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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김종수
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 대진대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수25
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2020
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본 논문은 고유가 및 환경오염으로 인해 지속적으로 수요가 증가하고 있는 신재생 에너지 중에서 태양광 발전 시스템에 적용 가능한 2-레벨 부스트 컨버터와 3-레벨 부스트 컨버터를 전력밀도와 효율 측면에서 비교 분석한 논문이다. 논문에서 제시한 태양광 발전 방식은 일반적으로 사용되는 2-Stage 방식의 시스템으로 태양전지 모듈의 발전전압을 일정한 출력전압으로 제어하기 위한 DC/DC 컨버터로 사용되는 부스트 컨버터에 대한 내용을 다룬다.
태양광 발전시스템에서 태양전지 모듈의 발전전압은 일반적으로 250-1100[V] 수준이며 2-Stage 방식의 태양광 발전 시스템에서 DC-DC 컨버터 단에 2-레벨 부스트 컨버터를 사용하게 될 경우 최대 1100[V]의 전압 스트레스가 스위치에 그대로 걸리게 된다. 그러므로 2-레벨 부스트 컨버터를 사용하게 될 경우 스위치로 IGBT 전력반도체가 일반적으로 사용되며 이는 스위칭 주파수를 증가시키는데 제한을 가져오게 된다.
따라서 위와 같이 스위치에 과도한 전압스트레스가 가해지는 것을 막고 스위칭 주파수를 높이기 위해서 3-레벨 부스트 컨버터를 적용할 수 있다. 이는 회로를 구성하는 소자의 개수는 증가하지만 스위치에 가해지는 전압이 작아지기 때문에 MOSFET의 사용이 가능해지도록 하고 이는 스위칭 주파수를 증가시켜 효율 및 전력밀도의 상승을 가져올 수 있다.
기존 3-레벨 부스트 컨버터 관련 문헌의 경우 공통적으로 기존 2-레벨 방식의 부스트 컨버터에 비해 효율 및 전력밀도 상승에 대한 부분을 언급하고 있지만 실제 어느 정도의 향상이 이루어지는지에 대해서는 구체적으로 언급된 바가 없다.
따라서 본 논문에서는 20[kW]급 2-레벨 및 3-레벨 부스트 컨버터를 제작하고 수식, 시뮬레이션 및 실험을 통해 실제 전력밀도와 효율의 차이를 구체적으로 비교한 뒤 태양광 발전시스템에 적용되는 3-레벨 부스트 컨버터의 타당성을 검증한다.
태양광 발전시스템에서 태양전지 모듈의 발전전압은 일반적으로 250-1100[V] 수준이며 2-Stage 방식의 태양광 발전 시스템에서 DC-DC 컨버터 단에 2-레벨 부스트 컨버터를 사용하게 될 경우 최대 1100[V]의 전압 스트레스가 스위치에 그대로 걸리게 된다. 그러므로 2-레벨 부스트 컨버터를 사용하게 될 경우 스위치로 IGBT 전력반도체가 일반적으로 사용되며 이는 스위칭 주파수를 증가시키는데 제한을 가져오게 된다.
따라서 위와 같이 스위치에 과도한 전압스트레스가 가해지는 것을 막고 스위칭 주파수를 높이기 위해서 3-레벨 부스트 컨버터를 적용할 수 있다. 이는 회로를 구성하는 소자의 개수는 증가하지만 스위치에 가해지는 전압이 작아지기 때문에 MOSFET의 사용이 가능해지도록 하고 이는 스위칭 주파수를 증가시켜 효율 및 전력밀도의 상승을 가져올 수 있다.
기존 3-레벨 부스트 컨버터 관련 문헌의 경우 공통적으로 기존 2-레벨 방식의 부스트 컨버터에 비해 효율 및 전력밀도 상승에 대한 부분을 언급하고 있지만 실제 어느 정도의 향상이 이루어지는지에 대해서는 구체적으로 언급된 바가 없다.
따라서 본 논문에서는 20[kW]급 2-레벨 및 3-레벨 부스트 컨버터를 제작하고 수식, 시뮬레이션 및 실험을 통해 실제 전력밀도와 효율의 차이를 구체적으로 비교한 뒤 태양광 발전시스템에 적용되는 3-레벨 부스트 컨버터의 타당성을 검증한다.
목차
Ⅰ. 서 론 1Ⅱ. 3-레벨 부스트 컨버터 32.1 시스템 구성 32.2 동작 모드 5Ⅲ. 하드웨어 및 시스템 설계 103.1 설계 목표 및 사양 103.2 하드웨어 설계 113.2.1 스위칭 주파수에 따른 LC 값 143.2.2 전력밀도 분석 153.3 구조에 따른 손실 분석 163.3.1 인덕터 손실 163.3.2 스위치 손실 173.3.3 다이오드 손실 203.3.4 커패시터 손실 213.3.5 시스템 전체 손실 22Ⅳ. 시뮬레이션 및 실험결과 234.1 시뮬레이션 234.2 효율 분석 28Ⅴ. 결 론 34참고 문헌 35Abstract 37
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