[논문]계통연계형 단상 배터리 충전기의 리플 전류 저감기법 비교

안현성; 이재도; 차한주

계통연계형 단상 배터리 충전기의 리플 전류 저감기법 비교
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안현성 (충남대학교 전기공학과) , 이재도 (충남대학교 전기공학과) , 차한주 (충남대학교 전기공학과)

본 논문은 계통연계형 단상 배터리 충전기에서 필연적으로 발생하는 2고조파 리플 전류에 대해서 분석하였으며, 이 리플 전류를 저감하기 위한 방법들을 제시하였다. 또한, 제시한 기법 중에 L-C 공진을 이용한 기법에 대한 실험을 진행하여 성능을 확인하였으며, 해석을 통해 비교하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 계통연계형 단상 시스템에서 필연적으로 발생하는 2고조파 성분의 리플 전류에 대해서 설명하였으며, 리플 전류를 저감하기 위한 기법들을 설명하였다. 이 중 L C 공진회로를 적용한 방법을 통해서 저감기법에 대한 성능을 확인하였으며, 해석을 통해 실험 결과와 비교하였다.

제안 방법

배터리 리플 전류의 저감기법으로는 인터리브드 방식의 DC DC 컨버터의 연계, 혹은 전력 변환 시스템 연계를 통해 시스템 제어를 통해 배터리 리플 전류 감소가 제안되었으나^[1]~[2], 시스템의 대형화와 효율의 저하를 이유로 다른 방법의 연구가 요구되고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 인터리브드 DC DC 컨버터를 이용한 저감기법과 전력변환 시스템을 제어하는 저감기법을 서술하며, 추가로 L C 공진회로를 사용한 저감기법에 대해 서술하고 성능을 확인하며, 배터리 충전 방전 시 발생하는 리플 전류에 대해 비교 해석한다.

데이터처리

본 논문에서는 계통연계형 단상 시스템에서 필연적으로 발생하는 2고조파 성분의 리플 전류에 대해서 설명하였으며, 리플 전류를 저감하기 위한 기법들을 설명하였다. 이 중 L C 공진회로를 적용한 방법을 통해서 저감기법에 대한 성능을 확인하였으며, 해석을 통해 실험 결과와 비교하였다.

성능/효과

식(8)은 배터리 L C 공진회로가 적용 전과 후의 전류에 대한 전달함수를 보여준다. 이를 통해 배터리와 인버터의 DC링크 파라미터를 토대로 볼 때 리플율은 약 1.7%로 매우 감소하는 것을 확인할 수 있다.
그림 5의 (a)와 (b)는 공진회로 적용 후의 배터리 전류(ac성분)와 DC 링크의 전압(ac성분)을 보여주고 있으며, (c)와 (d)는 공진회로 적용 전의 배터리 전류(ac성분)와 DC 링크 전압(ac성분)을 보여주고 있다. 파형을 통해 배터리 리플 전류가 매우 감소한 것을 확인 할 수 있으며, 그 값은 리플율 32%에서 2.9%로 감소하였다. 이러한 성능은 해석을 통해서 확인할 수 있다.

후속연구

배터리 저장장치는 산업용뿐만 아니라 가정용까지 다양하게 사용되고 있어 효율적인 에너지 사용을 위한 배터리 충전기의 성능을 비롯하여 충전 방전의 효율, 계통전류의 왜곡보상, 배터리 충전 방전 시 발생하는 리플 전류 등에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서 다루고 있는 계통연계형 단상 충전기는 계통 측의 전압과 전류에 의해 배터리에서 120Hz의 리플 전류가 필연적으로 발생하게 되며, 배터리 수명 특성을 고려하여 배터리 리플 전류에 대한 보상이 적절하게 이루어져야 한다. 배터리 리플 전류의 저감기법으로는 인터리브드 방식의 DC DC 컨버터의 연계, 혹은 전력 변환 시스템 연계를 통해 시스템 제어를 통해 배터리 리플 전류 감소가 제안되었으나^[1]~[2], 시스템의 대형화와 효율의 저하를 이유로 다른 방법의 연구가 요구되고 있다.

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