화석연료의 사용으로 인한 환경오염과, 화석연료의 고갈이 세계적인 주목을 받고 있다. 이러한 문제를 해결하기위하여 태양, 풍력, 연료전지, 바이오매스 등의 신재생에너지원의 사용이 해결책으로 부각되고 있으며, 더욱이 한국정부는 ‘저탄소 녹색성장’이라는 정책으로 이러한 신재생에너지원의 사용과 신재생에너지원의 전력변환장치가 이슈가 되고 있다. 이러한 신재생 에너지원 중 태양광, 풍력의 경우는 일사량, 풍속, 온도 등의 환경요인에 인하여 사용가능한 출력이 변동하게 되어 일정한 전력을 공급하지 못한다. 그러나 연료전지의 경우, 외부의 환경에 관계없이 일정한 출력 유지할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 이유로 인하여 ...
화석연료의 사용으로 인한 환경오염과, 화석연료의 고갈이 세계적인 주목을 받고 있다. 이러한 문제를 해결하기위하여 태양, 풍력, 연료전지, 바이오매스 등의 신재생에너지원의 사용이 해결책으로 부각되고 있으며, 더욱이 한국정부는 ‘저탄소 녹색성장’이라는 정책으로 이러한 신재생에너지원의 사용과 신재생에너지원의 전력변환장치가 이슈가 되고 있다. 이러한 신재생 에너지원 중 태양광, 풍력의 경우는 일사량, 풍속, 온도 등의 환경요인에 인하여 사용가능한 출력이 변동하게 되어 일정한 전력을 공급하지 못한다. 그러나 연료전지의 경우, 외부의 환경에 관계없이 일정한 출력 유지할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 이유로 인하여 연료전지 시스템은 기존의 화석연료 시스템을 대체할 수 있는 에너지원으로 손꼽히며, 미래에 강력한 에너지원의 역할을 할 것으로 예상가능하다. 그러나 연료전지 스택은 태양광 모듈에 비하여 상대적으로 저 전압, 대 전류의 특징과 사용전류가 증가함에 전압강하가 큰 동작 특성을 가진다. 이러한 특징들은 연료전지 시스템의 효율을 저하시키는 요인으로 동작한다. 연료전지의 전력변환장치는 연료전지를 승압시키는 DC/DC 컨버터부와 승압된 DC전압을 AC전압으로 변환하는 DC/AC인버터부로 구성된다. 그러나 대전류의 특성으로 DC/DC 컨버터부가 고효율로 동작하기는 어려우며, 대부분의 컨버터의 효율은 90[%]이하이다. 현재 DC/AC인버터부의 효율은 대게 95[%]이상으로 잘 개발되어져있다. 따라서 전체 시스템의 효율 향상을 위해서는 DC/DC컨버터부의 효율개선이 필수적이다. 본 논문에서는 연료전지 시스템의 고효율화를 위하여, 기존에 사용되던 고주파절연형 풀브리지와 푸시풀 컨버터를 이용한 전력변환장치를 개발하고 이론적해석과 실험을 통하여 효율 및 손실요인을 해석하였다. 또한 수동소자와 능동소자의 최적화를 통한 효율개선방안을 제시하였다. 이러한 효율개선방안은 실험을 통하여 입증하였다. 효율면에서 우수한 특성을 보이는 소프트스위칭 컨버터를 도입하여 이것의 이론적 해석, 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다. 그러나 일정한 듀티로만 동작하여야하는 소프트 스위칭 컨버터를 출력이 변동할 경우 입력전압이 떨어지는 연료전지 시스템에 적용하기가 어렵다. 이러한 소프트스위칭 컨버터의 단점을 보완하기위하여 4대의 컨버터를 PISO (Parallel Input - Serious Output) 방식으로 구성하여 입력전압이 변동할 경우에도 일정듀티로 동작하는 제어방식을 제안하였다. 이러한 멀티레벨 컨버터는 인버터와 연계되어 실험을 통하여 고효율 특성을 입증하였다. 전체 시스템에 사용된 제어알고리즘은 전체 DSP(TMS320F28335, TMS320F2808)를 이용하여 디지털 제어로 구성되었다.
화석연료의 사용으로 인한 환경오염과, 화석연료의 고갈이 세계적인 주목을 받고 있다. 이러한 문제를 해결하기위하여 태양, 풍력, 연료전지, 바이오매스 등의 신재생에너지원의 사용이 해결책으로 부각되고 있으며, 더욱이 한국정부는 ‘저탄소 녹색성장’이라는 정책으로 이러한 신재생에너지원의 사용과 신재생에너지원의 전력변환장치가 이슈가 되고 있다. 이러한 신재생 에너지원 중 태양광, 풍력의 경우는 일사량, 풍속, 온도 등의 환경요인에 인하여 사용가능한 출력이 변동하게 되어 일정한 전력을 공급하지 못한다. 그러나 연료전지의 경우, 외부의 환경에 관계없이 일정한 출력 유지할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 이유로 인하여 연료전지 시스템은 기존의 화석연료 시스템을 대체할 수 있는 에너지원으로 손꼽히며, 미래에 강력한 에너지원의 역할을 할 것으로 예상가능하다. 그러나 연료전지 스택은 태양광 모듈에 비하여 상대적으로 저 전압, 대 전류의 특징과 사용전류가 증가함에 전압강하가 큰 동작 특성을 가진다. 이러한 특징들은 연료전지 시스템의 효율을 저하시키는 요인으로 동작한다. 연료전지의 전력변환장치는 연료전지를 승압시키는 DC/DC 컨버터부와 승압된 DC전압을 AC전압으로 변환하는 DC/AC인버터부로 구성된다. 그러나 대전류의 특성으로 DC/DC 컨버터부가 고효율로 동작하기는 어려우며, 대부분의 컨버터의 효율은 90[%]이하이다. 현재 DC/AC인버터부의 효율은 대게 95[%]이상으로 잘 개발되어져있다. 따라서 전체 시스템의 효율 향상을 위해서는 DC/DC컨버터부의 효율개선이 필수적이다. 본 논문에서는 연료전지 시스템의 고효율화를 위하여, 기존에 사용되던 고주파절연형 풀브리지와 푸시풀 컨버터를 이용한 전력변환장치를 개발하고 이론적해석과 실험을 통하여 효율 및 손실요인을 해석하였다. 또한 수동소자와 능동소자의 최적화를 통한 효율개선방안을 제시하였다. 이러한 효율개선방안은 실험을 통하여 입증하였다. 효율면에서 우수한 특성을 보이는 소프트스위칭 컨버터를 도입하여 이것의 이론적 해석, 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다. 그러나 일정한 듀티로만 동작하여야하는 소프트 스위칭 컨버터를 출력이 변동할 경우 입력전압이 떨어지는 연료전지 시스템에 적용하기가 어렵다. 이러한 소프트스위칭 컨버터의 단점을 보완하기위하여 4대의 컨버터를 PISO (Parallel Input - Serious Output) 방식으로 구성하여 입력전압이 변동할 경우에도 일정듀티로 동작하는 제어방식을 제안하였다. 이러한 멀티레벨 컨버터는 인버터와 연계되어 실험을 통하여 고효율 특성을 입증하였다. 전체 시스템에 사용된 제어알고리즘은 전체 DSP(TMS320F28335, TMS320F2808)를 이용하여 디지털 제어로 구성되었다.
Nowadays, the interest on the clean energy has been focused over the whole countries of the world because of environmental pollution caused by the fossil fuels. The solar, wind, fuel and biomass are becoming the future-promising one of these clean energies. Moreover, the Korean government declared t...
Nowadays, the interest on the clean energy has been focused over the whole countries of the world because of environmental pollution caused by the fossil fuels. The solar, wind, fuel and biomass are becoming the future-promising one of these clean energies. Moreover, the Korean government declared the policy of ‘Lower carbon and Green growth’ for the national development renewable energy. The usable output of the wind and solar energies is dependent of the environmental conditions such as the weather, the wind speed and the insolation level. However, regardless of these external conditions, the output energy can be maintained to be acceptable level from fuel cell systems. At this moment, the renewable energy sources such as FC(Fuel Cell) energy with the hydrogen fuel can be regarded as the powerful one in the near future. But the fuel cell stack has relatively low voltage and high current, also fuel cell stack has the characteristic of large voltage drop by increasing current. It is very important to improve the overall efficiency in the system with source of low-voltage high-current terminal characteristics such as fuel cell. Recently most of the inverters have developed so well and these have so high efficiency of 95% at the global market. However, most of the converters have the efficiency lower than 90%, which means the converter should be needed to be developed for higher efficiency. In this paper, the loss analysis of converter is performed in order to compare losses between hard switching full-bridge converter and hard switching push-pull converter. The method for improving the efficiency is implemented at conventional HF insolation converters (Full Bridge and Push-Pull). And this method is verified through the experiment. The analysis and experiment of the resonant isolation push-pull converter is performed. The whole control algorism is fully implemented in digital control system based on TMS320F28335 and TMS320F2808.
Nowadays, the interest on the clean energy has been focused over the whole countries of the world because of environmental pollution caused by the fossil fuels. The solar, wind, fuel and biomass are becoming the future-promising one of these clean energies. Moreover, the Korean government declared the policy of ‘Lower carbon and Green growth’ for the national development renewable energy. The usable output of the wind and solar energies is dependent of the environmental conditions such as the weather, the wind speed and the insolation level. However, regardless of these external conditions, the output energy can be maintained to be acceptable level from fuel cell systems. At this moment, the renewable energy sources such as FC(Fuel Cell) energy with the hydrogen fuel can be regarded as the powerful one in the near future. But the fuel cell stack has relatively low voltage and high current, also fuel cell stack has the characteristic of large voltage drop by increasing current. It is very important to improve the overall efficiency in the system with source of low-voltage high-current terminal characteristics such as fuel cell. Recently most of the inverters have developed so well and these have so high efficiency of 95% at the global market. However, most of the converters have the efficiency lower than 90%, which means the converter should be needed to be developed for higher efficiency. In this paper, the loss analysis of converter is performed in order to compare losses between hard switching full-bridge converter and hard switching push-pull converter. The method for improving the efficiency is implemented at conventional HF insolation converters (Full Bridge and Push-Pull). And this method is verified through the experiment. The analysis and experiment of the resonant isolation push-pull converter is performed. The whole control algorism is fully implemented in digital control system based on TMS320F28335 and TMS320F2808.
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