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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최의민
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수31
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2023
2022
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태양 에너지 발전 (Solar energy generation) 시스템에서 대부분의 비중을 차지하는 태양광 발전 (Photovoltaic generation) 시스템에서 태양광 인버터는 가장 많은 고장 원인과 유지 및 보수 비용을 차지한다. 태양광 인버터에서 전력 반도체 소자와 DC-link 커패시터는 시스템의 신뢰성에 가장 많은 영향을 미치는 구성 요소이다. 전력 손실로 인한 열-스트레스는 전력 반도체 소자 및 DC-link 커패시터의 마모 고장을 유발한다. 이러한 신뢰성 취약 소자들의 신뢰성을 향상시키기 위해 다양한 전압 변조 방법들이 제안되었다. 하지만, 선행 연구들에서 제안하는 전압 변조 방법들이 전력 반도체 소자와 DC-link 커패시터의 신뢰성에 미치는 영향에 대해 동시에 고려되지 않았다.
본 논문에서는 전력 반도체 소자와 DC-link 커패시터의 신뢰성을 모두 고려하여 3-레벨 중성점 클램핑(3-level neutral point clamped, 3-level NPC) 인버터의 신뢰성을 향상시키기 위한 공간 벡터 변조 방법(Space vector pulse width modulation, SVPWM)을 제안한다. 기존의 SVPWM과 비교하여, 제안하는 SVPWM 출력 전류의 전고조파왜율(Total harmonic distortion, THD)은 1.34 %에서 3.41 %으로 증가하였지만, 가장 신뢰성이 취약한 전력 반도체 소자의 전력 손실은 37.4 W에서 32.4 W로 감소하였고 DC-link 커패시터의 전력 손실 또한 2.8 W에서 0.2 W로 감소하였다. 미국 애리조나에서 측정된 태양광 발전 시스템의 미션 프로파일을 고려한 B10 수명의 경우, 제안하는 SVPWM이 적용되었을 때 태양광 인버터 시스템 수준의 B10 수명은 32.4년으로 기존 SVPWM에 비해 약 12년 증가하였다. 제안하는 SVPWM의 실현 가능성 및 타당성과 유효성을 검증하기 위해 실험을 통해 기존 SVPWM과 비교 분석한 결과, 20 kHz 대역에서 중성점 전류의 고조파의 크기는 6 A에서 0.9 A로 감소하였고 출력 전류의 20 kHz 대역 고조파 성분은 증가했지만 출력 전류 및 선간 전압에 큰 왜곡 없이 NPC 인버터가 동작하였다. 따라서, 제안하는 SVPWM은 태양광 발전 시스템 뿐만 아니라 3-레벨 NPC 인버터가 사용되는 다양한 전력 응용 분야의 신뢰성 향상에 활용할 수 있다.
본 논문에서는 전력 반도체 소자와 DC-link 커패시터의 신뢰성을 모두 고려하여 3-레벨 중성점 클램핑(3-level neutral point clamped, 3-level NPC) 인버터의 신뢰성을 향상시키기 위한 공간 벡터 변조 방법(Space vector pulse width modulation, SVPWM)을 제안한다. 기존의 SVPWM과 비교하여, 제안하는 SVPWM 출력 전류의 전고조파왜율(Total harmonic distortion, THD)은 1.34 %에서 3.41 %으로 증가하였지만, 가장 신뢰성이 취약한 전력 반도체 소자의 전력 손실은 37.4 W에서 32.4 W로 감소하였고 DC-link 커패시터의 전력 손실 또한 2.8 W에서 0.2 W로 감소하였다. 미국 애리조나에서 측정된 태양광 발전 시스템의 미션 프로파일을 고려한 B10 수명의 경우, 제안하는 SVPWM이 적용되었을 때 태양광 인버터 시스템 수준의 B10 수명은 32.4년으로 기존 SVPWM에 비해 약 12년 증가하였다. 제안하는 SVPWM의 실현 가능성 및 타당성과 유효성을 검증하기 위해 실험을 통해 기존 SVPWM과 비교 분석한 결과, 20 kHz 대역에서 중성점 전류의 고조파의 크기는 6 A에서 0.9 A로 감소하였고 출력 전류의 20 kHz 대역 고조파 성분은 증가했지만 출력 전류 및 선간 전압에 큰 왜곡 없이 NPC 인버터가 동작하였다. 따라서, 제안하는 SVPWM은 태양광 발전 시스템 뿐만 아니라 3-레벨 NPC 인버터가 사용되는 다양한 전력 응용 분야의 신뢰성 향상에 활용할 수 있다.
목차
요약 ⅰ표목차 ⅲ그림목차 ivI. 서 론 1II. 3-레벨 NPC 인버터와 전압 변조 방법 71. 3-레벨 NPC 인버터 72. NPC 인버터의 전압 변조 방법 11III. 태양광 인버터에서 전압 변조 방법에 따른 신뢰성 분석 191. 전력 반도체 소자와 커패시터의 전력손실과 열부하 202. 전력 반도체 소자와 커패시터의 수명 모델과 누적 손상 273. 전력 반도체와 커패시터를 모두 고려한 인버터 신뢰성 분석 31IV. 실험 결과 35V. 결 론 41참고문헌 42영문초록(Abstract) 46감사의글
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