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하이브리드 반도체 변압기의 1차측 정보를 이용한 2차측 간접 정전압 제어 기법
Secondary Indirect Constant Voltage Control Technique for Hybrid Solid State Transformer using Primary Side Information 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.25 no.5, 2020년, pp.420 - 423  

이태영 (Dept. of Electrical and Electronic Eng., Konkuk University) ,  윤춘기 (Dept. of Electrical and Electronic Eng., Konkuk University) ,  조영훈 (Dept. of Electrical and Electronic Eng., Konkuk University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study proposes an indirect constant voltage control algorithm for hybrid solid-state transformers (HSSTs) by using primary side information. Considering the structure of HSSTs, measuring voltage and current information on the primary side of a transformer is necessary to control the converter a...

주제어

#Hybrid solid state transformer   #Indirect constant voltage control scheme   #Insulation voltage   #Voltage drop compensation  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 1차측 정보들만을 이용한 2차측 간접 전압 제어 기법을 제안한다. 제안하는 기법의 경우 변압기의 2차측 출력단이 제어되기 때문에 케이블 임피던스에 따른 최종 부하단의 전압 강하 문제가 있다.
  • 본 논문에서는 1차측 정보를 이용한 하이브리드 반도체 변압기의 2차측 간접 정전압 제어 알고리즘을 제안한다. 부하에 따라 흐르는 전류와 2차측의 케이블 임피던스에 의한 전압 강하 때문에 제안하는 알고리즘의 경우 부하에 따라 2차측 출력 전압의 크기가 달라지는 문제점이 있다.
  • 그림 2의 기존 정전압 제어 기법의 경우 1차측, 2차측 변수 모두 측정하기 때문에 시스템의 절연 문제를 야기할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 2차측 전압 정보를 받지 않고 1차측의 정보만을 이용하여 2차측의 전압을 간접적으로 제어하는 방법을 제안한다. 식 (1), (2), (3)을 보면 컨버터 제어에 사용되는 탭 전압을 이용하여 2차측 출력 전압을 구할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존 배전 시스템에 사용되어 온 배전용 변압기가 높은 성능을 보장하기 어려운 이유는? 최근 신재생에너지, 마이크로그리드 등의 발달로 인해 배전 계통망이 복잡해지고 부하가 다양해짐에 따라 높은 계통 전압 및 전력 품질을 유지하기 위한 시스템이 연구되어왔다. 기존 배전 시스템에 사용되어 온 배전용 변압기는 수동적인 동작 특성을 가지고 있어 계통단 혹은 부하단 측에 불규칙한 전압, 전류 고조파 및 순간적인 전압 변동, 선로 임피던스에 따른 전압 강하 등의 문제가 발생할 경우 반대측 단에 그 영향을 그대로 전달하기 때문에 높은 성능을 보장하기 어렵다.
현재 상용화된 전력반도체 스위치의 정격전압은 최대 몇 kV인가? 그러나 모듈간 전압 불평형, 복잡한 시스템 및 제어구조 등의 단점을 가지고 있으며 시스템 고장 상황 발생 시 계통이 차단되기 때문에 즉각적인 대처가 어렵다[3],[4]. 또한, 현재 상용화된 전력반도체 스위치는 최대 2kV 이하의 정격전압을 가지고 있는데 이 때문에 국내 13.2kV의 배전계통 전압에 대응하기 위해서는 최소 10모듈 이상이 연결된 직결(Cascaded) 형태의 멀티레벨 컨버터 회로가 강요되며 각 모듈간 제어 알고리즘이 추가적으로 필요하다는 단점이 있다.
탭 변압기에 부하가 인가된 상태에서 실시간 변경이 불가능하다는 단점을 극복하기 위해 무엇이 연구되었는가? 이중 전압 강하를 보상하기 위해 배전망에서는 무부하시 탭 절환장치(No Load Tap Changer, NLTC)를 탑재한 탭 변압기를 사용하는 경우가 있으나 NLTC는 탭 권선 절환 시 변압기 운전을 완전 정지시킨 후 방전작업을 거쳐 동작시킬 수 있어 부하가 인가된 상태에서 실시간 변경이 불가능하다는 단점이 있다. 이러한 기존 변압기의 단점을 보완하고 전압 및 전류 고조파 보상, 역률제어 등을 위한 반도체 변압기(Solid State Transformer, SST)가 연구되었다. 반도체 변압기는 통상적으로 AC/DC 컨버터와 DC/DC 절연형 컨버터, DC/AC 인버터로 구성된 모듈을 직렬 혹은 병렬로 연결하여 고전압 배전계통에 연결하여 기존 변압기의 역할을 대체하는 시스템이다[1],[2].
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참고문헌 (7)

  1. X. She, X. Yu, F. Wang, and A. Q. Huang, "Design and demonstration of a 3.6-kV.120-V/10-kVA solid-state transformer for smart grid application," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, pp. 3982-3996, 2014. 

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  2. X. She, A. Q. Huang, and R. Burgos, "Review of solid-state transformer technologies and their application in power distribution systems," IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., Vol. 1, pp. 186-198, 2013. 

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  3. J. Shi et al., "Research on voltage and power balance control for cascaded modular solid-state transformer," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 26, pp. 1154-1166. 2011. 

    상세보기 crossref

  4. J. Liu et al., "Voltage balance control based on dual active bridge DC/DC converters in a power electronic traction transformer," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 33, pp. 1696-1714, 2018. 

    상세보기 crossref

  5. A. Q. Huang et al., "15 kV SiC MOSFET: An enabling technology for medium voltage solid state transformers CPSS," Trans. Power Electron. Appl., Vol. 2, pp. 118-130. 2017. 

  6. D. Das et al., "Power flow control in networks using controllable network transformers," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 25, pp. 1753-1760, 2010. 

    상세보기 crossref

  7. C. G. Yun and Y. Cho, "Active hybrid solid state transformer based on multi-level converter using SiC MOSFET," Energies, Vol. 12, No. 1, 2019. 

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