초록 ▼

최종목표
□ 100KVA급 UPS 전력회로를 통합한 PMIC 개발
□ 자체 개발한 PMIC를 적용한 100KVA UPS 모듈 제작
□ UPS의 제어/모니터링를 위한 국내 스마트그리드 EMS(Energy Management System)와 연계 운전용 Gateway(Smart Device) 개발

개발내용 및 결과
□ 100kVA급 UPS용 전력변환 IC 개발
- PFC Controller IC 시작품 개발
- IGBT Gate Driver IC 시제품 개발 및 성능시험
- HV 전력반

최종목표
□ 100KVA급 UPS 전력회로를 통합한 PMIC 개발
□ 자체 개발한 PMIC를 적용한 100KVA UPS 모듈 제작
□ UPS의 제어/모니터링를 위한 국내 스마트그리드 EMS(Energy Management System)와 연계 운전용 Gateway(Smart Device) 개발

개발내용 및 결과
□ 100kVA급 UPS용 전력변환 IC 개발
- PFC Controller IC 시작품 개발
- IGBT Gate Driver IC 시제품 개발 및 성능시험
- HV 전력반도체 회로설계 및 제작 기술 확보
- HV Isolation 반도체 회로설계 기술 확보
- IGBT Gate Driver IC 시작품 전기적 특성 시험성적서 성능 확보
□ 100kVA급 UPS용 SPM 모듈 개발
- SPM 모듈 개발(개발품 : V1~V7)
- 100kVA급 UPS용 SPM 모듈 성능 확보
- UPS 및 ESS 전력관리용 EMS 기술 확보
□ UPS의 제어/모니터링를 위한 국내 스마트그리드 EMS(Energy Management System)와 연계 운전용 Gateway(Smart Device) 개발
- 스마트 그리드 기반 UPS 통신 사양 결정 및 원격 모니터링 platform 개발
- 스마트 그리드용 EMS의 통신 자료 검토
- Smart device H/W 개발 및 통신 연계시험
- 스마트 그리드 기반 EMS/UPS 연계 운영 알고리즘 개발
- 통신 평가 시험
- UPS, EMS 연계 시험
- 신뢰성 시험 및 연속 운전 시험

기술개발 배경
□ 안정적인 전력 공급시스템 구축의 필요성에 적극 부응하고 수입 의존율을 낮춤으로써 국가 산업경쟁력 제고와 수출경쟁력 확보
□ 국내외적으로 UPS용 전원시스템 회로 기술은 전력을 시스템에 맞게 배분하는 제어 기능, 전력변환 기능, 배터리 보호회로(PTC) 기능 등의 기본적인 기능 이외에 전원 소스(배터리, 전원 등) 모니터 및 관리 기능, 시스템의 다양한 종류 출력 전원 공급 기능, 고효율 전원 변환 효율 관리 기능 등이 하나의 칩으로 구현되는 전력 관리 IC(PMIC) 회로 기술로 발전하고 있어서 단순히 전력을 조절하고 전달하는 역할에서 에너지효율 제고 및 시스템 안정성과 신뢰성을 좌우하는 역할로 확장되어 가고 있음
□ 현재 시스템에서 전력관리 기능이 매우 중요하여 일반적인 전원관리 칩의 경우, PMIC와 BMIC 기능을 단일칩화 하는 추세로 발전하고 있으며 현재는 BMIC의 일부 기능만 추가된 PMIC 제품을 양산하고 있고, 내부 시스템에서 요구하는 다양한 전압을 제공하기 위해 다수의 벅 컨버터, 부스트 컨버터, LDO, 배터리 충전기, 백라이트 구동회로 뿐만 아니라 효율적인 전원관리를 할 수 있도록 MCU 및 I2C 인터페이스를 내장하는 등 하나의 PMIC가 시스템 전체의 전원을 관리할 수 있는 통합 솔루션 형태로 개발되고 있는 실정임
□ 국내 기술은 가전용이나 모바일에 사용되는 전원칩을 위주로 개발하고 있음.
특히 고신뢰․고안전이 요구되는 Power IC의 경우 개발 초창기 단계로 판단되며, 현재까지는 UPS용 전원 관련 칩을 직접 제조하지 못하고 있는 실정임
□ 전력변환기기의 핵심 부품은 선진국에서 거의 독점적인 형태로 제공하고 있으므로 원가경쟁력확보를 위해 국산화 개발이 필요
□ 친환경에너지 및 고효율의 절약형 전력 기기의 수요가 급속하게 증가하고 있으며, 효율이 향상된 제품을 개발하여 시스템에 최적화된 전력반도체 개발이 필수적임
□ 전력부족사태에 대비한 UPS의 스마트그리드 통신연계기술 필요성 대두
□ 전력배전을 위한 전용통신망에 적용이 가능한 Gateway 필요
□ 스마트그리드망용 EMS와 연계가능한 프로토콜(DNP3.0)이 적용되어 있는 전용기기 필요

핵심개발 기술의 의의
□ 100kVA급 UPS용 전력변환 IC 개발
- HV 전력반도체 회로설계 및 제작 기술 국산화 기술 확보
- 전력 반도체 IC 설계기술 확보로 전력 IC 제품군 확대 가능
- 고전압, 전력반도체 IC의 설계 기술 확보로 개발기간 단축 및 조기 시장 접근 가능
- IGBT Gate Driver IC시작품의 전기적 특성 시험성적서 성능 확보
- IGBT Gate Driver IC 시제품을 사용하여 UPS시스템에 연동 시험으로 시스템 적용기술 확보
- UPS 시스템 기술 업체와 협력개발로 시제품의 신기능 추가 및 안정화된 IC 기술 확보
- 전력반도체 시제품 개발로 상용화 제품 조기 개발 가능
□ 100kVA급 UPS용 SPM 모듈 개발
- 신기술 개발로 유럽의 선진 UPS용 모듈제조 회사들과의 기술 경쟁력 강화
- 분산제어 기술을 적용한 SPM Module 개발로 기존의 중앙제어방식으로 해결하지 못한 상간 불평등 해결
- SPM Module을 사용한 분산 제어 기술 개발로 기존 제품들이 가지고 있는 병렬운전의 문제를 근본적으로 해결
- 개발된 기술은 CAN 통신을 이용하여 IGBT를 제어하는 방식으로 데이터 전송의 신뢰성이 높음. CAN을 사용할 경우 기존의 신호 전송 방식보다 속도가 느려 IGBT를 제어할 수 없다는 문제를 SPM Module 과 새로운 분산 제어 알고리즘을 개발하여 해결함
□ UPS의 제어/모니터링를 위한 국내 스마트그리드 EMS(Energy Management System)와 연계 운전용 Gateway(Smart Device) 개발
- KEPCO(한국전력)에서 활용하고 있는 전용망통신은 송전망과 배전망으로 구분할 수 있음. 송전망은 IEC61850프로토콜을 확대적용하고 있으나, 배전망은 DNP3.0프로토콜을 적용하고 있는 실정임
- 전력용 전용기기(GIS(Gas Insulated Switch), 계전기 등)의 경우는 기본적으로 배전망과의 연계를 위해 DNP3.0프로토콜적용을 지원하고 있는 상황임. 이러한 전용망은 보안문제로 일반망과 연계되어 있지 않는 특징을 가지고 있음
- 상용화 되어 있는 UPS의 경우 각각의 회사 전용의 프로토콜을 이용하여 일반 인터넷망으로 Remote monitoring을 하고 있는 실정임. 전용망에 접속하기 위해서는 KEPCO에서 제시하고 있는 전용 프로토콜의 적용이 필수적임
- 본 과제에서는 전력망의 전력부족이 발생하는 경우 UPS에 접속되어 있는 Battery의 활용이 가능하도록 UPS를 전용망의 EMS와 연계하는 기술 개발함

적용 분야
□ 100kVA급 UPS용 전력변환 IC 개발
- UPS, ESS 시스템에 분야 적용
- 각종 전력변환기기분야 모듈에 적용
- 전력기기 switching 소자(IGBT, MOSFET) driver로 사용
□ 100kVA급 UPS용 SPM 모듈 개발
- 100kVA급 UPS에 적용
- 피크관리용, 신재생 에너지 저장용, 피크 전력 관리 및 UPS 기능을 동시에 수행할 수 있는 하이브리드 ESS 용, 계통 주파수 안정화 (Frequency Regulation)용 등 다양한 목적의 UPS 및 ESS에 적용
□ UPS의 제어/모니터링를 위한 국내 스마트그리드 EMS(Energy Management System)와 연계 운전용 Gateway(Smart Device) 개발
- 전용망에 사용되는 UPS에 적용
- FR(Frequency Regulation)사업과 관련된 PMS(Power Management System)용
- 전력기기의 전용망 접속 Gateway에도 활용

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 17
• 제 1 장 서론 ... 19
• 제 1 절 연구개발의 배경 및 필요성 ... 19
• 1. 기술적 측면 ... 19
• 2. 산업ㆍ경제적 측면 ... 20
• 3. 정책적 측면 ... 21
• 제 2 절 국내․외 관련 기술의 현황 ... 22
• 1. 국내 기술현황 ... 22
• 2. 국외 기술현황 ... 23
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적․경제적 파급 효과 ... 25
• 1. 기술적 파급 효과 ... 25
• 2. 경제적 파급 효과 ... 25
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 1. 최종 목표 ... 27
• 2. 최종평가 방법 ... 30
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 32
• 제 3 절 수행 결과의 보안 등급 ... 63
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 63
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 64
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 64
• 1. 연구개발 추진 일정 및 실적 ... 64
• 2. 각 기관별 추진 내역 ... 70
• 3. 기술 개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 137
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 143
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 145
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 149
• 제 5 절 자체 보안관리 진단표 ... 150
• 끝페이지 ... 151