한글초록:최근 전자제품의 사용증가로 인한 전력 사용이 급증하는 현상은 날로 증가하고 있는데, 이러한 원인으로 인하여 전원품질의 저하 및 정전에 의한 계통 전압과의 차단등의 문제가 발생하고 있다. 이에 대한 대책으로서 전력설비 시설등의 추가시설이 되겠는데, 이러한 부하 사용량의 증가에 따른 발전용량 및 송변전 시설의 증가는 경제적으로 상당한 낭비를 유발시키고 있다. 특히 우리나라는 여름철 에어콘등과 같은 냉난방기기 사용량의 엄청난 증가로 인해 첨두부하의 증가가 유발되고, 이에 따른 전력예비율 확보차원에서 발전용량을 지속적으로 늘리고 있다. 이러한 전력의 집중현상을 완화시키기 위한 노력으로, 현재 양수발전시설이 증대되고, 심야전력을 이용한 냉난방 시스템등이 보급되고 있으며, 대용량 배터리 ...
한글초록:최근 전자제품의 사용증가로 인한 전력 사용이 급증하는 현상은 날로 증가하고 있는데, 이러한 원인으로 인하여 전원품질의 저하 및 정전에 의한 계통 전압과의 차단등의 문제가 발생하고 있다. 이에 대한 대책으로서 전력설비 시설등의 추가시설이 되겠는데, 이러한 부하 사용량의 증가에 따른 발전용량 및 송변전 시설의 증가는 경제적으로 상당한 낭비를 유발시키고 있다. 특히 우리나라는 여름철 에어콘등과 같은 냉난방기기 사용량의 엄청난 증가로 인해 첨두부하의 증가가 유발되고, 이에 따른 전력예비율 확보차원에서 발전용량을 지속적으로 늘리고 있다. 이러한 전력의 집중현상을 완화시키기 위한 노력으로, 현재 양수발전시설이 증대되고, 심야전력을 이용한 냉난방 시스템등이 보급되고 있으며, 대용량 배터리 전력저장 시스템 등이 사용되고 있으나 고비용과 저효율등의 문제들을 내포하고 있다 한편 각종 전산기기 사용도 더욱 증가하고 있는데, 컴퓨터와 같은 전산기기는 1~2초 미만의 순간정전사고에 의해서도 막대한 손실을 초래할 수 있으므로 이를 대비하여 무정전 전원장치의 사용이 최근에 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 컴퓨터 부하와 같이 전원환경에 민감한 부하시스템에 적용할 수 있는 효율적인 에너지 저장장치의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 이런 에너지 저장장치 중에는 저장형태에 따라서 ECB(Electro-chemical battery)와 EMB (Electro-mechanical battery)로 나눌 수 있는데, ECB 방식은 흔히 우리가 알고 있는 화학전지의 화학반응을 이용한 에너지 저장장치이다. Ni-Cd 배터리와 납축전지, 리튬이온 배터리등을 예로 들 수 있으며, 현재 무정전 전원장치와 같은 전력저장장치에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 납축전지이다. 납축전지는 전반적으로 가격은 낮지만 무게가 무겁고, 유지보수 측면에서 차후에 비용이 발생한다는 단점을 가지고 있다. EMB 방식은 최근 에너지의 효율적 이용기술에 대한 관심이 고조되면서 과거에 축전지 등의 화학적 저장방식 대신 플라이휠 관성을 이용, 회전 운동에너지로 변환하여 저장하고 필요시 전기에너지로 순시에 출력하는 기계적 에너지 저장방식이다 이 시스템은 베어링 시스템에서 상당한 효율저하로 인해 에너지 저장시스템으로 적합하지 않았지만, 현재에는 초전도 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치의 개발로 인한 효율의 증가가 가능하여, 현재는 효용가치가 있는 저장시스템으로 발전하였다. 이러한 플라이휠 시스템은 많은 에너지를 단시간에 저장하고 이를 순발적으로 활용할 수 있는 고효율, 장 수명, 무공해의 청정 에너지저장 재생장치로 선진국에서는 무공해 교통수단의 차세대 보조 동력원을 비롯한 각종 민수용, 국방용으로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 이런 플라이휠 에너지 저장장치를 보조전원장치로 사용하기 위해서는 플라이휠을 이용한 전력변환장치를 구성하여 출력특성을 분석함으로서 플라이휠의 전기적인 특성과 기계적인 특성등을 분석할 필요가 있다. 본 논문은 이러한 연구를 위하여 재질에 따른 플라이휠의 특성과 플라이휠 에너지 저장장치의 속도 특성에 따른 전압과 전류의 변화량을 수식으로 간략화하여 분석하고, 시뮬레이션을 통하여 플라이휠의 에너지 저장상태를 분석하였으며, 부하측에 전원의 이상유무에 관계없이 에너지를 공급할 수 있는 Online UPS로 사용하기위해 단상 PWM방식의 인버터를 모델링하고, Powersim 사의 Psim tool을 이용하여 시뮬레이션을 하여 부하특성을 확인하였다. 그리고, 실제로 DSP(TMS320C31)를 이용한 UPS 인버터 시스템을 제작하였고, 실험은 부하를 저항부하로 하였고, 실제로 0.1[p.u],1[p.u]에서의 제어되는 전압,전류제어파형과 최대부하로의 변동시에 발생하는 과도상태등을 측정하였고, 시뮬레이션 결과와 비교 분석을 하였다. 또한 부하에서의 전압,전류에 대한 THD, 부하변동시에 발생하는 THD 변화율도 Power Analyzer을 통하여 측정하고 분석하였다영문초록:Recently, One of the most challenging problems of utilities are facing today is the generated power to the varying load. On the side of the customer, the widespread use of sensitive high-tech equipment, such as chip manufacturing facilities, has considerably increased the requirements for power quality and reliability over the past years. Especially, in modern society, the increase of air-conditioning loads in summer season cause the power consumption to be concentrated during a certain time.It makes the power system unstable and generates the power quality problems such as instantaneous interruption, voltage sag, increase of reactive power due to the inductive load, and etc. To keep the quality of power system, Uninterruptible power supply system is usually considered as one of the best solutions. But, the conventional UPS systems are based on the lead-acid battery as the energy storageelement, which has some drawbacks of low efficiency, gas pollution, huge size and weight, and high cost for maintenance and replacement, some alternative techniques for energy storage have been proposed to overcome these problems. But, electro-mechanical battery, like flywheel energy storage system, has many advantages; system's weight, energy efficiency, life, economic problem. Flywheel devices require an electric motor/alternator to convert the rotational energy into electrical energy, and vice versa. Since essentially all of the non-spinning power losses in the system will occur in this machine and its associated power electronic drive, it is vital that this part of the system operate with optimal efficiency. So, many experiments like voltage sag compensation, load transient characteristics and etc.In this paper, flywheel's characteristics based on their material, flywheel's voltage and current characteristics based on veolcity were analyzed. For using with online UPS, set the PWM inverter system and make a experiment on that system with TMS320C31 DSP controller and analysis with simulation later on
한글초록:최근 전자제품의 사용증가로 인한 전력 사용이 급증하는 현상은 날로 증가하고 있는데, 이러한 원인으로 인하여 전원품질의 저하 및 정전에 의한 계통 전압과의 차단등의 문제가 발생하고 있다. 이에 대한 대책으로서 전력설비 시설등의 추가시설이 되겠는데, 이러한 부하 사용량의 증가에 따른 발전용량 및 송변전 시설의 증가는 경제적으로 상당한 낭비를 유발시키고 있다. 특히 우리나라는 여름철 에어콘등과 같은 냉난방기기 사용량의 엄청난 증가로 인해 첨두부하의 증가가 유발되고, 이에 따른 전력예비율 확보차원에서 발전용량을 지속적으로 늘리고 있다. 이러한 전력의 집중현상을 완화시키기 위한 노력으로, 현재 양수발전시설이 증대되고, 심야전력을 이용한 냉난방 시스템등이 보급되고 있으며, 대용량 배터리 전력저장 시스템 등이 사용되고 있으나 고비용과 저효율등의 문제들을 내포하고 있다 한편 각종 전산기기 사용도 더욱 증가하고 있는데, 컴퓨터와 같은 전산기기는 1~2초 미만의 순간정전사고에 의해서도 막대한 손실을 초래할 수 있으므로 이를 대비하여 무정전 전원장치의 사용이 최근에 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 컴퓨터 부하와 같이 전원환경에 민감한 부하시스템에 적용할 수 있는 효율적인 에너지 저장장치의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 이런 에너지 저장장치 중에는 저장형태에 따라서 ECB(Electro-chemical battery)와 EMB (Electro-mechanical battery)로 나눌 수 있는데, ECB 방식은 흔히 우리가 알고 있는 화학전지의 화학반응을 이용한 에너지 저장장치이다. Ni-Cd 배터리와 납축전지, 리튬이온 배터리등을 예로 들 수 있으며, 현재 무정전 전원장치와 같은 전력저장장치에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 납축전지이다. 납축전지는 전반적으로 가격은 낮지만 무게가 무겁고, 유지보수 측면에서 차후에 비용이 발생한다는 단점을 가지고 있다. EMB 방식은 최근 에너지의 효율적 이용기술에 대한 관심이 고조되면서 과거에 축전지 등의 화학적 저장방식 대신 플라이휠 관성을 이용, 회전 운동에너지로 변환하여 저장하고 필요시 전기에너지로 순시에 출력하는 기계적 에너지 저장방식이다 이 시스템은 베어링 시스템에서 상당한 효율저하로 인해 에너지 저장시스템으로 적합하지 않았지만, 현재에는 초전도 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치의 개발로 인한 효율의 증가가 가능하여, 현재는 효용가치가 있는 저장시스템으로 발전하였다. 이러한 플라이휠 시스템은 많은 에너지를 단시간에 저장하고 이를 순발적으로 활용할 수 있는 고효율, 장 수명, 무공해의 청정 에너지저장 재생장치로 선진국에서는 무공해 교통수단의 차세대 보조 동력원을 비롯한 각종 민수용, 국방용으로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 이런 플라이휠 에너지 저장장치를 보조전원장치로 사용하기 위해서는 플라이휠을 이용한 전력변환장치를 구성하여 출력특성을 분석함으로서 플라이휠의 전기적인 특성과 기계적인 특성등을 분석할 필요가 있다. 본 논문은 이러한 연구를 위하여 재질에 따른 플라이휠의 특성과 플라이휠 에너지 저장장치의 속도 특성에 따른 전압과 전류의 변화량을 수식으로 간략화하여 분석하고, 시뮬레이션을 통하여 플라이휠의 에너지 저장상태를 분석하였으며, 부하측에 전원의 이상유무에 관계없이 에너지를 공급할 수 있는 Online UPS로 사용하기위해 단상 PWM방식의 인버터를 모델링하고, Powersim 사의 Psim tool을 이용하여 시뮬레이션을 하여 부하특성을 확인하였다. 그리고, 실제로 DSP(TMS320C31)를 이용한 UPS 인버터 시스템을 제작하였고, 실험은 부하를 저항부하로 하였고, 실제로 0.1[p.u],1[p.u]에서의 제어되는 전압,전류제어파형과 최대부하로의 변동시에 발생하는 과도상태등을 측정하였고, 시뮬레이션 결과와 비교 분석을 하였다. 또한 부하에서의 전압,전류에 대한 THD, 부하변동시에 발생하는 THD 변화율도 Power Analyzer을 통하여 측정하고 분석하였다영문초록:Recently, One of the most challenging problems of utilities are facing today is the generated power to the varying load. On the side of the customer, the widespread use of sensitive high-tech equipment, such as chip manufacturing facilities, has considerably increased the requirements for power quality and reliability over the past years. Especially, in modern society, the increase of air-conditioning loads in summer season cause the power consumption to be concentrated during a certain time.It makes the power system unstable and generates the power quality problems such as instantaneous interruption, voltage sag, increase of reactive power due to the inductive load, and etc. To keep the quality of power system, Uninterruptible power supply system is usually considered as one of the best solutions. But, the conventional UPS systems are based on the lead-acid battery as the energy storage element, which has some drawbacks of low efficiency, gas pollution, huge size and weight, and high cost for maintenance and replacement, some alternative techniques for energy storage have been proposed to overcome these problems. But, electro-mechanical battery, like flywheel energy storage system, has many advantages; system's weight, energy efficiency, life, economic problem. Flywheel devices require an electric motor/alternator to convert the rotational energy into electrical energy, and vice versa. Since essentially all of the non-spinning power losses in the system will occur in this machine and its associated power electronic drive, it is vital that this part of the system operate with optimal efficiency. So, many experiments like voltage sag compensation, load transient characteristics and etc.In this paper, flywheel's characteristics based on their material, flywheel's voltage and current characteristics based on veolcity were analyzed. For using with online UPS, set the PWM inverter system and make a experiment on that system with TMS320C31 DSP controller and analysis with simulation later on
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