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MCFC 발전을 위한 계통연계 PCS의 최적 토폴로지 및 LCL 필터 설계
Optimized Topology and LCL Filter Design of Utility-interactive PCS for MCFC Generation 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.4, 2011년, pp.405 - 414  

김형진 (서울과학기술대 제어계측공학과) ,  박준성 (서울과학기술대 신에너지공학과) ,  김영우 (서울과학기술대 제어계측공학과) ,  최세완 (서울과학기술대 제어계측공학과) ,  김태희 (두산중공업(주) 기술연구원) ,  이기풍 (두산중공업(주) 기술연구원) ,  이태원 (두산중공업(주) 기술연구원)

초록
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최근 MCFC 등 고온형 연료전지를 이용한 분산 발전시스템의 상용화가 진행됨에 따라 수백 kW급 이상의 발전용 연료전지 PCS의 개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 MCFC 발전용 연료전지 시스템에 적합한 PCS의 최적토 폴로지와 MBOP 같은 독립부하의 전압품질을 고려한 LCL필터 설계기법을 제안한다. 승압용 DC-DC 컨버터는 인터리빙 방식을 적용하고자 하며 효율 및 부피 등을 고려하여 최적의 인터리빙 상수를 선정한다. 또한 계통에 주입되는 전류품질 뿐 아니라 독립부하의 전압품질도 고려한 LCL필터 설계기법을 제안하고 1kW급 축소 시작품으로 제안한 PCS 시스템의 타당성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the development of several hundreds of kW scale PCS for fuel cell generation is required as commercialization process of distributed generation systems using high temperature fuel cells such as MCFC begins. This paper proposes and optimized topology suitable for MCFC fuel cell generation s...

주제어

#MCFC   #Fuel cell generation system   #Power conversion system(PCS)   #LCL filter   #Interleaving   #Utility-interactive inverter  

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

문제 정의

  • 제시하고자 한다. 그리고 필터 커패시터 G를 단순히 인버터의 무효전력량만을 고려하는 대신 커패시터에 연결된 중요부하의 전압 품질을 보장하기 위하여 인버터 전압의 기본파(*j)에 대한 스위칭 성분 (咆福의 비율을 고려한 커패시터 G설계기법을 제시하고자 한다.
  • 또한 본 논문에서는 인버터 전류의 기본파 CZ)에 대한 스위칭 성분(必福의 비율을 고려한 인덕터 Li 설계기법을 제시하고자 한다. 그리고 필터 커패시터 G를 단순히 인버터의 무효전력량만을 고려하는 대신 커패시터에 연결된 중요부하의 전압 품질을 보장하기 위하여 인버터 전압의 기본파(*j)에 대한 스위칭 성분 (咆福의 비율을 고려한 커패시터 G설계기법을 제시하고자 한다.
  • 본 논문에서는 MCFC 발전용 연료전지 시스템에 적합한 PCS의 최적토폴로지와 MBOP 같은 자체 부하의 전압 품질을 고려한 LCL 필터 설계기법을 제안하였다. 승압용 DC-DC 컨버터는 6상 인터리빙 방식이 효율 및 부피 등을 고려할 때 최적의 상수로 선정되었다.
  • 본 논문에서는 단일스택을 기본구성으로 하는 직류승압 방식의 발전용 연료전지 시스템에 적합한 PCS 토폴로지와 제어기법 및 독립부하의 전압품질을 고려한 LCL필터 설계기법을 제안한다. 승압용 DC-DC 컨버터는 스위치의 유효 스위칭주파수를 증가시켜 수동소자의 부피를 저감할 수 인터리빙방식을 적용하고자 하며 효율 및 부피 등을 고려하여 최적의 인터리빙 상수를 선정한다.
  • 본 논문에서는 효율, 부피, 소자선정 등을 고려한 최적의 상수를 선정하고자 한다. 설계에 필요한 시스템의 전기적 사양은 다음과 같다.
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참고문헌 (13)

  1. 최세완, "발전용 연료전지 PCS 기술 및 개발 동향", 전력전자학회지, 제15권, 제1호, pp. 36-42, 2010. 2. 

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  2. 박성식, 권준범, 최세완, 조진상, 김태희, "300kW급 발전용 연료전지 PCS의 부피저감을 위한 DC-DC 컨버터최적 설계", 전력전자학술대회 논문집, pp. 329-331, 2008. 6. 

  3. Standard for Interconnecting Distributed Resources With Electric Power Systems, IEEE Std. 1547.2-2008. 

  4. M. Liserre, F. Blaabjerg, and S. Hansen, "Design and control of an LCL-filter based active rectifier", IEEE Ind. Applicat., Vol. 1, pp. 297-307, 2001, Oct. 

  5. Yongqiang Lang, Dianguo Xu, Hadianamrei S.R. and Hongfei Ma, "A Novel design method of LCL type utility interface for three-phase voltage source rectifier", in Proc. IEEE-PESC '05 36th, pp. 313-317, 2005, June. 

  6. 박종형, 지민훈, 김흥근, 전태원 노의철, "총고조파 왜율과 리플감쇄율을 이용한 계통연계형 PCS용 LCL필터설계", 전력전자학회 논문지, 제15권, 제3호, pp. 235-243, 2010. 6. 

    원문보기 상세보기

  7. N. Mohan, W. P. Robbin, and T. Undeland, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd ed." New York: Wiley, 2003. 

  8. N. Pogaku, M. Prodanovic, and T. C. Green, "Modeling, analysis and testing of autonomous operation of an inverter-based microgrid", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 22, No. 2, pp. 613-625, Ch. 8-2, Table 8-1, 2007, Mar. 

    상세보기 crossref

  9. 로재석, 최재호, "교류 입력측 LCL필터 구조 전압형 PWM 컨버터의 설계", 전력전자학회 논문지, 제7권 제5호, pp. 490-498, 2002. 10. 

    원문보기 상세보기

  10. 이태원, 장수진, 김진태, 구자성, 원충연, 김창현, "연료전지 Simulator에 의한 PWM 컨버터/인버터 구동시스템에 관한 연구", 전력전자학회 논문지, 제7권, 제5호 pp. 490-498, 2002. 10. 

  11. 윤동근, 강이규, 정해광, 이교범, "대용량 영구자석형 풍력발전시스템의 3병렬 운전을 위한 LCL필터 설계", 전력전자학술대회 논문집, pp. 606-608, 2009. 7. 

  12. 이귀준, 박남주, 현동석 "계통연계형 인버터에서 대칭구조를 갖는 LCL필터 설계 및 제어", 전력전자학술대회 논문집, pp. 250-252, 2008. 6. 

  13. 김태훈, 최우진, "PEM 연료전지 스택의 동적 시뮬레이션에 관한 연구", 전력전자학회 논문지, pp. 39-41, 2008.10. 

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