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docs: update Thesis/Master_Thesis260518/Paper1

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Thesis/Master_Thesis260518/Paper1.md
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@@ -2,7 +2,7 @@
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@@ -33,7 +33,8 @@ dateCreated: 2026-05-18T01:23:29.902Z
현행 전기추진 시스템은 시스템 단위의 형식승인 구조를 따르고 있어, 구성 소자의 변경이나 용량 증설 시 제어 로직의 재설계와 통합 재검증이 불가피하다. 이러한 폐쇄적 구조는 선종별 맞춤형 설계에 대한 유연성을 저해하며, 제조사별 독점적 통신 프로토콜 및 폐쇄적 인터페이스 규격으로 인해 단일 선박에 복수 제조사의 제품을 혼용하기 어렵다. 이를 해결하기 위하여 모듈화 접근이 연구되어 왔으나, 기존 연구들은 모듈 간 협조 제어를 위해 복잡한 통신 인터페이스, 중앙집중식 제어에 의존하는 경우가 많아 통신 장애 시 시스템 신뢰성이 저하되는 한계가 있다 \[8\]. 또한 각 제조사의 폐쇄적인 설계에 의존하게 되어 시스템 전체의 확장성과 신뢰성을 동시에 확보하는데에 어려움이 있다. 따라서 모듈화 시스템은 통신 의존성을 최소화하는 DC 버스 전압을 모듈간 인터페이스로 활용하여 각 장치가 독립적으로 동작하면서도 시스템 전체의 확장성과 신뢰성을 동시에 확보하는 접근이 요구된다. 현행 전기추진 시스템은 시스템 단위의 형식승인 구조를 따르고 있어, 구성 소자의 변경이나 용량 증설 시 제어 로직의 재설계와 통합 재검증이 불가피하다. 이러한 폐쇄적 구조는 선종별 맞춤형 설계에 대한 유연성을 저해하며, 제조사별 독점적 통신 프로토콜 및 폐쇄적 인터페이스 규격으로 인해 단일 선박에 복수 제조사의 제품을 혼용하기 어렵다. 이를 해결하기 위하여 모듈화 접근이 연구되어 왔으나, 기존 연구들은 모듈 간 협조 제어를 위해 복잡한 통신 인터페이스, 중앙집중식 제어에 의존하는 경우가 많아 통신 장애 시 시스템 신뢰성이 저하되는 한계가 있다 \[8\]. 또한 각 제조사의 폐쇄적인 설계에 의존하게 되어 시스템 전체의 확장성과 신뢰성을 동시에 확보하는데에 어려움이 있다. 따라서 모듈화 시스템은 통신 의존성을 최소화하는 DC 버스 전압을 모듈간 인터페이스로 활용하여 각 장치가 독립적으로 동작하면서도 시스템 전체의 확장성과 신뢰성을 동시에 확보하는 접근이 요구된다.
그런데 DC 버스 전압을 제어의 유일한 기준으로 삼는 구조는 DC 버스의 전압 안정성이 곧 시스템 전체의 제어 신뢰성으로 직결되는 특성이 있다. DC 버스 전압의 왜곡이나 맥동은 모듈간 인터페이스 신뢰성을 저하시켜 모듈 간 모드 전환의 오작동 및 부하 분담 불안정을 초래할 수 있다. 이러한 교란의 주요 원인은 선박 전원 환경 자체의 특성에 기인한다. 선박 발전기나 육상 전원(Shore Power)은 부하 변동에 따른 전압 강하와 왜곡이 빈번한 약계통(Weak Grid) 특성을 가지며, 이로 인한 비정상적인 AC 입력 전압은 AC 정류기의 전류 제어 성능을 저하시켜 DC 버스 전압 안정성 저하 및 전류 고조파(I-THD) 증가를 초래한다. 그러나 현행 IEC 60092-101, KR 선급 인증을 포함한 해양수산부 전기추진 선박기준 고시에서는 정상 상태 전원 조건에서의 요건을 검증하므로, 비정상 입력 환경에서의 동작은 인증 범위 밖에 놓인다. 이로 인해 인증을 통과한 시스템이 실제 운용 환경에서는 요건을 만족하지 못할 수 있다는 구조적 갭이 존재하며, 이에 대한 제어 전략은 현행 규정과 선행 연구 모두에서 미비한 실정이다. 따라서 모듈화된 전력변환 시스템이 실제 선박 환경에 안정적으로 적용되기 위해서는 이 갭을 메울 수 있는 별도의 대응 전략이 함께 요구된다. 그런데 DC 버스 전압을 제어의 유일한 기준으로 삼는 구조는 DC 버스의 전압 안정성이 곧 시스템 전체의 제어 신뢰성으로 직결되는 특성이 있다. DC 버스 전압의 왜곡이나 맥동은 모듈간 인터페이스 신뢰성을 저하시켜 모듈 간 모드 전환의 오작동 및 부하 분담 불안정을 초래할 수 있다. 이러한 교란의 주요 원인은 선박 전원 환경 자체의 특성에 기인한다.
선박 발전기나 육상 전원(Shore Power)은 부하 변동에 따른 전압 강하와 왜곡이 빈번한 약계통(Weak Grid) 특성을 가지며, 이로 인한 비정상적인 AC 입력 전압은 AC 정류기의 전류 제어 성능을 저하시켜 DC 버스 전압 안정성 저하 및 전류 고조파(I-THD) 증가를 초래한다. 그러나 현행 IEC 60092-101, KR 선급 인증을 포함한 해양수산부 전기추진 선박기준 고시에서는 정상 상태 전원 조건에서의 요건을 검증하므로, 비정상 입력 환경에서의 동작은 인증 범위 밖에 놓인다. 이로 인해 인증을 통과한 시스템이 실제 운용 환경에서는 요건을 만족하지 못할 수 있다는 구조적 갭이 존재하며, 이에 대한 제어 전략은 현행 규정과 선행 연구 모두에서 미비한 실정이다. 따라서 모듈화된 전력변환 시스템이 실제 선박 환경에 안정적으로 적용되기 위해서는 이 갭을 메울 수 있는 별도의 대응 전략이 함께 요구된다.
본 연구는 DC 버스 전압을 유일한 모듈 간 인터페이스로 삼는 통신 독립형 모듈식 전력변환 시스템을 제안하고, 선박 약계통 조건(V-THD, 전압 불평형, 단상·2상 Voltage Sag)에 대응하는 변조 계수($m_a$) 기반 전류 제어기를 제안한다. 제안하는 구조의 동작 특성과 제어 성능은 시뮬레이션 및 실험으로 검증한다. 본 연구는 DC 버스 전압을 유일한 모듈 간 인터페이스로 삼는 통신 독립형 모듈식 전력변환 시스템을 제안하고, 선박 약계통 조건(V-THD, 전압 불평형, 단상·2상 Voltage Sag)에 대응하는 변조 계수($m_a$) 기반 전류 제어기를 제안한다. 제안하는 구조의 동작 특성과 제어 성능은 시뮬레이션 및 실험으로 검증한다.
@@ -51,7 +52,7 @@ dateCreated: 2026-05-18T01:23:29.902Z
본 연구에서는 DC-AC 모듈 1대 운용을 기본 구성으로 가정한다. DC-AC 모듈의 복수 병렬 운전은 별도의 전압 제어 우선순위 또는 드룹 적용 설계가 필요하며, 이는 향후 연구 과제로 남긴다. 본 연구에서는 DC-AC 모듈 1대 운용을 기본 구성으로 가정한다. DC-AC 모듈의 복수 병렬 운전은 별도의 전압 제어 우선순위 또는 드룹 적용 설계가 필요하며, 이는 향후 연구 과제로 남긴다.
이 구조에서 DC 버스 전압은 모든 모듈이 공유하는 유일한 협조 신호로, 별도의 통신 없이 모듈 간 협조를 가능하게 한다. 그러나 DC 버스 전압이 유일한 협조 신호라는 점은 구조적 취약점이기도 하다. 선박 계통 특성상 Voltage Sag, V-THD, 전압 불평형 등의 외란이 발생할 수 있으며, 이러한 외란이 DC-AC 정류기를 통해 DC 버스 전압을 교란시키면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차를 유발할 수 있다. 이 취약점의 대응 전략을 3장에서 제안한다. 이 구조에서 DC 버스 전압은 모듈간의 인터페이스 신호로, 별도의 통신 없이 모듈 간 협조를 가능하게 한다. 그러나 DC 버스 전압을 인터페이스로 사용하는 것은 구조적 취약점이기도 하다. 선박 계통 특성상 Voltage Sag, V-THD, 전압 불평형 등의 외란이 발생할 수 있으며, 이러한 외란이 DC-AC 정류기를 통해 DC 버스 전압을 교란시키면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차를 유발할 수 있다. 이 취약점의 대응 전략을 3장에서 제안한다.
## 2.2 DC-DC 모듈의 히스테리시스 기반 자율 모드 전환 ## 2.2 DC-DC 모듈의 히스테리시스 기반 자율 모드 전환
@@ -110,7 +111,7 @@ DC-DC 모듈의 추가 및 제거는 출력 전압을 허용 범위 내로 유
## 2.6 소결 ## 2.6 소결
본 장에서는 DC 버스 전압을 모듈 간 인터페이스로 삼아 통신에 종속되지 않고 운전하는 모듈형 전력변환 시스템을 제안하였다. 이 구조는 이 UPS 시스템에서 확립한 DC 버스 단일 공유 원리[1]를 선박 DC 배전 시스템에 적용한 것으로, 히스테리시스 기반 모드 전환과 드룹 기반 병렬 전류 분담을 결합하여 구현된다. 통신 관련 단일 고장점이 구조적으로 배제되며, 모듈의 병렬 확장만으로 이중화 구성을 갖출 수 있는 기반을 제공한다. 본 장에서는 DC 버스 전압을 모듈 간 인터페이스로 삼아 통신에 종속되지 않고 운전하는 모듈형 전력변환 시스템을 제안하였다. 이 구조는 통신 관련 단일 고장점이 구조적으로 배제되며, 모듈의 병렬 확장만으로 이중화 구성을 갖출 수 있는 기반을 제공한다.
단, DC 버스 전압이 모듈 간 인터페이스라는 점은 구조적 취약점이기도 하다. 선박 계통의 외란이 DC-AC 정류기를 통해 DC 버스 전압을 교란하면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차를 유발할 수 있으며, 이에 대한 대응 전략을 3장에서 제안한다. 단, DC 버스 전압이 모듈 간 인터페이스라는 점은 구조적 취약점이기도 하다. 선박 계통의 외란이 DC-AC 정류기를 통해 DC 버스 전압을 교란하면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차를 유발할 수 있으며, 이에 대한 대응 전략을 3장에서 제안한다.
@@ -344,8 +345,8 @@ $v_\text{meas,d}$, $v_\text{meas,q}$는 동기좌표계로 변환된 계통 전
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| DC 전원·부하 시뮬레이터 | (XXX) | 배터리 모사 | | DC 전원·부하 시뮬레이터 | (XXX) | 배터리 모사 |
| AC 전원 시뮬레이터 | (XXX) | 발전기/Shore Power 모사 (V-THD, 단상·2상 Sag, 불평형 생성) | | AC 전원 시뮬레이터 | (XXX) | 발전기/Shore Power 모사 (V-THD, 단상·2상 Sag, 불평형 생성) |
| 3레벨 NPC DC-DC 컨버터 | 4 kW, 640 VDC | 배터리 충방전 모듈 | | 3레벨 DC-DC 컨버터 | 4 kW, 640 VDC | 배터리 충방전 모듈 |
| T-type DC-AC 인버터 | 4 kW, 380 VAC / 640 VDC | AC 정류 모듈 | | 3레벨 T-type DC-AC 인버터 | 4 kW, 380 VAC / 640 VDC | AC 정류 모듈 |
### 5.3.2 제어기 구현 ### 5.3.2 제어기 구현