• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.3391-3398
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• 2015

현재 대부분의 도서지역에서는 태양광발전을 효율적으로 운용하기 위하여 대용량 연축전지가 많이 사용되고 있지만, 풍력발전의 도입, 축전지 교체로 인하여 리튬이온전지의 도입이 증가하고 있다. 따라서 본 논문에서는 기존에 많이 보급되어 사용되고 있는 연축전지와 리튬이온전지의 장점을 최대한 활용하기 위하여, 연축전지와 리튬이온전지용 하이브리드 BMS 알고리즘을 제시하였다. 즉, 각 전지의 충전상태(state of charge, SOC)를 평가하는 알고리즘과 각 전지의 도입비용과 운용비용에 따른 최적 구성비를 산출하는 하이브리드 운용 알고리즘을 제안하였다. 상기의 알고리즘을 이용하여 다양한 시뮬레이션을 수행한 결과, 기존의 충전상태 평가 방법보다 오차율이 개선되어 정확한 충전상태에 대한 결과가 산출되었고, 각 전지의 도입비용과 운용비용이 최소화되는 조건에서 최적구성비를 구하여, 본 논문에서 제안한 하이브리드 BMS 알고리즘의 유용성을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.85-92
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• 2018

수요관리를 통해 전기요금을 절감할 수 있다. 부하의 수요 관리 방법 중 하나로 ESS를 설치해 수요가 높은 시간대의 부하를 수요가 낮은 시간대로 옮기는 peak shifting을 사용함으로써 최대 부하를 낮추고 전력량 요금을 절감할 수 있다. 전기요금은 계약 용량 당 기본요금과 전력량 요금으로 이루어져있다. 전력량 요금을 최소화하기 위한 최적화 수행시 목적함수는 선형식으로 표현할 수 있으며, 기본 요금 최소화를 위한 목적함수는 이차식으로 표현할 수 있다. 선형식으로 표현된 목적함수에서는 ESS PCS(Power Conversion System)의 충, 방전 효율이 다른 경우를 다룰 수 없기 때문에 본 논문에서 충, 방전 효율이 다른 경우의 영향을 반영하고 혼합정수계획법(MILP, Mixed Integer Linear Programming)을 이용할 수 있는 정식을 제시하였다. 혼합정수계획법을 사용한 정식에서는 사전에 정해진 최대 부하 절감율에 대해 전기요금 최소화를 수행하게 되지만 최대 부하 절감과 전기요금 절감을 동시에 고려하기 위해서는 이차 계획법을 사용하는 것이 유용하다. 본 논문에서는 각 최적화 방법에 대한 장, 단점을 도시철도 변전소에 대한 시뮬레이션 결과를 정량적으로 비교분석하여 ESS 설비계획수립에 적합한 최적화 방법을 선택할 수 있는 근거를 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.9-20
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• 2018

최근 국가의 3020정책에 따라 신재생에너지전원의 도입이 활발히 이루어지고 있는 상황이다. 하지만 신재생에너지전원중의 하나인 태양광전원이 대규모로 배전계통에 도입되어 운용될 경우, 태양광전원의 간헐적 특성에 의한 출력변동과 역조류에 의하여 수용가 전압은 규정범위($220V{\pm}6%$)를 벗어날 수 있는 문제점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위한 방안 중 하나로, 배전선로에 기설된 선로전압조정장치를 이용한 수용가 전압조정 방안이 제안되고 있으나, 기계적으로 동작하는 선로 전압조정장치의 특성으로 인하여, 탭 변경 시간동안 수용가의 전압이 규정범위를 벗어날 가능성을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 선로전압조정장치 탭 변경시, 기계적인 특성에 의하여 탭 동작이 지연되는 시간동안 전기저장장치를 도입하여 전압 문제를 해결할 수 있는 전기저장장치의 최적운용전략을 제시하고, 파라메타 분석법을 이용하여 선로전압조정장치와 협조하여 운용되는 전기저장장치의 적정위치 및 적정용량 산정방안을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 선로전압장치와 전기저장장치의 상호동작에 대한 최적운용 전략과 전기저장장치의 산정 알고리즘을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 선로전압조정 장치의 탭 변경 시간동안 수용가의 규정전압($220V{\pm}6%$) 여부를 검증함으로써, 본 논문에서 제안한 수법이 계통의 전압안정화에 기여할 수 있는 방안임을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.91-99
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• 2023

Participation in power trading using surplus power is considered a business model active in the domestic energy trade market, but it is limited only if the legal requirements according to the type, capacity, and use of the facilities to be applied for are satisfied. The hydrogen residential demonstration model presented in this paper includes solar power, energy storage system (ESS), fuel cell, and water electrolysis facilities in electrical facilities for private use with low-voltage power receiving system. The concept of operations strategy for this model focuses on securing the energy self-sufficiency ratio of the entire system, securing economic feasibility through the optimal operation module installed in the energy management system (EMS), and securing the stability of the internal power balancing issue during the stand-alone mode. An electric facility configuration method of a hydrogen residential complex demonstrated to achieve this operational goal has a structure in which individual energy sources are electrically connected to the main bus, and ESS is also directly connected to the main bus instead of a renewable connection type to perform charging/discharging operation for energy balancing management in the complex. If surplus power exists after scheduling, participation in power trading through reverse transmission parallel operation can be considered to solve the energy balancing problem and ensure profitability. Consequentially, this paper reviews the legal regulations on participation in electric power trading using surplus power from hydrogen residential models that can produce and consume power, gas, and thermal energy including hybrid distributed power sources, and suggests action plans.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권1호
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• pp.61-68
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• 2021

풍력이나 태양광 같은 재생에너지의 활용은 온실가스 감축과 경제성 확보를 얻기 위해서 많은 나라에서 피할 수 없는 선택이 되고 있다. 그러나 재생에너지의 간헐성 때문에 계통으로 연계되는 재생에너지의 비중이 커지게 되어 얻어지는 문제가 더욱 크게 부각되고 있다. 복합에너지시스템은 일반적으로 2개 이상의 재생에너지원이 서로 함께 사용되면서 시스템 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 에너지 공급에서 더욱 안정적이다. 전력시스템을 비교해 보면 복합에너지시스템의 제어 및 최적화는 모델링, 운전 및 운영계획의 요소가 더욱 어려워진다. 마이크로그리드시스템을 갖는 삼마도에 대한 복합에너지시스템 성능개선의 주 목적은 다양한 분산전원, 에너지저장장치, 전력계통의 신뢰성을 확보하기 위해서 상호 조화롭게 조정하는 것으로 운전비용을 줄이고 최상의 경제적인 이득을 얻기 위한 것이다. 본 논문은 최적의 마이크로그리드시스템을 갖는 개선된 삼마도 복합에너지시스템을 제안한다. 시험운전결과 ESS의 SOC 변동폭이 약 12%로 낮아졌으며, 태양광 발전제약이 제거되었고, 디젤발전기의 운전시간이 감소함을 확인할 수 있었다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권2_2호
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• pp.209-218
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• 2022

The purpose of this study is to analyze an economic assessment of PV-ESS systems based on the power generation performance data of solar power (PV) operating in domestic area, and to calculate the optimal capacity of the energy storage system. In this study, PVs in Gyeonggi-do, Jeollabuk-do, and Gyeongsangbuk-do were targeted, and PVs in this area were assumed to be installed on a general site, and the research was conducted by applying weights based on the facility's capacity. All the analysis was conducted using the actual amount of KPX transactions of PVs in 2019. In order to calculate the optimal capacity of PCS and BESS according to GHI, PV with a minimum/maximum/central value was selected by comparing the solar radiation before the horizontal plane between three years (2017-2019) of the location where PV was installed. As a result of the analysis, in Gyeonggi-do, if the REC weight decreases to 3.4 when there is no change in the cost of installing BESS and PCS, it is more economical to link BESS than PV alone operation of PV. In Jeollabuk-do, it was analyzed that if the REC weight was reduced to 3.6, it was more likely to link BESS than PV operated alone. In Gyeongsangbuk-do, it was analyzed that if the REC weight was reduced to 3.4, it was more likely to link BESS than PV operated alone.

• Journal of Power Electronics
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• 제18권5호
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• pp.1595-1607
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• 2018

In this paper, a hierarchical control strategy is introduced to control a new three-port multidirectional DC-DC converter for integrating an energy storage system (ESS) to a bipolar DC microgrid (BPDCMG). The proposed converter provides a voltage-balancing function for the BPDCMG and adjusts the states of charge (SoC) of the ESS. Previous studies tend to balance the voltage of the BPDCMG buses with active sources or by transferring power from one bus to another. Furthermore, the batteries available in BPDCMGs were charged equally by both buses. However, this power sharing method does not guarantee efficient operation of the whole system. In order to achieve a higher efficiency and lower energy losses, a triple-layer hierarchical control strategy, including a primary droop controller, a secondary voltage restoration controller and a tertiary optimization controller are proposed. Thanks to the multi-functional operation of the proposed converter, its conversion stages are reduced. Furthermore, the efficiency and weight of the system are both improved. Therefore, this converter has a significant capability to be used in portable BPDCMGs such as electric DC ships. The converter modes are analyzed and small-signal models of the converter are extracted. Comprehensive simulation studies are carried out and a BPDCMG laboratory setup is implemented in order to validate the effectiveness of the proposed converter and its hierarchical control strategy. Simulation and experimental results show that using the proposed converter mitigates voltage imbalances. As a result, the system efficiency is improved by using the hierarchical optimal power flow control.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.183-185
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• 2018

최근 석유나 석탄 에너지 사용으로 인한 대기오염 및 미세먼지와 원자력 발전으로 인한 핵 폐기 물질 처리의 어려움, 방사능 오염이 발생하는 문제가 심각해짐에 따라 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다. 이로 인해 정부에서도 신재생에너지의 비중을 확대하기 위한 정책들이 시행되고 있는데 그 중 태양광 발전 시스템이 가장 크게 주목받고 있다. 태양광 발전이 성장함에 따라 다양한 연구가 진행되어왔으며 이 중 DC-DC 컨버터로 구성된 태양광 발전 energy storage system (ESS) 시스템이 효율이 높고 시장성이 좋아 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 5kW 태양광 발전 배터리 충전 시스템을 구성하여 컨버터의 동작 및 특성에 대하여 분석하고 이를 시뮬레이션을 통해 내용을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권10호
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• pp.655-660
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• 2018

지리적 특성상, 도서지역에 전력을 공급하기 위해서 ICG(Internal combustion generation)가 사용되고 있으며, 이로 인하여 상당한 운영비, 염해문제 및 환경오염이 발생하고 있다. 이러한 도서지역에 대해서, KEPCO는 매년 상당한 운영결손액을 감당하고 있는데, 특히 연료비 및 지급수수료가 운영결손액의 상당 부분을 차지하고 있다. 특히, 지급수수료를 줄이기 위하여 근거리 도서 사이의 해저케이블을 통한 ICG 통합운영(integrated ICG, IICG)이 고려되고 있다. 한편, 저탄소 사회에 대한 수요 때문에 도서지역에 분산형전원(Distributed Generation, DG)이 도입되고 있다. 이러한 상황에서, 환경적 특성으로 인해 DG 출력이 불충분한 경우 보조 동력원으로 IICG가 사용되는, 즉, IICG에 DG를 도입한 하이브리드 내연발전(hybrid internal combustion generation, HICG)이 도입되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 HICG에서 한전 운영결손액에 상응하게 도입될 수 있는 최적 DG 용량을 산정하는 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과, 연료비와 최대부하 크기는 최적 DG 용량에 큰 영향을 미치며, 최대부하가 서로 다른 여러 도서에 제안된 알고리즘을 적용하여 그 유효성을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제26권2호
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• pp.99-120
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• 2017

한국지역난방공사 SS지사에서는 시설용량 전기 99MW, 열 98Gcal/h 규모의 열병합(Combined Heat & Power) 발전소를 구역전기사업으로 운영하고 있다. 이 지역은 경기불황과 수요감소로 하절기 6~9월 사이에 잉여열 처리문제가 발생하여 발전기를 가동하기 곤란한 상황이므로 경제성 있는 에너지 신사업모델 개발이 절실하다. 본 연구에서는 이곳의 실제 운영자료를 기반으로 신재생 에너지 하이브리드 시스템을 도입하여 최적화 운영모델을 개발하고자 한다. 특히 신재생에너지 중에서도 입지제약이 작고 열과 전기를 동시에 생산할 수 있는 연료전지(Fuel Cell)발전과 대표적인 신재생에너지인 태양광(Photovoltaic)발전과 심야발전시 전력을 저장하여 주간에 전력을 방출 할 수 있는 ESS(Energy Storage System)의 조합을 검토하였다. 이에 따른 최적화 모델 선정은 HOMER(Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) 프로그램을 활용하였다. 경제성 분석을 수행한 결과, 순 현재비용(NPC) 측면에서는 기존의 99MW 열병합발전이 가장 경제적이지만 신재생에너지를 사용하여 발생되는 탄소배출권 거래와 REC(Renewable Energy Certificate) 거래를 포함한 측면에서는 99MW의 CHP와 5MW의 연료전지, 521kW의 태양광을 하이브리드 시켜서 전력과 열을 공급하는 것이 99MW의 CHP 열병합발전만으로 전력과 열을 공급하는 것보다 최대 2,475억원 경제적인 것으로 나타났다. 구역전기사업에서 최적화 공정모델로 연료전지와 신재생에너지 하이브리드 시스템을 도입함으로써 경제성을 개선시킬 수 있는 결과를 확인하였다.