초록 ▼

□ 개발목표
계 획
리튬전지를 이용한 ESS(Energy Storage System)에서 방전효율 향상을 위한 고효율 3상 멀티레벨 인버터, 출력 필터 및 고성능 디지털 제어기를 개발하고 수요기업과 협력하여, 100kVA급 하이브리드 UPS 시제품의 성능을 평가한다.
실 적
3상 하이브리드 UPS용 멀티레벨 인버터개발 및 성능시험 완료

□ 정량적 목표항목 및 달성도
1. 입력전류 역률 : 계획(0.99), 실적(0.995)
2. 입력전류 THD : 계획(5%), 실적(4.8%)
3.

□ 개발목표
계 획
리튬전지를 이용한 ESS(Energy Storage System)에서 방전효율 향상을 위한 고효율 3상 멀티레벨 인버터, 출력 필터 및 고성능 디지털 제어기를 개발하고 수요기업과 협력하여, 100kVA급 하이브리드 UPS 시제품의 성능을 평가한다.
실 적
3상 하이브리드 UPS용 멀티레벨 인버터개발 및 성능시험 완료

□ 정량적 목표항목 및 달성도
1. 입력전류 역률 : 계획(0.99), 실적(0.995)
2. 입력전류 THD : 계획(5%), 실적(4.8%)
3. 출력전압 THD : 계획(2%), 실적(1.3%)
4. UPS 인버터 효율 : 계획(96%), 실적(96.8%)
5. ESS 방전운전 효율 : 계획(90%), 실적(92.1%)

□ 기대효과
기존 UPS 제품뿐만 아니라 태양광 및 풍력발전용 전력변환장치에 적용함으로써 제품 성능향상 가능

□ 적용분야
3상 PWM 정류기, 3상 PWM 인버터를 이용한 전력변환기 응용분야

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서(초록) ... 3
• 목차 ... 4
• 제 1 장 서 론 ... 8
• 제 1 절 개발 필요성 ... 8
• 1. 개요 ... 8
• 2. 연구 필요성 ... 11
• 제 2 절 개발과제 국내외 동향 ... 14
• 1. 국내외 기술 동향 ... 14
• 2. 개발업체 관련 기술 보유현황 ... 14
• 제 2 장 개발 목표 ... 16
• 제 1 절 3상 하이브리드 UPS ... 16
• 1. 회로 구성 ... 16
• 2. 동작 모드 ... 17
• 3. 제품 사양 ... 20
• 제 2 절 2-레벨 인버터 ... 22
• 제 3 절 멀티레벨 인버터 ... 25
• 제 4 절 평가 지표 ... 28
• 제 3 장 개발 내용 ... 30
• 제 1 절 3상 PWM 정류기 ... 30
• 1. 회로 구성 및 동작 원리 ... 30
• 2. 수학적 모델링 ... 31
• 3. 제어 알고리즘 ... 32
• 제 2 절 양방향 DC-DC 컨버터 ... 34
• 1. 회로 구성 및 동작 원리 ... 34
• 2. 수학적 모델링 ... 35
• 3. 제어 알고리즘 ... 37
• 제 3 절 태양광 컨버터 ... 39
• 1. 회로 구성 및 동작 원리 ... 39
• 2. 수학적 모델링 ... 41
• 3. 제어 알고리즘 ... 47
• 제 4 절 3상 멀티레벨 인버터 ... 53
• 1. 회로 구성 및 동작 원리 ... 53
• 2. 수학적 모델링 ... 57
• 3. 제어 알고리즘 ... 58
• 제 5 절 3상 T형 멀티레벨 인버터 손실 분석 ... 59
• 1. 2-레벨 인버터와 3상 T형 멀티레벨 인버터의 손실 비교 ... 59
• 2. 2-레벨 인버터와 3상 T형 멀티레벨 인버터의 시뮬레이션 ... 62
• 제 4 장 시제품 설계 및 검증 ... 70
• 제 1 절 주 회로 구성 및 기능 ... 70
• 1. 주 회로 구성 ... 70
• 2. 시제품 사양 ... 72
• 3. 각 부품별 기능 ... 72
• 제 2 절 3상 PWM 정류기 ... 74
• 1. 주요 전장품 및 필터 설계 ... 74
• 2. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 ... 79
• 제 3 절 양방향 DC-DC 컨버터 ... 82
• 1. 주요 전장품 및 필터 설계 ... 82
• 2. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 ... 88
• 제 4 절 태양광 컨버터 ... 91
• 1. 주요 전장품 및 필터 설계 ... 91
• 2. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 ... 95
• 제 5 절 3상 T형 멀티레벨 인버터 ... 98
• 1. 주요 전장품 및 필터 설계 ... 98
• 2. 시뮬레이션을 통한 성능 검증 ... 102
• 제 6 절 전력변환부 방열설계 ... 105
• 1. 방열설계 절차 ... 105
• 2. 전력반도체 손실(발열량) 계산 ... 106
• 4. 방열판 열 저항값 계산 ... 110
• 5. 전력 반도체 소자 내부 온도 계산 ... 112
• 6. 3상 T형 멀티레벨 인버터 전력변환부 방열설계 ... 113
• 제 7 절 구조 설계 ... 116
• 1. 외함 ... 116
• 2. 전력변환부 ... 117
• 3. 차단기 조립체 ... 118
• 4. 입출력 필터부 ... 119
• 제 5 장 시제품 제작 및 성능시험 ... 120
• 제 1 절 시제품 제작 ... 120
• 1. 시제품 외형 ... 120
• 2. 내부 구성품 배치 ... 121
• 제 2 절 PCB 제작 및 단위시험 ... 123
• 1. 주 제어 PCB 기능 ... 123
• 2. 3상 정류기 IGBT 구동 PCB 기능 ... 134
• 3. 양방향 DC-DC 컨버터 IGBT 구동 PCB 기능 ... 137
• 4. 3상 T형 멀티레벨 인버터 IGBT 구동 PCB 기능 및 파형 ... 138
• 5. 스태틱 스위치 구동 PCB 기능 ... 143
• 6. 전력변환부 단위시험 ... 146
• 제 3 절 시제품 성능시험 ... 148
• 1. 100kVA 하이브리드 UPS 기본 특성시험 ... 148
• 2. 공장 입회시험 ... 155
• 제 6 장 성과요약 및 기대효과 ... 156
• 1. 개발 결과 ... 156
• 2. 기대 효과 ... 156
• 3. 향후 연구방향 ... 156
• 참고 문헌 ... 157
• 첨부자료 1. 전기 설계 도면 ... 159
• 첨부자료 2. PCB 회로 설계 및 Artwork 도면 ... 161
• A. 주 제어 PCB ... 162
• B. 3상 정류기 IGBT 구동 PCB ... 174
• C. 양방향 DC-DC 컨버터 IGBT 구동 PCB ... 181
• D. 3상 멀티레벨 인버터 IGBT 구동 PCB ... 184
• E. 스태틱 스위치 구동 PCB ... 194
• 첨부자료 3. 구조 설계 도면 ... 201
• 첨부자료 4. 구입 기자재 ... 301
• 첨부자료 5. 연구 성과물 ... 302
• 끝페이지 ... 321