본 논문에서는 플라이휠의 저장에너지를 이용한 다이나믹 무정전 전원장치를 제안하고 동작기능을 분석하였다. 배터리를 에너지 저장요소로 사용하고 있는 기존의 무정전 전원장치에 비해 플라이휠 방식의 무정전 전원장치는 수명이 길고, 효율이 높으며, 환경공해가 거의 없으며, 크기도 작고, 특히 유지보수 비용이 현저히 작다는 장점을 갖는다. 무정전 기능뿐 아니라 전압보상 기능도 갖는 시스템에 대한 동작특성을 해석하였으며, 순간정전 후 전압이 복귀되는 시점에서의 위상변동을 신속히 추종하는 특성도 살펴보았다. 시뮬레이션과 실험을 통해서 시스템의 유용성을 검증하였다.
본 논문에서는 플라이휠의 저장에너지를 이용한 다이나믹 무정전 전원장치를 제안하고 동작기능을 분석하였다. 배터리를 에너지 저장요소로 사용하고 있는 기존의 무정전 전원장치에 비해 플라이휠 방식의 무정전 전원장치는 수명이 길고, 효율이 높으며, 환경공해가 거의 없으며, 크기도 작고, 특히 유지보수 비용이 현저히 작다는 장점을 갖는다. 무정전 기능뿐 아니라 전압보상 기능도 갖는 시스템에 대한 동작특성을 해석하였으며, 순간정전 후 전압이 복귀되는 시점에서의 위상변동을 신속히 추종하는 특성도 살펴보았다. 시뮬레이션과 실험을 통해서 시스템의 유용성을 검증하였다.
This paper deals with the operation of a flywheel energy storage UPS. The UPS has good features such as long life-time, improved efficiency, no environmental problems, reduced size and space, and low maintenance cost compared with the conventional UPS using battery. The operating principle of the UP...
This paper deals with the operation of a flywheel energy storage UPS. The UPS has good features such as long life-time, improved efficiency, no environmental problems, reduced size and space, and low maintenance cost compared with the conventional UPS using battery. The operating principle of the UPS is analysed in each mode including voltage compensation as well as uninterruptible power supply. Especially, the tracking characteristic of the disturbed phase of the source voltage after outage is analysed. The usefulness of the system is proved through simulations and experiments.
This paper deals with the operation of a flywheel energy storage UPS. The UPS has good features such as long life-time, improved efficiency, no environmental problems, reduced size and space, and low maintenance cost compared with the conventional UPS using battery. The operating principle of the UPS is analysed in each mode including voltage compensation as well as uninterruptible power supply. Especially, the tracking characteristic of the disturbed phase of the source voltage after outage is analysed. The usefulness of the system is proved through simulations and experiments.
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문제 정의
본 논문에서는 플라이 휠 저장에너지를 이용한 다이나믹 UPS의 전압 보상, 정전보상, 위상변위된 전원 전압재인가시 추종 특성 등에 대해 분석하였다. 평상시에는 플라이휠에 에너지를 저장하여 두었다가 Sag 와 순간 정전 등이 발생하였을 때 이를 보상하여 전력 품질을 향상시키고, 부하에 안정된 전압을 공급할 수 있음을 시뮬레이션과 실험을 통해 확인하였다.
본 논문에서는 플라이휠 저장 에너지를 이용한 다 이나믹 UPS의 입력 전압강하 및 정전 시 전압 보상의 동작 원리와 제어 방법, 그리고 순간 정전 후 전원 재 인가 시 전원 전압의 위상 변동이 있는 경우 신속히 이를 추종하는 특성을 분석하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 성능을 확인하고자 한다.
가설 설정
그림 7은 전원 전압의 위상이 30°와 60° 지연된다고 가정하였을 경우의 시뮬레이션 파형이다. 10ms에서 순간 정전이 발생한 후 30ms에서 전원 전압이 복귀될 때 원래의 전원 전압에 비해 위상이 30° 지연되고, 다시 50ms에서 순간 정전이 발생하고 70ms에서 복귀되면서 60° 지연된다고 가정하였다. 그림 (a)는 초기의 전원 전압과 위상 지연된 전원 전압 파형을 보여주고 있다.
제안 방법
본 논문에서 제안한 플라이휠 저장 에너지 UPS는 그림 1과 같이 SSTS(Solid State Transfer Switch), 전압 보상용 직렬 변압기(Serial Transformer), 필터, PWM CONV/INV, PWM INV/CONV, Flywheel M/G로 구성된다.
그림 1 에 대한 시뮬레이션을 하였으며 표 1은 시뮬레이션 파라미터를 나타낸다. 시뮬레이션에서 플라이휠은 PWM 제어를 통해 쉽게 구동할 수 있으므로 제외하고 대신 전압 보상 모드와 UPS 모드에서 사용하기 위해 400V DC 전압 원을 연결하여 시뮬레이션 하였다. 샘플링 시간은 以s 이고, 각각 250ms까지 시뮬레이션하였다.
정전이 수십 초를 경과하여 장기화 되면 엔진발전기 를 기동하게 되는데, 이때 인버터 출력전압을 엔진 발전기 출력에 동기시켜야 하며, 전원 전압이 정상으로 회복되었을 경우, 엔진 발전기 출력전압의 위상과 전원 전압의 위상은 상이하므로 인버터 출력을 매개로 하여 동기화시켜야 한다. 이러한 경우를 고려하여 부하전압이 전원 전압을 추종하는 특성을 살펴보았다.
후속연구
이러한 특성은 다이나믹 UPS에서 전 원전압과 전압보상 또는 UPS 모드에서의 인버터 출력 전압 및 엔진 발전기 출력 전압 사이의 스위칭시 동기를 맞추는 데 필수적이다. 따라서 본 논문에서 다룬 내용은 플라이 휠 저장에너지뿐 아니라, 수퍼커패시터나 초전도 저장에너지를 갖는 다이나믹 UPS 등에도 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
참고문헌 (6)
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Sergio Augusto Oliveira da Silva, Pedro F. Donoso-Garcia, Porfirio C. Cortizo, Paulo F. Seixas, 'A three-phase line- interactive UPS system implementation with series-parallel active power-line conditioning capabilities,' IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 38, pp. 1581-1590, 2002
Vikram Kaura,Vladimir Blasko, 'Operation of a phase locked loop system under distorted utility conditions,' IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 33, pp. 58-63, 1997
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J. G. Nielsen, F. Blaabjerg, and N. Mohan, 'Control strategies for dynamic voltage restorer compensating voltage sags with phase jump,' IEEE-APEC, Vol. 2, pp. 1267-1273, 2001
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