[논문]하이브리드 시스템의 ESS를 이용한 기상변화의 파장별 LED 항공유도등 동작특성

황락훈; 김진선; 나용주

doi:10.12673/jant.2016.20.4.265

하이브리드 시스템의 ESS를 이용한 기상변화의 파장별 LED 항공유도등 동작특성
The Operation Characteristic of the LED Taxi Light for Wavelength According to Meteorological Changes for Hybrid System Using a ESS 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.20 no.4 = no.79, 2016년, pp.265 - 274

황락훈 (세명대학교 전기공학과) , 김진선 (세명대학교 전기공학과) , 나용주 (세명대학교 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템을 이용하여 승압 쵸퍼와 PWM (pulse width modulation) 전압형 인버터인 전력변환기로 구성하였고, 또한 PWM 전압형 인버터는 태양전지가 연속 발전할 수 없는 단점을 보완하기 위해 일반 상용전원과 연계하고 에너지저장장치 (ESS; energy storage system)를 상시 운영하여 공항의 기상 변화에 따른 파장별 LED 항공 유도등을 효율적으로 운용하는 시스템을 구성 하였다. 태양전지에 대한 특성 해석과 수학적 모델링을 통한 시뮬레이션을 행하여 태양전지 특성 사양과 비교하였고, PWM 전압형 인버터와 위상동기를 위해서 계통전압을 검출하여 계통전압과 인버터 출력을 동상 운전하므로 잉여전력을 계통과 연계할 수 있게 하였으며 공항의 활주로, 항공 유도등에 적용하여 양호한 동특성을 얻을 수 있는 제어회로를 동시에 개발하여 항공유도등의 다양성을 추구할 수 있음을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the system was composed of the booster chopper and the power converter, which is a pulse width modulation (PWM) voltage inverter using a hybrid power generation system solar cell energy and wind force, Furthermore, in order to compensate the PWM voltage type inverter was linked with the general commercial power source, and through a normal operation of energy storage system (ESS), the system operated the LED Taxi Light by Wavelength according to Meteorological Changes at the airport in an efficient manner. The performance of the system was compared with the solar cell characteristics specification. In addition, for phase synchronization with the PWM voltage type inverter, the grid voltage was detected so as to operate the grid voltage and inverter output in the same phase and to connect the surplus electric power with the system. Finally, by developing a control circuit at the same time from which an excellent dynamic characteristics can be obtained through applying to the airport runway taxi light, it was concluded that a variety of taxi light can be pursued.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

다만, 진동을 줄이기 위해 레퍼런스 변동값은 기존 P&O 알고리즘보다 작게설정한다.

제안 방법

LED Driver는 PWM 제어방식을 통하여 RED, Green, Blue LED의 광량을 제어하게 된다. 또한 DIP Switch를 통하여 임의적으로 ID부여도 가능하도록 설계하였다.
LED driver는 PWM 제어방식을 통하여 빨강, 초록, 파랑색 LED의 광량을 제어하게 된다. 또한 DIP 스위치를 통하여 임의적으로 ID부여도 가능하도록 설계하였다. 그림 12는 마이크로프로세서의 제어 구성도 이다.
전력비교에 따라 시비율을 변화시키지만 태양전지는 전형적인 수하특성을 갖고 있어, 일사량과 온도변화에 관계없이 항상 최대 출력점을 추적하도록 승압초퍼를 제어하였다. 또한 PWM 전압형 인버터는 태양전지가 연속 발전할 수 없는 단점을 보완하기 위해 일반 상용전원과 연계하고 에너지저장장치(ESS)를 상시 운영하여 공항의 기상 변화에 따른 파장별 LED 항공 유도등을 효율적으로 운용하는 시스템을 구성하였다[3].
또한, 실제의 인버터와 모델과의 사이에 파라미터에 의한 오차가 존재하는 경우의 전류의 과도응답 특성을 개선하기 위해 PI 제어기를 이용하여 인버터 입력전압 vM(n)을식 (2)와 같이 보정한다.
본 논문에서 제안한 방식은 태양광과 풍력을 조합하여 하이브리드 발전시스템을 구성하고 전력변환기를 구성하여 일사량과 온도변화에 최대 출력점을 가지도록 시스템을 구성하였다.
본 논문에서는 태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템을 이용하여 승압 쵸퍼와 PWM 전압형 인버터인 전력변환기를 구성하였고, 안정된 변조를 위해서 동기신호와 제어신호를 원칩 마이크로프로세서에 의해서 처리하였다. 전력비교에 따라 시비율을 변화시키지만 태양전지는 전형적인 수하특성을 갖고 있어, 일사량과 온도변화에 관계없이 항상 최대 출력점을 추적하도록 승압초퍼를 제어하였다.
본 논문에서는 태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템을 이용하여 승압 쵸퍼와 PWM 전압형 인버터인 전력변환기를 구성하였고, 안정된 변조를 위해서 동기신호와 제어신호를 원칩 마이크로프로세서에 의해서 처리하였다. 전력비교에 따라 시비율을 변화시키지만 태양전지는 전형적인 수하특성을 갖고 있어, 일사량과 온도변화에 관계없이 항상 최대 출력점을 추적하도록 승압초퍼를 제어하였다. 또한 PWM 전압형 인버터는 태양전지가 연속 발전할 수 없는 단점을 보완하기 위해 일반 상용전원과 연계하고 에너지저장장치(ESS)를 상시 운영하여 공항의 기상 변화에 따른 파장별 LED 항공 유도등을 효율적으로 운용하는 시스템을 구성하였다[3].
태양전지의 단점인 부조일이나 야간에 발전이 불가능하다는 것을 보완하기 위하여 상용전원과 연계하여 에너지 저장장치(ESS)를 상시 운영하도록 하였다. 또한 공항의 기상변화에 따라 파장별 LED 항공유도등을 운용함으로써 긍정적인 시각 효과를 통해 기상상태를 직관적으로 알려줌으로써 안전도모에 도움이 될 것으로 사료된다.

이론/모형

본 연구에서는 그림 3과 같은 회로에 정현파 변조의 PWM방법을 적용하였다. PWM 전력변환기는 1대의 장치로 전압과 주파수를 동시에 변화시킬 수 있는 특징으로 전력변환기로 광범위하게 응용되고 있다[6].
제어장치의 프로세서로는 사용이 편리한 Arduino를 적용하였다. Arduino DUE 시스템을 적용하여 ARM계열의 ATSAM3X8E Cortex MCU를 채택한 시스템으로 막강한 성능을 가지고 있다.

성능/효과

Arduino DUE 시스템을 적용하여 ARM계열의 ATSAM3X8E Cortex MCU를 채택한 시스템으로 막강한 성능을 가지고 있다. 12개 채널의 ADC(Analog-Digital-Converter)가 사용가능하며 2개 채널의 DAC(Digital-Analog-Converter)를 사용 가능하고, 또한 4개의 UART, 54개의 Digital IO 등을 사용 가능하다. LED Driver는 PWM 제어방식을 통하여 RED, Green, Blue LED의 광량을 제어하게 된다.

후속연구

태양전지의 단점인 부조일이나 야간에 발전이 불가능하다는 것을 보완하기 위하여 상용전원과 연계하여 에너지 저장장치(ESS)를 상시 운영하도록 하였다. 또한 공항의 기상변화에 따라 파장별 LED 항공유도등을 운용함으로써 긍정적인 시각 효과를 통해 기상상태를 직관적으로 알려줌으로써 안전도모에 도움이 될 것으로 사료된다.
계통전압과 인버터출력을 위상동기화 하고 잉여전력을 계통과 연계할 수 있게 함으로써 에너지 절약 및 전력절감효과를 가져올수 있을것으로 사료된다. 본 논문에서 제안한 LED 항공유도등 제어회로를 응용하여 여러 방면에 걸쳐 활용이 가능할 것으로 예상되며 여러 USN (ubiquitous sensor network) 장치들과의 연계 및 확장이 가능할 것으로 사료된다.
태양전지에 대한 특성 해석과 수학적 모델링을 통한 시뮬레이션을 행하여 태양전지 특성 사양과 비교하였고, PWM 전압형 인버터와 위상동기를 위해서 계통전압을 검출하여 계통전압과 인버터 출력의 동상 운전으로 잉여전력을 계통과 연계할 수 있게 하였으며 공항의 활주로 항공 유도등을 적용하여 양호한 동특성을 얻을 수 있는 제어회로도를 동시에 개발하여 프로그램을 다양화 한다면, 향후 항공 유도등에 대한 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템 계통 연계형의 특징은 무엇인가?	태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템 계통 연계형은 태양전지의 출력이 부하의 수요에 비해 부족할 경우는 부족분을 전력계통으로부터 수전하고, 잉여출력이 있는 경우는 잉여분을 계통 측에 공급하는 것이다. 따라서 시스템과 전력계통은 상호 밀접한 관련이 있으며 태양광 발전시스템의 계통연계 시 시스템 출력변동, 고주파 발생 등으로 인한 계통전력품질, 전압변동, 그외에 단독운전에 대한 대책이 요구된다[2].
	하이브리드 발전시스템과 전력계통의 관계와 요구되는 것은 무엇인가?	태양광과 풍력을 조합한 하이브리드 발전시스템 계통 연계형은 태양전지의 출력이 부하의 수요에 비해 부족할 경우는 부족분을 전력계통으로부터 수전하고, 잉여출력이 있는 경우는 잉여분을 계통 측에 공급하는 것이다. 따라서 시스템과 전력계통은 상호 밀접한 관련이 있으며 태양광 발전시스템의 계통연계 시 시스템 출력변동, 고주파 발생 등으로 인한 계통전력품질, 전압변동, 그외에 단독운전에 대한 대책이 요구된다[2].
	P&O 제어기법이 가지는 단점은 무엇인가?	제어가 간단하여 널리 사용되지만, 초기에 최대 전력점까지 도달하려면 진동을 하면서 증가하기 때문에 시간이 많이 걸린다. 또한 정상상태에서도 태양전지 출력전압이 ΔV라는 상수의 크기에 따라 진동하기 때문에, 만약 ΔV값이 크면 최대 전력 점 추종시간이 줄어들지만 최대 전력 점에서 진동 폭이 커지고, Δ를 작게 설정하면 진동 폭은 감소하지만 최대 전력 점까지의 도달시간이 오래 걸리게 된다.[10], [11].

참고문헌 (14)

Van Der Broeck, Heinz, G.Sauerlander, and M.Wendt, "Power driver topologies and control schemes for LEDs," in APEC 07-Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Anaheim: CA, pp. 1319-1325, 2007.
H. J. Chiu, Y. K. Lo, J. T.Chen, S. J. Cheng, C. Y. Lin, and S. C. Mou, "A high-efficiency dimmable LED driver for low-power lighting applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.57, No.2, pp. 735-743, 2010.

상세보기
X. X. Wang, K. Murakami, O. Sugiyama, and S. Kaneko "Piezoelectric properties, densification behavior and microstructural evolution of low temperature sintered PZT ceramics with sintering aids," Journal European Ceramic Society, Vol 21, No. 10, pp. 1367-1373, 2011.
S. Zhang, R. Xia and T. R. Shrout, "Low temperature sintering and properties of piezoelectric ceramics PSNT-Mn with $LiBiO_2$ addition," Materials Science and Engineering: B, Vol. 129, No. 1-3, pp. 131-138, 2006.

상세보기
R. Zno, L. Li and Z. Gui, "Modified cofiring behaviors between PMN-PNN-PZT piezoelectric ceramics and PZT-doped 70Ag-30Pd alloy metallization," Material Science Engineering, Vol. 1, A326, No. 1,pp. 202-207, 2012.
K. Nagata, J. Thongrueng, and K. Kato, "Evaluation of the reliability of piezoelectric ceramic transformers," Japan Journal Apply Physics, Vol. 36. No. 9B, pp. 6103-6108, 2007.
S. K. Na, "A study on the power converter control of the photovoltaic generation system for controlling the temperature and humidity of hospital room", Ph.D dissertation, Semyung University, Chungcheongbuk-do, Korea, 2008.
D. Cericola and R. Kotz "Hybridization of rechargeable batteries and electrochemical capacitors: principles and limits," Electrochimica Acta 72, pp. 1-17, 2012.

상세보기
"LED Lighting and Supercapacitors" KEMET Corporation 2013.
J. Hu, Y. Fuda, M. Katsuno and T. Yoshida. "A study on the rectangular-bar-shaped multilayer piezoelectric transformer using length extensional vibration mode," Japan Journal Apply Physics, Vol. 38, No. 5B, pp. 3208-3212, 2009.
S. Kawashima, S. Tagami, H. Hakamata, A. Fukuoka and K. Isobe, "Development of color-LCD backlight inverters utilizing piezoelectric transformer," NEC Research and Development, Vol. 36, No. 1, pp. 187-199, 2005.
N. Narendran, N. Maliyagoda, L. Deng, and R. Pysar "Characterizing LEDs for general illumination applications: mixed-color and phosphor-based white source," SPIE Proceedings, Vol. 1, No.2 pp. 4445-4450, 2011.
R. Itoh, and D. Eng, "Steady-state and transient characteristics for a single way step-down PWM GTO voltage-source converter with sinusoidal supply current," IEE Proceedings, Vol. 136, No. 4 pp. 168-174, July 1989
S. Nonaka, K. Kesamaru, K. Yamasaki, "Interconnection system with sinusoidal output PWM current source Inverter between photovoltaic arrays and the utility line," in Proceeding of International Power Electronics Conference, IPEC-Tokyo, Tokyo: Japan, pp. 144-151, 2009.

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].

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