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SUMMARY
표목차
그림목차
목차
제1장 서론 21
제2장 국내외 기술현황 및 자료분석 24
제1절 국내 현황 24
1-1. 태양광 발전현황 24
1-2. 풍력 발전현황 25
1-3. 복합 발전현황 27
제2절 국외현황 28
2-1. 태양광 발전현황 28
2-2. 풍력발전현황 30
2-3. 복합발전현황 33
제3장 기상데이터 분석 및 최적 복합발전 용량 35
제1절 기상 데이터 분석[원문불량;p.16] 35
1-1. 개요[원문불량;p.16] 36
1-2. 시스템 기능 37
1-3. 데이터 전송 기능 38
제2절 최소자승법을 이용한 최적 발전용량 38
2-1. 풍속 및 일사량 확률 밀도 함수 39
2-2. 풍력 터빈과 태양광 모듈 평균 출력산정 41
제3절 도서지역 전력 부하예측 및 태양광 어레이 규모선정 43
제4절 복합 발전 시스템의 장점 계산 46
1-1. 복합 발전 최적용량 선정 46
1-2. PV모듈의 수요 계산 47
제4장 복합 발전 시스템 50
제1절 태양광발전 50
1-1. 태양전지 어레이 구성법 50
제2절 풍력 발전 79
2-1. 개요 79
2-2. 최적 회전익 설계 79
2-3. 회전익 크기 설계 82
2-4. 유압계통 모델링 83
제3절 원격 계측 시스템 85
3-1. 계측 시스템용 인터페이스 85
3-2. 센서 88
3-3. 데이터 처리와 해석[원문불량;p.73] 90
3-4. 통신회선의 종류 95
3-5. 통신 회선 인터페이스 96
3-6. 모뎀 인터페이스[원문불량;p.79] 97
3-7. 전송 제어[원문불량;p.80] 100
제5장 복합 발전용 전력변환 장치 102
제1절 태양광／풍력 전력변환 시스템 102
1-1. 제어 기법 102
1-2. 시스템 모델링 108
1-3. 전압 제어기법 해석 110
1-4. 피드포워드／피드백 제어기 설계 111
제2절 입출력 필터 설계 113
2-1. 태양광／풍력 발전량 전송 113
2-2. 필터링 효과 115
2-3. 입력 필터 설계 116
제3절 풍력발전기 종류 및 제어방법 118
3-1. 동기발전기 118
3-2. 농형 유도발전기 119
3-3. 권선형 유도발전기 124
3-4. 브러쉬없는 이중여자 릴럭턴스 발전기(Doubly Excited Brushless Reluctance Machine) 128
제4절 컴퓨터 시뮬레이션 129
4-1. 태양광 단독발전 시뮬레이션 131
4-2. 풍력 단독발전 시뮬레이션 136
4-3. 태양광／풍력 복합 발전 시뮬레이션 139
제6장 복합발전 시스템 설계 144
제1절 시스템 구성 144
제2절 태양광／풍력 인버터 145
1-1. 전력부 설계[원문불량;p.127] 145
1-2. 센서부 설계 150
1-3. 제어부 설계 152
1-4. 인버터 입출력 제어기 155
1-5. 보호부 설계[원문불량;p.137] 156
1-6. 디스플레이부 설계[원문불량;p.138] 158
제7장 복합발전시스템의 시험 및 운전 159
제1절 10kW 태양광／풍력 복합 발전시스템 설치 160
1-1. 풍력발전용 직류연계형 20kW급 전력 변환기 160
1-2. 복합발전용 고성능 고효율 인버터 164
제2절 복합 발전시스템 성능 시험 168
2-1. 태양광 어레이 성능시험 168
2-2. 태양전지 모듈 및 풍력발전 출력특성 171
2-3. 전력변환기 성능시험 174
2-4. 4kW 풍력발전시스템 설치 및 성능시험[원문불량;p.159,167] 178
제3절 30kW 풍력／디젤／축전지 복합발전시스템[원문불량;p.167] 187
3-1. 30kW 복합발전시스템 구성 및 특성 188
3-2. 복합발전시스템 운전 원리 189
3-3. 복합발전시스템 운전 191
제8장 결론 및 향후 추진계획 195
참고문헌 197
부록목차 203
1. 전력변환기 외관도 205
2. 복합발전 전력변환기 회로도 206
3. 복합 발전 시스템 제어 프로그램 213
4. 복합 발전시스템 원격 계측시스템 및 모니터링 시스템 구성도[원문불량;p.243,250] 263
표 2.1. 태양광 발전기술의 단계별 개발목표 25
표 2.2. 각 단계별 국내 기술 개발 목표 26
표 2.3. 각 지역 국가별 태양광 관련 개발정책 및 개발목표 29
표 2.4. 태양전지 재료별 변환 효율의 이론한계와 도달 효율(%) 30
표 2.5. 주요 국가의 기술개발 목표 32
표 2.6. 풍력발전기 주 보급 설비용량의 변화 33
표 4.1. GM.53 모듈사양과 시뮬레이션 결과 비교 62
표 4.2. 태양광 어레이의 최대출력 %값(그림자 농도 25%) 68
표 4.3. 태양광 어레이의 최대출력 %값(그림자 농도 50%) 69
표 4.4. 태양광 어레이의 최대출력 %값(그림자 농도 75%) 69
표 4.5. 태양전지 평균출력 %값(그림자 농도 25%) 71
표 4.6. 태양전지 평균출력 %값(그림자 농도 50%) 72
표 4.7. 태양전지 평균출력 %값(그림자 농도 75%) 72
표 4.8. 온도 센서의 특성 89
표 4.9. FFT 해석기의 처리기능 92
표 5.1. 태양광／풍력 인버터 130
표 5.2. 태양광 DC／DC 컨버터 130
표 5.3. 풍력 DC／DC 컨버터 131
표 7.1. 풍력 발전용 전력변환기 사양 162
표 7.2. 복합발전용 고성능 고효율 인버터 사양 166
표 7.3. 4kW 풍력발전기 제원 및 특성 180
표 7.4. 4kW 풍력발전기 부하시험 결과 183
표 7.5. 복합발전시스템 각 운전변수의 변화 194
그림 3.1. 원격 계측 시스템[원문불량;p.16] 36
그림 3.2. 제주도 월령지역 풍속 분포 함수 41
그림 3.3. 도서 지역 부하변동곡선 44
그림 3.4. 시간별 태양광 풍력 출력(W／㎡) 45
그림 3.5. 시간별 복합발전 출력 및 부하변동 48
그림 4.1. 스트링 구성예 51
그림 4.2. 스트링 등가 회로 51
그림 4.3. 셀A에 그림자발생시 스트링 등가회로 52
그림 4.4 셀과 스트링 회로의 그림자 영향 53
그림 4.5. 블록분할 방법 55
그림 4.6. 바이패스 다이오드 투입시 I-V특성 56
그림 4.7. 태양전지 셀의 모델 58
그림 4.8. 태양전지 어레이 모델링 59
그림 4.9. 그림자의 발생방향 패턴 3가지 60
그림 4.10. GM-53급 모듈로 구성한 10kW급 어레이 I-V특성, P-V특성곡선 63
그림 4.11. GM-53급 모듈로 구성한 10kW급 어레이 접속도(직렬 20개, 병렬10개) 64
그림 4.12. 10kW급 어레이 출력 I-V특성(그림자 방향 1,그림자 면적 10%, 그림자 농도 50%) 66
그림 4.13. 10kW급 어레이 출력 I-V특성(그림자 방향 1,그림자 면적 10%, 그림자 농도 50%) 66
그림 4.14. 10kW급 어레이 출력 I-V특성(그림자 방향 1,그림자 면적 10%, 그림자 농도 50%) 67
그림 4.15. 최대전력점과 그림자 면적(그림자 농도 25%, 그림자 방향 1) 70
그림 4.16. 최대전력점과 그림자 면적(그림자 농도 50%, 그림자 방향 1) 70
그림 4.17. 최대전력점과 그림자 면적(그림자 농도 75%, 그림자 방향 1) 71
그림 4.18. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 1, 그림자 농도 25%) 73
그림 4.19. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 1, 그림자 농도 50%) 73
그림 4.20. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 1, 그림자 농도 75%) 74
그림 4.21. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 2, 그림자 농도 25%) 74
그림 4.22. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 2, 그림자 농도 50%) 75
그림 4.23. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 2, 그림자 농도 75%) 75
그림 4.24. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 3, 그림자 농도 25%) 76
그림 4.25. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 3, 그림자 농도 50%) 76
그림 4.26. 평균출력값과 그림자 면적(그림자 방향 3, 그림자 농도 75%) 77
그림 4.27. Annular Streamtube 80
그림 4.28. 날개요소와 속도삼각형 81
그림 4.29. VaIve-piston combination. 84
그림 4.30. 계측 시스템용 인터페이스 85
그림 4.31. MUX -아날로그 입력장치 86
그림 4.32. MUX 아날로그출력장치(analog output unit) 87
그림 4.33. MUX 디지털 입력장치(digital input unit) 87
그림 4.34. FFT 해석기 91
그림 4.35. 멀티데이터 프로세서 블록도[원문불량;p.73] 93
그림 4.36. 통신회선 블록도 95
그림 4.37. 통신회선 인터페이스 블록도 97
그림 4.38. 모뎀 인터페이스 신호도[원문불량;p.79] 99
그림 4.39. 전송제어 흐름도[원문불량;p.80] 100
그림 5.1. 일사량에 따른 태양광 어레이 출력전압의 변동 103
그림 5.2. 단상 태양광／풍력 인버터 시스템의 시스템 블록 다이어그램 105
그림 5.3. 전류 제어기의 블록 다이어그램 106
그림 5.4. 피드백／피드포워드 제어기 블록선도 107
그림 5.5. 인버터와 전류제어기 블록다이어그램 109
그림 5.6. 캐퍼시터 전압 블록다이어그램 110
그림 5.7. 시스템 제어기 블록다이어그램 111
그림 5.8. 그림 5.6의 간략화 모델 112
그림 5.9. 태양광／풍력 인버터 교류측 등가회로 113
그림 5.10. 태양광／풍력 인버터 직류측 등가회로 117
그림 5.11. (a)유도발전기 등가회로, (b)무부하시 여자회로 120
그림 5.12. 유도발전기의 여자특성 121
그림 5.13. 인버터여자에 의한 유도발전기 123
그림 5.14. 싸이리스타 제어에 의한 유도발전기 시스템 124
그림 5.15. 권선형 유도발전기 시스템 125
그림 5.16. 풍속에 따른 발전특성 126
그림 5.17. 브러쉬없는 이중여자 릴럭턴스기의 풍력발전 제어 128
그림 5.18. 태양광 DC／DC 컨버터 입력전류 및 출력전압 132
그림 5.19(a) 태양광 DC／DC 컨버터 PWM 출력전압 132
그림 5.19(b) 태양광／ 풍력 인버터 출력 캐퍼시터 전류 및 부하전류 133
그림 5.20(a) 부하전류 주파수 스펙트럼 133
그림 5.20(b) 태양광／풍력 인버터 입력전압 134
그림 5.20(c) 그림 5.20(a)의 주파수 스펙트럼 134
그림 5.21(a) 태양광／풍력 인버터 출력전압 135
그림 5.21(b) 그림 5.21(a)의 주파수 스펙트럼 135
그림 5.22. 풍력 DC／DC 컨버터 입력전류 및 출력전압 136
그림 5.23. 풍력 DC／DC 컨버터 PWM 출력전압 파형 137
그림 5.24(a) 태양광／풍력 인버터 부하전류 및 캐퍼시터 입력 전류 137
그림 5.24(b) 부하전류 주파수 스펙트럼 138
그림 5.25(a) 인버터 출력 전압(부하 입력 전압) 138
그림 5.25(b) 인버터 출력 전압(부하 입력 전압) 주파수 특성 139
그림 5.26. 태양광 DC／DC 컨버터 입력전류, 출력전압 파형 140
그림 5.27. 태양광 DC／DC 컨버터 PWM 출력전압 140
그림 5.28(a) 풍력 DC／DC 컨버터 입력전류 출력전압 파형 141
그림 5.28(b) 풍력 DC／DC 컨버터 PWM 출력전압 141
그림 5.29(a) 태양광／풍력 인버터 부하전류 및 캐퍼시터 입력전류 142
그림 5.29(b) 부하전류 주파수 스펙트럼 142
그림 5.30(a) 인버터 입력전압 143
그림 5.30(b) 인버터 출력전압 143
그림 6.1. 복합발전 시스템 전체 구성 144
그림 6.2. 주회로 구성 146
그림 6.3. 태양광／풍력 인버터를 구동하는 GATE DRIVER[원문불량;p.127] 147
그림 6.4. 20(V) 파워 서플라이 148
그림 6.5. 데드타임 발생 회로 149
그림 6.6. Isolation Amplifier를 사용한 DC 전압 센싱 회로 151
그림 6.7. 태양광／풍력 전력 변환기 각부위 전류 센싱 회로 151
그림 6.8. 제어부의 구성 하드웨어 153
그림 6.9. Zero crossing detector 출력 및 H.S.I.(High Speed Input) 입력 154
그림 6.10. A／D 컨버터 및 Bias 회로 155
그림 6.11. Relay 구동회로[원문불량;p.137] 157
그림 6.12. IGBT Driver[원문불량;p.137] 157
그림 6.13. 디스플레이 회로[원문불량;p.138] 158
그림 7.1. 풍력발전용 직교류 연계형 20kW급 정류기 구성도 161
그림 7.2. 풍력 발전용 직류연계형 전력변환기 주회로 구성 161
그림 7.3. 복합발전용 고성능 고효율 인버터 구성도 165
그림 7.4. 복합발전용 고성능 고효율 인버터 주회로도 165
그림 7.5. GM-53W급 모듈의 I-V특성곡선 168
그림 7.6. 그림자가 발생했을 때 모듈의 I-V 특성곡선 169
그림 7.7. 모듈 3개 직렬시 I-V 특성곡선 169
그림 7.8. 그림 7.7의 조건에서 그림자가 발생했을 때 170
그림 7.9. 어레이 1군에 대한 I-V 특성곡선 170
그림 7.10. 어레이 1군에 그림자가 발생했을 때 I-V 특성곡선 171
그림 7.11. 흐린날에 어레이 1군의 I-V 특성곡선 171
그림 7.12. 제주월령 시범단지 태양광·풍력 복합발전시스템 설치전경(태양전지 어레이 10KWp, 풍력발전기 4KW) 172
그림 7.13. 복합발전시스템의 실증시험 결과① 173
그림 7.14. 복합발전 시스템의 실증시험 결과② 174
그림 7.15. 태양광 출력전압 파형 175
그림 7.16. 태양광 어레이의 출력전압 파형 175
그림 7.17. 계통연계시 상용전원과 유틸리티 전류파형 176
그림 7.18. 태양광／풍력 인버터의 직류측 전압과 교류측 전류 176
그림 7.19. 과전압 검출시 보호기능 176
그림 7.20. 인버터의 출력전류파형과 DC／DC 컨버터의 출력전류 176
그림 7.21. 일사량 변동시의 태양광 DC／DC 컨버터의 안정된 출력 177
그림 7.22. 인버터 출력전류의 주파수특성 177
그림 7.23. 인버터 출력전류의 FFT 곡선 177
그림 7.24. 태양광 일사량 변동시 인버터 출력전류와 DC／DC 컨버터 입력전류 177
그림 7.25. 제주 월령 단지내에 설치된 4kW 풍력발전기 내부구조[원문불량;p.159] 179
그림 7.26. 4kW 풍력발전기의 성능출력 곡선 180
그림 7.27. 4kW 풍력발전기 부하실험 전경 181
그림 7.28. 4kW 풍력발전기 무부하 실험결과 182
그림 7.29. 설치중인 지지철탑 모습 184
그림 7.30. 지지철탑의 설계제원도 185
그림 7.31. 풍력발전 제어반의 기본 흐름도[원문불량;p.167] 187
그림 7.32. 풍력／디젤／축전지 복합발전시스템의 구성 188
그림 7.33. 복합발전시스템의 운전상태 193
그림 7.34. 복합발전시스템의 매 15분의 평균출력치 193
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