연료전지 발전시스템 구현을 위한 전력변환장치 하드웨어 세부설계 = Detailed Design of Power Conversion Device Hardware for Realization of Fuel Cell Power Generation System

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In addition to the stack that directly generates electricity by the reaction of hydrogen and oxygen, the fuel cell power generation system has a reformer that generates hydrogen from various fuels such as methanol and natural gas. It also consists of a power converter that converts the DC voltage generated in the stack into a stable AC voltage. The fuel cell output of such a system is direct current, and in order to be used at home, an inverter device that converts it into alternating current through a power converter is required. In addition, a DC-DC step-up converter is used to boost the fuel cell voltage to about 30~70V, which is the inverter operating voltage, to about 380V. The DC-DC step-up converter is a DC voltage variable device that exists between the fuel cell output and the inverter.
Accordingly, since a constant output voltage of the converter is generated in response to a change in the output voltage of the fuel cell, the inverter can receive constant power regardless of the voltage change of the fuel cell. Therefore, in this paper, we discuss the detailed hardware design of the full-bridge converter, which is the main power source of the inverter that receives the fuel cell output voltage (30~70V) as an input and is applied to the grid among the members of the fuel cell power generation system.

국문 초록 (Abstract)

연료전지 발전시스템은 수소와 산소의 반응 작용에 의해 직접 전기를 발생하는 스택(Stack) 이외에 메탄올, 천연가스 등 각종 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기와 스택에서 발전된 직류전압을 안정된 교류전압으로 변환시켜주는전력변환기 등으로 구성되어진다. 이러한 시스템의 연료전지 출력은 직류로 가정에서 사용하기 위해서는 전력변환장치를 통하여 교류로 변환시키는 인버터 장치가 필요하다. 또한 연료전지 전압이 30∼70V 정도로 이를 인버터 동작 전압인380V 정도로 승압하기 위하여 DC-DC 승압형 컨버터를 사용한다. DC-DC 승압형 컨버터는 연료전지 출력과 인버터사이에 존재하는 직류전압 가변장치로 연료전지 출력전압의 변동에 반응하여 컨버터의 일정 출력전압을 만들어 내므로인버터는 연료전지의 전압 변동에 무관하게 일정한 전원을 공급 받을 수 있다. 따라서 본 논문에서는 연료전지발전 시스템의 구성 원 중 연료전지 출력전압(30∼70V)을 입력으로 받아 계통연계에 적용되는 인버터의 주요 전원인 풀 브리지(Full-Bridge) 컨버터의 하드웨어 세부설계에 대하여 논하고자 한다.

참고문헌 (Reference)

1 윤용호, "전력변환장치 설계를 통한 연료전지 발전시스템 구성" 한국인터넷방송통신학회 21 (21): 129-134, 2021

2 김재문, "연료전지 철도차량 적용을 위한 인터리브드 다상 승압형 컨버터 제어" 대한전기학회 65 (65): 1925-1930, 2016

3 윤용호, "연료전지 발전시스템을 이용한 승강장 스크린 도어 제어용 BLDC 전동기 구동 모델링" 대한전기학회 66 (66): 968-974, 2017

4 김종수 ; 강현수 ; 최규영 ; 이병국, "동적변화에 강인한 연료전지 발전시스템의 저주파 리플전류 제거 알고리즘 개발" 대한전기학회 58 (58): 1720-1727, 2009

5 "Fuel Cell Handbook" EG&G Technical service, Inc U.S. Department of Energy 2004

6 H. H Kim, "Fuel Cell Generation System Combined Interleaved Full-bridge Converter with Half-bridge Inverter" 518-519, 2012