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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 朴晟閔
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2019
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오늘날 전력변환장치는 많은 전기ㆍ전자제품에 적용되고 있고, 특히 신재생에너지, 전기자동차와 같은 미래 에너지 산업분야에 핵심 부품으로서 중요한 역할을 한다. 다양한 응용분야에서의 전력변환장치가 제품 속에서 차지하는 부피는 그 중요성만큼 작지 않다. 따라서 전력변환장치의 부피를 줄여 전력밀도를 높이기 위한 연구가 활발히 수행되어지고 있다.
단상 컨버터 시스템의 저주파 리플 전력은 시스템 성능을 저하시킨다. 일반적으로 저주파 리플 전력을 제거하기 위해 DC링크의 커패시턴스를 높이거나 구현하기 쉬운 LC필터를 사용하는 수동 디커플링 방식이 사용된다. 여기에 가장 많이 쓰이는 전해 커패시터의 크기와 수명은 시스템의 전력 밀도와 수명에 가장 큰 영향을 끼친다.
최근 긴 수명을 갖는 고전력밀도 전력변환장치를 위한 능동 전력 디커플링(Acitve Power Decoupling: APD)회로가 많은 관심을 받고 있다. APD 방법의 기본적인 아이디어는 여분의 능동 스위치 회로에 의해 리플 전력을 상대적으로 작은 크기와 긴 수명을 갖는 다른 특정 에너지 저장요소로 전환시키는 것이다. 단상 컨버터에 APD회로를 적용함으로써 DC링크 커패시터의 용량을 줄이는 것과 동시에 기존의 전해 커패시터 대신 필름 커패시터를 사용하여 시스템 수명을 늘리고 높은 전력 밀도를 달성할 수 있다.
본 논문에서는 벅-타입과 커패시터-분할-타입 APD회로의 동작 원리를 분석하고, 최적 커패시턴스를 계산하며 각 APD회로를 위한 알고리즘을 제안한다. APD회로의 동작과 제안된 알고리즘의 검증을 위해 MATLAB 시뮬레이션과 Hardware In the Loop Simulation(HILS)기반 실험을 진행하였다.
단상 컨버터 시스템의 저주파 리플 전력은 시스템 성능을 저하시킨다. 일반적으로 저주파 리플 전력을 제거하기 위해 DC링크의 커패시턴스를 높이거나 구현하기 쉬운 LC필터를 사용하는 수동 디커플링 방식이 사용된다. 여기에 가장 많이 쓰이는 전해 커패시터의 크기와 수명은 시스템의 전력 밀도와 수명에 가장 큰 영향을 끼친다.
최근 긴 수명을 갖는 고전력밀도 전력변환장치를 위한 능동 전력 디커플링(Acitve Power Decoupling: APD)회로가 많은 관심을 받고 있다. APD 방법의 기본적인 아이디어는 여분의 능동 스위치 회로에 의해 리플 전력을 상대적으로 작은 크기와 긴 수명을 갖는 다른 특정 에너지 저장요소로 전환시키는 것이다. 단상 컨버터에 APD회로를 적용함으로써 DC링크 커패시터의 용량을 줄이는 것과 동시에 기존의 전해 커패시터 대신 필름 커패시터를 사용하여 시스템 수명을 늘리고 높은 전력 밀도를 달성할 수 있다.
본 논문에서는 벅-타입과 커패시터-분할-타입 APD회로의 동작 원리를 분석하고, 최적 커패시턴스를 계산하며 각 APD회로를 위한 알고리즘을 제안한다. APD회로의 동작과 제안된 알고리즘의 검증을 위해 MATLAB 시뮬레이션과 Hardware In the Loop Simulation(HILS)기반 실험을 진행하였다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 최근 연구 동향 21.3 논문의 내용 및 구성 3제 2 장 수동 전력 디커플링 방법 42.1 전통적인 수동 디커플링 방법이 적용된 단상 AC/DC컨버터 42.1.1 단상 AC/DC 컨버터의 리플 전력 42.1.2 DC링크 커패시터 용량 선정 7제 3 장 벅-타입 능동 전력 디커플링 방법 103.1 벅-타입 능동 전력 디커플링 회로 103.1.1 벅-타입 능동 전력 디커플링 회로의 동작 113.1.2 벅-타입 능동 전력 디커플링 회로 분석 및 커패시턴스 선정 123.2 벅-타입 능동 전력 디커플링 회로의 제어 알고리즘 143.2.1 벅-타입 APD회로의 듀티사이클 계산 방법 143.2.2 가변 스텝이 적용된 최적 보상 이득 추적 알고리즘 163.3 MATLAB 시뮬레이션 183.2.1 가변 스텝을 적용한 벅-타입 APD회로의 시뮬레이션 결과 183.2.2 최적 커패시턴스를 적용한 벅-타입 APD 회로 203.4 결 론 21제 4 장 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 방법 224.1 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 회로 224.1.1 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 회로 분석 및 커패시턴스 선정 234.2 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 회로의 제어 알고리즘 264.2.1 기존의 제어 전략 264.2.2 제안하는 가상 d-q 제어 전략 274.3 MATLAB 시뮬레이션 294.3.1 커패시터-분할-타입 APD회로의 시뮬레이션 결과 294.4 결 론 32제 5 장 실험 결과 335.1 RCP 및 HIL 기술을 적용한 실험 335.1.1 Rapid Control Prototyping 345.1.2 Hardware In the Loop 345.1.3 HIL와 RCP를 적용한 실험 환경 구성 355.2 세 가지 리플 전력 디커플링 방법의 비교 365.2.1 디커플링 방법에 따른 최적 커패시턴스 365.2.2 HILS 기반 실험 파라미터와 커패시터의 부피 비교 375.2.3 디커플링 방법에 따른 DC링크 전압 HILS 실험 결과 395.3 수동 디커플링 방법 405.2.1 수동 디커플링 방법의 HILS 실험결과 405.4 벅-타입 능동 전력 디커플링 방법 415.4.1 벅-타입 능동 전력 디커플링 방법의 HILS 실험 결과 415.4.2 가변스텝을 적용한 최적 보상 이득 알고리즘의 부하 변동 실험 결과 425.5 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 방법 455.5.1 커패시터-분할-타입 능동 전력 디커플링 방법의 HILS 실험 결과 45제 6 장 결 론 46참 고 문 헌 47Abstract 50감사의 글 51
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