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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 노대석
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2015
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현재 우리나라의 사람이 거주하는 약 510여 곳의 도서지역 중, 한국전력공 사의 상용 계통선으로부터 전기를 공급받는 도서지역은 약 230여 곳이고, 독립계통으로 운용되는 도서지역은 약 280여 곳이다. 이 중 자체적으로 전력을 수급하는 도서지역에서는 디젤발전기를 이용하여 전력을 생산하고 있다. 하지만, 유류를 사용하는 디젤발전기는 연료 수송, 유지보수 그리고 환경오염 등에 대한 문제점을 가지고 있어, 최근 도서지역의 독립계통에서는 이산화탄소 제로를 목표로, 무공해 자연에너지로 전력을 생산할 수 있는 태양광 및풍력발전 등의 신에너지전원을 도입하여, 디젤발전기의 비중을 줄이고 있는 실정이다.
한편, 신에너지전원은 다양한 기후조건에 의하여 출력이 변화하는 단점을 가지고 있어, 이를 보완하기 위하여 출력을 제어할 수 있는 축전지의 도입이
필수적이다. 현재 기존 도서지역의 독립계통에서는 신에너지전원의 출력제어 용으로 대용량 연축전지가 많이 사용되고 있지만, 연축전지는 초기 설치비가 저렴한 대신 급격한 출력변동에 대한 제어나 유지보수, 수명 등에 많은 약점을 가지고 있다. 따라서 상기의 문제점을 보완하기 위하여, 출력변동에 대한 제어나 유지보수, 수명에 탁월한 성능을 가지고 있는 리튬이온전지가 요구되 지만, 아직 경제성 측면에서 도입이 어려운 실정이다. 이에 기존에 많이 보급 되어 있는 연축전지와 리튬이온전지를 조합하여 기능적인 측면과 경제적인 측면을 상호 보완할 수 있는 하이브리드 전기저장장치와 이차전지운용시스템의 필요성이 증가하고 있다.
따라서 본 논문에서는 개별적인 전지의 운용과 상태감시 위주로 사용되고 있는 기존의 운용시스템을 보완하기 위하여, 연축전지와 리튬이온전지의 용도에 따른 적정한 구성과 운용이 가능할 수 있도록 하이브리드 전기저장장치의 운용 알고리즘을 개발하였다. 먼저, 연축전지와 리튬이온전지의 장점을 최대한 활용하기 위하여 각 전지의 장·단점을 분석하고, 용도에 따른 하이브리드 전기저장장치의 구성에 대하여 제안하였다. 또한, 연축전지와 리튬이온전 지의 도입비용과 운용비용을 최소화하는 목적함수와 이를 최소화시키는 최적화 평가 알고리즘을 제안하였고, 각 전지의 정확한 SOC(state of charge)를 평가하기 위한 상태감시 알고리즘을 제시하였다.
상기에서 제시한 알고리즘들을 바탕으로 하이브리드 전기저장장치의 운용 프로그램과 시험장치를 제작하여 다양한 시뮬레이션을 수행한 결과, 기존의 상태감시 알고리즘에 비하여 정확한 전지의 상태를 파악할 수 있었다. 또한, 최적화 평가 알고리즘을 이용하여 목적함수의 비용을 분석한 결과, 각 전지의 운용 특성 및 수명을 고려한 최적 구성비를 구할 수 있었고, 이를 바탕으로 하이브리드 운용에 의한 경제성을 평가할 수 있음을 확인하였다.
한편, 신에너지전원은 다양한 기후조건에 의하여 출력이 변화하는 단점을 가지고 있어, 이를 보완하기 위하여 출력을 제어할 수 있는 축전지의 도입이
필수적이다. 현재 기존 도서지역의 독립계통에서는 신에너지전원의 출력제어 용으로 대용량 연축전지가 많이 사용되고 있지만, 연축전지는 초기 설치비가 저렴한 대신 급격한 출력변동에 대한 제어나 유지보수, 수명 등에 많은 약점을 가지고 있다. 따라서 상기의 문제점을 보완하기 위하여, 출력변동에 대한 제어나 유지보수, 수명에 탁월한 성능을 가지고 있는 리튬이온전지가 요구되 지만, 아직 경제성 측면에서 도입이 어려운 실정이다. 이에 기존에 많이 보급 되어 있는 연축전지와 리튬이온전지를 조합하여 기능적인 측면과 경제적인 측면을 상호 보완할 수 있는 하이브리드 전기저장장치와 이차전지운용시스템의 필요성이 증가하고 있다.
따라서 본 논문에서는 개별적인 전지의 운용과 상태감시 위주로 사용되고 있는 기존의 운용시스템을 보완하기 위하여, 연축전지와 리튬이온전지의 용도에 따른 적정한 구성과 운용이 가능할 수 있도록 하이브리드 전기저장장치의 운용 알고리즘을 개발하였다. 먼저, 연축전지와 리튬이온전지의 장점을 최대한 활용하기 위하여 각 전지의 장·단점을 분석하고, 용도에 따른 하이브리드 전기저장장치의 구성에 대하여 제안하였다. 또한, 연축전지와 리튬이온전 지의 도입비용과 운용비용을 최소화하는 목적함수와 이를 최소화시키는 최적화 평가 알고리즘을 제안하였고, 각 전지의 정확한 SOC(state of charge)를 평가하기 위한 상태감시 알고리즘을 제시하였다.
상기에서 제시한 알고리즘들을 바탕으로 하이브리드 전기저장장치의 운용 프로그램과 시험장치를 제작하여 다양한 시뮬레이션을 수행한 결과, 기존의 상태감시 알고리즘에 비하여 정확한 전지의 상태를 파악할 수 있었다. 또한, 최적화 평가 알고리즘을 이용하여 목적함수의 비용을 분석한 결과, 각 전지의 운용 특성 및 수명을 고려한 최적 구성비를 구할 수 있었고, 이를 바탕으로 하이브리드 운용에 의한 경제성을 평가할 수 있음을 확인하였다.
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