이동용 레이더 시스템을 위한 전원공급 장치의 신뢰성 향상에 관한 연구

정석언 한양대학교 대학원 2015 국내박사

불평형 전원조건에서 3-레벨 NPC 컨버터의 제어 알고리즘

유용호 한양대학교 2015 국내석사

불평형 조건에서 컨버터 시스템은 저 역률, 직류단 전압 리플, 그리고 비정현적인 입력전류가 나타나는 등 많은 문제를 가지고 있다. 이러한 문제들 때문에 불평형 전원 조건에 컨버터 시스템은 평형 조건을 기반으로 설계된 제어기로는 제어 될 수 없다. 따라서 본 논문은 불평형 전원 조건에서 3-레벨 NPC 컨버터의 중성점 전압 균형 제어를 포함한 간접 전력 제어를 수행하는 전체적인 제어 알고리즘을 연구개발 하였다. 본 연구의 유효성을 확인하기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였고 시뮬레이션과 실험의 결과로부터 제안한 알고리즘이 유효함을 확인하였다.

超高壓 XLPE 케이블의 布設設計 最適化에 관한 硏究

정창호 한양대학교 산업대학원 2002 국내석사

초고압 전력케이블의 포설설계에 있어서 케이블 수명기간 동안 안정적으로 전력을 공급하기 위해서는 제품별로 설치환경에 따라 열신축 현상을 고려한 포설설계가 이루어져야 한다. 주요 포설설계 기술로는 관로케이블이 열 신축에 따라 맨홀 방향으로 이동하는 것을 흡수하여 알루미늄시스의 피로를 작게 하는 옵셋 포설설계, 전력구 케이블을 스네이크 형상으로 설치하여 단말부와 곡률부에 가해지는 케이블의 축력을 저감시키는 스네이크 포설설계, 경사지에서의 활락방지 포설설계, 교량첨가와 같은 특수포설 설계 등이 있으며, 이 포설설계 기술에 따라 케이블의 특성 변화에 매우 큰 영향을 주게 된다. 따라서 본 논문에서는 국내 초고압 지중송전선로에서 채택하고 있는 포설방식에 대한 설계이론 검토와 포설설계 기술의 근간이 되는 케이블의 제정수 및 선팽창계수(α), 종탄성계수(E), 곡강성(EI), 크리트 면압력, 파지력, 마찰계수 등의 기계적 특성에 대하여 검토, 분석하고 실증시험 결과를 제시하였다.

50kW급 전자석 구동을 위한 2상한 초퍼 설계

이제윤 한양대학교 공학대학원 2009 국내석사

철강산업의 발달과 전기기기의 다변화로 정류된 DC전압을 가지고 전자석을 구동하기 위한 전력변환기로서의 초퍼의 응용분야가 점점 대두되고 있다. 또한 차세대 운송수단인 자기부상열차의 흡인식 부상용 전자석을 위한 초퍼 및 초퍼 드라이버에 사용되는 2상한 초퍼의 상업적인 설계방안이 국내 및 국외에 다각도로 제시되고 있다. 따라서 본 연구에서는 2상한 초퍼의 안정적이고 효율적인 설계방법을 연구하고 실험하였다. 이를 바탕으로, 2상한 초퍼의 실제적인 사용방법 중 하나인 자기부상열차에 적용함으로서 안정적인 운전이 가능하도록 하는 설계의 타당성을 조사하고, 효율적이고 경제적인 설계모델을 제시하고자 한다. 특히, 2상한 초퍼는 간단한 구조를 가지고 효율적인 전력변환이 용이한 구성으로 부가적인 보완구조를 전기적으로 구성하는 것이 필요하다. 이는 회생전류의 재사용과 돌입전류의 방어를 위한 회로가 포함된다. 또한, 실제 초퍼의 전력회로를 제어하기 위한 제어기기의 설계방안과 제어방식 및 실험실과 현장에서 이루어진 초퍼의 전류출력의 실제파형을 관측하고 보다 안정적인 운전이 이루어질 수 있도록 하는 방안에 대해서 중점을 두고 연구하였다. 본 연구에서 이러한 초퍼의 설계방법과 함께 초퍼를 운전하는 제어기를 제작하여 시험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 2상한 초퍼의 전류출력은 전력스위칭 소자인 IGBT로 이루어진 half-bridge와 DC링크 전압의 입력단에서 돌입전류를 제한하는 전압입력회로, 그리고 정확한 초퍼제어를 위한 제어기가 안정적으로 설계되어야 하며, 50kW급의 전자석을 구동하기 위해서는 각각의 기능들이 충분한 용량과 운전범위를 가져야 하며, 유기적으로 결합하여 동작되어야 하며 이러한 결론을 가지고 실제 상업운전을 위한 초퍼가 설계되어야 한다.

저감 차수 칼만 필터를 이용한 매입형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어

임동훈 한양대학교 대학원 2011 국내석사

본 논문에서는 확장형 유기 기전력(EEMF:Extended EMF)모델을 기반으로 병렬구조의 저감 차수 확장형 칼만 필터를 이용한 센서리스 제어 기법을 제안한다. 기존의 확장형 칼만 필터는 우수한 추정 성능의 장점이 있으나 구현이 어렵고 긴 연산시간이 필요하다. 따라서, 이러한 문제를 해결 하기 위해 제안한 센서리스 제어 기법은 간단한 수학적 구조로 매입형 영구자석 동기전동기 구동에 적합한 확장형 유기 기전력 모델을 이용하여 두 개의 저감 차수 형태로 표현하였으며, 이러한 두 모델은 매 연산 시간마다 확장형 칼만 필터에 의해 번갈아 연산된다. 제안한 기법은 행렬의 차수를 저감하여 확장형 칼만 필터의 연산시간의 단축과 알고리즘 구현의 부담을 줄였으며 안정적인 센서리스 제어를 위해 병렬로 구동하는 두 모델에 의해 추정된 정보를 이용하였다. 또한, 기계적 상수를 사용하지 않아 전동기의 상수로 인한 민감도를 저감하였다. 제안한 기법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 안정적인 위치 및 속도 추정 성능을 검증하였으며, 전 차수 확장형 칼만 필터의 연산시간 비교를 통하여 연산시간의 저감을 확인하였다.

IPMSM 센서리스 제어의 안정된 기동을 위한 간단한 초기 회전자 추정기법

김건명 한양대학교 대학원 2012 국내석사

본 논문은 역기전력 기반 센서리스 제어 시 안정적인 기동성능 확보를 위한 간단한 초기 회전자 위치추정 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 전동기의 고정자 권선 인덕턴스의 차이에 의한 전류응답특성을 이용하여 초기 회전자 위치를 추정하게 된다. 기존의 고정자 권선 인덕턴스의 차이에 의한 상대적인 전류응답특성을 이용하여 초기 회전자 위치를 추정하는 방법들은 정밀한 위치 검출을 위해 반복적인 전압 펄스를 여러 차례 시간차를 두고 인가하여 구현이 복잡하고 시간소요가 있었지만 제안한 초기 회전자 위치추정 방법은 알고리즘 구현이 간단하고 추가적인 외부회로가 불필요하며, 전동기 상수의 영향을 받지 않는다. 제안된 방법의 타당성을 실험결과를 통하여 검증하였다

확장형 회전자 자속 모델 기반의 확장형 칼만 필터를 이용한 매입형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어

김재훈 한양대학교 대학원 2013 국내석사

본 논문에서는 확장형 회전자 자속 모델을 기반으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 센서리스 제어 기법을 제안한다. 일반적으로, 전동기는 벡터 제어를 위해 엔코더 및 레졸버와 같은 센서를 사용한다. 이러한 센서들을 통해 회전자의 속도 및 위치를 검출해 낸다. 하지만 센서들은 전동기의 부피 및 가격 상승의 원인이 되며, 주위 온도나 습도와 같은 환경적인 영향을 받는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 센서리스 제어 방법이 연구 되어 왔다. 본 논문에서는 다양한 노이즈 환경에 놓인 시스템의 상태 변수와 제 정수 변동에 강인한 센서리스 제어 기법을 제안한다. 특히, 확장형 회전자 자속 모델은 매입형 영구자석 동기전동기와 같이 돌극성을 띠고 있는 수학적 모델을 비 돌극성을 띤 모델로 전환함으로써 간단한 수학적 구조를 가지게 한다. 그리고 전동기 시스템의 비선형성을 극복하기 위하여 전 차원 확장형 칼만필터를 이용하였다. 정확한 회전자 위치 검출을 위해서는 전동기의 제 정수가 요구된다. 하지만, 제 정수는 부하 변동, 온도 변화, 자기 포화 등에 의해서 그 값이 변동하게 된다. 제 정수의 오차는 센서리스 제어 시스템에서 회전자 위치 추정 오차의 원인이 된다. 본 논문에서는 고성능의 센서리스 제어를 위한 제 정수 추정은 반드시 필요하므로, 간단한 제 정수 추정 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 위치 및 속도 추정 성능을 검증하였으며, 제 정수 추정에 대한 성능을 검증하였다.

3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 평형 유지를 위한 간단한 공간벡터 PWM 기법

고윤혁 한양대학교 대학원 2014 국내석사

3-레벨 중성점 다이오드 클램프(NPC) 멀티레벨 인버터는 우수한 토폴로지로 알려져 있다. 하지만 중성점 전압이 변동한다는 문제가 내재하고 있다. 본 논문에서는 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압을 제어하기 위해 전압변조 기술을 활용한 간단한 제어 기법이 제안하였다. 제안된 설계(Scheme)는 중성점 전압의 변동을 제어하는 요소를 포함하는 계산된 오프셋(Offset) 전압을 이용하여 중성점 전압을 제어한다. 중성점 전압의 변동은 추가적인 노력 없이 간단히 보상되며, 통합 전압 변조에 쉽게 적용된다. 제안된 설계의 유효함은 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 검증하였다.

스마트 그리스와 연계된 실시간 전력 측정 및 통신 시스템

김태훈 한양대학교 대학원 2013 국내석사

The measurement of the power consumption is one of the critical factor in smart grid system. To measure the power consumption on each appliance, the communication module and measurement circuit are essential components. To overcome this problem, NILM(Non-Intrusive Load Monitoring) is proposed. However, the appliance that has low THD (Total Harmonic Distortion) and characteristics of input current is not easy to measure and detect. Therefore, the appliances that control brightness or temperature need communication module to transfer the power consumption data to NILM. In this paper, through the CCM PFC (Continuous Conduction Mode Power Factor Correction) circuit, modulate the 3rd harmonic of input current and characterize the input current on appliances. And NILM perform the frequency analysis and detect the appliances. With the specific pattern of the 3rd harmonic modulation, NILM can receive the power consumption data and appliance code. 최근 IT 기술의 발전과 스마트 기기의 보급으로 스마트 홈 시스템에 대한 관심이 높아 지고 있다. 이러한 스마트 홈 시스템은 언제, 어디서든 가정 내 모든 전자기기의 상태를 파악하고 제어 할 수 있게 하는 기술이다. 스마트 홈 시스템은 스마트 그리드 기술과 맞물려 가전기기의 전력 사용량을 관리하고 전력 공급자와 수요자의 정보 공유를 통해 가정의 에너지 사용을 효율적으로 관리 할 수 있게 하는 중요한 기능을 가지고 있다. 이러한 스마트 그리드 시스템 구성을 위해 가전 기기별 전력 사용량의 감시 및 제어는 필수적인 요소로 인식되고 있다. 그러나 전력 사용량 감시를 위해 개별 가전기기에 모두 전력 측정기 및 통신기기를 사용하는 것은 비용 및 효율에 있어 바람직하지 못한 방법이다. 이러한 문제를 위해 각 가정의 계통 전원 입력 단자에서 전체 사용 전류를 측정하고 측정된 전력의 특징을 분석하여 개별 기기의 전력 사용을 측정하는 NILM(Non-Intrusive Load Monitoring) 기술이 각광받고 있는데 NILM 은 입력 전류의 THD, 시변화 특성, Active Power와 Reactive Power 등의 정보를 통해 개별 기기를 식별하고 전력 사용량을 측정하는 방법이다[]. NILM의 단점은 전력을 사용하는 기기의 특징이 적고 설정에 따라 전력 사용량이 변하는 기기의 식별과 측정이 어렵다는 점이다. 특히 냉장고, 에어컨, TV 등과 같은 기기는 각각 온도, 밝기 등의 설정에 따라 전력 소모량이 바뀌고 PFC(Power Factor Correction) 회로가 적용된 기기는 THD 및 Active/Reactive Power 특징이 없어 식별이 어렵다. 이에 따라 이러한 기기에는 기기의 온/오프 및 전력 사용량 정보를 스마트 그리드 기기에 특정한 통신 방법을 통해 전달해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 PFC 의 입력 전류 제어를 통해 추가적인 통신 기기를 통하지 않고 기기의 전력 사용에 특징을 부여하여 스마트 그리드 기기와 통신하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 입력 전류의 3차 고조파 크기를 변조하여 전체 전력을 감시하고 있는 NILM에 정보를 보내는 방식이다. 제안한 방식의 장점은 별도의 하드웨어 추가 없이 기존의 PFC 회로의 제어 변수를 변조함으로써 기기의 동작상태 및 전력 소모량에 대한 정보를 전달할 수 있어 비용을 저감 시킬 수 있으며 하나의 NILM 통해 다수의 PFC 적용 기기에 대한 전력 감시를 할 수 있는 점이다. 제안한 전력 사용량 감시 기법의 타당성은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하였다.

고승압용 인터리브드 부스트 방식의 태양광 모듈 집약형 컨버터

이귀준 한양대학교 대학원 2012 국내박사

태양광 모듈은 비선형 출력 특성을 가지며, 일사량과 온도 등의 외부 환경에 의하여 출력이 항상 가변하기 때문에, 태양광 에너지의 효과적인 이용을 위해서는 이에 적합한 전력변환시스템이 요구된다. 지금까지는 다수의 태양광 모듈을 직병렬로 연결하여 대용량 인버터를 통해 계통에 연계하는 방식이 일반적이었지만, 중앙집중형 MPPT 제어로 인한 전력손실이 발생하고 시스템 확장 및 유지, 보수에 어려움을 갖고 있다. 따라서 최근에는 소용량의 모듈 집약형 컨버터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 태양광 모듈 마다 독립적인 MPPT 제어가 가능하여 에너지 이용률을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 하지만 태양광 모듈의 출력이 저전압 (20~50 V) 이므로 이를 계통에 연계하기 위하여 고승압 전력변환이 요구되며, 이를 위한 복잡한 회로 구성은 시스템의 효율을 감소시키고 가격을 상승시키는 요인이 된다. 본 논문은 태양광 모듈 집약형 컨버터에 적합한 전력변환 토폴로지를 제안하고, 시스템 모델링을 통한 효과적인 제어를 구현할 뿐만 아니라, 새로운 적응형 MPPT 제어를 제안한다. 제안된 모듈 집약형 컨버터는 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터의 2 단계로 구성되며, DC-DC 컨버터는 인터리브드 부스트 컨버터 방식을 적용하여 태양광 모듈의 저전압을 계통연계에 필요한 고전압 (380 V) 로 증폭하고, DC-AC 인버터는 풀브리지 인버터 방식을 적용하여 증폭된 전압을 교류 상용전원 (220 V) 에 연계한다. 적용된 인터리브드 부스트 컨버터는 고주파 변압기와 배전압 정류회로를 사용하여 효과적인 고승압이 가능하며, 추가적으로 능동 클램핑 회로를 적용하여 변압기의 누설 인덕턴스로 인한 주 스위치 턴-오프 시 발생하는 전압 스트레스를 저감하고, 턴-온 시 영전압 스위칭을 이루어 스위칭 손실 및 정류 다이오드의 역회복 손실을 저감한다. 또한 단상 풀브리지 인버터에는 LCL 필터를 적용하여 고조파 성분을 효과적으로 저감할 뿐만 아니라 필터 크기 및 부피를 저감시키고, 추가적인 댐핑 저항 없이 능동 댐핑 기법을 적용하여 손실을 저감시킨다. 더욱이 각각의 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터의 모델링을 통해 입력전압/전류, DC 링크 전압, 계통전류를 효과적으로 제어하여 시스템의 성능이 개선되고 신뢰성이 확보된다. 제안된 MPPT 방법은 가변 조정계수를 이용하며, 태양광 모듈의 출력이 가변되는 상황에서 일정한 MPPT 성능을 확보할 수 있다. 또한 오차 변수에 나누기 연산이 포함되지 않기 때문에 디지털 제어기 구현 시 연산시간을 감소시킬 수 있고, 특히 태양광 모듈의 기준전압 변동이 작아지는 MPP 에서 안정적인 출력을 얻을 수 있다. 제안된 태양광 모듈 집약형 컨버터의 동작 및 MPPT 제어 방법에 대한 타당성을 검증하기 위해 300W 급 모듈 집약형 컨버터에 대한 실험을 수행하여 증명한다.