[논문]전력IT용 디지털 부하를 위한 저전압 직류급전 시스템 연구

김재한; 양승욱; 목형수; 최규하; 손성용; 홍준희

전력IT용 디지털 부하를 위한 저전압 직류급전 시스템 연구
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김재한 (건국대학교) , 양승욱 (건국대학교) , 목형수 (건국대학교) , 최규하 (건국대학교) , 손성용 (경원대학교) , 홍준희 (경원대학교)

본 논문에서는 DC 전압을 이용한 전력IT 시스템의 활용을 연구하고 그 효율성을 입증하기 위하여 가정용 전자제품에 전력공급을 기존 AC공급원에서 DC공급원으로 변환하여 그 효율성을 비교하였다. 직류급전시스템은 교류급전시스템에 비해 전력교환장치의 교환단수가 적기 때문에 변환효율로 10%정도 고효율화 할 수 있음을 실험을 통하여 입증한다.

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문제 정의

따라서 저전압 직류시스템이 적용될 경우 AC/DC정류기에서 PFC를 구현하므로 효율적 측면에서 제안하는 방식의 우수성을 알 수 있다. 본 논문에서는 교류전원과 직류전원을 혼합한 형태의 저전압 직류시스템을 제안하고 실험을 통하여 그 우수성을 입증하였다.

제안 방법

실험은 가정에서 많이 사용하고 있는 5종류의 가전제품을 선정하여 4개의 제품군으로 구성한 후 실험하였다. 실험은 그림 4와 같이 기존 AC/DC 배전방식과 제안하는 저전압 직류 급전시스템인 DC/DC 배전방식으로 나누어 실험 하였으며 그 결과를 표1에 나타내었다.
실험을 위하여 각 제품은 동일한 조건의 AC/DC전원장치와 D/ZDC전원장치를 제작하여 AC제품군은 상용전원 220VAC에서 동작시키고, DC제품군은 상용전원 220VAC를 정류기를 통하여 48VDC 로 변환 후 각 가전제품을 48VDC를 입력으로 동작시켜 측정하였다. 각 제품에 대한 전원장치의 제작 사양은 다음과 같다.
이러한 기반설비는 소용량의 지속가능한 에너지 기술들이 분산전원에서 차지하는 비중이 높아지고 있으며, 또한 소용량의 분산전원설비는 일상에 가장 근법한 서비스로서 다른 급전시스템에 비해 고신뢰, 고품질의 급전방법이 요구되어 저전압 직류급전의 필요성이 절실히 대두되고 있다. 이러한 현실에 소용량 직류급전시스템을 크게 가정용과 사무용으로 나누어 모델링하고자 한다.
제안하는 방식의 우수성을 입증하기 위해서는 그림2, 혹은 그림3과 같은 시스템을 구축하여야 하나 간단한 실험을 위하여 그림 4와 같은 간이 시스템을 구현하여 수행하였다. 실험은 가정에서 많이 사용하고 있는 5종류의 가전제품을 선정하여 4개의 제품군으로 구성한 후 실험하였다.
제안하는 직류급전모델은 그림2와 같은 구조로 설비의 기본구성은 ACZDC 정류장치와 태양광등의 보조전원, 그리고 UPS, 연료전지등의 비상전원으로 분산형전원을 구성하고 있다. 상용전원 6600VAC 등에서 급전된 교류전력은 수전장치에서 220VAC로 변환되며, 수용가내의 전원에서는 220VAC를 정류장치에서 정류하여 48VDC로 변환해 직류전력을 급전하고 있다.

대상 데이터

4와 같은 간이 시스템을 구현하여 수행하였다. 실험은 가정에서 많이 사용하고 있는 5종류의 가전제품을 선정하여 4개의 제품군으로 구성한 후 실험하였다. 실험은 그림 4와 같이 기존 AC/DC 배전방식과 제안하는 저전압 직류 급전시스템인 DC/DC 배전방식으로 나누어 실험 하였으며 그 결과를 표1에 나타내었다.

성능/효과

또한 전력의 품질개선을 위해 점차적으로 PF의 규제도 강화되어 향후 대부분의 가전제품에도 PFC를 사용해야할 것이나 이는 제품의 효율을 악화시킨다. 따라서 저전압 직류시스템이 적용될 경우 AC/DC정류기에서 PFC를 구현하므로 효율적 측면에서 제안하는 방식의 우수성을 알 수 있다. 본 논문에서는 교류전원과 직류전원을 혼합한 형태의 저전압 직류시스템을 제안하고 실험을 통하여 그 우수성을 입증하였다.
87% 우수함을 알 수 있다. 또한 그림5에서 알 수 있듯이 대기전력 측면에서도 교류급전방식보다 직류급전방식이 26.64% 우수함을 알 수 있다.
표1에서 보듯이 각 제품군의 효율은 직류급전방식이 교류급전방식보다 약 1.87% 우수함을 알 수 있다. 또한 그림5에서 알 수 있듯이 대기전력 측면에서도 교류급전방식보다 직류급전방식이 26.

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