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3MW 발전용 연료전지 EBOP 시스템 개발
Development of EBOP system for 3MW Fuel Cell Power Plant 원문보기

전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집, 2009 Nov. 27, 2009년, pp.234 - 236  

김형수 ((주)포스콘 기술연구소) ,  황태식 ((주)포스콘 기술연구소) ,  김왕래 ((주)포스콘 기술연구소) ,  정우택 ((주)포스콘 기술연구소) ,  임창진 ((주)포스콘 기술연구소) ,  김윤현 ((주)포스콘 기술연구소) ,  김광섭 ((주)포스콘 기술연구소)

초록
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EBOP(Electrical Balance of Plant)는 직류의 연료전지의 출력을 전력전자기술을 이용해 계통전원에 연계 가능한 교류로 변환해주는 일련의 시스템을 칭한다. 포스콘에서는 용융탄산염 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)를 이용한 3MW 발전용 연료전지 EBOP 시스템을 개발하였으며, 국제규격(IEEE std.1547, UL1741)에 준하는 시험을 통해 성능검증을 완료함으로써 MW급 EBOP 시스템의 국산화에 성공하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 3MW EBOP 시스템의 성능시험을 위하여 EBOP Test room을 준공하였으며, 세계 각국의 배전계통 전압에 대해 시험을 실시할 수 있도록 수배전 설비를 갖추었다. 또한 연료전지모의장치 및 수동부하장치 등의 성능검증장치를 제작하였다.
  • EBOP 시스템은 H/W와 통신 및 제어알고리즘으로 나누어 설계하였다. H/W는 pro-Engineer를 이용한 3D 기반으로 설계 하였으며, Ansys Icepak/Multiphysics와 같은 해석 툴을 이용한 구조/강도 및 열 해석을 통해 설계결과를 검증하였다.
  • 또한 연료전지모의장치 및 수동부하장치 등의 성능검증장치를 제작하였다. EBOP 시스템의 성능시험은 EBOP 동작의 기초기능에 대한 시험인 단위 기능시험, 전력변환 성능 및 제어기 동특성 등을 확인할 수 있는 성능검증시험, 온도특성 및 시스템 안정도를 확인할 수 있는 연속운전시험으로 구분하여 실시하였다. 시험 절차 및 방법은 poscon I.
  • EBOP 시스템은 H/W와 통신 및 제어알고리즘으로 나누어 설계하였다. H/W는 pro-Engineer를 이용한 3D 기반으로 설계 하였으며, Ansys Icepak/Multiphysics와 같은 해석 툴을 이용한 구조/강도 및 열 해석을 통해 설계결과를 검증하였다.
  • PSIM을 이용한 시뮬레이션을 통해 제어 알고리즘을 검증하였다. 또한 알고리즘 검증용으로 제작한 10kVA 연료전지 발전 시스템 모의장치를 이용하여 재차 검증함으로써 시제품 검증시험 기간을 단축할 수 있었다.
  • PSIM을 이용한 시뮬레이션을 통해 제어 알고리즘을 검증하였다. 또한 알고리즘 검증용으로 제작한 10kVA 연료전지 발전 시스템 모의장치를 이용하여 재차 검증함으로써 시제품 검증시험 기간을 단축할 수 있었다.
  • 3MW EBOP 시스템의 성능시험을 위하여 EBOP Test room을 준공하였으며, 세계 각국의 배전계통 전압에 대해 시험을 실시할 수 있도록 수배전 설비를 갖추었다. 또한 연료전지모의장치 및 수동부하장치 등의 성능검증장치를 제작하였다. EBOP 시스템의 성능시험은 EBOP 동작의 기초기능에 대한 시험인 단위 기능시험, 전력변환 성능 및 제어기 동특성 등을 확인할 수 있는 성능검증시험, 온도특성 및 시스템 안정도를 확인할 수 있는 연속운전시험으로 구분하여 실시하였다.
  • 발전용 연료전지 시스템은 크게 세 부분으로 구성된다. 수소, 산소 등의 연료를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지 스택 (Fuel cell stack), 연료전지 스택의 출력을 계통전원에 연계하기 위한 전기적 시스템인 EBOP 그리고 연료전지 스택에 연료를 공급해주고, 온도조건 등을 유지하기 위한 기계적 시스템인 MBOP(Mechanical Balance of Plant)로 구성된다. 이 중 포스콘에서 개발한 EBOP는 계통연계 운전, 독립운전, RLR(Rapid Load Recovery), ILR(Immediately Load Recovery), Limp 모드 운전 등 다양한 운전모드로 동작하며, IEEE std.
  • 포스콘에서는 3MW 발전용 연료전지 EBOP 시스템을 개발하였으며 시험을 통해 국제규격(IEEE std.1547, UL1741)에 만족하는 성능을 검증함으로써 MW급 EBOP 시스템의 국산화에 성공하였다.

이론/모형

  • EBOP 시스템의 성능시험은 EBOP 동작의 기초기능에 대한 시험인 단위 기능시험, 전력변환 성능 및 제어기 동특성 등을 확인할 수 있는 성능검증시험, 온도특성 및 시스템 안정도를 확인할 수 있는 연속운전시험으로 구분하여 실시하였다. 시험 절차 및 방법은 poscon I.A.T에 기준하여 실시하였으며, 설계 기준에 만족하는 운전성능을 확인하였다. 시험에 대한 결과파형들은 다음과 같다.
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