음은 수식으로부터 도출한 값과 근사한, 100 kHz offset 주파수에서 -132.7 dBc/Hz를 얻었다. 이때 출력 전력은 약 4.5 dBm, 전기적 주파수 조정 범위는 0~10 V의 조정 전압에서 약 5 MHz를 보였다. PFTN-FOM(Power Frequency Tuning Normalized Figure of Merit)은 약 -31 dB를 보였다.
인지무선 기술을 사용하는 부 사용자는, 현재 동작중인 채널에서 주 사용자가 출현하는 경우, 해당 채널을 즉각적으로 비워주어야 한다. 인지무선 기지국과 같은 조정자가 존재하는 중앙적 인지우선 네트워크 환경에서는, 네트워크 내 부 사용자들의 센싱 결과를 수신하는 조정자가 동작 채널을 변경할 수 있다. 그러나, 각각의 채널에서 주 사용자의 출현 빈도가 잦은 경우에는 잦은 동작 채널의 변경이 요구됨에 따라 서비스 지연과 같은 성능 저하 현상이 발생할 수 있으며, 경우에 따라서는 변경할 유휴 채널이 고갈되는 현상으로 인해, 인지무선 네트워크 자체가 유지되기 어려운 상황이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 본 논문에서는 중앙적 네트워크 환경에서 네트워크 내 일부 영역에서만 주 사용자가 출현하는 경우, 주 사용자에게 간섭을 줄 가능성이 있는 일부 부 사용자들만이 채널을 변경하도록 하고, 이들과 중앙의 조정자와의 연결은 적절한 스폰서 노드에 의한 릴레이 통신으로 유지되도록 하는 릴레이 기법을 제안한다. 제안된 방법은 상하향 링크의 채널이 서로 다른 주파수 분할방식의 중앙적 네트워크 환경에서 상향 링크 채널을 대상으로 한다. 모의실험을 통한 성능평가 결과는, 제안된 기법이 기존의 네트워크 전체적인 채널 변경 기법보다 주파수 사용 효율을 증가시키며, 동시에 유휴 채널의 고갈을 최대한 방지할 수 있음을 보인다.
에너지저장장치(ESS)는 전력수급 불균형 해소, 신재생에너지의 출력안정, 주파수 조정용 등 전력공급 안정성 향상 및 효율적 전기에너지사용 등에 기여하는 중요자원으로, 전세계적으로 '23년까지 '14년 설치용량의 약 30배가 증가한 55.9GWh의 보급이 전망되고 있다. 이와 같이 급증하는 세계시장에서 국내 ESS 업계의 경쟁력 확보를 위해서는 자국내 설치실적(Track Record) 확보가 필요한데, 우리나라는 주파수 조정용(FR용(用))과 그간 지속되어 왔던 전력수급 불균형 상황에 대비하기 위한 부하이동용 중심으로 ESS를 보급하여 왔다. 하지만, 주파수 조정용의 경우 통상적으로 화력발전소 정격용량의 약 5% 범위에서 설치효용이 발생하는 것으로 평가되고 있어, 화력발전이 비약적으로 증가하지 않는 한 국내 시장의 확장성이 부족하다고 할 수 있으며, 여유로운 예비력 확보정책에 따라 부하이동용에 대해서도 보급필요성이 저하되고 있는 바, 새로운 방식의 보급확대 대상이 필요하다고 할 수 있다. 유망한 신규보급대상은 간헐적 출력의 약점은 있으나, 신기후체제 대응과 산업육성을 위해 지속적으로 추진예정인 신재생에너지와의 연계설치를 통해 신재생에너지의 출력을 안정화 하고, 신재생에너지 발전량의 계통투입시기 조절을 통한 이산화탄소 저감효과를 기대할 수 있는 분야라고 할 수 있다. 본 연구에서는 향후 에너지정책의 최대 화두인 신기후체제 대응을 위한 온실가스 감축수단을 활용할 수 있도록, 태양광 연계형 ESS 충방전모드를 온실가스 저감효과를 고려토록 설계한 후, 투자유도를 위한 REC 가중치 산정방법에 대한 정책대안을 제시하였다.
스피커 시스템은 가청 주파수 대역 20 ~ 20,000 Hz를 하나의 유닛으로 재생하는 것이 이상적이지만, 물리적으로 구현하기 어렵다. 따라서 두 개 또는 그 이상의 유닛을 사용하고, 멀티웨이 시스템으로 구성하여 오디오 대역을 커버한다. 멀티웨이 스피커 시스템에서는 고음과 저음의 유닛이 정상적으로 동작되도록 크로스오버 네트워크 필터를 필수적으로 사용해야 한다. 네트워크 필터의 크로스오버 주파수는 대부분 1 ~ 4 kHz 대역에 존재하며, 이 대역은 명료도의 기여율이 높고 음질에 미치는 영향이 아주 크다. 그러나 여러 가지 원인 때문에 크로스오버 주파수 대역에서 위상과 진폭 특성이 정확하게 결합되지 않은 경우가 많다. 즉, 유닛 간의 거리 차와 전기적인 특성 차이 때문에 크로스오버 주파수에서 유닛 간의 진폭과 위상 특성이 정확하게 결합되지 않아서 주파수 특성이 불규칙해지고, 그 결과 음질이 좋지 않고 명료성도 나빠진다. 크로스오버 주파수에서 유닛들을 정확하게 결합시키기 위해서는 각 유닛의 진폭 특성뿐만 아니라 위상 특성까지도 고려하여 결합시켜야 한다. 본 논문에서는 유닛 간의 지연 시간을 조정하여 크로스오버 주파수에서 평탄한 주파수 특성이 되도록 하는 방법과 유닛들의 주파수 롤 오프 특성도 고려한 필터 선택 방법을 제안하였다. 그 결과 크로스오버 주파수 대역에서 ${\pm}1$ dB의 평탄한 주파수 특성이 얻어지고 명료성도 향상되었다.
주파수는 발전기 조속기와 전적거래소 EMS AGC의 협조제어 체계가 적절하여야 안정적인 운영이 가능하며, 과다한 주파수 조정은 경제급전을 저해함은 물론 발전기의 수명단축을 초래하기 때문에 AGC 최적튜닝은 필수적이다. 본 논문에서는 '07년도에 거래소 계통운영처에서 수행한 AGC 제어파라미터 튜닝기법 및 효과에 대해 논하고 있으며, 학계는 물론 동종업계에 AGC 관련 기술개발시 업무추진에 도움이 되었으면 한다.
무선 주파수를 가지고 대량의 사물을 동시에 인식 할 수 있는 RFID(Radio Frequency Identification)는 현대 산업사회에서 중요성이 점점 증가하고 있는 자동 인식 기술중에 하나이다. RFID는 무선 주파수를 사용하기 때문에, 대량의 사물을 동시에 인식 한다는 장점이외에 프라이버시 침해문제를 야기하는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 많은 관련 연구들이 진행되고 있다. 그러나, 지금까지 연구된 기법들 중에서 강력한 프라이버시 보호를 필요로 하는 고가 물품을 위한 RFID보호 프로토콜은 없는 상태이다. 본 논문에서는 고가 물품에 부착하기 적합한 해시체인과 공개키를 이용한 향상된 RFID 프라이버시 보호 기법을 제안한다.
최근의 사회적 경제적인 급속한 발전에 따라 환경 소음에 대한 사람들의 관심도가 점차 증가되고 있다. 이로 인하여 사람들이 항상 접촉하게 되는 가전 제품 에 대한 소비자의 욕수도 제품의 성능적인면도 물론이지만 소음진동 및 디자인에 대하여도 지대한 관심이 모아지고 있다. 가전 제품에 있어서 주된 소음원은 홴 및 압축기 덮개의 진동등으로 파악할 수 있다. 특히, 홴은 냉각용, 송풍용으로서 거의 모든 가전제품에 쓰여지고 있다. 냉각용으로 사용되는 형식은 주로 축류 홴이다. 축류 홴은 다른 종류보다 소음이 크기 때문에, 저소음 축류 홴의 BPF(Blade Passing Frequency; 날개 통과 주파수)가 갖는 소음 특성을 연구하여야 한다. 이를 위해 축류 홴의 날개 갯수를 조절하면 설치된 통내에서의 BPF가 어떠한 형태로 변화하는가를 알아보고, 이에 따른 저소음화 대책을 검토하고자 한다. 홴은 그 덮개에 대하여 유량 및 소음에 관한 최적의 위치가 존재하는데, 문이 잠겨 있을 때에는 그 소음 레벨의 편차가 몹시 크게 된다. 한편 날개 갯수, 모터의 회전속도 및 통의 전달 함수 등을 감안하여 날개 통과 주파수(BPF)를 조정하면, 각종 가전 제품의 홴에 의한 방사를 저감시킬수 있다.
최근 전력계통은 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 도입이 확산되고 있는데, 신재생에너지 출력완화, 송전혼잡 해소, 주파수조정, 전압변동, 에너지차익거래 등의 목적으로 사용되고 있다. 이렇듯 각 ESS는 각기 다른 목적으로 사용하고 있는데, 현재 전력계통 ESS 운영은 각 목적별 ESS를 독립적으로 사용하고 있어, ESS를 효율적으로 사용하지 못하여 설치비용 대비 경제성이 떨어지고 있는 실정이다. 본 논문은 이러한 ESS의 경제성에 관한 문제점을 해결하고자 Multiple ESS상태에서 배터리 수명 비용을 줄이고, 배터리를 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 사례연구에서는 각기 다른 목적으로 사용되고 있는 ESS를 독립적으로 사용하는 경우와 배터리 수명비용을 바탕으로 전력을 분배한 경우의 비용을 분석해 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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