주문형 전력기기의 전력 계통 연계와 초기 동작 안정성 확보를 위한 위상 동기화율의 정량화 연구

박주헌 가천대학교 일반대학원 2022 국내석사

본 논문에서는 주문형 전력기기의 전력 계통 연계와 초기 동작 안정성 확보를 위하여 위상 동기화의 위상 동기화의 정량화 방안을 제시한다. DQ 변환과 PI제어기를 사용한 위상 동기화(Phase Locked Loop : PLL) 알고리즘을 사용하는 주문형 전력기기에 있어 동기화의 정도를 정량적으로 제공할 수 있는 동기화율 방안을 제시한다. 동기화의 정도를 정량적으로 표현하기 위하여 위상 동기화를 정량적으로 표현할 수 있는 변수들을 분석하였으며 동기화율로 사용하기에 적합한 변수들을 채택해 재정량화를 수식적으로 도출하였다. 모의실험을 통하여 동기화율의 적합성을 검증한 결과 단독적인 변수로 동기화율을 표현하는 것보다 다양한 변수들을 활용하여 동기화율을 표현하는 것이 정확성과 안정성 면에서 저하되지 않는 결과를 보였으며 정상상태에서도 그 안정성이 보장될 수 있다고 판단하였다. 이에 따라 계통에 연계되는 주문형 전력기기에 적용하는 것이 적합할 것으로 판단되었다. 이러한 다양한 변수들을 활용한 동기화율 정량화 방안은 DQ 변환과 PI 제어기를 사용한 PLL을 사용하는 PCS 등의 인버터에 활용되어 인버터를 동작시키고 모니터링 하는 사용자에게 동기화의 정도를 정량적으로 제공하여 시스템의 구동 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

전기자동차용 추진 시스템의 고효율/소형화를 위한 SiC 전력반도체 적용에 따른 손실 분석 및 방열 시스템 검증

조성래 가천대학교 일반대학원 2022 국내석사

본 논문은 전기자동차용 인버터 시스템의 전력변환 장치에 영향을 미치는 전력용 반도체의 소자 별 전력 손실과 발열 온도를 PSIM社의 Thermal Module 기능을 이용하여 분석하고, 이를 통하여 방열판의 접촉 면적과 부피의 소형화 및 경량화가 가능함을 열 등가회로가 적용된 모의실험을 통하여 검증하였다. 차세대 WBG 소자인 SiC(실리콘 카바이드) 전력반도체 소자는 Si(실리콘) 대비 높은 밴드 갭, 큰 전계 강도, 높은 열전도율 등의 물질 특성을 가지고 있으며, 이러한 새로운 소자에 대한 연구 및 개발은 지속적으로 이루어지고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 현재 전기자동차에 일반적으로 사용되고 있는 Si-IGBT 전력반도체 스위칭 소자와 WBG 소자가 적용된 SiC-MOSFET 전력반도체 스위칭 소자를 모의실험을 통해 비교하여 각각의 손실과 접합온도를 도출하여 이를 비교할 수 있었다. PSIM社의 Thermal Module 기능과 기존 설계된 유도전동기 및 동일한 성능의 Si-IGBT 스위치 모듈과 SiC-MOSFET 스위치 모듈을 이용한 모의실험 수행 결과, SiC-MOSFET 전력용 반도체 스위치 모듈을 이용한 인버터의 손실은 Si-IGBT 전력용 반도체 스위치 모듈을 이용한 인버터의 손실보다 약 942.84[W] 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 또한, 열 등가회로를 이용한 트랜지스터의 접합온도를 분석한 결과, 유사한 방열 성능 및 접합온도를 가질 때 방열판의 열 저항이 SiC-MOSFET의 경우 Si-IGBT 대비 약 8.3배 임을 알 수 있었으며, 이를 통해 동일 방열판의 형태와 두께 적용 시 방열판의 넓이는 12.05% 수준으로 축소가 가능함을 검증하였다. 이는 제한된 범위 내에서 에너지를 사용하는 전기자동차의 인버터 방열 설계에 적용 시 Si 기반의 전력용 반도체 사용 대비 SiC 전력용 반도체를 사용할 때, 12% 정도의 접촉 면적의 소형화 및 경량화가 가능하며, 상대적으로 고효율 구동에 따른 주행거리 상승 및 낮은 에너지 소비가 가능할 것으로 판단된다. In this paper, the power loss and heat temperature of each element of the power semiconductor that affects the power conversion device of inverter system for an electric vehicle is analyzed using PSIM's Thermal Module function and according to the result, the miniaturization and weight reduction of the contact area and volume of the heat sink was verified through a simulation using a thermal equivalent circuit. SiC(Silicon carbide) power semiconductor device, which are next generation WBG, have material properties such as high band gap, large electric field strength, and high thermal conductivity compared to Si(silicon), and research and development for these new devices are continuously being made. Accordingly, in this paper, Si-IGBT power semiconductor switching device, which is currently used in electric vehicle, and SiC-MOSFET power semiconductor switching device, to which WBG is applied, are compared through simulation and the respective losses and junction temperatures are compared and verified. As a result of conducting simulations using PSIM's thermal module function, the previously designed induction motor, and the Si-IGBT switch module and SiC-MOSFET switch module with the same performance, it was confirmed that the power loss of inverter using the SiC-MOSFET power semiconductor switch module was reduced by about 942.84[W] than that of the inverter using the Si-IGBT power semiconductor switch module. In addition, as a result of analyzing the junction temperature of the transistor using the thermal equivalent circuit, it was found that the thermal resistance of the heat sink in case of SiC-MOSFET is about 8.3 times that of Si-IGBT when it has similar heat dissipation performance and junction temperature, and through this, it was verified that the width of the heat sink can be reduced to the level of 12.05% when the same shape and thickness of the heat sink are applied. According to these results, when applied to the inverter heat dissipation design of an electric vehicle that uses energy within a limited range, when using a SiC power semiconductor compared to using a Si-based power semiconductor, the contact area can be reduced by 12% and driving distance is expected to increase and energy consumption to be low due to the light weight and high efficiency.

차동전력조절 구조 기반 태양광 발전 시스템의 전력 생산 효율화 및 안정성 개선을 위한 새로운 MPPT 제어 방식

최종용 가천대학교 일반대학원 2023 국내석사

본 논문에서는 차동전력조절(Differential Power Processing ; DPP) 구조 기반 태양광 발전 시스템에서 전력 생산 효율 향상을 위한 새로운 MPPT 제어 방식을 제안한다. 태양광 발전시스템에서 PV 패널의 생산 전력을 최대화하기 위해 최대전력점(Maximum Power Point ; MPP)을 찾고 전력을 생산할 수 있도록 제어를 수행해야 되며 이를 최대전력점추종(Maximum Power Point Tracking ; MPPT)라고 한다. 이미 태양광 발전시스템에 PV 패널의 전력 생산을 최대화하기 위해 다양한 MPPT 제어 기법들이 연구되었고 그중 가장 대표적으로 간단한 알고리즘으로 구현이 가능하고 많이 사용되고 있는 제어 기법은 바로 P&O 제어 기법이다. P&O 제어 기법은 구현하기 쉽다는 장점이 있지만 급격한 온도 변화에 취약하다는 단점을 가지고 있다. 또한, 전압 변동 크기인 값에 따라 최대전력점 지점에 도달하는 시간이 달라지는 단점이 있다. 이러한 단점으로 인하여 생산 전력 효율이 낮아질 수 있다. 따라서 기존의 P&O 문제점을 보완하여 생산 전력 효율을 증대시키는 연구가 필요하다. 이에 따라 본 논문에서는 P&O 제어 기법의 단점을 보완하고 전력 생산 효율을 증대시키기 위해 새로운 MPPT 제어 기법을 제안한다. 제안하는 MPPT 제어 기법은 P&O 기법과 다양한 조건에서 모의실험을 통해 비교하여 우수성을 검증하였다. 따라서 제안하는 MPPT 제어 기법을 차동전력조절 구조 기반 태양광 발전 시스템에서 사용시 전력 생산에서의 효율을 최대화에 기여할 수 있다고 판단된다.

주택용ESS의 DR시장 참여에 기반한 전력수요관리의 운용 방향과 경제성에 관한 연구

정주용 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내석사

주택에서 수요관리를 통한 소비자 반응에 참여할 수 있는 방안은 2가지로 구분된다. 우선 전기요금제도에 따라 수요측 반응을 하는 것으로 계절 시간별 요금제이다 그리고 최근 더욱 주목을 받고 있는 에너지쉼표(국민DR)과 아직까지는 제주지역에서만 적용되고 있는 플러스DR 이다. 주택용 전기를 사용하고 있는 고객이 기존 누진 요금제에서 계절 시간별 요금제로 변경할 수 있도록 고객의 요금제 선택권 강화 움직임이 생겨나고 있다. 누진 요금제는 전력 사용량이 증가함에 따라 순차적으로 높은 단가가 적용되는 요금제도로 전기를 적게 쓰는 사람에게는 낮은 요금을 부과하여 생활에 필요한 전기는 부담없이 쓰도록 하고 전기를 많이 쓰는 사람에게는 높은 요금을 부과하여 전기를 절약하도록 유도하며 현재 3단계의 누진제를 적용하고 있다. 계절 시간별 요금제(TOU-Time of Use)는 전력소비가 급증하는 계절 여름철 겨울철과 시간대 최대부하에는 높은 요금을 적용하고, 상대적으로 전력 소비가 적은 계절(봄, 가을철)과 시간대(경부하, 중간부하)에는 낮은 요금을 적용하는 요금제로 현재 제주지역에서 시범사업을 진행 중이다. TOU요금제 적용을 통해 전기요금 가격 기능에 의해 수요를 관리할 수 있어 전력 수급을 효율적으로 관리하고 신규 발전 시설 투자 부담을 줄이고 자원을 합리적으로 이용할 수 있는 장점을 가진다. 에너지쉼표(국민DR)은 2019년부터 전국적으로 적용되고 있는 주택 및 소규모 점포 상가의 수요관리 프로그램이다. 미세먼지나 전력수급 및 기온의 상황에 따라 감축요청이 전달된다. 최소 30분 전 알림에 1시간 지속 참여해야 한다. 현재 2만 고객에 가까운 소규모 참여자들이 활동하고 있다. 주택고객이 조명이나 냉장부하 등을 줄이는데 한계가 있기에 해외 사례처럼 주택용ESS를 활용하면 참여효과를 극대화 할 수 있다. 하지만 현시점에서 주택용 를 적용하기에는 투자비가 상당히 높기 때문에 주택의 세대주가 보편적으로 설치하기가 어려운 실정이다 . 본 논문에서는 이런 TOU요금제 적용의 장점을 극대화하고 국가 수요관리프로그램(국민DR, 플러스DR)에 자동으로 대응할 수 있는 주택용ESS의 효과를 확인하고 경제성을 분석하였다. Keywords : ESS(Energy Storage System), DR(Demand Response), Peak Management, TOU(Time of Use), Economic Feasibility

차동전력 PV-BUS 구조에서 새로운 MPPT 제어에 기반한 태양광 발전효율 및 확장성 극대화

이현재 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내박사

본 논문은 태양광 발전 설비의 발전효율 및 확장성을 극대화하기 위하여 차동전력 PV-BUS 구조 기반의 새로운 MPPT 제어 기법에 대하여 연구하고 적용 및 검증한다. 현재까지 설치되고 있는 태양광 발전 시스템의 경우 어 레이 단위당 하나의 인버터를 설치하거나 스트링 단위당 하나의 인버터를 설치하여 시스템을 구성한다. 이러한 구조의 시스템들은 그늘짐, 오물 등과 같이 외부요인에 의하여 PV 패널간의 전력 불균형이 발생할 수 있으며 전 력생산에 손실을 일으킨다. 이에 전력 불균형이 일어나더라도 시스템 생산 전력 손실을 최소화하기 위해 현재까지 연구된 다양한 시스템 구조를 비교 하고 분석하였다. 전력 불균형으로 일어나는 생산 전력 손실을 최소화하기 위하여 차동전력 조절 방식 중 PV-BUS 구조를 채택하였으며 확장성을 높이기 위하여 통신을 필요로 하지 않는 무통신 MPPT 제어 기법들을 제시한다. 이 중 부스트 컨 버터 측에는 IC-MPPT(Indirect Comparison MPPT) 기법을 제시하고 적용하 였으며 DPP 컨버터 측에는 RU-MPPT(Reference Update MPPT) 기법을 제시 하고 적용하였다. 모의실험을 수행한 결과 PV 패널의 다양한 일사량 변화 조건에서도 통 신 없이 IC-MPPT와 RU-MPPT가 정상적으로 동작함을 검증할 수 있었다. PV 패널에 그늘짐을 발생시켰을 경우 이상적인 회복 전력량 대비 평균 99.46[%]의 전력을 보상할 수 있음을 확인하였다. 실증실험을 수행한 결과 PV 패널의 다양한 일사량 변화 조건에서도 통신 없이 IC-MPPT와 RU-MPPT가 정상적으로 동작함을 검증할 수 있었다. 실증 실험에서는 PV-BUS 구조의 이상적인 회복 전력량 대비 평균 94.02[%]의 전 력을 보상할 수 있음을 확인하였다. 이러한 무통신 MPPT 제어 기법은 이미 설치된 태양광 발전 시스템에서 외부요인으로 인한 전력 손실이 예상치보다 많아진 경우에 적극적으로 사용 될 수 있으며 상대적으로 그늘짐 조건이 많은 BIPV(Building Integrated Photovoltaic)에 적용하여 전력 생산 효율을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

태양광 발전 시스템의 전력 생산 효율 개선을 위한 머신러닝 기반 손실 저감 기법에 대한 연구

한정원 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내석사

본 논문은 태양광 발전 시스템의 항시 최대전력을 생산하기 위해 적용되는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 기법 중 InC(Incremental Conductance) 제어 기법의 단점과 본질적인 한계점을 해결할 수 있는 방안을 제시한다. 또한 제안한 기법에 대하여 적용 및 검증한다. 태양광 발전 시스템은 일사량, 온도, 음영 또는 먼지와 같은 요인으로 인하여 전력 생산 효율이 상이해진다. 이에 항시 최대전력을 생산하기 위해 MPPT 제어 기법을 사용한다. 그중에서도 대중적으로 사용되고 있는 InC 제어 기법은 기울기의 크기를 기반으로 최대전력점을 추적하며 기울기의 크기는 전압변동값에 결정된다. 이때 기울기가 0일 때 최대전력지점임을 의미한다. 그러나 고정된 전압변동값으로 인하여 과도한 경우에는 최대전력점 추적 정확성이, 작은 경우에는 추적 속도가 저하되는 단점이있다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 기존의 InC 제어 기법에 에 상수값 α를 곱하여 전압 변동값의 크기를 가변 시키는 가변형 InC 제어 기법과 같은 제어 기법들이 제안되고 있으나 InC 제어기법과 가변형 InC 제어 기법 모두 초기에 전압변동값을 설정하거나 전압변동값의 크기를 결정하는 α값을 사용자가 지정해야한다. 이때 초기 설정된값에 의해 전력 생산 효율이 결정된다. 이에 따라 적절한 전압 변동값을 선정해야한다. 이에 본 논문에서는 InC 제어 기법보다 MPPT 성능이 개선된 가변형 InC 제어 기법의 전압변동값의 크기를 결정하는 α값을 최적화 하기 위해 머신러닝의 최적화 기법을 도입한 ML InC (Machine Learning Incremental Conductance) 제어 기법을 제안한다. 머신러닝은 목표함수를 최대화 하거나 최소화 하도록 최적화하여 학습시킨 후 현실 문제를 푸는 절차를 의미한다. 본 논문에서 최적화할 목표함수는 전압변동값의 크기를 결정하는 α값이며, 이 목표함수가 오차가 0인 지점 즉, 오차가 가장 작은 지점인 극소점을 찾아가는 경사하강법을 적용하였다. ML InC 제어 기법의 동작과정은 태양광 발전 시스템에서 생산할 수 있는 최대 전력과 MPPT를 수행하였을 때 생산된 전력의 차이를 최소화하는 조건을 설정한다. 이를 통해 α값을 최적화 하였다. ML InC 제어 기법의 성능을 검증하기 위해 모의실험을 진행하였다. ML InC 제어 기법을 통해 α도출된 값과 근사치에 존재하는 α값들의 생산된 누적 전력량을 비교하였다. 모의실험을 통해 얻은 결과 ML InC 제어 기법에서 최적화된 값이 가장 많은 전력을 생산하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 적절한 값이 선정된 것을 알 수 있었다. 이와 더불어 실증실험을 진행한 결과 모의실험과 동일한 결과를 얻을 수 있었으며 ML InC 제어 기법의 성능을 검증할 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 ML InC 제어 기법을 통해 태양광 발전 시스템의 전력 생산 효율이 향상 될 것으로 사료된다.

고조파 개별적 DQ변환에 기반한 정규화된 버터워스 필터의 설계적용에 의한 측정성능 개선

어진명 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내석사

고조파 개별적 DQ변환에 기반한 정규화된 버터워스 필터의 설계적용에 의한 측정성능 개선 본 논문은 고조파 개별적 DQ변환에 기반한 정규화된 버터워스 필터의 설 계적용에 의한 측정성능 개선 방안을 제시한다. 이러한 방안은 3상의 전압 혹은 전류를 2상으로 표현할 수 있도록 하는 DQ 변환을 사용하며 직류 성 분을 최적으로 필터링할 수 있도록 정규화된 버터워스 필터를 적용해 그 성 능을 높이는 방안을 의미한다. 이러한 고조파 측정 성능 개선을 위하여 개 별 DQ 변환 기반의 정규화된 버터워스 필터를 적용할 경우 고조파 측정을 위하여 한주기의 데이터를 지속적으로 필요로 하지않으면서 일반적인 개별 DQ 변환 기반의 LPF를 설계한 것 보다 더 정확성과 응답속도를 개선할 수 있다. 모의실험 결과 제안하는 방안으로 버터워스필터를 설계할 경우 기존 임의 적인 LPF를 사용하였을 때보다 전압 리플이 감소함을 보였으며 최소 18.22[%]의 응답속도를 개선할 수 있음을 확인하였으며, 고조파 전류의 크기 를 정상상태일 때 기존 FFT의 측정결과와 비교하였을 때 동일하게 나와 성 능의 정확성도 확인 되었다. 이러한 결과는 능동전력필터(Active Power Filter)와 같은 고조파를 보상하는 전력기기 및 고조파 측정 전력 분석기기 등에 적용하여 고조파 보상 성능 및 측정 성능을 높이는 데에 활용될 수 있 으리라 사료된다.

태양광 발전시스템의 출력성능 증대를 위한 변동제한 퍼지추론 MPPT가 적용된 DPP 시스템 : 변동제한 퍼지추론

전효찬 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내박사

In this study, a DPP system using improved variance-constrained fuzzy-inference MPPT is proposed to improve the output performance of photovoltaic generation system. In order to increase the stability and power production efficiency of photovoltaic generation systems, we looked at the trends in solar power generation system power conversion structures and the characteristics of MPPT control methods that have been studied until recently, and compared the pros and cons of each to construct a solar power generation system. An appropriate power conversion structure and control technique were adopted. In terms of the structure of the solar power generation system, the DPP system, which can control solar panels using only the power difference between solar panels, was adopted to minimize power conversion loss. In terms of controlling the photovoltaic generation system, research was conducted by adopting a fuzzy method that can identify similarities between data and infer conclusions like a human. As a result, an improved variance-constrained fuzzy-inference method, the fuzzy MPPT method based on change limit, was presented. This refers to a method that can prevent the voltage change amount from changing rapidly by comparing the past and current input data of the power change amount within the range of power change amount and voltage change amount and limiting the range close to 0. As a result of performing various simulation experiments with changes in solar radiation, the stability and maximum stability of voltage changes were found when applying the fuzzy MPPT method based on change limit presented in this paper compared to when applying the P&O method and when performing general fuzzy-based MPPT. It showed high system efficiency. As a result of building a solar DPP system and conducting an experiment by applying the variance-constrained fuzzy-inference MPPT method, it was verified that stability could be improved and power loss could be reduced compared to applying the P&O method and general fuzzy-based MPPT. 본 논문에서는 태양광 발전시스템의 출력성능 증대를 위하여 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT(Maximum Power Point Tracking : 최대전력점 추적)가 적용된 DPP(Differential Power Processing : 차동전력조절) 시스템을 제시한다. 태양광 발전시스템의 안정성 및 전력 생산 효율을 높이기 위하여 최근까지 연구되었던 태양광 발전시스템 전력변환구조의 발전과정과 MPPT 제어 기법의 특성을 살펴보았으며 각각의 장·단점을 비교해 태양광 발전시스템을 구성하는 데에 있어 적합한 전력변환구조와 MPPT 제어 기법을 채택하였다. 태양광 발전시스템의 구조 면에서는 태양광 패널 사이의 전력차 부분만을 이용해 태양광 패널을 제어할 수 있는 DPP 시스템을 채택하여 전력 변환 손실을 최소화 시켰다. 태양광 발전시스템의 제어 면에서는 데이터들 간의 유사성을 파악하여 사람과 같이 결론을 추론할 수 있는 퍼지 기법을 채택하여 연구를 진행하였다. 그 결과 제안하는 퍼지 기법인 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 제시하였다. 이는 전력 변화량과 전압 변화량의 범위 중 전력 변화량의 과거 입력 데이터와 현재의 입력 데이터를 비교하여 0에 근접한 범위를 제한함으로써 전압 변화량이 급격하게 변화하지 않도록 예방할 수 있는 기법을 의미한다. 일사량이 변화하는 다양한 모의실험을 수행한 결과, P&O 기법을 적용하였을 때와 일반적인 퍼지 기반 MPPT를 수행하였을 때보다 본 논문에서 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 적용하였을 때 전압 변화의 안정성 증대와 가장 높은 시스템 효율을 보였다. 태양광 DPP 시스템을 구축하고 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 적용하여 실험을 진행한 결과, P&O 기법과 일반적인 퍼지 기반 MPPT를 적용하였을 때보다 안정성을 높일 수 있었으며 전력 손실을 줄일 수 있다는 것을 검증하였다.

하이브리드 SVPWM 기법의 새로운 적용에 의한 ANPC 인버터의 스위칭 성능의 개선

김기표 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2025 국내석사

하이브리드 SVPWM 기법의 새로운 적용에 의한 ANPC 인버터의 스위칭 성능의 개선 본 논문에서는 ANPC(Active Neutral Point Clamped) 인버터의 고조파 억 제와 전력 품질 향상을 목표로 하이브리드 SVPWM기법을 제안하였다. 전력 변환 기술은 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS), 신재생 에너지 등 다양한 응 용 분야에서 중요한 역할을 하고 있으나, 스위칭 동작으로 인해 발생하는 고조파는 전력 품질 저하 및 시스템 안정성 문제를 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문은 기존 PWM 기법(SPWM, SVPWM, RPS-B PWM)의 한계를 분석하고, 이를 보완한 새로운 하이브리드 SVPWM 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존의 SVPWM과 RPS-B PWM의 장점을 결합하여, 고조파 왜곡을 줄이고 출력 전압 및 전류 품질을 향상시키는데 중점을 두었다. 실 험 결과, 하이브리드 SVPWM 기법은 기준 전류 3[A] 조건에서 전류 THD를 1.21[%]로 감소시켜, 기존 기법 대비 가장 우수한 고조파 억제 성능을 보였 다. 또한, 출력 전압 RMS 값을 75.1[V]로 향상시키며, 전력 변환 효율 역시 93.4[%]로 증가하였다. 이러한 결과는 스위칭 손실 감소와 안정적인 출력 품 질을 통해 하이브리드 SVPWM 기법의 설계적 우수성을 입증한다. 결론적으로, 본 논문은 ANPC 인버터에서의 고조파 억제와 전력 변환 효 율 향상을 동시에 달성할 수 있는 하이브리드 SVPWM 기법의 가능성을 제 시하였다. 제안된 기법은 전력 품질 개선과 고효율 전력 변환이 요구되는 다양한 응용 분야에서 실질적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

가변 주파수 대응 운전이 가능한 동기 위상 반송파 기반 SVC 능동 역률 제어 기법

임종호 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2026 국내석사

본 논문은 전력계통에서 발생하는 진상 무효전력에 따른 역률 저하 문제에 대응하기 위해 동기 위상 반송파 기반의 사이리스터 제어 리액터(Thyristor Controlled Reactor, TCR) 역률 제어 기법을 제안하고, 이를 모의실험 및 하드웨어 실험을 통해 그 성능을 검증하였다. 특히 전원 주파수 변동 환경에서도 안정적인 역률 제어가 가능하도록 가변 주파수 대응 운전이 가능한 제어 구조를 적용하였다. 정지형 무효전력 보상기(Static Var Compensator, SVC) 중 TCR은 사이리스터의 점호각 제어를 통해 지상 무효전력을 흡수함으로써 진상 역률을 효과적으로 개선할 수 있는 설비이다. 그러나 기존의 TCR 제어 방식은 목표 무효전력 또는 역률에 따라 최적 점호각을 실시간으로 계산해야 하며, 이 과정에서 삼각함수 연산 및 반복적인 최적화 계산이 요구된다. 이러한 특성으로 인해 연산 자원이 제한된 마이크로프로세서 기반 제어 시스템에서는 실시간 제어 구현에 한계가 존재한다. 이에 본 논문에서는 전원 전압과 위상이 동기화된 반송파를 생성하고 이를 기반으로 사이리스터의 점호 신호를 직접 생성함으로써, 점호각의 수치적 계산 과정 없이 TCR의 실시간 제어가 가능한 동기 위상 반송파 기반 제어 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 제어 구조가 단순하며, 전원 주파수 변화에 따라 반송파가 자동으로 동기화되므로 가변 주파수 환경에서도 안정적인 점호각 제어가 가능하다. 제안한 제어 기법의 타당성과 성능을 검증하기 위해 시뮬레이션 환경에서의 모의실험과 실제 하드웨어 기반의 실험을 수행하였으며, 각 실험 결과를 통해 역률 개선 성능과 주파수 변동에 대한 대응 특성을 분석하였다. 실험 결과, 제안한 제어 기법은 점호각 계산 없이도 SVC의 실시간 제어가 가능함을 확인하였으며, 특히 전원 주파수 변동 조건에서도 안정적인 역률 제어 성능을 유지함을 검증하였다. 이를 통해 본 논문에서 제안한 동기 위상 반송파 기반 TCR 제어 기법이 진상 무효전력 발생에 따른 역률 저하 문제에 효과적으로 대응할 수 있으며, 전 대역 주파수에서 운전 가능한 실용적인 역률 개선 기법임을 확인하였다.