초록 ▼

- 본 사업에서는 직류 출력의 13.2kV 3상 반도체 변압기를 개발하고자 하였으며 이를 위한 요소 기술로서 1차년도에 고주파 고압 변압기와 고압 전원장치 및 전력시스템 회로 고안과 시뮬레이션 그리고 전체 시스템에 대한 제어 알고리즘을 도출하고 여러 모듈을 제어하기 위한 통신 요소기술을 개발함
- 2차년도에서 개발한 요소기술을 바탕으로 6.6kV 시작품을 구현하였으며 이를 동작 시험하여 개발한 제어 알고리즘의 검증과 수정 보완을 하였고 사전에 HilS 기반 시뮬레이터를 구현하여 제어기의 동작을 사전 검증하였음
또한 고주파

- 본 사업에서는 직류 출력의 13.2kV 3상 반도체 변압기를 개발하고자 하였으며 이를 위한 요소 기술로서 1차년도에 고주파 고압 변압기와 고압 전원장치 및 전력시스템 회로 고안과 시뮬레이션 그리고 전체 시스템에 대한 제어 알고리즘을 도출하고 여러 모듈을 제어하기 위한 통신 요소기술을 개발함
- 2차년도에서 개발한 요소기술을 바탕으로 6.6kV 시작품을 구현하였으며 이를 동작 시험하여 개발한 제어 알고리즘의 검증과 수정 보완을 하였고 사전에 HilS 기반 시뮬레이터를 구현하여 제어기의 동작을 사전 검증하였음
또한 고주파 고압 변압기의 최종 목표인 30kV 절연 특성을 구현하기 위해 여러 형태의 권선 기법을 적용한 모델을 도출하여 이를 전자계 해석 및 열해석을 통해 보완연구를 수행함
고압 전원장치는 30kV 절연 특성을 얻도록 고압 권선과 절연 몰딩 구조를 설계하고 제작하여 특성을 만족하도록 구현하였고 이를 공인 시험하였음
제어기의 이더캣 통신을 고속화 하도록 DSP의 칩 내부 CPU 2개를 제어 전용과 통신 전용으 분리하여 동작을 구현하였으며 통신 속도를 100uS이내에 모듈 60개까지 제어 가능하도록 구현함
- 3차년도에는 13.2kV 3상 시작품을 구현하였고 이를 제어 및 보호 할 수 있도록 통합 모니터링 프로그램을 독자적으로 개발 적용하여 시스템의 오류와 동작 상황 및 이상지점을 정확히 파악하도록하여 개발 기간을 단축함
고주파 변압기는 최종 목표인 30kV 절연을 달성하였으며 이더캣 제어 통신 모듈을 제어 속도를 50us 으로 높여서 동작을 구현함
시작품은 SiC 전력용 반도체 스위치 기반으로 구현하였으며 이에 따라 목표로 한 시스템 효율 96%이상을 달성하였고 여러 모듈의 직렬 구조에도 단위모듈의 전압 밸런싱을 목표로 한 오차이내로 제어하였음
출력 특성 역시 목표로 한 전압안정도를 달성하였으며 향후 22.9kV 국내 배전전압에 적용하기 위한 반도체 변압기의 원천기술을 모두 확보함

(출처 : 초록 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results of research
1. Technical achievement
■ manufacture and test of 3 phase prototype system
▸ manufacture and rating test of 3 phase 13.2 kV solid state transformer
- SST circuit optimization with 25-Level NPC Full-bridge Converter + QAB Converter structure
- manufacture and ra

Ⅳ. Results of research
1. Technical achievement
■ manufacture and test of 3 phase prototype system
▸ manufacture and rating test of 3 phase 13.2 kV solid state transformer
- SST circuit optimization with 25-Level NPC Full-bridge Converter + QAB Converter structure
- manufacture and rating test of 30kV isolated high voltage high frequency transformer
- certified test of the protype system (input voltage: 3phase AC 13.2kV , output voltage : DC 1500V)
■ Completed development of 3-phase system control platform and implementation of monitoring system
- Completion of 3-phase solid state transformer system controller and implementation of EtherCAT-based 3-phase control system
- first implementation of 50uS speed EtherCAT communication-based control technology in domestic and demonstration of multi-module converter control technology
- Solid state transformer system control verification and real-time system status monitoring technology development using 50uS cycle communication technology
■ control technology for multi-port expansion
▸ development of independent control of multi-port for solid stat transformer
- simplified system circuit by connecting various output ports with one converter
- Independent power control between ports is possible through equivalent modeling of multi-active-bridge (MAB) converters
■ High-voltage high-frequency transformer prototype minimization / optimization / high efficiency research
▸ development of design/analysis/manufacturing technology for QAB transformers with 30kV-class insulation performance and balanced leakage inductance

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 13
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 제 3 장. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22
• 1절. 3상 반도체변압기 최적 구조 설계 ... 22
• 1. 반도체 변압기 단위 모듈 최적화 연구 ... 22
• 2. 3상 60kW급 반도체 변압기 시스템 설계 ... 24
• 3. 고압 대응 시스템 회로 및 밀도 개선 연구 ... 25
• 4. SiC MOSFET 구동용 GATE driver 개발 ... 27
• 2절. 대용량 모듈 구조 설계 및 QAB 변압기 개발 ... 29
• 1. 100kW급 대용량 모듈 구조 설계 ... 29
• 2. QAB용 고주파 변압기 고찰 ... 30
• 3. 절연 방안 고찰 ... 30
• 4. 인덕턴스 설계 고찰 ... 31
• 5. 설계 요구 사양 ... 32
• 6. 고압 절연 고주파 변압기 설계안 ... 32
• 7. 시제품 변압기 ... 40
• 3절. 절연 내력을 갖는 구동용 전원 설계 및 제작 ... 42
• 1. 구동용 전원 설계 ... 42
• 2. 구동용 전원 제작 및 실험 ... 43
• 3. 고압 절연 시험 ... 45
• 4. 비접촉 전원 방식 적용 시험 ... 45
• 5. 30kV / 30W급 고압 절연 보조 전원 연구 ... 47
• 6. 보조 전원 제작 및 실험 ... 49
• 4절. 3상 반도체 변압기 제어플랫폼 개발 ... 50
• 1. 반도체 변압기 제어 알고리즘 연구 ... 50
• 2. 3상 반도체 변압기 컨버터 제어기 아키텍처 구성 ... 52
• 3. 3상 반도체 변압기 통합 제어플랫폼 개발 ... 53
• 4. Slave 모듈 통합 제어기 Interface 보드 설계 ... 57
• 5. EtherCAT 통신을 이용한 3상 반도체 변압기 제어플랫폼 ... 58
• 5절. 3상 반도체 변압기 HiLS 개발 ... 61
• 1. OPAL-RT OP5600 시뮬레이션 ... 62
• 2. OPAL-RT CHiLS 구현 ... 64
• 6절. 6.6kV 반도체 변압기 시작품 제작 및 시험 ... 68
• 1. 6.6kV 반도체 변압기 모듈 시작품 구성 ... 68
• 2. 6.6kV 3상 반도체 변압기 실험 환경 및 시작품 제작 평가 ... 70
• 7절. 13.2kV 반도체 변압기 시작품 제작 및 시험 ... 78
• 1. 13.2kV급 반도체 변압기 설계 ... 78
• 2. 13.2kV급 반도체 변압기 제작 및 실험 ... 79
• 제 4 장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 89
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 91
• 제 6 장. 참고문헌 ... 92
• 끝페이지 ... 94