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연료전지 시스템을 이용한 Line-Interactive 방식의 무정전 전원 공급 장치의 설계
Design of the Fuel Cell Powered Line-Interactive UPS System 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.18 no.6, 2004년, pp.205 - 212  

최우진 (숭실대학교) ,  전희종 (숭실대학교)

초록
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본 논문에서는 연료전지와 컨버터 모듈을 채용한 1-[KVA] 용량의 Line-interactive방식의 무정전 전원 공급장치(UPS)가 제안된다. 제안된 시스템은 두 개의 500[W]급 양자 교환막형 연료전지에 DC/DC 컨버터가 결합된 모듈을 채용하며, 이 모듈들이 인버터의 DC-Link를 공유한다. DC-Link에는 슈퍼커패시터 모듈이 채용되어 출력의 변동이나 연료 개질기의 느린 동특성으로 인한 연료전지와 부하 사이의 순시적인 전력의 불균형을 개선시킨다. 또한 슈퍼커패시터에 저장된 에너지는 단시간 동안의 과부하를 처리할 때에도 사용될 수 있다. 제안된 시스템은 배터리를 사용하지 않으므로 환경친화적이며 청정 에너지원에 대한 요구를 만족시킨다. 1-[KVA] 시스템의 설계 예가 제시되며, 1시간의 정전동안 부하에 전력을 공급하기 위해 필요한 수소의 양과 보상용 슈퍼커패시터의 용량을 계산하는 방법이 소개된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper the design of a 1-[KVA] fuel cell powered line-interactive UPS system employing modular (fuel cell & DC/DC converter) blocks is proposed. The proposed system employs the two fuel cell modules along with suitable DC/DC converters and these modules share the DC-Link of the DC/AC inverter...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 연료전지에 DCZDC 컨버터가 결합된 모듈을 이용하는 1-EKVA] 용량의 Line-inter- active 방식의 무정전 전원 공급장치 (UPS)의 설계 방법에 관해 논의한다. DC/DC 부스트 컨버터의 설계, 슈퍼커패시터의 용량을 결정하는 방법, 그리고 정전 시간 동안 필요한 연료의 양을 계산흐)는 방법이 소개된다.

가설 설정

  • 4. 연료가 연료전지에 공급되는 한 연속적인 전력의 공급이 가능하다.
  • 번째 파형은 연료전지 시스템이 공급할 수 있는 가용전력의 양을 나타내는 신호이다. 실제적으로 리포머는 수십초 정도의 응답지연을 갖지만, 이 모의실험에서는 편의상 리포모가 6초 정도의 응답지연을 갖는 것으로 가정했다. 따라서 연료전지와 리포머 시스템은 정전의 순간으로부터 100[%]의 부하를 감당할 수 있는 전력을 생산하기까지 6초가 걸리게 된다.
  • 여기서 리포머와 결합된 연료전지 시스템은 20초의 1차 응답지연을 갖는 것으로 가정되며, 그림 4의 모의실험에서 보인 것처럼 슈퍼커패시터에 저장된 에너지는 순간적으로 발생하는 연료전지 시스템과 부하사이의 전력의 부족분을 메우기 위해 사용된다. 그림 5는 주전원 이상으로 인해 연료전지 시스템이 전부하를 담당하게 될 때에 응답지연으로 인한 전력의 부족분을 메우는데 필요한 에너지의 양을 계산하기 위한 그림이며 점선으로 표시된 역삼각형의 넓이가 대략적으로 요구되는 에너지의 양이 되며 이값으로부터 슈퍼커패시터의 값이 계산된다.
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참고문헌 (11)

  1. S.B. Bekiarov and A Emadi, 'Uninterruptible Power Supplies: Classification, Operation, Dynamics, and Control', IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC '02 Proceedings pp. 597-604, 2002 

  2. Department of Energy, 'Fuel Cells: Opening New Frontiers in Power Generation', November, 1999 

  3. Avistalabs, 'SR 12 Modular PEM Generator Operator's Manual', 2000 

  4. Christopher C. Boyer, 'Special Topics: Fuel Cell Technology', CHEN 689 Class Notes, Texas A&M University, 2002 

  5. E.Santi, et al, 'A Fuel Cell Based Domestic Uninterruptible Power Supply', IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC '02 Proceedings, pp. 605 613, 2002 

  6. J. Larminie and A Dicks, 'Fuel Cell System Explained', John Wiley & Sons LTD, 2000 

  7. On Semi conductor Application Note, 'CS51227 in a 112W Boost Converter Application', Nov, 2000 

  8. Sukurnara, G.V.; Parthasarathy, A; Shankar, V.R, 'Fuel cell based uninterrupted power sources', Power Electronics and Drive Systems, Proceedings Volume: 2, pp. 728-733, 1997 

  9. J.H. Dymond and E.B. Smith, 'The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures: A Critical Complication', Oxford University Press, Oxford, 1980 

  10. J. M. Smith and H.C. Van Ness, 'Introduction to Chemical Engineering Thermo Dynamics', Mcgraw Hill International Edition, 1987 

  11. W. Choi, Jo. Howze, P. Enjeti, 'Fuel Cell Powered UPS Systems: Design Considerations,' PESC 2003 Conference, Proceedings Vol. 1, pp 385-390, Accapulco, June, 2003 

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