스마트그리드의 탭 전환 자동 전압 조정기의 다중 스위칭 제어 방법 및 활용 방안에 관한 연구 = A Study on the Utilization and Control Method of Hybrid Switching Tap Based Automatic Voltage Regulator on Smart Grid

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 수용가의 에너지 절감과 최대수요전력 제어를 위하여 마이크로프로세서를 이용한 자동 전압 조정기(AVR)를 제안한다. 제안한 자동 전압 조정기(HS-AVR : Hybrid Switching Automatic Voltage Regulator)는 토로이달 코어에 1개의 직렬 권선과 분리된 4개의 분로 권선으로 구성되어 있는 단권변압기를 사용한다. 변압기의 전압 조정은 직렬 권선과 분로 권선의 연결 방법에 따라 감압/승압이 가능하다. 스위치는 릴레이와 트라이악을 병행하여 사용한다. 스위치의 조작 시 발생하는 권선의 여자돌입전류를 제어하기 위하여 트라이악을 이용하여 연결 상태를 변경하고, 연결 상태 유지 시에는 릴레이를 이용함으로써 스위치 소비 전력을 최소화 한다. 제어 신호는 여자 돌입 전류를 줄이기 위하여 전압 파형에 동기화 하여 제어되며 이를 위하여 소프트웨어 PLL을 사용한다. 소프트웨어 PLL은 전압 파형의 제로크로스, 전압 최고점 등의 동기화에 사용함으로써 스위치와 시스템을 최소화한다. 기존 전압 조절 스위치나 자동 전압 조정기 구조는 여자 돌입 전류로 인한 스위치 접점 손상을 막기 위하여 최대전류를 수용할 수있는 용량으로 구성함으로써 장치 크기가 매우 커지는 문제점이 있었다. 본 논문은 이런 문제를 해결하여 자동 전압 조정기의 크기를 줄이고 효율을 높이는 방법을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we propose a microprocessor-based automatic voltage regulator(AVR) to reduce consumers' electric energy consumption and to help controlling peak demanding power. Hybrid Switching Automatic Voltage Regulator (HS-AVR) consist of a toroidal core, several tap control switches, display and command control parts. The coil forms an autotransformer which has a serial main winding and four parallel auxiliary windings. It controls the output voltage by changing the combination of the coils and the switches. Relays are adopted as the link switches of the coils to minimize the loss. To make connecting and disconnecting time accurate, relays of the circuit have parallel TRIACs. A software phase locked loop(PLL) has been used to synchronize the timings of the switches to the voltage waveform. The software PLL informs the input voltage zero-crossing and positive/negative peak timing. The traditional voltage transformers and AVRs have a disadvantage of having a large mandatory capacity to accommodate maximum inrush current to avoid the switch contact damage. But we propose a suitable AVR for every purpose in smart grid with reduced size and increased efficiency.

참고문헌 (Reference)

1 김진백, "스마트그리드에서 수요반응을 위한 IHD 및 홈 에너지 관리 포털 디자인 프레임워크" 엘지씨엔에스 10 (10): 67-88, 2011

2 Rob van Gerwen, "Smart Metering"

3 R. W. Beck, "Distribution Efficiency Initiative Final Report" Northwest Energy Efficiency Alliance 2007

4 Niu Yixia, "Design of Regulator Digitally Controlled With 89C51 SCM" 4-511-4-515, 2007

5 Tae-Seop Choi, "Analysis of Energy Savings using In-Home Display(IHD)" 535-536, 2009

6 David Crossley, "Advanced Metering for Energy Supply in Australia" Energy Future Australia Pty Ltd 2007

7 C. Hernandez, "A different AC Voltage Regulator Based on Tapped Transformer" 180-184, 2010