ESS 기능을 포함한 계통 최대전력 제한형 SMPS 구현 = Implementation of SMPS for limiting grid peak power including ESS function

국문 초록 (Abstract)

최근 PC, 에어컨 등 가전제품들의 성능이 향상되면서 가정에서 사용되는 전력량이 늘어나고 있다. 그중에서도 저녁 시간대의 전력 사용량이 급증하고 있고, 이에 따라 계통 최대전력도 높아지고 있다. 계통 최대전력이 높아지면 전력 소자에 가해지는 부하가 커져 제품의 수명이 줄어들고, 최대전력이 계약전력을 초과해 전기료가 상승하게 된다. 이에 본 논문에서는 계통에서 공급하는 전력을 제한하고 부족한 전력을 ESS에서 보급하는 SMPS를 제안한다.
제안한 SMPS는 ESS를 포함하고 있어 저전력 상태에서 ESS에 전력을 충전하고, SMPS 출력 전력이 계약전력을 초과할 경우, 계통에서 공급하는 전력을 제한하고 부족한 전력을 ESS에서 보상한다. 이 SMPS 시스템은 계통에서 공급하는 전력이 계약전력을 초과하는 것을 방지해 전기료 감면 효과를 보일 수 있고, 계통전력을 안정화에도 긍정적인 영향을 끼칠 수 있다.
기술의 발전으로 전력 수요는 늘어나고 있다. 본 논문에서는 단일 제품에 ESS를 추가하는 방안을 제안하고 있다. 현 기술이 발전한다면 Data Center 같은 대전력 시스템에도 적용할 수 있다. 대전력 시스템의 ESS를 적용하여 계통 최대전력 완화, UPS 기능 등 여러 ESS 기능에 활용할 수 있다. 대전력 시스템에 적용한다면 더 효율적인 효과를 보일 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the performance of home appliances such as PCs and air conditioners has improved, household power consumption has increased. In particular power usage surges during the evening hours leading to higher grid peak power. When the grid peak power increases the electrical stress on power components rises shortening product lifespan. Moreover if the peak power exceeds the contracted power electricity costs also increase. To address this issue this paper proposes an SMPS that limits the power supplied from the grid and supplements the insufficient power using an ESS.

The proposed SMPS includes an ESS that charges during low-power operation and when the SMPS output power exceeds the contracted limit restricts the power drawn from the grid while compensating the shortage from the ESS. This SMPS system can reduce electricity costs by preventing the grid power from exceeding the contracted value and can also contribute positively to grid stabilization.

As technology advances overall power demand continues to grow. This paper proposes adding a ESS to a single device. With further technological development this approach can be applied to large-scale power systems such as data centers. By integrating ESSs into high-power systems the proposed method can be utilized for grid peak power reduction UPS functionality and other ESS applications demonstrating even greater efficiency in large-scale implementations.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 및 목적 1
• 1.2. 개요 4
• II. Droop Control 기반 계통전력 제한 회로 설계 5
• 2.1. Droop Control 기반 계통 제한 회로 5
• 2.1.1. Droop Control 동작 원리 5
• 2.1.2. Droop Control 설계 8
• 2.2. Droop Control 기반 계통 제한 회로 동작 모의실험 11
• 2.2.1. 기존 Dual Forward Converter 동작 모의실험 11
• 2.2.2. Dual Forward Converter with Droop Control 동작 모의실험 및 결과 13
• 2.3 Droop Control 기반 계통 제한 회로 동작 프로토타입 실험 17
• 2.3.1. 프로토타입 제안 회로 구성 17
• 2.3.2. 프로토타입 제안 회로 실험 조건 및 실험 결과 18
• III. ESS 보상 회로 및 통합 최대전력 저감형 SMPS 구현 21
• 3.1. ESS 보상 제안 회로 구성 21
• 3.1.1. ESS 보상 제안 회로 동작 원리 21
• 3.1.2. ESS 보상 제안 회로 모드 분석 23
• 3.1.3. ESS 보상 제안 회로 제어 방식 25
• 3.1.4. ESS 보상 제안 회로 모의실험 27
• 3.2. 통합 최대전력 저감형 SMPS 제안 회로 설계 32
• 3.2.1. 통합 제안 회로 동작 원리 32
• 3.2.2. 통합 제안 회로 모드 별 동작 모드 분석 33
• 3.2.3. 통합 제안 회로 모의실험 38
• 3.2.4. 통합 제안 회로 알고리즘 44
• 3.3. 통합 최대전력 저감형 SMPS 실험 46
• 3.3.1. 프로토타입 통합 제안 회로 구성 46
• 3.3.2. 프로토타입 통합 제안 회로 실험 조건 및 실험 결과 47
• 3.3.3. 기존 회로와 프로토타입 제안 회로 전력량 비교 실험 54
• IV. 결론 57
• V. 향후 계획 58
• 참고 문헌 60
• Abstract 62