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전력변환시스템용 제어플랫폼 시스템 기술

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최고관리자  0 Comments  1 Views  20-11-10 15:46  기계

본문

분야 : 전자~전기 개발상태 5 9
전력변환시스템용 제어플랫폼 시스템 기술
보유기관 및 연구자 : 한국전기연구원 강대욱, 강재식, 박영주
  • 특허정보

    모듈라 멀티레벨 컨버터의 변조 방법 (No : 10-1521546)

    모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈의 커패시터 전압 조정 방법 및 상기 방법을 실행 시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록매체 (No : 10-2086530)

  • 거래조건 : 별도 협의

기술완성도

  • TRL09

    사업화

    • 본격적인 양산 및 사업화 단계
  • TRL08

    시작품 인증/
    표준화

    • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
      - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
  • TRL07

    Pilot 단계 시작품
    신뢰성 평가

    • 시작품의 신뢰성 평가
    • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
  • TRL06

    Pilot 단계 시작품
    성능 평가

    • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
    • 시작품 성능평가
  • TRL05

    시제품 제작/
    성능평가

    • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
    • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
  • TRL04

    연구실 규모의
    부품/시스템 성능평가

    • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
    • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
  • TRL03

    연구실 규모의
    성능 검증

    • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
    • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
    • 모델링/설계기술 확보
  • TRL02

    실용 목적의 아이디어/
    특허 등 개념 정립

    • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
  • TRL01

    기초 이론/
    실험

    • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
주요기술구성
▶ 모듈 기반의 중/대용량 전력 변환장치를 연계하기 위한 제어 통신 플랫폼에 대한 기술의 개발과 이를 검증하기 위한 HILS(Hardware In the Loop Simulator) 기술
▶ 전력 변환장치의 용량과 기능에 따라 상위제어기와 다수의 하위모듈제어기간의 효율성 및 신뢰성을 높일 수 있는 제어 통신 플랫폼을 설계할 수 있는 기술
▶ 모듈러 멀티레벨 컨버터의 모든 개별 서브모듈들의 커패시터 전압이 미리 설정된 허용 범위 내에 있는 지를 판단하고, 허용 범위 외에 있는 경우 충방전을 수행하는 서브모듈들의 충방전 스위치를 개방하고, 기존 스위치 단락과 현재 스위치 단락 개수를 비교하여 기준 단락 개수가 현재 스위치 단락 개수보다 큰 경우, 차이만큼 스위치들을 단락하고, 적은 경우, 차이만큼 스위치들을 개방하는 모듈 멀티레벨 컨버터 서브모듈 조정 방법

적용분야 및 적용제품
▶ 발전소 및 변전, 송전소 등 전기송배선 시스템 및 에너지저장장치(ESS), 마이크로그리드 등 스마트 그리드 분야에 적용 가능
▶ Converter Station/EV Charging Station/Microgrid Interconnection
시장동향
▶ 전 세계 디지털 전력 변환 시장은 2017년 120억 달러에서 연평균 17.8%로 성장하여 2027년 620억 달러까지 증가할 것으로 전망됨
▶ 국내 ESS 에너지 저장설비 규모는 2012년 1MWh에서 2018년 3,632MWh로 7년 만에 3,000배 이상 성장함

특장점
기존 기술의 문제점
▶ 모듈러 멀티레벨 컨버터는 많은 수의 서브 모듈이 직렬로 연결되므로 전압 레벨 확장이 용이하여, 낮은 스위칭 주파수에서도 높은 전압 레벨로 인해 우수한 출력을 얻을 수 있는 장점으로 여러 분야에 활용되고 있음
▶ 모듈러 멀티레벨 컨버터에서는 서브모듈 커패시터들의 전압 밸런싱을 유지하는 것이 과전압을 방지하여 컨버터 전체의 고장으로 이어질 수 있는 커패시터의 손상을 막을 수 있음
▶ 전압 밸런싱을 유지하기 위해 서브모듈들의 스위치를 계속적으로 스위칭하는 방법을 사용하나, 스위칭 손실로 인해 컨버터의 전력 변환 효율이 급격하게 떨어짐
기존 기술과의 차별성
▶ DPS의 고속 부동소수점 연산 기술과 FPGA의 고속 병렬 연산 기술을 동시에 활용하여 빠른 제어 주기를 갖는 고속, 고정밀 제어 알고리즘 구현 가능
▶ 산업용 통신 프로토콜 및 광케이블을 활용한 고속, 고신뢰성 통신 기능 제공
▶ 각 단계별 제어주기를 고려하여 10Mbps에서 최대 5Gbps까지 통신 속도 보장
▶ 제어기의 이중화 구성을 통한 중단 없는 안정적인 시스템 운영 기회 제공
▶ HILS 인터페이스를 통한 빠르고 실제적인 검증 기회 제공
▶ DSP-FPGA의 하이브리드 구성 및 MCU-FPGA의 SoC 구성 제어기를 활용한 다양한 전력 변환장치 어플리케이션 구현 가능
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