• Smart Structures and Systems
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• 제7권5호
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• pp.365-378
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• 2011

Piezo-based active structural health monitoring (SHM) requires amplifiers specifically designed for capacitive loads. Moreover, with the increase in number of applications of wireless SHM systems, energy efficiency and cost reduction for this type of amplifiers is becoming a requirement. General lab grade amplifiers are big and costly, and not built for outdoor environments. Although some piezoceramic power amplifiers are available in the market, none of them are specifically targeting the wireless constraints and low power requirements. In this paper, a piezoceramic transducer amplifier for wireless active SHM systems has been designed. Power requirements are met by two digital On/Off switches that set the amplifier in a standby state when not in use. It provides a stable ${\pm}180$ Volts output with a bandwidth of 7k Hz using a single 12 V battery. Additionally, both voltage and current outputs are provided for feedback control, impedance check, or actuator damage verification. Vibration control tests of an aluminum beam were conducted in the University of Houston lab, while wireless active SHM tests of a wind turbine blade were performed in the Harbin Institute of Technology wind tunnel. The results showed that the developed amplifier provided equivalent results to commercial solutions in suppressing structural vibrations, and that it allows researchers to perform active wireless SHM on moving objects with no power wires from the grid.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.50-54
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• 2022

High temperature superconducting (HTS) magnets for large-capacity energy storage system need to be composed of toroid magnets with high energy density, low leakage magnetic fields, and easy installation. To realize such a large capacity of a toroid HTS magnet, an HTS cable with large current capacity would be preferred because of the limited DC link voltage and instantaneous high power required for compensation of the disturbance in the power grid. In this paper, the optimal operating strategies of the SMES for peak load reduction of the microgrid system were calculated according to the load variation characteristics, and the effect of compensation of the frequency change in microgrid with a SMES were also simulated. Based on the result of the simulation, key design parameters of SMES coil were presented for two cases to define the specification of the HTS cable with large current capacities for winding of HTS toroid coils, which will be need for development of the HTS cable as a future work.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.37-42
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• 2007

We are developing a 22.9 kV/25 MVA superconducting fault current limiting(SFCL) system for a power distribution network. A Bi-2212 bulk SFCL element, which has the merits of large current capacity and high allowable electric field during fault of the power network, was selected as a candidate for our SFCL system. In this work, we experimentally investigated important characteristics of the 190 kVA Bi-2212 SFCL element in its application to the power grid e.g. DC voltage-current characteristic, AC loss, current limiting characteristic during fault, and so on. Some experimental data related to thermal and electromagnetic behaviors were also compared with the calculated ones based on numerical method. The results show that the total AC loss at rated current of the 22.9 kV/25 MVA SFCL system, consisting of one hundred thirty five 190 kVA SFCL elements, becomes likely 763 W, which is excessively large for commercialization. Numerically calculated temperature of the SFCL element in some sections is in good agreement with the measured one during fault. Local temperature distribution in the190 kVA SFCL element is greatly influenced by non-uniform critical current along the Bi-2212 bulk SFCL element, even if its non-uniformity becomes a few percentages.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.46-49
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• 2009

A 3-phase 100m long, 22.9kV class HTS power transmission cable system was developed by Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) and LS cable Ltd. those are participated in the 21st Century Frontier project R&D Program of Korea. It is important to test the DC critical current related with its power capacity before applying to the real power grid. In 1995, several international standards organizations including International Electrotechnical Commission (IEC), decided to unify the use of statistical terms related with 'accuracy' or 'precision' in their standards. It was decided to use the word 'uncertainty' for all quantitative (associated with a number) statistical expressions. In this paper, we measured DC critical current of 22.9kV/50MVA superconducting power cable with several voltage tap and analyzed the uncertainty with these results.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.587-593
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• 2021

2017년을 시작으로 2020년 6월까지 총 29건의 화재사고가 발생하여 많은 재산피해가 보고되고 있으며, 전기적인 위해요인중의 하나인 공통모드 전압(CMV: common mode voltage)이 화재원인으로 추정되고 있다. 즉, ESS가 설치되어 있는 수용가의 연계용 변압기는 분산전원연계기준에 따라 Y-△결선방식을 채용해야 하지만, 일부 수용가들은 기존의 △-Y 결선방식을 적용하고 있으며, 실제 ESS 운용현장에서 배터리 측 절연레벨을 초과하는 CMV가 발생한 사례가 보고되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 실제 ESS가 운용되는 사이트에서 발생하는 CMV의 특성을 분석하고, 이를 검증하기 위하여 배전계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 사용하여 AC전원부, PCS부, 배터리 부로 구성된 ESS 사이트의 모델링을 수행한다. 상기의 모델링을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 실제 측정 결과와 유사하게 PCS용 내부변압기 중성점의 접지방식에 따라 CMV의 특성이 크게 달라지고, 중성점이 접지된 경우 CMV의 값이 정격전압을 초과하여 배터리 측 절연레벨에 심각한 악영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 또한, PCS용 내부변압기의 중성점을 비접지로 운용한 경우, CMV가 크게 감소하여, 전기설비기준의 절연레벨을 만족하는 것을 알 수 있었다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제5권3호
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• pp.209-213
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• 2019

최근 전력 계통에 사용되는 주파수 조정용(F/R) 에너지 저장장치에 대하여 높은 에너지 밀도와 장수명의 안정성에 대한 요구가 증대되고 있다. 이와 관련하여 슈퍼커패시터는 장수명과 급속 충방전 특성이 우수하므로 이러한 F/R 적용을 위한 에너지 저장장치로 적합하게 여겨지고 있다. 슈퍼커패시터는 단주기 F/R 영역의 보완 운전을 담당하고 전력계통에 설치된 ESS의 장주기 운영 수명을 연장함으로써 기존 용량을 담당하는 리튬 배터리의 설치 규모와 양을 획기적으로 줄일 수 있다. 하지만 낮은 에너지 밀도는 전력 계통과 같은 큰 시스템에서 적용에 한계가 있으며 여전히 배터리를 대체할 수 있는 높은 에너지 밀도 요구에 어려움을 겪고 있다. 그러나 최근에는 리튬이온 커패시터(Lithium ion capacitor; LIC) 구조가 3.8 V 이상의 전압 구간을 구현할 수 있기 때문에 전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor; EDLC) 구조보다 고에너지 밀도 구현을 위한 구조로 각광을 받고 있지만 여전히 상용화를 위해서는 여러가지 전기화학적 성능에 대한 구체적인 검증 및 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 LIC의 에너지 밀도와 관계되는 용량을 증대하기 위하여 새로운 전극사전-도핑 방법을 설계하였다. 양극 활물질은 0.1% 이하의 상대습도 분위기 드라이룸에서 기계적 강도와 음극 도핑을 안정되게 수행될 수 있도록 $100{\mu}m$의 두께로 제작되었다. 또한 접촉 저항을 최소화하기 위하여 제조된 전극은 상온에서 $65^{\circ}C$까지 열 압축공정을 실시하였다. 최종적으로 LIC 구조에 대한 다양한 사전-도핑법을 설계하고 그 메커니즘을 분석하여 용량과 전기화학적 안정성이 향상된 새로운 LIC 사전-도핑 방법을 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권12호
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• pp.3587-3593
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• 2009

최근 태양광 시스템에서는 기존의 태양광 시스템을 계통과 전원으로 상호 접속하는 것에 대한 연구에 관심이 모아지고 있다. 단상, 삼상 시스템에 관계없이 태양광 시스템에서 태양광 인버터는 계통연계 동작에 중요한 역할을 하기 때문에 전체 시스템에서 핵심요소로 고려된다. 태양광 인버터를 제어하기 위해서는 부하 전류 조절이 핵심요소 중 하나이다. 일반적으로 태양광 인버터에서 이용되는 PI 제어기는 정상상태 오차와 왜란에 취약하다는 단점을 가지고 있기 때문에 실제 시스템에 완벽하게 적용하기에는 무리가 있다. 특히, 이는 고주파영역에서의 PI와 PR 제어기의 성능을 비교해보면 알 수 있다. 이 논문에서 제시된 PR 제어기는 무한 이득을 교류 기본파 성분에 넣을 수 있기 때문에 PR 제어기는 회전좌표계의 PI 제어기에서 사용되는 디커플링 기법과 복잡한 변환 없이 제로 정상상태오차에 도달할 수 있다. 그렇기 때문에 이 논문에서는 PI 제어기를 대체하는 이론적 분석을 통해 PR 제어기를 설계하였다. 논문에 제시되어 있는 이론을 바탕으로 한 PR 제어기를 고정 소수점 연산방식의 32비트 마이크로컨트롤러 DSP320F2812를 기반으로 한 3kW 프로토타입 태양광 인버터에 적용, 평가하였다. 또한 태양광 인버터의 제어 성능을 시뮬레이션과 실험결과를 통하여 보여주고 검증하였다.

• Journal of Power Electronics
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• 제11권4호
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• pp.408-417
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• 2011

The plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) are specialized hybrid electric vehicles that have the potential to obtain enough energy for average daily commuting from batteries. The PHEV battery would be recharged from the power grid at home or at work and would thus allow for a reduction in the overall fuel consumption. This paper proposes an integrated power electronics interface for PHEVs, which consists of a novel Eight-Switch Inverter (ESI) and an interleaved DC/DC converter, in order to reduce the cost, the mass and the size of the power electronics unit (PEU) with high performance at any operating mode. In the proposed configuration, a novel Eight-Switch Inverter (ESI) is able to function as a bidirectional single-phase AC/DC battery charger/ vehicle to grid (V2G) and to transfer electrical energy between the DC-link (connected to the battery) and the electric traction system as DC/AC inverter. In addition, a bidirectional-interleaved DC/DC converter with dual-loop controller is proposed for interfacing the ESI to a low-voltage battery pack in order to minimize the ripple of the battery current and to improve the efficiency of the DC system with lower inductor size. To validate the performance of the proposed configuration, the indirect field-oriented control (IFOC) based on particle swarm optimization (PSO) is proposed to optimize the efficiency of the AC drive system in PHEVs. The maximum efficiency of the motor is obtained by the evaluation of optimal rotor flux at any operating point, where the PSO is applied to evaluate the optimal flux. Moreover, an improved AC/DC controller based Proportional-Resonant Control (PRC) is proposed in order to reduce the THD of the input current in charger/V2G modes. The proposed configuration is analyzed and its performance is validated using simulated results obtained in MATLAB/ SIMULINK. Furthermore, it is experimentally validated with results obtained from the prototypes that have been developed and built in the laboratory based on TMS320F2808 DSP.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.685-690
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• 2013

본 논문에서는 IEEE 802.15.4g MR-OFDM SUN 시스템에 적용 가능한 4개의 멀티채널 대역폭 및 최대 84 dB 전압이득을 제공할 수 있는 기저대역 수신기를 제안한다. 제안하는 기저대역 수신기는 연산증폭기를 이용한 저항 부궤환 구조의 가변 이득 증폭기 2개와 한 개의 Active-RC 5차 Chebyshev필터, 그리고 한 개의 DC-offset 제거회로로 구성된다. 제안하는 기저대역 수신기는 100 kHz, 200 kHz, 400 kHz, 그리고 600 kHz의 1 dB 다중 채널 차단 주파수를 지원하며, +7 dB에서 +84 dB까지 1 dB 단계로 전압 이득을 제공한다. 또한 제안하는 기저대역 수신기는 DC-offset 제거 회로를 사용함으로써 직접 변환 수신기 구조에서 발생되는 DC-offset 문제를 회피하였다. 모의실험 결과 제안하는 수신기는 최대 차동 신호 $1.5V_{pp}$의 입력 신호를 받아들일 수 있으며, 5 kHz와 500 kHz에서 42 dB, 37.6 dB 노이즈 지수를 각각 제공한다. 제안하는 I/Q기저대역 수신기는 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되었으며, 1.8 V의 전압으로 부터 총 17 mW 전력을 소모한다.

• Applied Microscopy
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• 제36권1호
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• pp.7-16
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• 2006

가속전압 1.3MV의 초고전압투과전자현미경의 원격제어 시스템을 개발하였다. 초고전압투과전자현미경의 운영을 위한 필수적인 기능, 즉 stage조정, 시편의 tilting, TV카메라 선택과 영상 저장 등을 원격 운영시스템에 그대로 적용하였다. 특히 이 시스템은 간단한 웹 접속만으로 goniometer를 완벽하고 정밀하게 제어할 수 있으며 고해상도 디지털카메라를 제어할 수 있는 특징을 가지고 있다. 일체의 현미경 제어 신호 및 교신은 글로리아드 망을 통하여 이루어지도록 하였다. 이는 HVEM원격 운영시스템을 이용하여 국내는 물론 국제적인 공동 연구를 수행할 수 있는 가상 실험실 구축을 실현할 수 있음을 시사한다.