초록 ▼

최종목표
QZSI-PCS를 기반으로 하는 태양광-연료전지 하이브리드 발전 시스템의 계통연계 운전 및 고립운전 모드 제어 기법 및 매끄러운 모드 전환 제어기법 개발
개발내용 및 결과
• 암단락 상태인 시간격을 조정하여 연료전지의 출력전압을 승압하거나 태양광 어레이의 최대전력점 추적제어용으로 1단 구조의 저비용이며 최대 93%인 고효율 Quasi-ZSI의 제어기법 개발 및 최적설계/제작
• 직류전압 승압율을 증가시킨 변형된 ZSI회로 개발하여 연료전기 PCS용으로 적용
• 대표적인 에너지 저장장치인 슈퍼 커패

최종목표
QZSI-PCS를 기반으로 하는 태양광-연료전지 하이브리드 발전 시스템의 계통연계 운전 및 고립운전 모드 제어 기법 및 매끄러운 모드 전환 제어기법 개발
개발내용 및 결과
• 암단락 상태인 시간격을 조정하여 연료전지의 출력전압을 승압하거나 태양광 어레이의 최대전력점 추적제어용으로 1단 구조의 저비용이며 최대 93%인 고효율 Quasi-ZSI의 제어기법 개발 및 최적설계/제작
• 직류전압 승압율을 증가시킨 변형된 ZSI회로 개발하여 연료전기 PCS용으로 적용
• 대표적인 에너지 저장장치인 슈퍼 커패시터의 충방전용 고효율양방향 직류/직류 컨버터 설계 및 제작
• 고립운전 시 민감부하에 안정된 전압을 공급하기 위한 부하전압제어 기법 개발하여 전압의 THD가 1.89%에 0.3%의 주파수 정밀도 달성
• 계통연계운전 시 계통전압 정상상태 또는 왜곡시에도 계통전류의 THD를 1.92-2.8% 이내로 제어할 수 있는 계통전류제어기법개발
• 고립운전 모드에서 계통연계운전 모드로 또는 그 반대로 전환시 부하전압이나 계통전류에 어떠한 진동, 왜곡, 스파이크 없이 매끄럽게 신속하게 전환하는 알고리즘 제시
• CAN으로 태양광 발전시스템, 연료전기 발전시스템 및 슈퍼커 패시터 에너지 저장장치 등의 네트워크 구축
• 하이브리드 발전시스템의 총괄제어 및 모니터링 시스템 구축
기술개발 배경
• 태양광 발전이나 연료전지 발전의 경우 단독발전 시스템에 대한 연구는 여러 기관에서 다양하게 진행하고 있음
• 고립운전용으로의 태양광-풍력 하이브리드 발전 시스템은 비교적 많은 연구가 진행되었음.
• 향후 마이크로그리드용 전원이나 무정전전원장치로 적극 활용이 기대되는 태양광-연료전지 하이브리드 발전 시스템에 대한 연구는 초보 단계임
• 출력 제어를 하지 않는 발전원(태양광)과 출력 제어가 가능한 발전원(연료전지)의 병렬 운전에 해당하는 하이브리드 발전 시스템의 최적 구성과 운전 기법 개발이 시급히 요청됨
• 계통연계운전 모드에서 고립운전 모드로 또는 고립운전 모드에서 계통연계운전 모드로의 매끄러운 전환을 위한 시퀀스와 스위치(STS; Static Transfer Switch)의 개발이 필요함
• 계통연계운전 모드에서의 하이브리드 발전 시스템의 전력제어와 고립운전 모드에서의 전력제어 기법의 개발이 요구됨.
• 기존의 태양광 발전용 PCS는 최대전력점 추적제어를 위한 DC/DC컨버터와 교류계통에 연계하기 위한 인버터의 2단 구조로 전력회로가 복잡하여 고비용에 효율이 떨어짐
핵심개발 기술의 의의
• 태양광 및 연료전지 발전시스템에서 PCS용으로 QZSI사용 시회로설계/제작 및 제어 기법 개발
• 고립운전과 계통연계운전모드 매끄러운 전환으로 전력품질 향상시켜 마이크로그리드 및 스마트 그리드의 실용화에 기여
• 출력을 예측할 수 없는 태양광 등 신재생에너지원과 안정된 전력 공급용 연료전지 발전시스템과 슈퍼캡 또는 배터리 등 에너지 저장장치와의 상호 연계제어로 전력계통 안정화에 기여
적용 분야
• 마이크로 그리드 시스템
• 스마트 그리드 시스템
• 태양광 및 연료전지 발전시스템의 PCS용
• 하이브리드 자동차의 V2G 기술

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 2
• 1. 일반 현황 ... 2
• 2. 기술개발 개요 (개발기술 및 제품 소개, 전반적인 개발기술에 대한 요약 정보) ... 3
• 3. 개발결과 요약 ... 3
• 4. 기술 및 경제적 성과 ... 5
• 5. 파급 효과 및 기대 효과 ... 5
• 6. 해당 기술, 제품의 시장 현황 ... 6
• 7. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등) ... 7
• <기술개발사업 주요 연구성과> ... 9
• 제 1 장 서론 ... 15
• 제 1 절 과제의 개요 ... 15
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 16
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 16
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 18
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 23
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 123
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 124
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 124
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 128
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 130
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 130
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 131
• 부 록 - QZSI제어용 32비트 DSP28F335 제어보드회로도 - ... 132
• 1. DSP와 JTAG, OSC ... 132
• 2. 직류전원 발생회로 및 CAN통신, Encoder 측정회로 ... 133
• 3. 교류 및 직류 전압 검출회로 ... 134
• 4. 교류 및 직류 전류 검출회로 ... 135
• 5. PWM 출력, 고장 검출회로 및 LED display ... 136
• 끝페이지 ... 136