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벅 컨버터의 새로운 고장전류 고속차단 기법
New Fault Current Fast Shutdown Scheme for Buck Converter 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.1, 2019년, pp.68 - 73  

박태식 (Dept. of Electrical and Control Engineering, Mokpo National University) ,  김성환 (Dept. of Electrical and Control Engineering, Mokpo National University)

초록
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벅 컨버터는 전압 직류 계통(LVDC), 가전 분야 및 전기차 충방전 분야에서 다양하게 적용되고 있는 전력변환장치이며, 일반적으로 벅 컨버터는 부하측에 단락 등 고장 발생시 반도체 스위칭 소자를 개방시켜 벅 컨버터의 운전을 중지시킨다. 그러나 벅 컨버터의 출력단에 인덕터와 캐패시터에 저장된 에너지로 인해 고장 전류가 지속적으로 부하로 전달되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 벅 컨버터의 출력측 저역통과 필터에 일반적인 인덕터 대신 커플드 인덕터(Coupled-inductor)를 사용하여 인덕터에 저장된 전기에너지를 부하단에 공급되지 않도록 소모시키는 구성을 포함하는 벅 컨버터의 새로운 고장전류 고속차단 방식을 제안하며, 제안된 방식은 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a novel fast shut-down scheme for Buck converter by using a coupled inductor. Generally, a controller for Buck converter stops generating PWM patterns in various fault cases: Overcurrent, Short circuit, or Overvoltage, but the inductor and capacitor keep supplying their stored en...

주제어

#DC-DC   #Buck   #converter   #fault current   #shut-down   #coupled inductor  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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가설 설정

  • 은 그림 7에 간략화된 회로로부터 구할 수 있다. 여기서 벅 컨버터의 부하는 저항 부하로 가정하였으며 다이오드의 전압강하는 무시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
커플드 인덕터는 무엇인가? 그림에서와 같이 기존 인덕터와 동일하게 코어와 코일로 구성되어 있으며, 변압기와 유사하게 2차측 코일이 포함되어 있으며 동작원리 역시 변압기와 유사하다. 실제 2차측 코일이 개방되어 있을 경우 커플드 인덕터는 기존의 인덕터와 유사하게 동작 하며 2차측 코일에 전류가 흐르는 상황이 되면 일종의 변압기와 유사한 동작원리를 보인다. 커플드 인덕터의 등가회로는 그림 4와 같다.
벅 컨버터에 일반적인 인덕터가 아닌 커플드 인덕터를 사용함으로써 어떤 결과를 얻을 수 있는가? 본 논문에서는 벅 컨버터의 출력측 저역통과 필터에 일반적인 인덕터 대신 커플드 인덕터(Coupledinductor)를 사용하여 부하측 단락 및 컨버터 자체 고장시 인덕터에 저장된 전기에너지를 부하단에 공급되지 않도록 소모시키는 구성을 포함하는 벅컨버터의 새로운 고장전류 고속차단 방식을 제안 하였으며, 제안된 방식은 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다. 제안된 방식은 기존의 셧다운 방식에 비해 2배 이상의 고속 셧다운이 가능하였으며, LVDC 등 다수의 컨버터가 사용되는 계통에 있어서 벅 컨버터 자체의 고속 셧다운 기능은 계통내 DC 브레이커의 스트레스 저감 및 계통 안정화 그리고 사고 안정도에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.
벅 컨버터의 문제점은 무엇인가? 벅 컨버터는 전압 직류 계통(LVDC), 가전 분야 및 전기차 충방전 분야에서 다양하게 적용되고 있는 전력변환장치이며, 일반적으로 벅 컨버터는 부하측에 단락 등 고장 발생시 반도체 스위칭 소자를 개방시켜 벅 컨버터의 운전을 중지시킨다. 그러나 벅 컨버터의 출력단에 인덕터와 캐패시터에 저장된 에너지로 인해 고장 전류가 지속적으로 부하로 전달되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 벅 컨버터의 출력측 저역통과 필터에 일반적인 인덕터 대신 커플드 인덕터(Coupled-inductor)를 사용하여 인덕터에 저장된 전기에너지를 부하단에 공급되지 않도록 소모시키는 구성을 포함하는 벅 컨버터의 새로운 고장전류 고속차단 방식을 제안하며, 제안된 방식은 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Pasi Nuutinen, "Short-Circuit Protection in a Converter-Fed Low-Voltage Distribution Network," IEEE Trans. on POWER ELECTRONICS, Vol. 28, No. 4, 2013. DOI: 10.1109/TPEL.2012.2213845 

  2. ABB, "Faults in LVDC microgirds with front-end converters," ABB SACE Technical Application Papers No.14, 2015. 

  3. Marek Bartosik, Ryszard Lasota, Franciszek Woojcik, "Modern dc circuit breakers," tts 9, 2006. 

  4. Wang Y. Kong,. "Review of DC Circuit Breakers for Submarine Applications," Maritime Platforms Division, Defence Science and Technology Organisation, 2012. 

  5. Harald Fien, "High-voltage circuit-breakers: Trends and recent developments," Siemens AG, 2011. 

  6. ABB, "ABB circuit-breakers for direct current applications," ABB SACE, Technical Application Papers No.5, 2015. 

  7. Dragan Jovcic, Boon Teck Ooi, "Developing DC Transmission Networks Using DC Transformers," IEEE Trans. on POWER DELIVERY, Vol. 25, No. 4, 2010. DOI: 10.1109/TPWRD.2010.2052074 

  8. Suwat Kitcharoenwat, Mongkol Konghirun, "A Novel Single-Phase AC-AC Converter for Circuit Breaker Testing Application," IEEE Trans. on INDUSTRY APPLICATIONS, Vol. 50, No. 6, 2014. DOI: 10.1109/TIA.2014.2311504 

  9. Abdullah A. S. Emhemed and Graeme M. Burt, "An Advanced Protection Scheme for Enabling an LVDC Last Mile Distribution Network," IEEE Trans. on SMART GRID, VOL. 5, NO. 5, 2014. DOI: 10.1109/TSG.2014.2335111 

  10. L. Tang and B.-T. Ooi, "Locating and isolating DC faults in multiterminal DC systems," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 22, No. 3, 2007. DOI: 10.1109/TPWRD.2007.899276 

  11. Jae-Do Park, Jared Candelaria, Liuyan Ma, and Kyle Dunn, "DC Ring-Bus Microgrid Fault Protection and Identification of Fault Location," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 28, No. 4, 2013. DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2267750 

  12. D. Salomonsson, L. Soder, and A. Sannino, "Protection of low-voltage DC microgrids," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 24, No. 3, 2009. DOI: 10.1109/TPWRD.2009.2016622 

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