표제지

목차

논문요약 14

제1장 서론 17

1.1. 연구의 배경 17

1.2. 기존 연구 사례 22

1.3. 논문의 구성 30

제2장 직류 마이크로그리드 31

2.1. 직류 마이크로그리드의 특징 31

2.2. 에너지 관리 시스템의 필요성 34

제3장 제안하는 직류 마이크로그리드의 구성도 38

3.1. 제안하는 직류 마이크로그리드의 구성요소 38

3.2. AC/DC PWM 컨버터 43

3.3. 양방향 Buck-Boost 컨버터 61

3.3.1. 양방향 Buck-Boost 컨버터의 구성 61

3.3.2. 양방향 Buck-Boost 컨버터의 동작모드 해석 63

3.3.3. 양방향 Buck-Boost DC/DC 컨버터의 제어기법 71

3.4. 태양광 발전용 DC/DC 전력변환장치 75

1) 정상상태 해석 - 인덕터(Lpv)전류 상승구간 78

2) 정상상태 해석 - 인덕터(Lpv)전류 하강구간 79

3) PV 시스템 동작점 분석 82

3.5. DAB 컨버터 91

제4장 제안하는 직류 마이크로그리드의 고효율 운전을 위한 운영 알고리즘 94

4.1. PV-ESS 통합형 모듈의 일정전력 출력 알고리즘 94

4.2. 경부하에서 높은 효율을 갖는 MESS 운영 알고리즘 110

4.3. 마이크로그리드의 효율적인 에너지 관리 운영 알고리즘 124

제5장 실험 결과 140

5.1. 마이크로그리드 내 전력변환장치 실험 결과 142

5.2. PV-ESS 통합 모듈의 일정전력 출력 알고리즘 실험 결과 154

5.3. 경부하에서 높은 효율을 갖는 MESS 운영 알고리즘 시험 결과 156

5.4. 제안하는 시스템이 결합된 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 실험 결과 162

제6장 결론 167

참고문헌 169

ABSTRACT 179

표 3-1. MPPT 제어를 위한 P&O 전압 방향 88

표 4-1. PCS 손실분석 관련 기호 및 설명 110

표 5-1. MESS 배터리 용량 및 PCS 1모듈 사양 146

표 5-2. PV-ESS 통합 모듈의 각 PCS 사양 150

표 5-3. MESS PCS 단일 모듈 방전 시 효율 측정 결과 156

그림 1-1. RE100 회원의 재생에너지전기 사용량 연간 추이 18

그림 1-2. 대한민국 전원별 발전량 비중 계획 18

그림 1-3. 분산 에너지의 범위 19

그림 1-4. 마이크로그리드 구성 예시 20

그림 1-5. 일반적인 Power Converter의 전력변환 효율 프로파일 24

그림 1-6. 경부하시 Burst Mode 적용 유무에 따른 효율 비교 25

그림 1-7. Burst Mode의 PWM 파형 및 전압 리플 특성 25

그림 1-8. 모듈형 전력변환장치의 효율 개선을 위한 다병렬 운전 기법 27

그림 1-9. 신재생 에너지가 연계된 마이크로그리드의 Two-Layer EMS 제어 28

그림 2-1. 일일 일사량 예시 32

그림 2-2. 연계방식에 따른 마이크로그리드의 분류 32

그림 2-3. 자율 제어 방식의 직류 마이크로그리드 34

그림 2-4. 중앙 제어 방식의 마이크로그리드 35

그림 3-1. 제안하는 직류 마이크로그리드 에너지 관리를 위한 시스템 구성도 38

그림 3-2. 제안하는 직류 마이크로그리드의 계층적 제어 구조 39

그림 3-3. 제안하는 직류 마이크로그리드 제어를 위한 통신 인터페이스 구성도 42

그림 3-4. 계통연계형 2-Level 3상 AC/DC PWM 컨버터 회로도 43

그림 3-5. 3상 AC/DC PWM 컨버터 등가회로 45

그림 3-6. AC 전원과 컨버터의 등가회로 46

그림 3-7. AC/DC PCS의 등가 회로 페이저도 47

그림 3-8. AC/DC PWM 컨버터의 단위 역률 제어 49

그림 3-9. 3상 AC/DC PWM 컨버터의 회로도 50

그림 3-10. d-q 좌표변환의 좌표계 별 특징 51

그림 3-11. 2상 고정 좌표계에서의 AC/DC PWM 컨버터 시스템 블록도 54

그림 3-12. 2상 회전 좌표계에서의 AC/DC PWM 컨버터 시스템 블록도 55

그림 3-13. 정상분 및 위상각 검출기 블록 다이어그램 58

그림 3-14. 1차 Low Pass Filter가 적용된 PLL 제어 블록 다이어그램 59

그림 3-15. 2-Level AC-DC PWM Converter의 제어블록도 60

그림 3-16. 3병렬 Half-Bridge Buck-Boost 컨버터 토폴로지 61

그림 3-17. 3병렬 양방향 직류변환장치 Buck 동작모드 63

그림 3-18. 3병렬 양방향 직류변환장치 Boost 동작모드 67

그림 3-19. ESS 용 양방향 Buck-Boost 컨버터의 토폴로지 71

그림 3-20. ESS 용 양방향 Buck-Boost 컨버터의 CC-CV 직렬 제어블록도 71

그림 3-21. CC-CV 제어 충전 특성 곡선 74

그림 3-22. 중앙 집중형 태양광 발전 시스템 구성도 75

그림 3-23. 태양광 발전시스템의 전력변환 컨버터 토폴로지 76

그림 3-24. PV용 Boost 컨버터 스위칭 모드 분석 77

그림 3-25. PV 모듈 I-V특성 곡선의 임피던스 매칭에 따른 동작점 이동 83

그림 3-26. 태양광 모듈 특성곡선 85

그림 3-27. 태양광 어레이 동작점과 부스트 컨버터 사이의 관계 86

그림 3-28. 태양광 어레이 MPPT 수행에 따른 동작점 변화 87

그림 3-29. P&O MPPT 알고리즘 89

그림 3-30. PV용 인터리브드 Boost DC/DC 컨버터의 제어블록도 90

그림 3-31. DAB 컨버터 회로 91

그림 3-32. DAB 컨버터 파형 93

그림 4-1. 제안하는 직류 마이크로그리드의 PV-ESS 통합 모듈 블록 다이어그램 94

그림 4-2. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 96

그림 4-3. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode A) 98

그림 4-4. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode A) 99

그림 4-5. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode B) 100

그림 4-6. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode B) 101

그림 4-7. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode C) 102

그림 4-8. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode C) 103

그림 4-9. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode D) 104

그림 4-10. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode D) 105

그림 4-11. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode E) 106

그림 4-12. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode E) 107

그림 4-13. PV-ESS 통합형 모듈의 운전 알고리즘 (Mode F) 108

그림 4-14. PV-ESS 통합형 모듈의 전력 흐름도 (Mode F) 109

그림 4-15. 스위칭 소자의 손실 분석 그래프 110

그림 4-16. 부하 전류별 스위칭 손실, 도통 손실 및 효율 그래프 111

그림 4-17. 경부하, 중부하 시 손실 및 출력 전력 구성 비중 비교 개념도 112

그림 4-18. MESS 모듈 손실 분석 시뮬레이션 블록도 114

그림 4-19. MESS 모듈의 부하구간별 손실 분석 시뮬레이션 결과 115

그림 4-20. MESS 손실분석 시뮬레이션의 부하구간별 손실 값 116

그림 4-21. MESS 손실분석 시뮬레이션의 부하구간별 효율 116

그림 4-22. MESS 최대효율 충전 / 방전모드 동작을 위한 운영 알고리즘 119

그림 4-23. PCS 용량 및 모듈 제어 방법에 따른 효율 특성 120

그림 4-24. Load Sharing 방식과, 제안하는 고효율 제어 방식의 비교 블록도 123

그림 4-25. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 125

그림 4-26. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 1) 128

그림 4-27. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 1) 129

그림 4-28. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 2) 130

그림 4-29. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 2) 131

그림 4-30. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 3) 132

그림 4-31. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 3) 133

그림 4-32. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 4) 134

그림 4-33. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 4) 135

그림 4-34. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 5) 136

그림 4-35. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 5) 137

그림 4-36. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 (Mode 6) 138

그림 4-37. EMS 운영 조건에 따른 전력 흐름도 (Mode 6) 139

그림 5-1. 제안하는 PV-ESS 통합 모듈이 결합된 직류 마이크로그리드 구성도 141

그림 5-2. AC/DC Converter의 초기 기동 및 무부하 운전 파형 142

그림 5-3. AC/DC Converter의 부하 실험 파형 143

그림 5-4. AC/DC Converter의 입력 선간 전압 및 PLL Theta 파형 144

그림 5-5. AC/DC Converter의 입력 상전압 및 PLL Theta 파형 145

그림 5-6. MESS 단독 모듈의 배터리 충전시 Gate 전압 및 인덕터 전류파형 147

그림 5-7. MESS 단독 모듈의 배터리 충전 초기 동작 파형 148

그림 5-8. MESS 단독 모듈의 배터리 CC-CV 충전 파형 149

그림 5-9. PV Boost Converter의 MPPT 제어파형 151

그림 5-10. DAB의 Q₁, Q₅ 게이트 파형 및 인덕터 전류 152

그림 5-11. DAB 컨버터의 인덕터 전압 및 전류, 출력전압 파형 153

그림 5-12. PV-ESS 통합 모듈의 일정 전력 출력 알고리즘 운전 (Mode A~C) 154

그림 5-13. PV-ESS 통합 모듈의 일정 전력 출력 알고리즘 운전 (Mode D~F) 155

그림 5-14. MESS PCS 단일 모듈 방전 시 효율 측정 결과 그래프 157

그림 5-15. MESS PCS의 병렬 운전 방법에 따른 효율 개선 효과 및 동작 모듈 수 158

그림 5-16. 알고리즘별 MESS PCS의 병렬 운전 효율 비교 159

그림 5-17. MESS PCS의 모듈 우선순위 선택 알고리즘 검증 파형 (Day 1) 160

그림 5-18. MESS PCS의 모듈 우선순위 선택 알고리즘 검증 파형 (Day 2) 160

그림 5-19. 제안하는 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 검증을 위한 구성요소 및 CAN 통신 BUS 구성도 163

그림 5-20. 제안하는 PV-ESS 통합 모듈과 MESS가 연계된 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 실험결과 (Mode 1~Mode 3) 164

그림 5-21. 제안하는 PV-ESS 통합 모듈과 MESS가 연계된 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 실험결과 (Mode 4) 165

그림 5-22. 제안하는 PV-ESS 통합 모듈과 MESS가 연계된 직류 마이크로그리드의 EMS 운영 알고리즘 실험결과 (Mode 5~6) 166