[논문]하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어에 관한 연구

오진석; 조관준; 함연재; 배수영; 정성영

doi:10.5394/kinpr.2008.32.10.765

하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어에 관한 연구
A Study on Power contorl for Hybrid electric propulsion system 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.32 no.10 = no.136, 2008년, pp.765 - 770

오진석 (한국해양대학교 선박전자기계공학부) , 조관준 (한국해양대학교 대학원) , 함연재 (동현 씨스텍) , 배수영 (한국해양대학교 대학원) , 정성영 (한국해양대학교 대학원)

초록
AI-Helper

본 논문은 하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어에 관한 연구를 수행하였다. 하이브리드 전기 추진 시스템은 기본적으로 발전기와 축전지 전원을 이용하여 선박을 추진하는 시스템이다. 하이브리드 추진 시스템은 공급되는 전력을 최소화하기 위한 제어 알고리즘으로 동작한다. 본 논문에서는 하이브리드 전기 추진 시스템의 효율을 증가시키기 위한 축전지 충전 알고리즘을 제안한다. 실험을 통하여 제어 알고리즘이 하이브리드 전기 추진 시스템에서 정상적으로 동작하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the power control for the hybrid electric propulsion system. In this paper, the hybrid propulsion system consists cf the generator and battery as power supply system in ship. The hybrid control system is designed with energy saving algorithm for decreasing the power consumption of power supply system. This paper suggests the method to increase efficiency of hybrid electric propulsion system by developing battery charging system. The performance of power control system is analyzed with the experiment equipment for hybrid propulsion system, and the results showed a good property.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 하이브리드 전기 추진 시스템에서의 축전지 전원 관리 및 충전 방법을 연구하여 하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어 시스템의 효용성을 높이고자 한다.
본 논문에서는 저속구간에서 축전지로 운항하고 고속 구간에서 발전기로 운항하는 하이브리드 형태의 전기 추진 시스템을 제안한다. 또한 하이브리드 전기 추진 시스템에서의 축전지 전원 관리 및 충전 방법을 연구하여 하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어 시스템의 효용성을 높이고자 한다.
본 논문은 두 개의 전력원인 축전지와 발전기를 이용하여 선박의 운항 특성에 따라 전력원을 선택하는 하이브리드 전기 추진 시스템을 제안하였고, 이 시스템의 핵심 요소인 전력제어 시스템을 실험하였으며, 실험을 통해 실제 선박에서의 하이브리드 추진 시스템의 제어 가능성을 시험할 수 있었다. 또한 하이브리드 전기 추진 시스템의 추진 속도에 따른 충전 방법을 개발하고 소형 충전 제어 시스템을 시험하였다.
중앙 제어기에서 현재 전동기의 속도와 전원 모드를 충전 제어기에 보내주면 축전지의 전압과 충전전력을 측정하여 이를 종합하여 알고리즘에 따라 충전하도록 하였다. 이러한 방법을 통하여 중앙제어기의 시스템 부하를 줄이고자 하였다.

제안 방법

각 차단기는 연결되는 전원을 차단기 구동전원으로 사용하도록 하여, 상용전원이 인가되지 않을 경우에 제어기에서의 오동작이 발생하여 차단기의 신호가 연결되더라도 차단될 수 있도록 구성하였다.
구조는 상용전원을 변압기를 이용하여 24V로 감압한 후 3상 정류 회로로 평활하여 충전량에 따라 스위칭 duty를 변화시켜 충전량을 조절하도록 하였다. 충전 전류량은 hole sensor를 이용하여 측정하였다.
하이브리드 전기 추진 시스템은 축전지 전원을 이용하여 전기 추진 시스템의 제어성 및 저소음성을 극대화 한다. 또한 발전기의 저부하 사용을 줄여 발전기의 운용에 따른 소비율을 낮추고 중속운전에서 충전을 통하여 발전기 부하를 일정하게 하도록 한다.
전력 변환 동작과 이때 제어 알고리즘에서의 속도제어 동작을 중점적으로 실험할 수 있도록 구성하였다. 또한 축전지 충전 알고리즘을 시험하기 위하여 추진 전동기 속도에 따른 축전지 충전량의 변화량을 실험하였다.
추진 시스템의 제어 가능성을 시험할 수 있었다. 또한 하이브리드 전기 추진 시스템의 추진 속도에 따른 충전 방법을 개발하고 소형 충전 제어 시스템을 시험하였다.
사용자의 속도 명령, 운전 방향(정역회전), 전력원 변경 명령을 터치스크린으로 인식하여 시스템 내부의 전력제어 알고리즘과 속도제어 알고리즘으로 사용자의 정보를 전달한다.
전력원 변경 또는 회전 방향 전환 동작에서 속도 제어 알고리즘에 영향을 주어 전동기를 정지한 후 전원 변경 또는 회전 방향 변경을 수행하도록 구성하였다. 속도제어 알고리즘은 사용자의 명령과 전력제어 명령을 받아 전동기의 속도를 목표치에 맞도록 유지하는 동작을 수행하며, 부하가 변하더라도 전동기의 속도는 일정하게 유지될 수 있도록 구성하였다.
실험 시스템은 실제 하이브리드 전력 시스템을 축소한 형태로 제어 알고리즘을 실험할 수 있도록 구성하였다. 전력 변환 동작과 이때 제어 알고리즘에서의 속도제어 동작을 중점적으로 실험할 수 있도록 구성하였다.
각 층은 추진 전동기, 인버 터 시스템 및 차단기 주제어 기 등으로 구성되어 있다. 실험결과는 두 전력원이 전환과 저부하 운전에서 고부하 운전으로 변화는 과정에서의 인버터 지령 주파수와 전원 변경(3상 전원에서 축전지 전원으로 변경)을 시험하였다. 전원의 변경은 터치스크린으로 변경 명령을 내릴 때에 제어기의 제어신호를 나타낸다.
차단기는 AC 220V의 전원으로 동작하고 중앙제어기는 저전압(DC 0-5V)으로 동작하기 때문에 절연하지 않을 경우 중앙제어기의 소손을 발생할 수 있다. 이를 위해 릴레이와 포토커플러를 이용하여 절연회로를 구성하였다. 제어부와 동작부는 전기적으로 절연되도록 하였다.
것을 알 수 있다. 저속에서는 많은 양을 충전하고 속도가 올라가면 충전되는 전력량을 줄여 발전기 시스템에서 일정한 출력을 생산하도록 하였다.
또한 발전기 전력을 사용하며 중 . 저속으로 운항할 때에는 발전기 전력을 축전지에 충전하도록 하여 발전기의 부하를 일정 이상으로 유지하도록 하였다. 하이브리드 전기 추진 시스템은 축전지 전원을 이용하여 전기 추진 시스템의 제어성 및 저소음성을 극대화 한다.
제어 알고리즘을 실험할 수 있도록 구성하였다. 전력 변환 동작과 이때 제어 알고리즘에서의 속도제어 동작을 중점적으로 실험할 수 있도록 구성하였다. 또한 축전지 충전 알고리즘을 시험하기 위하여 추진 전동기 속도에 따른 축전지 충전량의 변화량을 실험하였다.
전력원의 변경 등의 동작을 수행한다. 전력원 변경 또는 회전 방향 전환 동작에서 속도 제어 알고리즘에 영향을 주어 전동기를 정지한 후 전원 변경 또는 회전 방향 변경을 수행하도록 구성하였다. 속도제어 알고리즘은 사용자의 명령과 전력제어 명령을 받아 전동기의 속도를 목표치에 맞도록 유지하는 동작을 수행하며, 부하가 변하더라도 전동기의 속도는 일정하게 유지될 수 있도록 구성하였다.
전력원 변환 시에 추진 전동기를 정지시킨 후, 지연 시간을 두어 인버터의 기동 및 차단기의 안정적인 동작을 유도하였다. Fig.
충전량은 전력제어 시스템의 중앙 제어기에서 명령을 받아서 동작하도록 구성하였다. 중앙 제어기에서 현재 전동기의 속도와 전원 모드를 충전 제어기에 보내주면 축전지의 전압과 충전전력을 측정하여 이를 종합하여 알고리즘에 따라 충전하도록 하였다. 이러한 방법을 통하여 중앙제어기의 시스템 부하를 줄이고자 하였다.
축전지 충전 시스템은 벅 컨버터를 이용하여 충전전력량을 제어할 수 있도록 하였다. Fig.
조절하도록 하였다. 충전 전류량은 hole sensor를 이용하여 측정하였다. 충전량은 전력제어 시스템의 중앙 제어기에서 명령을 받아서 동작하도록 구성하였다.
시스템이다. 충전되는 전력량을 조절하기 위하여 벅 컨버터 형태의 제어기를 구성하였다. Fig.

대상 데이터

동작부는 추진 전동기와 차단기 인버터로 구성된다. 두 개의 전원으로 발전기를 대신한 상용전원(220V 3상)과 축전지 (12V)를 사용하였다. 각 전력제어를 위해 인버터 입출력 단에 차단기를 설치하였다.

성능/효과

실험을 통하여 추진 전동기의 속도에 따라 충전량이 변화 되는 것을 알 수 있다. 저속에서는 많은 양을 충전하고 속도가 올라가면 충전되는 전력량을 줄여 발전기 시스템에서 일정한 출력을 생산하도록 하였다.
10은 인버터의 출력을 0으로 하여 추진 전동기를 정지시킨 후 차단기를 제어하여 전력원을 변경하는 동작을 나타낸 것이다. 실험을 통하여 하이브리드 전력제어 시스템의 안정적인 동작을 확인할 수 있었다.

후속연구

앞으로 실용화 연구를 통하여 실제 선박에 적용될 수 있는 추진 시스템의 개발을 기대한다.

참고문헌 (8)

Abdel-Rahim, N. M. and Quaicoe, J. E.(1996), "Analysis and Design of a Multiple Feedback Loop Control Strategy for Single-Phase Voltage-Source UPS Inverters," IEEE Trans.on Power Electron., Vol. 11, No. 4, pp. 532-541.

상세보기
Ban, H. S Kwak, H. S., and Mok, and G. H.(1999), "Unbalance load current at operating in parallel of lead acid batteries connection condition", KIPE power electronics annual conference, pp.210-213.
Jo, K. J., Yoo, H. H., Gug, S. G., and Oh, J. S.(2007), "Design and analysis of power system for bouy" Journal of Korean Navigation and Port Research, Vol. 31, No. 3, pp.229-233.

원문보기 상세보기
Maffioh, P., Comaretto, A., Puccmi, G., Ftacchua, M.(1994), "Alternative propulsion concepts for product carriers", Proceeding of the international conference on ship and marine research.
Oh, J. S., Jo, K. J., Park, C. H., Ham, Y. J, Kwak, J. H., and Lee, J. Y.(2008) "A study on the hybrid propulsion system for fishing boat", Journal of the korean Society of marine engineering, Vol. 35, No. 5, pp.677-683.

원문보기 상세보기
Rawson, K. J.(1986), "The Architecture of Maritime System", IEEE Proc. A Vol. 133, No. 6, pp. 333-337.
Shida, Y., Kanda, M., Ohta, K., Furuta, S., and Ishii, J.(2003), "Development of inverter and power capacitors for mild Hybrid Vehicle-toyota'crown", International journal of automotive technology, Vol. 4, No.1. pp.41-45.
The journal of ship's engineering marine propulsion & auxiliary machinery(2004), pp.22-24.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증