공학 석사학위 논문

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영빈 사
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1 공학석사학위논문 A-NPC 인버터를이용한 2 차전지충방전테스트장비설계 아주대학교대학원 전자공학과 성기석

2 A-NPC 인버터를이용한 2 차전지충방전테스트장비설계 Design of charging and discharging test equipment using A-NPC inverter for secondary batteries 지도교수이교범 이논문을공학석사학위논문으로제출함 2019 년 02 월 아주대학교대학원 전자공학과 성기석

4 Abstract Ki-Seok Sung Electrical and Computer Engineering Graduate School Ajou University This paper proposes a design method for a secondary battery system using an active-neutral point clamped (A-NPC) inverter. The proposed system consists of a secondary battery, 3-level DC/DC converter, DC-link capacitor, and bi-directional A-NPC inverter, respectively. The conventional neutral point clamped (NPC) inverter has limitation on switching the switching loss of IGBT into a particular element to increase the switching frequency. This paper proposes a modulation method for implementing the A-NPC converter instead of the existing NPC converter to address the loss of the unbalances. The simulation verifies the validity of the analysis results and the validity of the secondary cell charging system by suggesting the analysis results of the IGBT according to the modulation method. i

5 목차 제 1 장서론... 1 제 2 장 A-NPC AC/DC 변환 기존 NPC 토폴로지 A-NPC 토폴로지 A-NPC 및 NPC 의손실분석... 7 제 3 장멀티레벨 DC/DC 변환 레벨 DC/DC 컨버터토폴로지및변조방법 제 4 장충방전시스템시뮬레이션 충방전시스템전체토폴로지 A-NPC 3 레벨인버터시뮬레이션 DC/DC 3 레벨컨버터시뮬레이션 제 7 장결론 부록 참고문헌 ii

6 그림차례 그림 1. NPC 3레벨인버터토폴로지... 3 그림 2. NPC 3레벨인버터의공간벡터도... 3 그림 3. A-NPC 인버터토폴로지... 6 그림 4. NPC의다른상태에대한전력손실분배 그림 5. A-NPC의다른상태에대한전력손실분배 그림 6. 3레벨 DC/DC 컨버터토폴로지 그림 7. 3레벨 DC/DC 컨버터동작상태 그림 8. 3레벨 DC/DC 듀티비에따른동작 그림 9. 2차전지충방전시스템토폴로지 그림 10. 인버터손실분석을위한모델링 그림 11. IGBT (FF200R12KT4) 내스위치 ( 좌 ) 및다이오드 ( 우 ) 열저항곡선 그림 12. IGBT 및다이오드온도시뮬레이션토폴로지 그림 13. 전압제어를위한 PI 제어기블록도 그림 14. NPC 3레벨스위치온도시뮬레이션 그림 15. A-NPC 3레벨스위치온도시뮬레이션 그림 16. 직류단전압 (800V 1200V) 그림 17. 3상계통전류 그림 18. 단일루프전류제어기블록도 그림 19. 배터리전류제어 (10A -10A) 그림 20. 배터리전류및컨버터출력전압 iii

7 제 1 장서론 현대사회의가장큰화두는에너지의낭비를줄이고, 대체에너지의사용을늘리면서환경을보존하는것이다. 근래에환경오염의심각성이대두되면서원자력에너지와화석에너지를대체할수있는신재생에너지에대한관심이많아지고있다 [1]-[3]. 그중한가지로 2차전지배터리에대한관심이증가하고있다. 2차전지는양극재, 음극재, 전해액, 분리막으로구성되어있으며, 전기를저장하며필요에의해소비를할수있다 [4],[5]. 2차전지는전기및전자를저장할수있는매체로사용되고있으며, 풍력발전, 태양광에너지, 전기자동차, 가정용전기저장매체, UPS 전원보호를위한저장매체등에대한사용으로발전하고있다.[6] 2차전지에대한사용은현재 3가지로나누어진다. 소형배터리, 자동차배터리, ESS 배터리로구분된다. 소형배터리는, 휴대폰배터리, 노트북배터리등에사용되며, 자동차배터리는 PHEV, EV 등의자동차가솔린, 디젤등의동작에너지원을대체하는전기에너지가되어모터를구동한다 [7]. ESS란, Energy Storage System의약자로서태양력, 풍력등의에너지를저장하며필요에따라사용할수있도록한다 [8]. 배터리를구성함에있어서 2차전지는셀의기본단위로서직렬및병렬로연결함으로써팩이라는에너지저장매체로사용된다. 팩으로구성이된다. 셀의용량, 셀의성능, 셀의저항등을테스트하며, 테스트를위한장비는충방전시스템의장비가사용된다 [9]-[11]. 충방전시스템의역할은아래와같다. 셀에필요한정전류 (Constant Current) 제어의전류인가를하며, 정전압제어 (Constant Voltage) 의셀에원하는전압레벨을제어하여셀에대한성능을파악할수있다. 이렇듯제품을테스트하기위해서는장비에대한정확도 (Accuracy) 및스위칭노이즈 (Ripple) 등중 -1-

8 요시사용된다. 정확도, 노이즈및상승시간 (Rising Time) 등의적합한요구에부합하여야하며, 부합하지않을시제품테스트의신뢰성이저감된다 [12],[13]. 본논문에서는 A-NPC 타입의인버터를통해전압 / 전류제어를테스트하였으며, 설계를통해 3상입력전압을이용한 A-NPC 인버터를제어하며, DC/DC 컨버터를통해충방전시스템설계의가능성을확인하였다. 기존 NPC 인버터와 A-NPC 인버터를비교하여, 스위칭손실에대한분석을진행하였다. 스위칭손실은 Heating System을통해확인할수있었으며, 손실및 Heating System 분석을통해충방전시스템설계의장점에대해확인하였다 [14]-[16]. -2-

9 그림 1. NPC 3 레벨인버터토폴로지 Fig. 1. NPC 3-Level Inverter Topology 그림 2. NPC 3 레벨인버터의공간벡터도 Fig 2. Space vector of NPC 3-Level Inverter -3-

10 제 2 장 A-NPC AC/DC 변환 2.1 기존 NPC 토폴로지 [ 그림1] 은 NPC 3레벨인버터구조로서, 각상에 4개의 IGBT 소자와, 2개의 Clamp Diode로구성되어있다. 4개의 IGBT 및 Clamp Diode 는각 P, O, N 의스위칭상태를나타낸다. 스위칭상태 P 는 4개의 IGBT 중 2개의스위치 (S x1 S x2 ) 가 Turn-On 상태를의미하며인버터출력극전압은 +V DC /2가된다. 이와반대로 N 상태는아래측 2개의스위치 (S x3 S x4 ) 가 Turn On 된상태이며극전압은 V DC /2가된다. 마지막으로내측스위치 (S x2 S x3 ) 가 Turn-On 된상태를 O 상태라고한다. 또한, 상전류 i x 에따라 2개의 Clamp Diode 중에하나가동작한다. [ 그림2] 는 NPC 3레벨인버터에서만들수있는전압벡터들과인버터의영역을나타내어진다. 영전압벡터인 V 0 는총 3가지가존재하며, ([PPP], [OOO], [NNN]) 작은전압벡터는 V 1 부터 V 6 로 P형과 N형두가지의스위칭상태를가지고있으며, 스위칭상태는다르지만같은전압벡터의크기를갖는다. V 7 에서 V 12 는중간전압벡터, V 13 부터 V 18 는큰전압벡터를나타낸다. 3상스위칭상태를모두표현하면총 27가지의스위칭조합이가능하며, 그중 19개는서로다른전압벡터를나타낸다. 또한 NPC 3레벨인버터는크게 6개의영역으로구분하고각영역마다 4개의구역으로나뉜다. -4-

11 표 2.1 NPC 3 레벨인버터의스위치상태의정의 Table 2.1 Define switch status of NPC 3-Level inverter 공간벡터 스위칭상태 벡터구분 벡터크기 V 0 [PPP], [OOO], [NNN] 영전압벡터 0 V 1 [POO] [ONN] V 2 [PPO] [OON] V 3 [OPO] [NON] V 4 [OPP] [NOO] V 5 [OOP] [NNO] V 6 [POP] [ONO] 작은전압벡터 1 3 V dc V 7 [PON] V 8 [OPN] V 9 V 10 [NPO] [NOP] 중간전압벡터 3 3 V dc V 11 [ONP] V 12 [PNO] V 13 [PNN] V 14 [PPN] V 15 V 16 [NPN] [NPP] 큰전압벡터 2 3 V dc V 17 [NNP] V 18 [PNP] -5-

12 표 2.2 NPC 3 레벨인버터의스위칭상태 Table 2.2 NPC 3-Level Inverter Switching State 스위칭상태 스위칭상태 (x = a, b, c) S x1 S x2 S x3 S x4 극전압 P V DC /2 O N V DC /2 그림 3. A-NPC 인버터토폴로지 Fig 3. A-NPC Inverter Topology 2.2 A-NPC 토폴로지 A-NPC 인버터는 NPC 인버터의 Clamp-Diode 2 개를 IGBT (S x5 S x6 ) 로대체한 3 레벨인버터이다. 4 개의 IGBT ( S x1 S x2 S x3 S x4 ) 와함께 2 개의 Clamp-Diode 를 대체한 IGBT (S x5 S x6 ) 로구성이되며, 인버터제어를하여 O 상태에대한스 -6-

13 위칭에대해세분화한다. A-NPC 스위칭의 P, N 은 NPC 인버터와비슷하나, O 부문에서 NPC와다르게많은보상을해준다. P 의스위칭상태에서, S x6 는 S x3 와 S x4 의동전압을공유하기위해 Turn-On 하게된다. N 의스위칭상태에서는 S x5 S x1 는 S x2 와동전압을공유하기위해 Turn-On 하게된다. O 상태에서는 4가지의스위칭상태를나타나게된다. OU 1 과 OU 2 는 A-NPC의 O 스위칭중듀티 > 0.5 의제어에속하게된다. 그럼으로, S x5 /D x5 와 S x2 /D x2 에의해서전달된다. 반면 OL 1 과 OL 2 는 A-NPC 의 O 스위치중듀티 < 0.5 의제어에속하게된다. 그럼으로, S x6 /D x6 와 S x3 /D x3 에의해전달된다. 표 2.3 A-NPC 3 레벨스위칭상태 Table 2.3 A-NPC 3-Level Inverter Switching Status 스위칭상태 스위칭구분 (x = a, b, c) S x1 S x2 S x3 S x4 S x5 S x6 극전압 P V dc /2 OU OU OL OL N V dc /2 2.3 A-NPC 및 NPC 의손실분석 인버터내전력손실은아래와같이표현된다. -7-

14 Pinv 6 (Pconduct P sw) (1) P P P (2) conduct conducts swd IGBT 내전력손실은 Conduction Loss 와 Switching Loss 로구분된다. NPC 인 버터반주기 (0 ~ 다. ) 의 Conduction Loss 및 Switching Loss 를표현하면아래와같 P P P P (3) conducts conductsa1 conductsa2 conductsa3 P P P P P (4) conductd conductda1 conductda2 conductda5 conduct Da6 mf /2 k T /2 Ts 1 conducts onsa1_ k k k T 0 T T k k T tk P v i d [ v r i( t)] i( t) dt k Ts vonsa3_ k ik (1 dk ) T k 1 (5) mf /2 k Ts 2Ts conduct D vonda 5_ k ik dk vonda 1_ k ik dk T k1 T k1 (6) P (1 ) 또한 Switching Loss 는아래와같이표현된다. P P P P P P P (7) sw swsa1 swsa3 swda1 swda2 swda5 swda6 mf /2k 1 P ( E E ) sw swsa1_ k swda5_ k T kk k 1 ( EswSa3_ k EswDa6 _ k EswDa 1_k EswDa2 _ k ) T k 1 (8) -8-

15 A-NPC 인버터내전력손실을구하면아래와같이표현된다. P P P P P P (9) conducts conductsa1 conductsa2 conductsa3 conduct Sa5 conductsa6 P P P P P P (10) conductd conductda1 conductda2 conduct Da3 conduct Da5 conductda6 k Ts conducts vonsa3_ k ik GSa3_ k vonsa5_ k ik GSa5_ k T k 1 P [ ( ) m f /2 k 1 v i d v i G v i (1 d ))] onsa1_ k k k onsa2 _ k k Sa2 _ k onsa6 _ k k k (11) k Ts conductd vonda 1_ k ik dk vonda2 _ k ik GSa2 _ k vonda6 _ k k GSa2 _ k T k 1 P [ ( i (1 )) m f /2 k 1 v i (1 d ) v i G )] onda1_ k k k onda5_ k k Sa5_ k (12) 또한 Switching Loss 에대해서는아래와같이표현된다. P P P P P P P P P (13) sw swsa1 swsa2 swsa3 swsa5 swda1 swda 2 swda3 swda5 k 1 P [ ( E E E E ) sw swsa3_ k swda2 _ k swsa5_ k swda2 _ k T k 1 mf /2k k 1 ( E E E E ) swsa1_ k swda3_ k swsa2 _k swda5_ k (14) NPC 와 A-NPC 에대한전력분배를정리하면 [ 표2.4] 와같다. 3레벨인버터의 NPC 및 A-NPC에대한전력분배및손실분석을하였다. NPC 및 A- NPC의주기및변조지수 (m) 에대한전력분배확인결과 A-NPC는 NPC에비해전력분배에서우수하다. A-NPC의 Zero State에의한스위칭에의해서더 -9-

16 욱더높은 Balancing 의특징을나타내며 A-NPC 는 NPC 에비해 Zero-State Switching 의변화에따라전력분배가잘이루어진다. 표 2.4 NPC 및 A-NPC 전력손실분배 Table 2.4 NPC and A-NPC Distribution of Power Loss 구분주기 m=0.05 m=1.05 NPC A-NPC = W W = = 9174W W = W W 8690W W 그림 4. NPC 의다른상태에대한전력손실분배 Fig 4. Distribution of Power Loss in NPC with different work conditions -10-

17 그림 5. A-NPC 의다른상태에대한전력손실분배 Fig 5. Distribution of Power Loss in A-NPC with different work condition -11-

18 그림 6. 3 레벨 DC/DC 컨버터토폴로지 Fig 6. 3-Level DC/DC Converter Topology 제 3 장멀티레벨 DC/DC 변환 레벨 DC/DC 컨버터토폴로지및변조방법 3레벨 DC/DC 컨버터는양방향 DC/DC 컨버터로동작이된다. IGBT의 4개로제어가되며, 입력단대비출력듀티비에따른필요전압을제어한다. 3레벨 DC/DC 컨버터 ( 멀티레벨컨버터 ) 의장점은구조가간단하며, 효율이높다. 또한전압불균형이작은장점이있다. 하지만단점은상대적으로레벨증가가용이치않은단점이있다. 입력단의상단및하단에각각 2개의 IGBT로구성이되며, 출력단에 LC 필터를구성한다. LC 필터를통해불필요한교류성분을제거하여빠른제어및응답속도를가진다. 멀티레벨구성은 IGBT의스위칭제어를통해원하는전류를생성한다. 멀티레벨제어를통해 IGBT의전압스트레스를감소시켜, THD 상승에용이하다. 멀티레벨로구성되어, 배터 -12-

19 리충방전전류의리플이저감되어원하는전류를얻기용이하다. 3레벨 DC/DC 컨버터의동작은 4가지로구성된다. S D1 과 S D2 는상보동작을하며, S D3 과 S D4 가상보동작을한다. 입력전압 (V C = V C1 + V C2 ) 이배터리단출력전압 (V O ) 와동일할시에는 S D1 S D4 는 On이된다. 출력전압 (V O ) 이 V C1 과동일할시, S D1 S D3 이 On이된다. 출력전압 (V O ) 이 V C2 과동일할시, S D2 S D4 가 On이된다. 출력전압 (V O ) 이 0과동일할시 ( 환류 ), S D2 S D3 이 On이된다. 3레벨 DC/DC 컨버터의동작방법은 Interleaved 동작을기본으로동작된다. 2개의 Carrier에대해각각 180 위상을반전하여 PWM을생성하게되며, 생성된 2개의 Carrier의 Duty비에따른 2가지운전을한다 듀티비 0.5 Mode 2, Mode 3, Mode 4 동작 듀티비가 Carrier 1보다크며, Carrier 2보다작을시 S D1 S D3 가 On이되어 Mode 2의동작특성을가진다. Carrier 1 보다작으며, Carrier 2보다클시, S D2 S D4 가 On이되어 Mode 3의동작특성을가진다. Carrier 1 및 Carrier 2보다작을시 S D2 S D3 가 On이되어 Mode 4의동작특성을가진다 듀티비 1 Mode 1, Mode 2, Mode 3 동작 듀티비가 Carrier 1 및 Carrier 2보다클시 S D1 S D4 가 On이되어 Mode 1의동작특성을가진다. Carrier 1 보다크며, Carrier 2보다작을시, S D1 S D3 가 On이되어 Mode 2의동작특성을가진다. Carrier 1 보다작으며, Carrier 2보다클 S D2 S D4 시가 On이되어 Mode 3의동작특성을가진다. -13-

20 표 레벨 DC/DC 컨버터동작모드 Table Level DC/DC Converter Operation Mode Mode S D1 S D2 S D3 S D4 비고 V C = V O V C1 = V O V C2 = V O V O = 0 ( 환류 ) 그림 7. 3 레벨 DC/DC 컨버터동작상태 Fig 7. 3-Level DC/DC Converter Operation Situation -14-

21 그림 8. 3 레벨 DC/DC 듀티비에따른동작 Fig 8. Operation Mode from Duty ratio at 3-Level DC/DC Converter -15-

22 그림 9. 2 차전지충방전시스템토폴로지 Fig 9. Secondary Battery Charge/Discharge System Topology -16-

23 제 4 장충방전시스템시뮬레이션 4.1 충방전시스템전체토폴로지 2차전지충방전시스템구현을위해 PSIM으로회로를구현하였다. 3상계통전압을사용하였으며, A-NPC 3레벨인버터전류제어의상위제어기인전압제어를통해직류단전압을제어하였다. 3레벨 DC/DC 컨버터의전류를제어하여배터리단의원하는전류를출력하며충방전시스템을구현하였다. 3상계통전압을통해직류단전압을 800V 1200V 제어를하였으며, 2차전지배터리의충방전전류를 10A로제어를하였다. 시스템구현을위한파라메터들의정리는 [ 표4.1] 과같다. 2차전지충방전시스템의구현을위해배터리단은 330V dc 전압에배터리내부단내부저항을고려하여 5mΩ을추가하여배터리를묘사하였다. 입력단 LR 필터를통해계통전압의노이즈를제거하도록설정을하였다. 인버터제어커페시턴스 ( 직류단전압 ) 를 10mF 으로설정을하였다. 동작전압을 800V 1200V로설정을하였으며, 에너지를저장하여직류단전압이되도록제어를하였다. 출력필터 LC를통해배터리단의전류리플및노이즈제거를할수있도록제어를수행하였다. -17-

24 표 4.1. 시뮬레이션파라메터 TABLE 4.1. Parameters for the simulation 2 차전지충방전시스템파라메터 3 상계통전압 380V ac 60Hz 인버터제어커페시턴스 10mF Capacitor 인버터지령전압 800 V 1200V 컨버터지령전류 10A( 충전 ), -10A( 방전 ) 제어주기 10 s 스위칭주파수인버터필터컨버터필터배터리부하 10 khz 0.5 Ω 저항, 7mH Inductor 35mF Capacitor, 25mH Inductor 330V dc 배터리전압, 5mΩ 저항 -18-

25 그림 10. 인버터손실분석을위한모델링 Fig 10. Modeling of Power Loss at Inverter 그림 11. IGBT (FF200R12KT4) 내스위치 ( 좌 ) 및다이오드 ( 우 ) 열저항곡선 Fig 11. Switch (Left) and Diode (Right) Heating resistance Wave of IGBT (FF200R12KT4) -19-

26 그림 12. IGBT 및다이오드온도시뮬레이션토폴로지 Fig 12. IGBT and Diode Temp Simulation Topology 4.2 A-NPC 3 레벨인버터시뮬레이션 AC/DC 인버터에서는 A-NPC 3레벨인버터를시뮬레이션하였다. A-NPC 인버터및 NPC 인버터에대한스위칭소자열손실에대한시뮬레이션을통해 A- NPC 인버터의전력손실에대한이점이있음을재확인할수있다. 손실시뮬레이션을위해인버터스위칭시열손실에대한토폴로지를통해시뮬레이션을한다. 스위치는 FF200R12KT4의스위치를사용하였다. 손실분석을위한모델링 [ 그림 12] 에대한전기회로는저항의역할을하게된다. v ir[ V ] P Z T[ ] (15) loss th 모델링을통해실제 PSIM 의토폴로지를구성하였으며, NPC 및 A-NPC 3 레벨 의시뮬레이션결과 NPC 는스위칭시최외각 IGBT(sw1 sw4) 에많은열이발 -20-

27 그림 13. 전압제어를위한 PI 제어기블록도 Fig 13. PI Controller Block diagram of Voltage Control 생하는것을확인할수있다. A-NPC 스위칭시에는 IGBT(sw1 sw2 sw3 sw4 ) 의동일한열이발생하는것을확인할수있으며, 전체온도가 85 에서 65 로내려가는것을알수있었다. A-NPC 인버터를통해직류단전압제어를수행하였다. 전류제어의상위제어인전압제어기를사용하였으며 PI제어기에대한전달함수는아래와같다. V (s) K s K V s C K s K dc p i * 2 dc() s p i (16) 지령전압을 800V 1200V 의전압제어를하였으며직류단전압이 800V 1200V 제어가됨을확인할수있었다. 또한, 전압제어시 3 상계통전류의제 어또한확인할수있었다. -21-

28 그림 14. NPC 3 레벨스위치온도시뮬레이션 Fig 14. Temp Simulation of NPC 3-Level Switch 그림 15. A-NPC 3 레벨스위치온도시뮬레이션 Fig 15. Temp Simulation of A-NPC 3-Level Switch -22-

29 그림 16. 직류단전압 (800V 1200V) Fig 16. DC-Link Voltage (800V 1200V) 그림 상계통전류 Fig phase Grid Current -23-

30 그림 18. 단일루프전류제어기블록도 Fig 18. Single Loop Current Controller block diagram 4.3 DC/DC 3 레벨컨버터시뮬레이션 DC/DC 컨버터는 3레벨컨버터로구현하였다. DC/DC 제어를통해배터리단충전및방전을시뮬레이션하였다. 배터리단묘사를위해커페시턴스와내부저항을추가하였다. DC/DC 출력전류의 LC Filter를구성함으로써, 리플을감소하며원하는전류제어를하였다. 전류제어는단일루프전류제어기를수행하였다. Gs () V scr 1 B RD B s 2 L LC s R B 1 (17) 단일루프전류제어기를통해전류를제어하였으며, 배터리충전및방전을확인하기위해지령전류 -10A, 10A로서제어를확인하였다. 지령전류를충전 (10A) 방전 (-10A) 를인가하여지령전류에따른단일루프전류제어기에대한변화를확인하며, 전류제어시컨버터출력전압을확인할수있었다. -24-

31 그림 19. 배터리전류제어 (10A -10A) Fig 19. Battery Current Control (10A -10A) 그림 20. 배터리전류및컨버터출력전압 Fig 20. Battery Current and Converter Output Voltage -25-

32 제 7 장결론 본논문에서는 A-NPC 3레벨인버터를적용한 2차전지충방전시스템설계를제안하였다. 스위칭이한정적인 NPC타입인버터를대신하여 A-NPC타입인버터로변경하여전력분배개선을위하여시뮬레이션결과를수행하였으며, 검증결과스위칭소자의온도하강을확인할수있다. A-NPC 인버터를통해직류단전압을제어하며, 3레벨양방향컨버터를통해배터리단의충방전제어가가능함을확인할수있다. 3레벨양방향컨버터를통해간편한구조및빠른동특성을확인할수있었다. 인버터, 컨버터그리고배터리단의시뮬레이션을통해제어를확인할수있었으며, 2차전지충방전시스템설계가가능함을확인하였다. 제안하는 2차전지충방전시스템구성은컴퓨터프로그래밍을통해쉽게구현이가능하다. 시뮬레이션을통해제안하는시스템구성에대해효용성을검증하였다. -26-

33 V DC φ S ax D ax P inv DC-Link voltage (V) Power factor of the inverter Switch X of the bridge arm a Diode x of the bridge arm a Total loss of the inverter (W) 부록 P conduct half P sw half P conduction S P conduction D P sw Sax P rec Dax Conduction loss of the inverter half modulation cycle (W) Switching loss of the inverter in half modulation cycle (W) Conduction loss of all the switches in half modulation cycle (W) Conduction loss of all the diodes in half modulation cycle (W) Switching loss of switch x in the bridge arm a (W) Reverse recovery loss of diode x in the bridge arm a (W) P conduction Sax Conduction loss of switch x in the bridge arm a (W) P conduction Dax Conduction loss of diode x in the bridge arm a (W) k φ m f d k Number of pulses of the phase voltage before phase current crossing zero Carry wave radio of the inverter When the k th pulse, pulse duty of switch x v onsax_k When the k th pulse, the conduction voltage drop of switch S ax v ondax_k When the k th pulse, the conduction voltage drop of diode D ax E swsax_k When the k th pulse, the switching loss of switch S ax E recdax_k When the k th pulse, the reverse recovery loss of diode D ax T Period of the phase voltage F = 1/T F T s Frequency of the phase voltage Period of the carry wave F s r T v T0 Frequency of the carry wave F s = 1/T s Conduction resistance of the switching device Conduction loss of the switching device in normal work -27-

34 참고문헌 [1] M. Chinchilla, S. Arnaltes, and J. C. Burgos, Control of permanent-magnet generators applied to variable-speed wind-energy systems connected to the grid, IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 21, No. 1, pp , Mar [2] Zhe Chen, J. M. Guerrero, and F. Blaabjerg, A review of the state of the art of power electronics for wind turbines, IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 24, No. 8, pp , Aug [3] B.G Park, T.S Kim, and D.S Hyun, Fault tolerant strategies for BLDC motor drives under switch faults, IAS Annual Meeting, pp , Oct [4] Khalil Amine, Ryoji Kanno, and Yonhua Tzeng, Guest Editors, Rechargeable lithium batteries and beyond Progress, challenges, and future directions, Materials Research Socity(MRS) BULLETIN, Vol. 30, pp , May [5] Jason R. Croy, All Abouimarine, and Zhengcheng Zhang, Next-generation lithium-ion batteries: The promise of near-term advancements, MRS BULLITIN, Vol. 39, pp , May [6] S. Amiribavanpour, W. Shen and D. Mu, A. Kapoor, An Improved Theoretical Electrochemical-Thermal Modelling of Lithium-ion Battery Packs in Electric Vehicle, Journals of Power Sources, Vol. 284, no. 15, pp , Jun [7] S. Yi, Modelling of the Thermal Behavior of a Lithium-Ion battery Pack, Journal of Energy Engineering, Vol. 20, No. 1, pp. 1-7, [8] J. Kim, J. Jang, A Study on the Economic Analysis of the Energy Storage System in Customer, New & Research Energy, Vol. 10, no. 3, pp , Oct [9] J.K. Jeong, B.M. Han, J.Y. LEE and N.S Choi, High-Efficiency Grid-Tied Power Conditioning System for Full Cell Power Generation, Journal of Power Electronics, Vol. 6, No. 3, pp , Jul [10] M. Jain, M. Daniele and P.K. Jain, A Bidirectional dc-dc converter for an energy topology for low power application, IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 15, No. 4, pp , Jul [11] M. Z. Youssef, K. Woronowicz, K. Aditya, N. A. Azeez, and S. S. Williamson, Design and Development of an Efficient Multilevel DC/AC Traction Inverter for Railway Transportation Electrification, Vol. 31, No. 4, pp , Apr [12] J. W Choi, H. J Cha and B.M Han, A Three-Phase Interleaved DC-DC Converter With Active Clamp for Full Cells, IEEE Trans Power Electronics, Vol. 25, No. 9, pp , Aug [13] S. H Jung, Y. J Woo, N. I Kim, and G. H Cho, Analog-Digital Switching Mixed Mode Low Ripple-High Efficiency Li-Ion Battery Charger, IEEE ISIE Proceedings, pp , [14] Yi Deng, Jun Li, K. H Shin, Tero Viitanen, Maryam Saeedifard and Ronal G.Harley, Improved Modulation Scheme for Loss Balancing of Three-Level Active NPC Converter, IEEE TransPower Electronic, Vol. 32, No. 4, Apr [15] Thomas Brückner, Steffen Bernet, and Henry Güldner. The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control, IEEE TransPower Electronic, Vol. 52, No. 3, Jun

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1_12-53(김동희)_.hwp 본논문은 2012년전력전자학술대회우수추천논문임 Cascaded BuckBoost 컨버터를 이용한 태양광 모듈 집적형 저전압 배터리 충전 장치 개발 472 강압이 가능한 토폴로지를 이용한 연구도 진행되었지만 제어 알고리즘의 용의성과 구조의 간단함 때문에 BuckBoost 컨버터 또는 Sepic 컨버터를 이용하여 연구 가 진행되었다[10][13]. 태양광 발전