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[국내논문] 전기자동차 완속충전기용 스마트 분전반 및 그 제어방법
Smart Panel Board for EV Standard Chargers and Its Control Method 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.6, 2014년, pp.511 - 521  

김명수 (Dept. of Electronics and Electrical Engineering, Dankook University) ,  홍순찬 (Dept. of Electronics and Electrical Engineering, Dankook University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study proposes an electric vehicle (EV) smart panel board and its control method on the basis of charging scheduling. The proposed system consists of batteries, a three-phase battery charger, three single-phase inverters, transfer switches for electric power distribution, and a controller. The ...

Keyword

#EVs(electric vehicles)   #Charger   #Inverter   #Charging scheduling control   #Current unbalance  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 공동주택에서 사용되는 전기자동차 충전기용 완속충전기를 대상으로 전기자동차 동시 충전으로 인한 피크부하를 억제하고 각 상의 전원선에서 전류 불평형을 개선할 수 있는 충전 스케줄링 기반의 전기자동차 충전기용 스마트 분전반과 그 제어방법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 각 상의 전원선에서 피크부하 억제와 전류 불평형의 개선효과를 확인하기 위해 부하 평형시와 부하 불평형시로 구분하고 PSIM을 사용하여 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션에 사용한 파라미터 값은 표 4와 같다.
  • R상에 500[W], S상과 T상에 각각 250[W] 용량의 부하가 걸린 부하 불평형 상태를 예로 하여 인버터 동작에 의해 각 상 전원선에서의 전류불평형이 개선되는 것을 입증하기 위해 실험하였다.
  • 이 경우 전기자동차별 충전 전력량과 충전시간의 차이로 인하여 전원선에 불평형이 발생할 수 있다. 이와 같이 전원선이 불평형한 상태에서 부하가 추가되었을 때 충전부하를 재분배하여 불평형이 보상됨을 확인하기 위해 실험을 시행하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 충전기용 분전반과 달리 에너지 저장장치를 포함하고 충전 스케줄링을 기반으로 하는 전기자동차용 스마트 분전반을 제안하였다.

가설 설정

  • 충전 및 방전 동작 설명을 위한 초기조건으로 인버터는 꺼진 상태이며, 각 상의 전원선에서 MC4～MC6를 통해 완속충전기에 전력을 공급하고 있는 상태로 가정한다. R상의 부하를 LR, S상의 부하를 LS, T상의 부하를 LT로 정의한다.
  • 피크부하 시간대에 전원설비 용량이 부족한 경우를 고려하여 시간대별 최대 공급가능 충전 전력량을 21[kWh]로 제한한다. 전기자동차별 배터리의 용량은 제조회사마다 약간의 차이가 있으나 본 논문에서는 30[kWh]를 예로 하여 완전 충전하는데 5시간이 소요되는 것으로 가정한다. 전기자동차별 충전 조건은 표 6과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2채널 또는 다채널 완속충전기의 문제점은? 이로 인해 전기자동차 충전전력 요금[3]이 계절별, 시간대별로 2～4배의 차이가 있음에도 불구하고 특정 시간대에 동시 충전으로 인해 충전부하가 집중되면 완속충전기의 장시간 충전 특성으로 인하여 공동주택의 피크부하 시간대[4]와 중첩되면서 변압기에 과부하가 걸려 정전 등 심각한 문제가 발생할 수 있다.
분기 접속되는 완속충전기는 무엇을 고려하여 평행하게 설치해야 하는가? 기존의 전기자동차 충전기용 분전반은 일반적으로 그림 1과 같이 전기자동차 충전전력 요금을 적용받기 위한 별도의 계량기를 통해 평상시에는 변압기에서 전력을 공급받고 정전 시에는 비상발전기로부터 전력을 공급받고 있다. 여기에서 분기 접속되는 완속충전기는 설비불평형률(Load Unbalance Factor : LUF)을 고려하여 평형하게 설치된다. 설비불평형률은 각 선간에 접속되는 단상 부하 총 설비용량(VA)의 최대와 최소의 차를 총부하설비용량(VA) 평균값으로 나눈 값의 백분율로서 내선규정에서는 3상 4선식의 경우 그 한도를 30[%] 이하로 하는 것을 원칙으로 하고 있다[5]-[7].
완속충전기 삼상 전력을 공급받는 급속충전기와 달리 전기자동차별 배터리 잔량 비율(State of Charge : SOC)의 차이로 인한 충전 전력량과 충전시간의 차이가 존재하여 계통 전원선의 상전류가 불평형하게 흐를 수 있다, 이에 대한 문제점은? 완속충전기는 삼상 전력을 공급받는 급속충전기와 달리 전기자동차별 배터리 잔량 비율(State of Charge : SOC)의 차이로 인한 충전 전력량과 충전시간의 차이가 존재하여 계통 전원선의 상전류가 불평형하게 흐를 수 있다. 이로 인하여 전기자동차가 증가하면 각 상의 전원선에서 전류 불평형이 증가하여 변압기에서 동손과 철 손이 증가한다. 이로 인해 전원설비 이용률이 감소하고 손실이 증가하여 전기요금이 증가할 뿐만 아니라 전력망의 공통 결합점(Point of Common Coupling : PCC)에 연결되어 있는 보호계전기의 오동작 등 전기 및 정보통신기기에 나쁜 영향을 줄 수 있다[8].
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참고문헌 (13)

  1. J. Carlos Gomez and M. M. Morcos, "Impact of EV battery chargers on the power quality of distribution systems," IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 18, No. 3, pp. 975-981, 2003. 

    상세보기

  2. Seoul Metropolitan Government, "Item and review criterion of the environmental impact assessment on building and maintenance business (redevelopment & reconstruction)," The Environmental Impact Assessment Bylaw, Clause 29, Article 2, 2011. 

  3. Electricity Supply Agreement, Korea Electric Power Corporation, 2014. 

  4. Land and Housing Research Institute of Korea, "A development of the software to estimate economics for combined heat and power generation systems in apartment estates," 2005. 

  5. Electric and Information Communication in Apartments-Design Guidelines, Korea Land & Housing Corporation, 2010. 

  6. Consumer's Electrical Installation Guide, Section 115, Korea Electric Association, 2006. 

  7. Electric Vehicle Charging Infrastructure Installation and Operation Instructions, Ministry of Environment, 2012. 

  8. S. Y. Lee, Y. M. Seo, M. S. Kim, and S. C. Hong, "Boost type inverter system for compensation of voltage sag," Proceedings of International Conference on Power Electronics-ECCE Asia, pp. 2757-2762, 2011. 

  9. M. Yilmaz and P. T. Krein, "Review of battery charger topologies, charging power levels, and infrastructure for plug-in electric and hybrid vehicles," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 5, 2013. 

    상세보기

  10. Korea Smart Grid Agency, Construction of Electric Vehicle Charging Infrastructure Policy Research Report, 2010. 

  11. M. S. Kim and S. C. Hong, "Set up a demand factor of EV chargers and its control method in apartments," Journal of KIIEE(The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers), Vol. 28, No. 8, Aug. 2014. 

  12. Y. M. Ki, B. I. Kim, Y. M. Ko, C. H. Oh, S. H. Yang, and S. Y. Lee, "Model for EV charging distribution system in apartments", Proceedings of Spring Joint Conference on the KIIE-KORMS, pp. 1804-1812, 2014. 

  13. J. G. Kim, "A new analysis for load unbalance factor," Transactions of KIEE(The Korean Institute of Electrical Engineers), Vol. 55P, No. 2, 2006. 

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