To understand the effects of acclimation schemes on the formation of anode biofilms, different electrical performances are characterized in this study, with the roles of suspended and attached bacteria in single-chamber microbial fuel cells (MFCs). The results show that the generation of current in single-chamber MFCs is significantly affected by the development of a biofilm matrix on the anode surface containing abundant immobilized microorganisms. The long-term operation with suspended microorganisms was demonstrated to form a dense biofilm matrix that was able to reduce the activation loss in MFCs. Also, a Pt-coated anode was not favorable for the initial or long-term bacterial attachment due to its high hydrophobicity (contact angle = $124^{\circ}$), which promotes easy detachment of the biofilm from the anode surface. Maximum power ($655.0\;mW/m^2$) was obtained at a current density of $3,358.8\;mA/m^2$ in the MFCs with longer acclimation periods. It was found that a dense biofilm was able to enhance the charge transfer rates due to the complex development of a biofilm matrix anchoring the electrochemically active microorganisms together on the anode surface. Among the major components of the extracellular polymeric substance, carbohydrates ($85.7\;mg/m^2_{anode}$) and proteins ($81.0\;mg/m^2_{anode}$) in the dense anode biofilm accounted for 17 and 19%, respectively, which are greater than those in the sparse anode biofilm.
Bak, Da In;Han, Seok Jong;Lee, Uk Jae;Lee, Sang Ho;Choi, Hyuk Jin;Im, Jong Seok
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.48-54
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2020
Numerical analysis was carried out to analyze the flow fields and mechanical output of a rotor for various positions and inlet flow rates in a shroud, and it was compared with experimental data. Rotor and seawater current largely affects the flow field characteristics in the shroud system. Especially the mechanical output of the rotor increased with axial position near the center of the cylinder, and it gradually decreased close to the entrance and exit. Also, the rotor output increased with the inlet velocity. Axial and angular momentum of flow along the cylinder region rapidly increased and reached a peak, and then decreased as it passed through the rotor, while there was no significant change in the cylinder region. It is expected that these results can be used as applicable design data for the development of the tidal power generation system.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.4
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pp.117-122
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2018
A large-capacity three-phase system air conditioner recently includes an inverter circuit to reduce power consumption. The inverter circuit uses a DC voltage that comes from DC-link power capacitor with the function of rectifying, which means AC voltage to DC voltage using a diode. An electrolytic capacitor is generally used to satisfy the voltage ripple and current ripple conditions of a DC-link power capacitor used for rectifying. Reducing the capacitance of the capacitor decreases the size, weight, and cost of the circuit. This paper proposes an algorithm to reduce the input ripple current by combining the minimum point estimation phase locked loop (PLL) phase control and the average voltage d axis current control technique. When this algorithm was used, the input ripple current decreased by almost 90%. The current ripple of the DC-link capacitor decreased due to the decrease in input ripple current. The capacitor capacity can be reduced but the electrolytic capacitor has a heat generation problem and life-time limitations because of its large equivalent series resistance (ESR). This paper proposes a method to select a film capacitor considering the current ripple at DC-link stage instead of an electrolytic capacitor. The capacitance was selected considering the voltage limitation, RMS (Root Mean Square) current capacity, and RMS current frequency analysis. A $1680{\mu}F$ electrolytic capacitor can be reduced to a $20{\mu}F$ film capacitor, which has the benefit of size, weight and cost. These results were verified by motor operation.
KEPRI has studied anode-supported planar SOFCs and kW class stacks operated at intermediate temperature for development of a combined heat and power unit. A single cell composed of Ni-YSZ/FL/ScSZ/LSCF showed the maximum power density of 0.55 W/$cm^2$ at $650^{\circ}C$ and 1.8 W/$cm^2$ at $750^{\circ}C$. With 37 cells of 10${\times}10cm^2$ and stainless steel interconnects, a 1kW class SOFC stack was manufactured. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with city gas, it showed the power output of 1.3 kWe at 50 A. It also recuperated heat of 0.57-1.2 kWth according to the loaded current through combustion of unreacted anode off-gas. Recently, KEPRI is developing a new kW class SOFC stack and system to increase efficiency and durability at intermediate temperature.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.18
no.2
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pp.103-110
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2017
The number of applications of solar photovoltaic (PV) systems in power generation grids has increased in the last decade because of their ability to generate efficient and reliable power in a variety of low installation in domestic applications. Various PV converter topologies have therefore emerged, among which the modular multilevel converter (MMC) is very attractive due to its modularity and transformerless features. The modeling and control of the MMC has become an interesting issue due to the extremely large expansion of PV power plants at the residential scale and due to the power quality requirement of this application. This paper proposes a novel control method of MMC which is used to directly integrate the photovoltaic arrays with the power grid. Traditionally, a closed loop control has been used, although circulating current control and capacitors voltage balancing in each individual leg have remained unsolved problem. In this paper, the integration of model predictive control (MPC) and traditional closed loop control is proposed to control the MMC structure in a PV grid tied mode. Simulation results demonstrate the efficiency and effectiveness of the proposed control model.
Kim, Eun Hwan;Park, Yong-Gi;Park, Jong-Bae;Roh, Jae Hyung
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.8
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pp.1172-1180
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2017
This study analyzed competition in peak load plants between CCGT and GT instead of competition between base and peak load plants like in previous studies. In common overseas power markets, CCGT and GT claim certain market shares as peak load plants with the latter boasting a high utilization rate as reserve plants. In South Korea, however, there has been no introduction of GT in the market that opened in 2001 with no analysis cases of GT's economy as a peak load plant. The current power market of South Korea is run on the cost-based pool, which allows for no price spikes. Since the capacity payment criteria for compensations for missing money are set based on GT generators, the power market uses GT generators as marginal plants. The purposes of this study were to analyze the competitive edge of GT generators as peak load plants in the domestic power market of South Korea and identify the causes of GT's failure in market entry, thus assessing the adequacy of market signals in the domestic power market.
Modular multilevel converter (MMC)-based high-voltage direct current (HVDC) presents attractive technical advantages and contributes to enhanced system operation and reduced oscillation damping in dynamic MMC-HVDC systems. We propose an advanced small-signal multi-terminal MMC-HVDC based on dynamic phasors and state space for power system stability analysis to enhance computational accuracy and reduce simulation time. In accordance with active and passive network control strategies for multi-terminal MMC-HVDC, the matchable small-signal stability models containing high harmonics and dynamics of internal variables are conducted, and a related theoretical derivation is carried out. The proposed advanced small-signal model is then compared with electromagnetic-transient and traditional small-signal state-space models by adopting a typical multi-terminal MMC-HVDC network with offshore wind generation. Simulation indicates that the advanced small-signal model can successfully follow the electromechanical transient response with small errors and can predict the damped oscillations. The validity and applicability of the proposed model are effectively confirmed.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.20
no.1
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pp.81-90
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2015
This paper investigates the droop control-based real and reactive power load sharing with a virtual inductor when the line impedance between inverter and Point of Common Coupling (PCC) is partly and unequally resistive in high-capacity systems. In this paper, the virtual inductor method is applied to parallel inverter systems with resistive and inductive line impedance. Reactive power sharing error has been improved by applying droop control after considering each line impedance voltage drop. However, in high capacity parallel systems with large output current, the reference output voltage, which is the output of droop controller, becomes lower than the rated value because of the high voltage drop from virtual inductance. Hence, line impedance voltage drop has been added to the droop equation so that parallel inverters operate within the range of rated output voltage. Additionally, the virtual inductor value has been selected via small signal modeling to analyze stability in transient conditions. Finally, the proposed droop method has been verified by MATLAB and PSIM simulation.
Ham, Sang-Hwan;Kim, Kwang-Soo;Kim, Mi-Jung;Lee, Hyung-Woo;Lee, Ju
Proceedings of the KSR Conference
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2010.06a
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pp.1383-1388
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2010
The latest generation of tram is low-floor design, various nations in europe and japan have developed battery driven hybrid trams that combine battery and wiring. Battery driven tram system is achieved by contactless power supply system, thus system is needed high efficiency, high power and low weight traction motor for maximization of energy efficiency. Research from abroad is still in induction motor(IM) application, and it is not meet the efficiency and the power per unit volume in IPMSM. In this paper, we design compare IM and IPMSM to apply battery driven tram, and then compare these motors. To design the motor, we estimate the loading condition at first. Loading condition includes rolling resistance, air-drag resistance, and slope resistance. Based on the loading condition by estimation, we determine the power and compute rated voltage and rated current. In this paper, voltage is limited by battery voltage level. As a result, volume about IM is 1.98 times bigger than IPMSM under same condition. Even though IPMSM is bigger than IM in power density per volume, we consider more factors for actual application because there are demagnetization of permanent magnet in IPMSM and so on by external environment conditions.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.12
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pp.2113-2118
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2016
The precise detection of electric leakage point of underground power cable is very important to reduce cost and time of maintenance and prevent electric shock accident through expedite repair of electric leakage point. This paper proposes a electric leakage point detection system underground power cable using of half-period modulated transmission waveform and earth electric potential measurement. The developed system is composed of transmitter to generate the wanted pulse waveform, receiver to measure and display earth electric potential by the transmitted pulse in electric leakage point and PC Software program to display of GPS coordinate on detection cable line. The performance of the electric leakage point detection system was tested in the constructed underground cable leakage detection test bed. The test results on signal generation voltage precision of signal transmitter, mean detection earth voltage, mean detection leakage current and electric leakage point detection error showed the developed system can be used in electric leakage point detection underground power cable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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