최근 급속한 산업 발달과 생활수준의 향상으로 인하여 전력 수요가 점차 증대되고 있고 이러한 전력수요 급증에 의해 화석연료 의존도가 높은 우리나라의 경우 국제환경 규제에 의한 온실가스 배출량의 감축 및 동결은 바로 산업 활동의 위축을 가져오게 된다. 이에 따라 환경을 국가의 산업생산 활동과 연계시키고자 하는 선진국과의 경쟁에서 많은 어려움이 발생하고 있고 이에 대한 대책으로 대체 에너지의 개발이 세계적으로 큰 관심거리가 되고 있다. 이러한 새로운 발전방식 중 비교적 용량이 작은 소규모의 발전설비는 태양광발전 (Photovoltaic generation), 풍력발전 (Wind power generation), 연료전지발전 (Fuel cell generation) 등이 있다. 그중 실용화에 있어서 중요한 요소인 연속운전 및 높은 발전효율, 장기적인 내구성을 고려할 때 가장 주목을 받는 것이 연료전지이다. 연료전지 기술은 화석연료 사용에 따른 공해요인의 제거 및 전력산업 구조조정에 따른 분산형 전원으로서 개발 및 보급 가능성이 큰 새로운 형태의 발전방식으로 주목받고 있다. 따라서 본 논문에서는 연료전지에서 발생하는 직류전원을 입력으로 하여 최종적으로 우리 일상생활에서 사용하는 교류전원을 얻는 데 필요한 전력변환 회로를 설계하여 연료전지 발전시스템을 연구 및 구성하였다.
최근 급속한 산업 발달과 생활수준의 향상으로 인하여 전력 수요가 점차 증대되고 있고 이러한 전력수요 급증에 의해 화석연료 의존도가 높은 우리나라의 경우 국제환경 규제에 의한 온실가스 배출량의 감축 및 동결은 바로 산업 활동의 위축을 가져오게 된다. 이에 따라 환경을 국가의 산업생산 활동과 연계시키고자 하는 선진국과의 경쟁에서 많은 어려움이 발생하고 있고 이에 대한 대책으로 대체 에너지의 개발이 세계적으로 큰 관심거리가 되고 있다. 이러한 새로운 발전방식 중 비교적 용량이 작은 소규모의 발전설비는 태양광발전 (Photovoltaic generation), 풍력발전 (Wind power generation), 연료전지발전 (Fuel cell generation) 등이 있다. 그중 실용화에 있어서 중요한 요소인 연속운전 및 높은 발전효율, 장기적인 내구성을 고려할 때 가장 주목을 받는 것이 연료전지이다. 연료전지 기술은 화석연료 사용에 따른 공해요인의 제거 및 전력산업 구조조정에 따른 분산형 전원으로서 개발 및 보급 가능성이 큰 새로운 형태의 발전방식으로 주목받고 있다. 따라서 본 논문에서는 연료전지에서 발생하는 직류전원을 입력으로 하여 최종적으로 우리 일상생활에서 사용하는 교류전원을 얻는 데 필요한 전력변환 회로를 설계하여 연료전지 발전시스템을 연구 및 구성하였다.
Recently, the demand for electricity is gradually increasing due to the rapid industrial development and the improvement of living standards. In the case of Korea, which is highly dependent on fossil fuels due to such a surge in electricity demand, reduction and freezing of greenhouse gas emissions ...
Recently, the demand for electricity is gradually increasing due to the rapid industrial development and the improvement of living standards. In the case of Korea, which is highly dependent on fossil fuels due to such a surge in electricity demand, reduction and freezing of greenhouse gas emissions due to international environmental regulations will immediately lead to a contraction in industrial activities. Accordingly, there are many difficulties in competition with advanced countries that want to link the environment with the country's industrial production activities, and the development of alternative energy as a countermeasure is of great interest around the world. Among these new power generation methods, small-scale power generation facilities with relatively small capacity include photovoltaic generation, wind power generation, and fuel cell generation. Among them, the fuel cell attracts the most attention in consideration of continuous operation, high power generation efficiency, and long-term durability, which are important factors for practical use. Therefore, in this paper, the fuel cell power generation system was researched and constructed by designing the power conversion circuit necessary to finally obtain the AC power used in our daily life by using the DC power generated from the fuel cell as an input.
Recently, the demand for electricity is gradually increasing due to the rapid industrial development and the improvement of living standards. In the case of Korea, which is highly dependent on fossil fuels due to such a surge in electricity demand, reduction and freezing of greenhouse gas emissions due to international environmental regulations will immediately lead to a contraction in industrial activities. Accordingly, there are many difficulties in competition with advanced countries that want to link the environment with the country's industrial production activities, and the development of alternative energy as a countermeasure is of great interest around the world. Among these new power generation methods, small-scale power generation facilities with relatively small capacity include photovoltaic generation, wind power generation, and fuel cell generation. Among them, the fuel cell attracts the most attention in consideration of continuous operation, high power generation efficiency, and long-term durability, which are important factors for practical use. Therefore, in this paper, the fuel cell power generation system was researched and constructed by designing the power conversion circuit necessary to finally obtain the AC power used in our daily life by using the DC power generated from the fuel cell as an input.
따라서 본 논문에서는 연료전지에서 발생하는 직류전원을 입력으로 하여 최종적으로 우리 일상생활에서 사용하는 교류전원을 얻는 데 필요한 전력변환 회로를 설계하여 연료전지 발전시스템을 연구 및 구성하였다.
제안 방법
본 논문에서 구성된 연료전지 발전시스템은 그림 5와 같이 연료전지 특성이 있는 벅 컨버터를 적용하여 출력된 전압을 승압하기 위해 풀 브리지 컨버터와 교류전원으로 변환하기 위해 단상 풀 브리지 인버터를 설계 및 적용하였다.
본 논문에서는 전력변환장치 설계를 통한 연료전지 발전시스템을 구성하기 위해 연료전지용 시뮬레이터, 낮은 전압을 승압하는 DC-DC 컨버터, 가정용에 적합한 교류전원으로 변환하는 인버터를 설계하고 제작하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
성능/효과
1) 연료전지와 유사한 특성을 얻기 위해 마이크로프로세서와 벅 컨버터를 사용하여 연료전지 시뮬레이터를 구현하므로 써 가정용 연료전지 시스템의 동작 특성을 확인할 수 있다.
전력변환 회로를 통한 연료전지발전시스템의 전력변환기 (풀 브리지 컨버터와 인버터) 효율에 관한 결과를 그림 22에서 보여주고 있다. RCD 스너버, 스위치, 다이오드 및 고주파 변압기의 손실 등으로 인해 최대 효율 85.3[%]의 결과를 어 이들 중 효율에 가장 큰 영향을 주는 요인은 변압기의 누설인덕턴스 성분에 의해 감소하는 전력변환 효율이고, 본 연구에서 사용하고 있는 고주파변압기의 변환 효율은 91[%]이다.
후속연구
2) 인버터에 직류 380V 전압을 공급하기 위해 승압할 수 있는 고주파 변압기 및 DC-DC 풀 브리지 컨버터 설계기술을 적용하므로 써 가정용 연료전지 시스템에 적용되는 전력변환장치에 응용할 수 있을 것으로 보인다.
참고문헌 (6)
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Y. H. Yoon, "Modeling of BLDC Motor Driving System for Platform Screen Door Control applied Fuel Cell Power Generation System," Trans. KIPE, vol. 66, no. 6, pp. 968~974, 2017. http://doi.org/10.5370/KIEE.2017.66.6.968
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