직류 마이크로그리드의 전력변환 및 에너지저장에 대한 연구

Abstract

스마트그리드(Smartgrid)는 기존의 전력망(Grid)에 정보통신기술(IT)을 융합한 것으로 저탄소 녹색성장의 핵심기술이다. 분산형 전원 및 저장장치를 이용함으로써 에너지를 자급자족 할 수 있는 소규모 지역 개념의 지능형 전력망(Smartgrid)을 마이크로그리드(Microgrid)라고 하며, 배전방식에 따라서 교류형 마이크로 그리드와 직류형 마이크로 그리드로 나눌 수 있다. 최근 LED조명 및 전기자동차등 DC부하가 급격하게 증가하고 있으며, 태양광발전이나 연료전지와 같은 신재생에너지가 직류발전이고, 에너지 저장장치가 직류인 점을 감안하면 직류형 마이크로 그리드가 적합한 시스템인 것을 부인할 수 없다. 하지만 전력변환시스템이나 에너지 저장장치에 대한 대부분의 연구는 교류 계통을 기준으로 이루어지고 있으므로 직류형 마이크로그리드에 적합한 전력변환기술이나 차세대 에너지 저장장치의 적용에 따른 문제점에 대한 연구는 미흡하게 이루어지고 있다. 따라서 본 연구 범위는 마이크로 그리드의 핵심요소인 신재생 에너지의 전력변환, 차세대 디바이스를 이용한 에너지 저장장치, 대용량 에너지 변환장치 등 에너지의 생성과 저장, 소비에 이르는 프로세스별 모델을 선정하였다. 태양광발전이나 연료전지와 같은 저압직류발전을 직접 계통에 접속하기 위하여 변압기 없는 High-Step 승압기를 제안하였다. 차세대 친환경 에너지 저장장치를 위해 슈퍼 커패시터의 일종인 전기이중층 커패시터(EDLC)를 사용하였으며, 대용량을 위해 직렬연결 하였을 때 발생할 수 있는 전압 밸런싱에 대한 문제점을 해결하기 위하여 합리적인 Passive 밸런싱 회로를 고안하였다. 마지막으로 대용량 DC부하에 적합한 Interleaved ZCT 컨버터를 전류모드별로 손실을 계산하여 인덕터 값이 손실에 미치는 영향을 분석함으로써 DC-DC 컨버터 회로 설계에 지표가 될 수 있도록 하였다. 상기의 연구결과는 직류형 마이크로 그리드의 핵심 구성요소로서 앞으로 전력변환 시스템의 경량화 및 손실감소 및 에너지 저장장치의 신뢰성 향상에 따른 경제성 향상을 기대해 본다.