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본 논문은 3레벨 태양광 PCS에서 누설전류의 분석 및 저감기법을 제안하였으며 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다. 태양전지 어레이의 기계적인 구조와 설치로 인해 태양광 모듈과 접지 간에 존재하는 기생 커패시터 성분을 고려하여 공통모드 전압관점의 등가모델을 통해 누설전류 발생 원인을 분석하였다. 100nF/kW 기준으로 1uF 기생 커패시터를 고려한 10kW급 3레벨 태양광 PCS 시뮬레이션 및 실험을 수행하였으며, 누설전류의 크기가 이상적인 SVPWM에서의 누설전류기준 27%로 감소하는 모습을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 800V 배터리 전기자동차 LDC용 낮은 스위치 전압정격을 갖는 새로운 소프트 스위칭 하프브리지 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 입력이 직렬구조로써 입력전압의 절반으로 낮은 스위치의 전압정격을 갖기 때문에 600V의 Si-MOSFET를 사용할 수 있어 도통손실을 줄일 수 있으며 부분공진 동작으로 스위칭 손실 저감 효과를 갖고, 넓은 입력전압 및 부하영역에서 소프트 스위칭을 성취하여 높은 효율을 달성할 수 있으며 변압기의 직렬연결로 된 커패시터로 인해 자화 전류의 오프셋이 없다. 제안하는 소프트 스위칭 컨버터의 동작원리를 제시하고 시작품을 통해 본 논문의 타당성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
전력 변환 장치에서 전자기파 장해를 막기위한 EMI 필터는 큰 부피를 차지하고 있기 때문에 이를 줄이는 것이 전력 변환장치의 제작 비용뿐 아니라 크기도 줄일 수 있어 전력 변환밀도를 높이는 유용한 방법이 된다. 기존에는 전력 변환 장치측면에서 스프레드 스팩트럼 및 소프트 스위칭을 구현하는 방법, 능동형 EMI 필터를 사용하는 방법 등이 제안되어 왔다. 하지만 공진형 컨버터의 경우 동작주파수를 흔드는 스프레드 스펙트럼을 사용하면 전압이득이 크게 영향을 받아 출력 전압의 제어 성능이 떨어진다. 본 논문에서는 공진형 컨버터에서 스프레드 스펙트럼을 구현하여 EMI 노이즈를 줄이는 동시에 원하는 출력 전압 제어 성능을 확보하기 위한 공진 탱크와 스프레드 스펙트럼 기법의 디자인 방법을 제안한다. 제안하는 디자인 방법의 타당성을 검증하기 위해 실험적으로 출력 전압제어 성능과 EMI 감소분을 보이고자 한다.


(게재일: 2018.11.30)
본 논문은 High Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP) 응용 분야에 적용되는 리튬 이온 베터리를 이용한 커패시터 충전전원 장치에 관하여 다룬다. 기존에 제안하였던 5.4 kJ/s 고전압 커패시터 충전기를 9 kJ/s 로 용량을 늘렸고, 고전압 커패시터 충전기 후단에 공진 충전 회로를 도입하여 2단 충전 구조로 펄스 방전 시 발생할 수 있는 역전압과 reflecting pulses로 부터 커패시터 충전 전원 장치를 보호한다. 제안하는 충전기의 성능은 시뮬레이션 및 기초 부하 실험을 통해 확인되었다.


(게재일: 2018.11.30)
국내 원자력 발전소의 비상전원공급을 위하여 대체교류디젤 발전기와 납축전지를 사용하고 있다. 납축전지는 온도, 방전 전류, 수명 및 안정성 등에서 리튬계열전지와 비교되고 있으며, 전기적 특성이 우수하고 안정성이 높은 리튬계열전지의 사용이 고려되고 있다. 본 논문은 원전의 비상전원 설계를 위하여 납축전지와 리튬계열전지의 전기적 특성을 비교 분석하였다.


(게재일: 2018.11.30)
본 논문에서는 유도전동기의 토크 리플 및 스위칭 손실 저감을 위해 전압변조기법인 공간벡터변조(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM) 기법과 불연속전압변조(Discontinuous Pulse Width Modulation, DPWM) 기법을 혼합하여 사용하는 새로운 변조기법을 제안한다. 제안하는 방식은 지령전압이 최대인 부근에서 SVPWM 기법을 사용하며, 나머지 구간에서는 DPWM 기법을 적용한다. 전 구간 단일기법을 적용할 때와 비교하여 제안하는 방식은 토크 리플 및 스위칭 손실을 효율적으로 저감시킬 수 있으며 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.


(게재일: 2018.11.30)
고성능 트레드밀 시스템은 운동부하에 따른 큰 맥동부하 특성을 가지며 저속에서도 안정적인 제어 성능이 요구된다. 본 논문에서는 기존에 연구된 유도전동기 센서리스 제어 알고리즘을 검토하여 저속에서 부하의 변화에 강인한 특성을 갖는 알고리즘에 대하여 논하고 이를 트레드밀 시스템에 적용한 결과에 대하여 기술한다. 슬립제어기반의 속도제어기를 구성하였으며 벡터제어기반의 슬립연산 알고리즘을 도입하여 90rpm의 저속에서도 부하변동에 강인하고 안정적인 속도제어가 가능한 트레드밀 제어시스템을 구축하였다. 연구결과는 PSIM 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
유도 가열 (Induction Heating; IH) 기기는 빠른 가열 속도, 안전성, 청결성 등의 장점으로 산업계와 가정에서 널리 사용되고 있다. 하지만 기존 IH 기기는 낮은 저항을 갖는 비자성체 용기를 가열할 때 1차측 스위치에 높은 전류가 유도됨으로써 스위칭 손실과 전도 손실이 증가하고 스위치 정격 전류량을 초과하는 문제가 발생하였다. 본 논문에서는 용기 재질에 따른 임피던스 특성을 분석하여 비자성체 용기를 가열하기 위한 적절한 유도 가열용 직렬 공진형 컨버터의 새로운 스위칭 변조방식을 제안한다. 2 kW의 정격 전력을 가지는 유도 가열용 컨버터의 시작품을 사용하여 설계 방법론과 스위칭 변조 방식의 타당성과 성능을 검증하고자 한다.


(게재일: 2018.07.03)
배터리팩에 사용되는 리튬이온 배터리는 제조공정 과정에 따라 각각의 배터리 마다 부피에 의한 물리적 특성, 내부 저항, 자가 방전률, 셀 용량, 배터리 노화 속도 등 여러 가지 특성이 다르다. 배터리 팩의 효율적 운용을 위해 이러한 단위 셀 간편차를 최소화 하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 두 종류의 고용량 리튬이온 배터리를 선정하여 진동 충격 실험 전 후 개방 회로 전압(open circuit voltage, OCV)를 측정하고 Matlab을 사용하여 비교 분석 하였다. OCV 비교 분석 데이터를 이용하여 통계적 분석 기반 셀 스크리닝을 진행하였고 이에 대한 결과를 비교 분석하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 표면부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)를 위한 센서리스 제어방법을 실험을 통해 검증하고자 한다. 동기전동기의 벡터제어를 위하여 엔코더나 레졸버를 이용하면 비용이 증가할 뿐만 아니라 유지 보수가 필요하기 때문에 동기전동기의 센서리스 모터제어 기법이 요구되고 있다. 또한, 동기전동기의 센서리스 모터 제어를 위해서는 정확한 회전자의 위치와 속도가 필요하므로 본 논문에서는 영구자석 동기전동기의 수학적 모델을 통하여 위치와 속도를 추정한다. 회전 중 발생하는 역기전력을 통해 추정 위치 오차를 얻으며, 추정 오차가 0이 되도록 추정기를 구성하여 이를 실험을 통해 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
최근 차량용 인버터의 소형화 문제가 대두되고 있는 가운데, 3상 인버터의 구성품인 DC 링크 커패시터와 방열 시스템은 인버터에서 큰 부피를 차지하고 있다. DC 링크 커패시터의 부피는 커패시터에 흐르는 전류에 의해 결정되므로, 커패시터의 RMS 전류를 저감하는 것이 중요하다. 또한, 인버터의 스위칭 손실을 저감하면 방열 시스템의 크기를 줄일 수 있다. 본 논문에서는 추가적인 하드웨어 없이 PWM 방식 변경만으로 DC 링크 커패시터 RMS 전류와 스위칭 손실을 저감할 수 있는 Extended Double Carrier PWM을 소개한다. 또한, PSIM 시뮬레이션으로 이를 영구자석 동기 전동기의 구동에 적용하고, 기존에 널리 쓰이는 방식인 Space Vector PWM 및 Discontinuous PWM과 비교하여 그 특성을 살펴본다.


(게재일: 2018.07.03)
기존 자동차 및 트럭용 Jump Starter의 경우, 일반적인 자동차용 납축전지를 이용하여 사용하기 때문에 부피와 무게가 매우 커 휴대성이 어렵고, 고가의 제품군으로 형성되어 있어 일반 운전자들은 구입 및 사용하기 어려운 문제가 있다. 또한 리튬배터리를 이용한 Jump Starter의 경우, 부피는 줄었지만 원가가 매우 비싸고 주기적으로 충전을 하여 휴대해야하기 때문에 이용성에 불편함이 있고 실제 트럭이나 버스 같은 대용량 배터리는 Jump Starter가 구동을 하지 못하는 문제점이 있다. 본 논문은 자동차 및 트럭용 Jump Starter의 부피 및 원가를 최소화하면서 일반 운전자들도 휴대 가능한 편리성을 높이며, 대형트럭도 적용 가능한 건전지와 Super Capacitor를 이용한 초소형 저가형 Jump Starter 회로를 제안한다. 기존의 Jump Starter는 납축전지나 리튬전지를 사용하기 때문에, 전체적인 회로의 부피가 크고 무거우며 전체 제품의 원가가 증가하여 제품성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 리튬전지를 사용하게 되면 주기적으로 충전을 해야 하기 때문에 소비자가 휴대 및 이용하기에 불편한 문제점도 있다. 반면 제안된 회로는 일반 소모용 건전지로도 Jump Starter 회로 구동이 가능하기 때문에, 운전자의 휴대성이 간편하고 언제 어디서든 소모용 건전지를 구매할 수 있기 때문에 운전자의 휴대성과 이용성이 매우 우수하다. 또한 순간적인 방전이 가능한 Super Capacitor를 이용하여 전체적인 회로의 부피 및 제품의 원가를 최소화 할수 있는 장점을 갖는다. 본 논문에서는 제안된 회로이 이론적인 특성을 분석하고 모의실험을 통해 확인하였으며, 실제 방전된 배터리 및 대형버스에 적용하여 실험을 통해 우수성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
기존 전기자전거의 경우에 사용되는 일반 배터리팩 방식에 비해 이중 배터리 팩 (Li-ion Batterty + Super Capacitor)의 방식이 동등 주행 성능 및 지속 시간 조건에서 무게 및 원가 저감이 가능하다. 또한 기존 승압형 Converter인 Boost Converter는 이중 배터리를 이용시 큰 inrush 전류를 발생시키고 이 전류로 인해 소자 파손에 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 입력 전압을 Li-ion Battery로, 출력 전압에 Super Capacitor를 연결하는 이중 배터리로 구성되고 기존 Boost converter 입력단에 Mosfet과 Diode를 추가하여 inrush 전류가 발생하지 않게 한다. 본 논문에서는 제안된 회로의 이론적 특성을 분석하고 실험을 통해 타당성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
스위칭 주파수의 대역 확산 (Spread Spectrum) 기법은 전력 변환 장치의 전자 방해 잡음 (Electromagnetic Interference; EMI)를 줄일 수 있다. 하지만 공진형 컨버터는 스위칭 주파수 가변을 통해 출력 전압을 제어하기 때문에 스위칭 주파수의 대역 확산 기법을 적용하게 되면 출력 전압이 크게 흔들리게 된다. 본 논문은 LLC 공진형 컨버터에 대역 확산 기법을 사용함과 동시에 확산된 스위칭 주파수 대역의 위상 제어를 통해 출력 전압을 제어하는 방법을 제시하고자 한다. 제안하는 출력 전압 제어 성능 향상 및 전자방해잡음 감소 성능은 500 W 프로토타입 컨버터를 사용하여 검증하고자 한다.


(게재일: 2018.07.03)
이 논문은 자동차 어플리케이션 용 고출력 인버터 시스템의 개발에 대한 연구내용을 제시한다. 차량을 포함한 고출력 시스템의 젼력변환시스템의 큰 이슈중 하나가 고효율 및 고밀도화에 대한 연구이다. 특히 자동차의 경우 내부 공간이 제한적이고 전장품들의 수량이 늘어나는 추세이므로 전력변환시스템의 부피 및 고출력화에 대한 이슈와 이와 연관된 냉각 문제에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 차량용 고출력밀도의 트랙션 인버터 개발에 대해 언급하고 있으며 실험을 통해서 그 결과를 확인하였다.


(게재일: 2018.07.03)
쇄교자속 기반 센서리스 제어는 저속에서 위치 추정 특성이 우수해 낮은 속도의 운전 영역을 가지는 애플리케이션에 많이 쓰인다. 그러나 계측 정보 오차와 모터 파라미터 변동으로 DC-offset이 발생하는 문제가 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 운전 주파수를 고려한 낮은 차단주파수를 갖는 HPF를 사용했으나, 낮은 DC 저감률로 인해 추정 자속에 DC 성분이 남는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 HPF의 차단주파수를 모터 운전주파수에 동기화하여 DC-offset 저감률을 높이고 DC-offset이 시스템에 미치는 정도에 따라 선택적으로 차단주파수를 가변함으로써 위상 앞섬도 감소시키는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 Matlab/Simulink에 의해 검증된다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 광물 탐사용 25kW 양극성 펄스전원장치에 대해 기술한다. 고효율 LCC 공진형 컨버터와 풀 브리지 기반 바이폴라 펄스 스위칭부로 구성된 500V, 12.5A 단위 모듈을 설계한다. LCC 공진형 컨버터는 도전 손실을 줄이기 위해 사다리꼴 모양의 공진 전류를 갖도록 하고, 높은 전력 밀도를 달성하기 위해 변압기의 누설 인덕턴스를 공진 인덕턴스로 활용한다. 또한, 반복적인 짧은 펄스 기반으로 설계된 게이트 구동 회로는 DC에서 8kHz의 주파수 범위를 동작시키고 게이트 변압기의 사이즈를 줄이기 위해 제안된다. 개발된 양극성 펄스전원장치는 4개의 모듈이 직병렬로 결선되어 부하 조건에 따라 Grounded dipole mode (2kV, 12.5A) 또는 Loop mode (500V, 50A)로 동작한다. 네 모듈의 출력 전압 밸런싱을 충족시키기 위해 LCC 공진형 컨버터의 변압기에 보상권선이 감긴다. 본 논문에서는 양극성 펄스전원 장치의 상세설계에 대해 기술하고, 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 이를 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
양방향 플라이백 컨버터는 1, 2차 간 절연이 가능하고, 양방향 전력전달을 할 수 있으며, 전력밀도가 높기 때문에 PV 용 차동 전력 조절기 (DPP) 모듈의 응용분야에 적합하다. 차동 전력 조절기 모듈 용 플라이백 컨버터는 양방향 동작을 위해 1, 2차 측 모두 능동 소자 및 스너버 회로로 구성 되어있다. 그러나 양방향 동작을 위해 추가된 회로는 플라이백 컨버터의 효율을 감소시키기 때문에 고효율의 양방향 플라이백 컨버터를 설계하기 위해서는 기존의 플라이백 컨버터와는 다른 설계 고려 사항들이 존재한다. 본 논문에서는 양방향 플라이백 컨버터의 각 소자별 손실을 고려하여 정격 부하 시 정방향 동작과 역방향 동작의 최대 효율을 얻을 수 있는 변압기의 자화 인덕턴스의 값을 제시한다. 본 설계 방법은 25 W 급 양방향 플라이백 컨버터 시작품을 이용하여 정격부하에서 전력변환 효율과 설계의 타당성을 실험적으로 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 리튬폴리머 배터리를 입력 전압원으로 High-Altitude Electomagnetic Pulse (HEMP) 구동용 고밀도 고전압 충전기의 설계를 다루며, 제안하는 충전기는 독특한 3상 델타-와이 변압기 구조를 갖는 5.4kW 용량의 LCC 공진 컨버터로 제작 되었다. 풀브릿지 형태로 4개의 스위치를 사용하는 단상 충전기는 동일 용량을 설계하는 경우, 입력 전류량이 높아 소자의 발열로 충전기의 동작 시간이 제한되고 누설 인덕턴스에 의한 스파이크성 전압이 크게 발생하여 충전기의 안정적인 구동이 어려운 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 6개의 스위치를 사용하는 삼상 충전기를 HEMP 구동용 고밀도 고전압 충전기에 적용하였다. 동일 용량의 단상과 삼상 충전기 설계과정과 시뮬레이션 결과를 분석해 각 충전기의 차이점을 비교하고, 저항 및 커패시터 부하 실험으로 제안하는 삼상 충전기의 동작과 성능을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 다수의 고주파 단상 변압기를 사용하여 다수의 독립된 직류 전압원을 만들 수 있는, 여러 다이오드 정류기와 연결된 풀 브릿지 DC-DC 컨버터에 대한 분석 및 제어 기법을 제안한다. 본 토폴로지의 경우 제어 대상인 2차단 직류단이 다수이지만 1차단 스위칭 회로가 하나의 풀 브릿지 회로이기 때문에 2차단 전압의 개별 제어를 위한 자유도가 부족하다. 이에 따라 다수 직류단 전압의 평균 값을 제어하는 방식이 사용된다. 이때, 각 직류단에 다른 용량의 부하가 연결되어 있는 상황에 대하여 상세한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 제시된 토폴로지(Topology)를 하드 스위칭 기반의 DCM(Discontinuous Conduction Mode) 및 CCM(Continuous Conduction Mode) 동작의 경우에 대해 분석한다. 이를 바탕으로, 직류단 전압 제어를 위한 전향 보상 및 안티 와인드업을 포함하는 Integral and Proportional (IP) 제어기를 구성하고, 제어기 이득 및 전향 보상을 수식화 한다. 최종적으로 구해지는 제어기의 전달 함수를 통해, 제어기가 정확하게 설계되었는지 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
ESS용 NCM계 의 양극 전이금속 설계인자 조성비(x:y:z)를 5:2:3, 6:2:2로 달리하여 제작한 전지를 사용하여 C-rate별 방전시험을 통한 기본성능평가를 진행하였고, 가속열화 시험을 통한 수명특성을 분석하였다. EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 실험을 통하여 전지의 임피던스를 확인하였고, 열화되지 않은(Fresh) 전지와 열화된(Aging) 전지의 SOC(State-of-Charge)별 임피던스 특성을 비교 분석하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 고효율 및 소형 스위치모드 라인 트랜스포머를 제안한다. 종래의 절연을 위한 라인 트랜스포머와 역률개선 회로를 이용한 전원회로는 60Hz 저주파 트랜스포머의 사용으로 전원회로의 크기와 중량이 큰 단점이 있다. 본 논문에서 제안하는 스위치모드 라인 트랜스포머(SMLT)는 고주파수 구동이 가능한 LLC 공진형 컨버터의 트랜스포머로 절연 규격 및 부피저감을 동시에 달성하였다. 또한 2차 측의 풀브리지 정류기를 이용하여 출력전압을 120Hz 사인파로 복원하여, 기존의 역률개선 회로 앞단에 제안 회로를 적용하여 역률개선이 가능하다. 제안방식의 타당성을 검증하기 위해 350W급 시작품에 대한 실험결과를 제시한다.


(게재일: 2018.07.03)
Weinberg 컨버터는 입출력 전류 리플이 작아 필터 사이즈가 작고, 스위치 및 다이오드가 소프트 스위칭을 하여 높은 효율을 갖는 장점으로 인해 정지궤도 위성용 배터리 방전 조절기와(Battery Discharge Regulator, BDR) 같이 높은 전력밀도 및 높은 효율을 요구하는 제품에 유용한 승압형 컨버터이다. 최근 정지궤도 위성의 큰 전력 요구사양에 맞춰 버스 전압 사양이 커지면서 Weinberg 컨버터는 몇 가지 문제점을 갖게 되었다. 첫째 다이오드의 큰 순 방향 전압 강하로 인해 도통 손실이 증가한다. 둘째 다이오드의 기생 커패시터와 누설 인덕턴스간의 공진으로 인한 전압 맥동이 심화되면서 EMI 특성이 악화된다. 셋째 스위치 턴-오프 시 발생하는 큰 출력 전류 스파이크로 인해 출력 필터 크기가 커진다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 추가 스위치 및 커패시터를 이용해 다이오드 차단시 그 전압을 기존보다 크게 낮춤으로 써 도통 손실 개선 및 EMI 특성 개선을 하는 방법을 제안한다. 또한, 출력 필터 사이즈 저감을 위해 출력 전류 리플을 줄일 수 있는 추가 스위치의 적절한 구동 방법에 대해 제안한다. 제안하는 컨버터는 더욱 높은 전력 밀도 및 효율을 얻을 수 있어 차세대 정지궤도 위성용 BDR에 적합하다. 본 컨버터는 100V/750W의 출력전압/전력을 갖는 시작품을 통해 그 유효성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 Grid, PV(Photovoltaic), BESS(Battery Energy Stroage System), DC Load로 구성된 DC 마이크로그리드를 국내 사이트에 적용한 사례 및 실증 결과에 대해 기술하고 있다. 또한 DC 마이크로그리드 시스템의 구성과 함께 Destin Power사가 개발하여 적용한 125kW급 PCS(Power Conditioning System)의 기술을 소개하였다. 마지막으로 시스템의 운영 타당성을 체계적으로 검증하기 위해 진행했던 시험 항목과 결과를 서술하였으며 그 결과를 바탕으로 DC 마이크로 그리드 시스템 실증을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 DC Common 방식의 Hybrid PCS (Power Conditioning System)의 해외 실증사례에 대해 서술하고 있다. 본 시스템은 계통, PV(Photovoltaic), BESS (Battery Energy Storage System)로 구성되어 있으며 UAE의 Dubai에 60kW급 2기, 200kW급 1기를 실증한 사례를 설명한다. 각 구성품 들의 사양과 Destin Power사 Hybrid PCS를 소개하고 사양을 서술하였으며 실제 운영을 통하여 제품의 신뢰성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 인덕션 쿠커의 스위칭 전력반도체에서 발생되는 스위치 손실을 비교 분석한다. Si-기반 전력반도체의 효율 상승이 한계점에 도달함에 따라 고속 스위칭 및 저손실 특성을 지닌 SiC, GaN와 같은 와이드밴드갭 소자를 활용한 고전력밀도 컨버터의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 소비자 가전분야의 인덕션쿠커 공진형 하프-브릿지 전력회로의 기존 Si-IGBT를 GaN-FET과 SiC-FET으로 구성하여 스위치 손실모델을 유도하고 이를 통해 세 가지의 전력반도체가 적용된 인덕션 쿠커의 스위치 손실을 비교분석한다. 분석된 손실모델은 PSIM Thermal Module을 통하여 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
현재 공장 단지 내에 구비된 조명 시설은 SMPS, DC/DC컨버터 및 LED 램프 등이 하나의 모듈로써 구성되어 있다. 이처럼 일체형으로써 사고 및 고장 발생 시, 모듈 전체를 수리 또는 교체되어야 하므로 시간과 경제적으로 많은 불편이 따른다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 각각을 분리한 집중형 LED 드라이버로써 정류기와 DC/DC 컨버터를 분리하여 구성하였다. 각각의 LED의 Dimming 제어를 위해서, 전력선에 주파수 성분을 첨가하여 주파수 정보에 따른 Dimming 제어를 실시함으로써, 따로 통신선 구비가 필요 없는 집중형 LED 구동 드라이버를 제안하였다. 제안하는 방식의 타당성을 검증하기 위해 PSIM 시뮬레이션을 통하여 그 과정을 증명하였다.


(게재일: 2018.07.03)
도서 및 산간지역에 필요한 독립형 마이크로그리드는 디젤발전, 태양광발전 및 에너지저장장치 등으로 구성된다. 독립형 마이크로그리드내의 급격한 부하 변동, 분산형전원의 발전량 변동과 같은 문제로 인해 교류계통의 전압과 주파수가 변동한다. 특히, 독립형 마이크로그리드간에 전력을 주고받는 상황에서는 상호간의 교류전압과 주파수를 적절히 조절해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 독립형 마이크로그리드 간에 전력을 주고받을 시, 에너지 라우터(Energy Router)라는 기기를 이용하여 통신을 사용하지 않고 자율 분산 제어방법을 통해 계통 전압과 주파수를 제어하는 방법을 제안한다. 에너지 라우터는 AC/AC 컨버터를 사용하여 전력을 상호 간에 전달한다. 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 부하 변동 및 분산형전원의 발전량 변동 등을 모의하고 에너지 라우터의 유효성을 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
최근 휴대용 어댑터의 동향은 고주파수 전력 컨버터 설계를 통한 어댑터의 고효율화 및 소형화의 중요성을 강조하고 있다. 그러나 기존 준공진형(Quasi Resonant, QR) 플라이백 컨버터는 하드 스위칭 동작으로 고주파수 구동에 한계가 있으며, 누설 인덕턴스 에너지에 의한 손실로 인해 고효율을 달성하기가 어렵다. 반면, 능동 클램프 플라이백(Active Clamp Flyback, ACF) 컨버터는 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 하여 고주파수 구동에 유리하고, 누설 인덕턴스 에너지를 입력으로 회기 시킴으로써 손실을 저감할 수 있다. 또한, 경계전류모드(Boundary Conduction Mode, BCM) 동작에서의 손실분석을 기반으로, 반도체 특성이 우수하여 고주파수 동작에 유리한 GaN-FET를 적용하고 최적 설계를 진행함으로써 고효율 및 고전력밀도를 달성하였다. 따라서 본 논문에서는 GaN-FET를 기반으로 하는 고효율 및 고전력밀도 BCM ACF 컨버터의 최적 설계 방안을 제시하고 65W급 시작품의 실험결과를 통해 이를 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 용량성 결합 플라즈마 응용 시스템을 위한 전류형 토폴로지 기반의 전력 변환장치 구조를 제안한다. 제안된 시스템은 독립적으로 제어된 두 개의 고 정밀 펄스 전류를 부하로 출력하는 병렬 연결된 전류형 전력 변환장치로 구성된다. 전체 회로 토폴로지는 네 가지 세부 부분; 바이어스 전류 발생기, 바이어스 전류 모듈레이터, 슬롭 전류 발생기, 슬롭 전류 모듈레이터로 구성되어 있다. 제안된 시스템은 빠른 과도 특성을 위해 1200V/90A급 SiC MOSFET 스위치를 사용하였다. 제안된 전력 변환장치는 4.5kV의 출력전압, 40A급 출력전류와 100ns급 전류 상승/하강 특성을 충족시키도록 설계되었다. 본 연구는 펄스 전류형 전력 변환회로를 제안함으로써 전압형 전력 변환장치에 비해 전압 스파이크 및 전압 파형 왜곡을 줄여 보다 정확한 출력 전압을 발생시킴으로써 용량성 결합 플라즈마 시스템의 안정도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.


(게재일: 2018.07.03)
최근 다양한 산업응용분야에서 가변커패시터의 필요성은 점점 증가하고 있다. 특히 고전력 RF플라즈마 시스템에서 임피던스 정합 회로에 사용되는 가변커패시터는 빠른 고전압 차단능력이 요구된다. 본 논문에서는 RF플라즈마 시스템의 임피던스 정합 회로에 활용되는 단방향 스위치를 사용한 전기적 가변 캐패시터 (Electrical Variable Capacitor, 이하 EVC) 회로의 전압 스트레스를 저감하는 방법에 대해서 제안한다. 제안된 방법은 13.56Mhz의 주파수와 1kW이상의 고전력 RF플라즈마 시스템에서 단방향 스위치의 전압 스트레스를 양방향스위치를 사용한 EVC 회로를 활용하여 저감한다. 본 논문에서 제안된 방법으로 전압 스트레스가 감소하여 EVC 회로를 고전력 초고속 RF플라즈마 시스템의 임피던스 정합 회로에 좀 더 효과적 으로 적용할 수 있게 된다. 시뮬레이션 및 실험을 통해 EVC 회로의 스위치에 걸리는 전압 스트레스가 40%이상 저감되는 것을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
섬이나 고립된 지역들은 디젤 발전기를 이용하여 전력 공급을 해왔다. 발전소와 송배전설비 증설에 대한 경제적 문제와 사회적 갈등이 심하기 때문이다. 최근 이러한 비용, 사회 그리고 환경 문제로 인해 에너지 자립섬에 대한 관심이 증가하고 있다. 에너지 자립섬이란, 태양광, 풍력 등 신재생에너지와 배터리를 이용해 필요한 에너지를 스스로 생산하고 사용하는 섬을 말한다. 따라서 디젤 발전기 화석연료 사용량과 유지보수 비용을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 상위제어기에 해당하는 EMS(Energy Management System)를 이용해 디젤 발전기, 태양광 PCS(Power Conversion System)와 에너지저장장치(Energy Storage System: ESS)의 유기적인 운영으로 높은 에너지 자립률을 달성한 사례를 소개하고자 한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 다권선 변압기를 이용한 능동 셀 밸런싱 회로의 에너지 전달 효율을 향상시킬 수 있는 스위칭 방식을 제안한다. 다권선 변압기를 이용한 밸런싱 회로는 셀 당 하나의 스위치가 사용되며, 하나의 변압기 권선을 두 개의 셀이 공유하는 구조를 가져 다른 능동 셀 밸런싱 회로보다 소량의 능동 소자 및 수동 소자가 사용되는 장점을 갖는다. 이 밸런싱 회로는 직렬 셀 전압의 분포에 따라 에너지를 공급하는 소스 셀과 에너지를 받는 목표 셀을 선택하여 벅-부스트 및 플라이백 방식으로 동작한다. 하지만, 플라이백 동작에서 기존의 스위칭 방식을 사용할 경우, 변압기의 커플링 계수의 영향으로 인해 밸런싱 과정 중 비-목표 셀로 전달되는 에너지가 발생하게 된다. 이는 에너지 전달 효율을 감소시켜 셀 밸런싱 과정 중 새로운 셀 불균형 현상을 초래한다. 본 논문에서는 플라이백 동작에서 변압기의 커플링 영향을 최소화하여 셀 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 있는 스위칭 방식을 제안하였다. 제안한 스위칭 방식의 성능은 1 W급 시작품을 이용한 실험을 통하여 검증되었다.


(게재일: 2018.07.03)
유도가열은 전자기 유도 현상을 이용하여 금속체를 직접 가열하는 방식이며 높은 변환 효율로 전기에너지를 열에너지로 변환할 있다. 이로 인해 금속의 단조, 용해, 표면경화, 풀림 등 여러 응용분야를 통해 철강 및 기계 산업에 기여하고 있다. 단조용 유도가열기 전원장치는 높은 전력용량을 사용하여 주로 SCR을 이용한 위상제어 정류기를 적용한다. 하지만 입력단의 저 역률 및 전류의 THD가 높은 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점을 보안하기 위해 단조용 유도가열 작업에 맞는 인터리브드 방식의 벅 컨버터와 전류원 인버터를 사용한 고효율 유도가열 전원장치를 제안한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 연구에서는 핫플레이트를 균일한 표면 온도로 가열시키기 위한 카트리지 히터의 설계를 시도하였다. 이를 위하여 1. 표면 전력밀도 및 전열선 전력밀도에 따른 발열온도 측정 실험 2. 카트리지 히터의 분할 영역과 전열선 권선 비율에 따른 온도 측정 실험을 실시하여 온도분포형 카트리지 히터의 설계 사양을 선정하였다. 또한 이렇게 설계한 카트리지 히터를 직접 제작하여 기존의 표준형 카트리지 히터와의 성능 비교 측정 실험을 실시하여, 본 연구에서 제시한 방법으로 제작한 카트리지 히터의 표면 온도 균일도가 우수함(표면 온도차 )을 증명하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 소형 큐브위성의 전력시스템 구성품의 용량 및 위성의 운용로직을 설계할 수 있는 소프트웨어 테스트베드 설계 방법을 제시한다. 기존 초소형 인공위성 시스템 설계를 위한 소프트웨어가 개발되어 상용품으로 판매되고 있으나, 주로 자세제어 시스템의 제어기 설계를 위해 소프트웨어가 사용되고있고, 텍스트기반 복잡한 구조로 되어있어 본 논문의 목적인 전력계 구성품 용량 및 운용로직을 설계하는데 이를 활용하기 어려운 측면이 있었다. 따라서 본 논문에서는 전력시스템의 구성품들을 전력 및 에너지 방정식으로 모델링하여 Matlab/Simulink에서 이를 구현함으로써 가독성을 높여 시스템 설계 및 분석 시간을 줄일 수 있는 소프트웨어 테스트베드 설계방법을 제시한다. 제안된 소프트웨어 테스트베드를 이용한 3리터 사이즈의 소형 큐브위성 시스템의 구성품 용량 및 운용로직 설계 결과를 본 논문에서 제시한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 넓은 영전압 스위칭 범위와 고효율을 가지는 Split-Capacitor Dual-Active-Bridge 컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 기존의 Dual-Active-Bridge의 풀-브릿지 구조를 Split-Capacitor 구조로 변경하여 회로를 개선하였다. 비록 제안한 컨버터는 변압기 전류가 기존의 회로보다 2배만큼 높아지지만 6개 스위치의 정격 전압이 절반으로 줄어들며, 넓은 영전압 스위칭 범위를 가진다. 또한 변압기 전류의 증가로 인해, 기존의 컨버터에 비해 1/4만큼 작은 누설 인덕턴스로 같은 전력을 넘길 수 있다. 추가된 커패시터는 변압기 DC 성분에 의한 포화 문제를 막아주며 두 개의 출력을 가질 수 있도록 한다. 제안한 컨버터의 성능을 검증하기 위해 3-kW의 시제품을 제작하여 실험을 통해 증명하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 Solid-state Marx modulator(SSMM)용 10kV, 1kW급 고전압 커패시터 충전기의 설계에 대해 기술한다. 직렬 공진형 인버터를 기반으로 Marx modulator용 충전기 구현을 위해 다수의 커패시터를 동시에 충전할 수 있도록 다단 변압기와 정류기를 사용하는 구조를 제안한다. 변압기 1차 권선으로 단일 턴의 고전압 케이블을 사용하여 설계하고, 작은 누설 인덕턴스만으로 공진 인덕터를 구현하기 위해 DCM(Discontinuous Conduction Mode)를 기반으로 공진 파라메터를 설계한다. 6개의 환형 코어에 각각 2개의 2차 권선을 권취하고 각 2차 권선은 배전압 정류회로와 연결되어 총 24개의 커패시터를 각각 417V로 동시에 충전할 수 있도록 설계한다. 본 논문에서는 DCM영역에서 동작하는 직렬공진형 컨버터의 공진 파라메터 상세 설계에 대하여 기술하고, 24개의 커패시터 직렬 결선을 통한 10kV, 1kW 정격운전 시뮬레이션 및 실험결과를 통해 제안된 회로를 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 3상 듀얼 액티브 브리지 (3P-DAB) 컨버터의 경부하 조건에서 전력 변환 효율을 향상시키기 위한 효과적인 스위칭 알고리즘을 제안한다. 3P-DAB 컨버터는 교차배치 (Interleave) 구조로 인한 작은 필터 크기와 낮은 전도 손실을 얻을 수 있고, 추가적인 회로없이 소프트 스위칭이 가능하며 양방향 전력 흐름에서의 무절체 제어로 인해 고전력 애플리케이션에서 널리 사용되는 토폴로지 중 하나이다. 그러나 3P-DAB의 위상천이 방법(SPS)을 이용한 제어 방식의 경우 경부하 조건에서 영전압 스위칭(ZVS)의 실패 가능성이 높기때문에 효과적이지 않다. 본 논문에서는 SPS 제어 알고리즘과 비대칭 시비율 변조법 (Asymmetrical Pulse Width Modulation; APWM)을 연쇄적으로 사용하여, 경부하에서 스위치의 ZVS 영역을 넓히고자 한다. 3-kW의 3상 DAB 컨버터의 시작품을 구현하고 실험을 통해 제안된 방법의 효율성을 검증 하였다.


(게재일: 2018.07.03)
신재생에너지의 보급 확산과 전력수요의 증가에 따라 전력계통이 분산화되는 추세이며 이에 따라 배전계통의 안정화를 위한 전력계통 안정화 장치(Power System Stabilizer)로 그 사용이 확대되고 있는 추세이다. 따라서 대표적인 전력계통 안정화 장치인 정지형 무효전력보상장치(SVC: Staic Var Compensator)에 대한 다양한 토폴로지로 개발되고 있다. 또한 기술의 트랜드는 SVC에서 Statcom 기술 개발로 이어지고 있다. 최근 Statcom의 변환손실 및 경제적 단점을 극복하기 위해 Statcom과 SVC를 병렬로 사용하는 Hybrid 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 SVC 기능에서 TCC(Thyristor Controlled Capacitor)방식에서 문제가 되는 돌입전류 제한을 위한 새로운 Soft-Step Switching 방식을 제안한다. 또한 Statcom의 용량을 줄이기 위해 SVC용 무효전력 보상 리액터 및 콘덴서 군을 설계하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 배터리팩 테스터에 적용되는 3상 전류원 기반의 Dual Active Converter(DAB)의 효율 향상 기법에 대해 제안한다. 기존의 1, 2차 측 스위치의 위상차를 통해 컨버터의 출력을 제어하는 경우, 변압기 1, 2차 측 전압 차이에 의해 스위치에 순환 전류가 커지고 도통 손실이 증가하는 문제가 있다. 본 논문에서는 3상 전류원 기반의 DAB 컨버터의 1, 2차 측 스위치의 위상과 시비율을 동시에 제어함으로써 스위치 도통 손실을 저감할 수 있는 방식을 제안한다. 제안하는 제어방법은 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 배터리의 에너지 사용량을 증대시키기 위하여 출력 가능한 최대 전류를 실시간으로 추정하는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 측정된 단자전압을 이용한 전압 모사 방식과 피드백 구조를 이용한 최대 출력 전류 추정 알고리즘으로 구성된다. 제안한 알고리즘을 Simulink 기반의 시뮬레이션과 Li-ion 배터리를 이용한 실험을 통해 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 멀티레벨 컨버터 및 인버터 파워스택의 변압기 설계법에 대해 다룬다. 멀티레벨 파워스택 토폴로지는 기존의 위상천이 변압기를 이용하는 대신 다권선 변압기를 이용하여 단순한 구조의 변압기 설계가 가능하다. 본 논문에서는 다권선 변압기를 사용하는 멀티레벨 파워스택에 대해 이론적 분석을 서술하고, 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
직류배전 시스템은 신재생에너지 및 ESS(Energy Storage System)와의 결합으로 높은 에너지 이용효율을 가질 수 있다. 이러한 직류배전 시스템은 기존 교류계통을 통해 구성되며, 다양한 디지털 부하가 연계되므로 교류계통 및 메인 PCS(Power Conversion System)에 문제가 발생했을 때를 대비하여 비상 전력 공급 시스템이 필수적으로 고려되어야 한다. 최근 직류배전에서 비상 전력 공급 시스템으로 큰 관심을 받고 있는 ESS는 초기 설치비용, 용량, 수명 등의 문제로 인해 단일로 비상 전력 공급 시스템을 구성하기에 어려움이 있다. 때문에 기존에 이미 많이 설치되어 있는 비상발전기의 적용이 검토되어야 한다. 본 논문에서는 비상발전기와 ESS를 활용하여 양극성 저압직류배전에서 정전과 같은 사고 상황 발생 시 직류배전망의 전압을 빠르게 안정시킬 수 있는 시스템과 그 운영기법을 제안하였고, PSIM 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
일반적으로 리튬이온은 배터리들은 각 배터리마다 고유의 전기화학적 특성을 갖고 있으며 이러한 특성들로 인해서 직렬 또는 병렬로 패키징 되어서 팩으로 사용 될 때 각 셀 간의 전압 불균형이 발생하게 된다. 셀 벨런싱 회로 같은 셀 간 불균형을 회복시켜주는 기능이 없다면 배터리 팩 내의 셀 간 전압 불균형은 시간이 지남에 따라 더 커지게 되고 이는 배터리 팩의 노화를 가속 시키거나 배터리 팩의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 이는 폐 리튬이온 배터리 팩을 재활용하는데 있어서도 반드시 고려해야하는 사항으로서 재활용 팩의 사용시간에 영향을 끼칠 수 있다. 위의 문제를 극복하기 위해서는 배터리 팩을 만들기 전에 스크리닝을 통해서 전기화학적 성분이 유사한 배터리들을 팩으로 만드는 것이 필요하다. 일반적으로 프레시 배터리의 용량은 거의 비슷하기 때문에 프레시 배터리 용량은 프레시 배터리를 스크리닝 하기 위한 많은 기준들 중에서 가중치가 크지 않지만 폐 리튬이온 배터리들은 각 배터리마다 고유의 전기화학적 특성을 갖을 뿐만 아니라 각 배터리마다 상이한 배터리 용량을 갖고 있기 때문에 각 배터리의 용량에 프레시 배터리를 스크리닝 할 때보다 큰 가중치를 두어 스크리닝 할 필요가 있다. 본 논문에서는 같은 전류 프로파일로 노화된 배터리 팩 내의 셀들의 전기화학적 특성을 분석하여 폐배터리 셀들을 재활용하기 위한 스크리닝 방법에 대해서 고찰한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 inductive power transfer (IPT) 시스템 2차측 semi-bridgeless 정류기에 pulse density modulation (PDM) 제어를 적용하기 위한 시스템 설계 방안을 제안한다. LCCL-S 토폴로지를 사용한 IPT 시스템에 PDM 제어를 적용하였을 때 나타나는 출력특성을 기존의 SS 토폴로지를 사용한 시스템의 출력특성과 비교 분석한다. 분석 결과를 바탕으로, 실제 전기자동차 배터리 충전사양을 고려하여 3.3 kW 급 IPT 시스템을 설계하고 설계 결과를 시뮬레이션을 통해 검증한다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문에서는 유도전동기의 회전자 시정수 오차에 강인한 센서리스 전차원(Full-Order) 자속(Flux) 관측기(Observer)를 제안하였다. 이 관측기는 고정자 자속과 회전자 자속을 동기좌표계상에서 추정한다. 고정자 자속에서 누설 자속을 뺀 공극 자속을 기준으로 제어를 수행하며, 동기좌표계가 공극 자속을 빠르게 따라갈 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 방법을 적용할 때, 기존의 회전자 자속을 직접 이용하는 방법보다 중-고속 영역에서 회전자 시정수 오차의 영향이 감소함을 확인하였다. 또한 기존 관측기와 달리 제안된 관측기에서 적응제어기(Adaptive Controller)는 전동기의 회전 주파수가 아닌, 전동기의 슬립 주파수 만을 추정하므로, 회전자 자속 오차에 민감한 적응제어기의 역할을 축소하였다. 시뮬레이션 및 실험으로 이론의 타당성 및 효과를 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
본 논문은 계통연계형 인버터의 단독운전 방지를 위해 정궤환을 이용한 무효전력 변동기법을 제안하였으며, 구현 및 실험을 통해 단독운전 방지 성능을 검증하였다. PCC 지점에는 양호도( ) 2.5의 특성을 갖는 3상 RLC 부하가 연결되며, 부하 공진주파수는 60Hz로 설정하였다. 무효전력 변동기법은 일정 크기로 주입되는 무효분과 주파수 편차를 이용한 정궤환으로부터 공급되는 무효분으로 구성된다. 계통연계 운전 시에는 일정한 무효전력 성분만이 공급되며 역률은 0.9975이다. 단독운전 발생 시, 일정 무효전력 때문에 변화된 PCC 주파수와 계통 정격주파수 간의 편차는 정궤환 성분을 활성화하고, 증가된 무효전력에 의한 PCC 주파수 변화를 검출하여 단독운전을 판단한다. 1.7kW 3레벨 T-타입 인버터를 통해 단독운전 방지 성능을 실험하였으며, 검출시간은 각각 53ms, 150ms로써 우수한 성능을 검증하였다.


(게재일: 2018.07.03)
폴리아미드 역삼투막을 이용하여 염화나트륨, 아세트산나트륨, 구연산나트륨 용액의 역삼투 농축실험을 행하고, 농도분극 현상을 압력, 용질의 종류, 농축액의 초기 농도를 변수로 연구하였다. 투과 플럭스에 대한 압력과 농도의 영향을 살펴보면, 공정 압력이 증가할수록 그리고 원액의 초기 농도가 작을수록 투과플럭스가 증가하였다. 농도분극이 일어나면 막 표면의 농도가 증가하여 투과플럭스가 감소한다. 농도분극은 농축이 진행됨에 따라 투과 플럭스의 감소로 이어지고 농도분극 층에서 용질 역확산을 통하여 점차 감소하였다. 이온의 크기, 분자량, 전하량이 증가함에 따라 막표면에서 정전기적 반발력이 커서 농도분극의 이론적 해석과 실험값의 차이가 컸다.

Reverse osmosis (RO) concentration of sodium chloride, sodium acetate, and sodium citrate solutions has been performed by polyamide RO membrane. Concentration polarization phenomena was also studied by changing pressure, solute kinds, and initial solution concentration. Pressure effect on permeation flux was that the increase of flux was accompanied by the increase of pressure. Flux increase was observed by the decrease of initial solution concentration. Surface concentration on the RO membrane increases and so flux declines due to the concentration polarization. In the later phase of concentration, concentration polarization effect was decreased by the back diffusion of solute from the polariztion layer. In case of sodium citrate, its large ion size and charge density resulted in the discrepancy between theory and experimental data of concentration polarization. It may be due to electric repulsion on the membrane surface.

(게재일: 2018.10.01)
지구 온난화 문제 해결과 온실가스 감축을 위하여 화력발전소를 중심으로 순산소 연소를 통한 포집 기술이 개발되었으나, 산소 생산 비용이 높아 경제성이 떨어지는 문제를 가지고 있다. 순산소 연소에 필요한 대량의 산소(>2,000 tpd)를 생산하는 방법은 초저온 공기분리장치(ASU: Air Separation Unit)가 가장 적합한 것으로 알려져 있으나, 대부분 고순도(>99.5%) 산소 생산에 최적화되어 건설되었다. 이런 초저온 공기분리장치에서 순산소 연소에서 사용이 가능한 낮은 순도(90~97%)의 산소를 생산하고 공정을 최적화할 경우, 공정 효율이 높아져 산소 생산 비용 절감이 가능하다. 본 연구에서는 순산소 연소 발전시스템에 산소를 공급할 수 있는 초대형(>2,000 tpd ) ASU 개발을 위하여 공정 분석 및 비교 평가를 수행하였다. 상용 프로그램인 AspenHysys를 이용하여 산소 순도에 따른 회수율 및 전력소모량을 계산하고 공정의 효율을 평가하였다. 그 결과 ASU를 통해 순산소 연소에 공급되는 산소는 약 95%가 최적이며, 생산 공정 최적화 시 약 12~18%의 전력소모량 절감이 가능한 것을 확인 할 수 있었다.

In order to solve the global warming and reduce greenhouse gas emissions, it has been developed the capture technology by oxy-fuel combustion. But there is a problem that the economic efficiency is low because the oxygen production cost is high. ASU (Air Separation Unit) is known to be most suitable method for producing large capacity of oxygen (>2,000 tpd). But most of them are optimized for high purity (>99.5%) oxygen production. If the ASU process is optimized for low purity(90~97%) oxygen producing, it is possible to reduce the production cost of oxygen by improving the process efficiency. In this study, the process analysis and comparative evaluation was conducted for developing large capacity ASU for oxy-fuel combustion. The process efficiency was evaluated by calculating the recovery rate and power consumption according to the oxygen purity using the AspenHysys. As a result, it confirmed that the optimal purity of oxygen for oxyfuel combustion is 95%, and the power consumption can be reduced by process optimization to 12~18%.

(게재일: 2018.10.01)