Upload files to "Thesis/Master_thesis"

2026-04-22 02:24:46 +00:00
parent d80530a6c8
commit 2fb652459d
5 changed files with 327 additions and 0 deletions
--- a/Thesis/Master_thesis/DEC_4_3.md
+++ b/Thesis/Master_thesis/DEC_4_3.md
@@ -0,0 +1,31 @@
+# 4.3 연동 운전 시 DC Link 전압 관리
+
+---
+
+## 논문 서술 초안
+
+### DC Link 전압 관리의 필요성
+
+DC 링크 전압은 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터가 공유하는 에너지 교환 지점으로, 두 컨버터가 동시에 운전될 때 전력 불균형이 발생하면 DC 링크 전압이 변동한다. DC 링크 전압이 허용 범위를 벗어나면 연결된 전력변환장치의 정상 동작이 보장되지 않으므로, 연동 운전 시 DC 링크 전압을 640VDC 기준으로 안정적으로 유지하는 것이 핵심 제어 과제이다.
+
+### 역할 분담 방식
+
+연동 운전에서 DC 링크 전압 관리는 두 컨버터 중 하나가 DC 링크 전압을 능동적으로 제어(Voltage Regulation)하고, 나머지 하나는 전력 또는 전류를 제어(Power/Current Control)하는 역할 분담 방식으로 구성된다. 본 시스템의 네 가지 운전 모드에서 역할 분담은 다음과 같다.
+
+| 모드 | DC-DC 역할 | DC-AC 역할 | DC Link 전압 제어 주체 |
+|------|-----------|-----------|----------------------|
+| 모드1 (발전기→배터리) | Buck (저압단 전압 제어) | Rectifier (전력 제어) | DC-DC |
+| 모드2 (배터리→추진모터) | Boost (전류/전력 제어) | Inverter (DC Link 전압 제어) | DC-AC |
+| 모드3 (양쪽 DC Link 충전) | Boost (전류 제어) | Rectifier (DC Link 전압 제어) | DC-AC |
+| 모드4 (DC Link에서 양쪽 방출) | Buck (저압단 전압 제어) | Inverter (DC Link 전압 제어) | DC-AC |
+
+### DC Link 전압 리플 특성
+
+두 컨버터가 동시에 운전될 경우 DC 링크에는 양측 컨버터의 스위칭에 의한 전압 리플이 중첩된다. DC-DC 컨버터 측의 리플 주파수는 유효 스위칭 주파수인 2Fsw = 20kHz이며, DC-AC 인버터 측의 리플은 출력 주파수(60Hz) 성분과 스위칭 주파수(10kHz) 성분이 포함된다. 연동 운전 시 DC 링크 전압 리플의 크기와 주파수 특성은 단독 운전 대비 실험적으로 비교 측정하며, 그 결과는 제6장에서 분석한다.
+
+---
+
+## 미결 항목
+
+- [ ] 각 모드별 DC Link 전압 제어 주체 확인 (실제 제어기 구현 기준으로 검토 필요)
+- [ ] DC Link 커패시터 용량값 (실장 값 확인 필요)
--- a/Thesis/Master_thesis/DEC_5_1.md
+++ b/Thesis/Master_thesis/DEC_5_1.md
@@ -0,0 +1,51 @@
+# 5.1 실험 시스템 구성
+
+---
+
+## 논문 서술 초안
+
+### 전체 시스템 블록도
+
+본 연구의 실험 시스템은 그림 5.1과 같이 500VDC 소스·로드 시뮬레이터, 양방향 3레벨 DC-DC 컨버터, 640VDC 공유 DC 링크, 양방향 3레벨 DC-AC 인버터, 380VAC 소스·로드 시뮬레이터의 다섯 요소로 구성된다.
+
+```
+[500VDC 시뮬레이터] ↔ [3LVL DC-DC Buck-Boost] ↔ [640VDC DC Link] ↔ [3LVL DC-AC Inverter] ↔ [380VAC 시뮬레이터]
+     (양방향)              4kW, 양방향                  공유           4kW, 양방향               (양방향)
+```
+
+양 단의 소스·로드 시뮬레이터는 전원 또는 부하로 동작 모드를 전환할 수 있는 양방향 전력기기로, 이를 통해 발전기, 배터리, 추진 모터 등 실제 선박 기기를 실험실 환경에서 모사한다. 두 시뮬레이터 사이에 각 컨버터와 공유 DC 링크가 배치되어 전력이 양방향으로 흐를 수 있는 구조를 형성한다.
+
+### 하드웨어 사양
+
+**DC-DC 컨버터**
+
+| 항목 | 사양 |
+|------|------|
+| 토폴로지 | NPC Half-bridge 3-level |
+| 정격 전력 | 4kW |
+| 저압단 전압 | 500VDC (충전 시 550VDC) |
+| DC Link 전압 | 640VDC |
+| 스위칭 주파수 | 10kHz |
+| 인덕터 | [미결] |
+| 스위칭 소자 | Infineon BSM100GB60DLC (600V Si IGBT) |
+
+**DC-AC 인버터**
+
+| 항목 | 사양 |
+|------|------|
+| 토폴로지 | T-type 3-level |
+| 정격 전력 | 4kW |
+| AC 출력 전압 | 380VAC (L-L, RMS), 60Hz |
+| DC Link 전압 | 640VDC |
+| 스위칭 주파수 | 10kHz |
+| 필터 인덕터 | 4mH |
+| 필터 커패시터 | 6.8μF (Y결선) |
+| 스위칭 소자 | Fuji Electric 4MBI400VF-120R-50 (1200V Si IGBT) |
+
+---
+
+## 미결 항목
+
+- [ ] DC-DC 인덕터 값 확정 후 기재
+- [ ] 시스템 블록도 그림 삽입 (실험 셋업 사진 또는 도면, SETUP.pptx 참고)
+- [ ] DC Link 커패시터 용량값
--- a/Thesis/Master_thesis/DEC_5_2.md
+++ b/Thesis/Master_thesis/DEC_5_2.md
@@ -0,0 +1,47 @@
+# 5.2 측정 장비 및 측정점
+
+---
+
+## 논문 서술 초안
+
+### 측정 장비 구성
+
+실험 측정에는 오실로스코프 2대(총 12채널), 고압 전압 프로브, DC 전류 프로브, AC 전류 프로브가 사용된다. 2대의 오실로스코프는 각각 DC-DC 컨버터 측과 DC-AC 인버터 측을 담당하며, 두 장비 간 시간 동기화를 위해 동일한 DC 링크 전압 측정점을 공통 기준 채널로 활용한다.
+
+### 오실로스코프 채널 배분
+
+**오실로스코프 1 — DC-DC 컨버터 중심 (6채널)**
+
+| 채널 | 측정 신호 | 프로브 종류 |
+|------|----------|------------|
+| CH1 | DC Link 전압 | 고압 전압 프로브 |
+| CH2 | 저압단 전압 (500V측) | 고압 전압 프로브 |
+| CH3 | DC-DC 인덕터 전류 | DC 전류 프로브 |
+| CH4 | DC-DC 스위칭 노드 전압 | 고압 전압 프로브 |
+| CH5 | 저압단 전류 | DC 전류 프로브 |
+| CH6 | 예비 / 게이트 신호 | — |
+
+**오실로스코프 2 — DC-AC 인버터 중심 (6채널)**
+
+| 채널 | 측정 신호 | 프로브 종류 |
+|------|----------|------------|
+| CH1 | DC Link 전압 (동기 확인용, 오실로1과 동일점) | 고압 전압 프로브 |
+| CH2 | AC 출력 전압 (Line-to-Line 또는 Phase) | 고압 전압 프로브 |
+| CH3 | AC 출력 전류 | AC 전류 프로브 |
+| CH4 | DC-AC 필터 인덕터 전류 | AC 전류 프로브 |
+| CH5 | DC-AC 스위칭 노드 전압 | 고압 전압 프로브 |
+| CH6 | 예비 / 다른 상 전류 | AC 전류 프로브 |
+
+### 효율 측정
+
+각 컨버터의 입출력 전력은 전압과 전류의 동시 측정값을 기반으로 산출한다. 개별 컨버터 효율(η)은 출력 전력 대 입력 전력의 비율로 정의하며, 시스템 전체 효율은 500VDC 시뮬레이터 측 전력과 380VAC 시뮬레이터 측 전력의 비율로 산출한다.
+
+$$\eta_{system} = \frac{P_{AC\,side}}{P_{DC\,side}} \times 100\,[\%]$$
+
+부하율별 효율 커브는 가능한 경우 부하 조건을 변화시켜 측정하며, 이를 통해 각 컨버터의 효율 특성을 정량적으로 평가한다.
+
+---
+
+## 미결 항목
+
+- [ ] 오실로스코프 모델명 및 프로브 사양 (측정 시 추가)
--- a/Thesis/Master_thesis/DEC_5_3.md
+++ b/Thesis/Master_thesis/DEC_5_3.md
@@ -0,0 +1,40 @@
+# 5.3 운전 모드 정의
+
+---
+
+## 논문 서술 초안
+
+본 연구에서는 전기추진 선박의 다양한 운항 시나리오를 모사하기 위해 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터의 동작 조합에 따른 네 가지 운전 모드를 정의한다. 각 모드는 두 컨버터의 전력 흐름 방향 조합으로 구분되며, 500VDC 시뮬레이터와 380VAC 시뮬레이터가 각각 소스 또는 로드 역할을 담당한다.
+
+### 모드 정의
+
+**모드 1: 발전기 → 배터리 충전 (Rectifier + Buck)**
+
+AC 측 시뮬레이터가 발전기 역할을 하여 380VAC 전력을 공급하면, DC-AC 인버터가 Rectifier 모드로 동작하여 AC 전력을 DC 링크로 변환한다. DC-DC 컨버터는 Buck 모드로 동작하여 DC 링크 전력을 저압단(500VDC)으로 전달하며 배터리 충전을 모사한다. 이 모드는 선박 입항 전 발전기로 배터리를 충전하는 시나리오에 해당한다.
+
+**모드 2: 배터리 → 추진모터 구동 (Boost + Inverter)**
+
+저압단 시뮬레이터가 배터리 역할을 하여 500VDC 전력을 공급하면, DC-DC 컨버터가 Boost 모드로 동작하여 저압단 전력을 DC 링크로 승압 전달한다. DC-AC 인버터는 Inverter 모드로 동작하여 DC 링크 전력을 380VAC로 변환하여 추진 모터 구동을 모사한다. 이 모드는 배터리 전력으로 추진 모터를 구동하는 순수 전기추진 시나리오에 해당한다.
+
+**모드 3: 양쪽에서 DC Link 충전 (Boost + Rectifier)**
+
+저압단 시뮬레이터와 AC 측 시뮬레이터가 모두 소스 역할을 하며, DC-DC 컨버터(Boost)와 DC-AC 인버터(Rectifier)가 각각 DC 링크로 전력을 공급한다. 이 모드는 배터리와 발전기가 동시에 DC 링크를 충전하는 과도기적 시나리오를 모사한다.
+
+**모드 4: DC Link에서 양쪽으로 방출 (Buck + Inverter)**
+
+DC 링크가 에너지원이 되어 DC-DC 컨버터(Buck)는 저압단을 충전하고, DC-AC 인버터(Inverter)는 AC 측으로 전력을 공급한다. 이 모드는 DC 링크에 축적된 에너지를 양측 부하에 동시 공급하는 시나리오에 해당한다.
+
+### 운전 모드 요약표
+
+| 모드 | DC-DC | DC-AC | 500V측 | 380V측 | 선박 시나리오 |
+|------|-------|-------|--------|--------|-------------|
+| 모드1 | Buck | Rectifier | 로드 (배터리 충전) | 소스 (발전기) | 발전기 → 배터리 |
+| 모드2 | Boost | Inverter | 소스 (배터리 방전) | 로드 (추진모터) | 배터리 → 추진모터 |
+| 모드3 | Boost | Rectifier | 소스 | 소스 | 양측 → DC Link |
+| 모드4 | Buck | Inverter | 로드 | 로드 | DC Link → 양측 |
+
+---
+
+## 미결 항목
+
+없음 — 확정 완료
--- a/Thesis/Master_thesis/DEC_6_TEMPLATE.md
+++ b/Thesis/Master_thesis/DEC_6_TEMPLATE.md
@@ -0,0 +1,158 @@
+# 6장 실험 결과 및 분석 — 템플릿
+
+> 실험 데이터 수집 후 [ ] 항목을 채워넣는다.
+> 파형 그림은 "그림 6.X" 번호로 순서대로 삽입.
+
+---
+
+## 6.1 DC-DC 컨버터 단독 운전 결과
+
+### 6.1.1 정상상태 파형
+
+DC-DC 컨버터의 단독 운전 정상상태 파형을 그림 6.1~6.3에 나타낸다. 실험은 정격 부하 조건(4kW, 저압단 전압 500VDC, DC Link 640VDC)에서 수행하였다.
+
+그림 6.1은 DC-DC 컨버터 Buck 모드 운전 시의 저압단 전압(CH2) 및 DC Link 전압(CH1) 파형을 나타낸다. 저압단 전압은 기준값 500VDC에 대하여 평균 [   ]VDC로 측정되었으며, 전압 리플은 [   ]V(p-p)로 확인되었다.
+
+> **그림 6.1.** DC-DC Buck 모드 — 저압단 전압 및 DC Link 전압 파형  
+> *(스크린샷 삽입: dcdc/ 폴더)*
+
+그림 6.2는 인덕터 전류(CH3) 및 스위칭 노드 전압(CH4) 파형을 나타낸다. 인덕터 전류 리플은 [   ]A(p-p)로 측정되었다.
+
+> **그림 6.2.** DC-DC Buck 모드 — 인덕터 전류 및 스위칭 노드 전압 파형  
+> *(스크린샷 삽입: dcdc/ 폴더)*
+
+### 6.1.2 3레벨 동작 확인
+
+그림 6.3은 스위칭 노드 전압 파형의 확대 파형을 나타낸다. 스위칭 노드 전압이 [   ]V, [   ]V, [   ]V의 세 레벨로 전환되는 것이 확인되며, 이는 NPC 3레벨 동작이 정상적으로 이루어지고 있음을 나타낸다.
+
+> **그림 6.3.** DC-DC 스위칭 노드 전압 파형 (3레벨 동작 확인)  
+> *(스크린샷 삽입: dcdc/ 폴더)*
+
+### 6.1.3 효율
+
+표 6.1에 DC-DC 컨버터의 운전 모드별 효율 측정 결과를 나타낸다.
+
+**표 6.1.** DC-DC 컨버터 효율 측정 결과
+
+| 운전 모드 | 입력 전력 [W] | 출력 전력 [W] | 효율 [%] |
+|----------|-------------|-------------|---------|
+| Buck (정격) | [   ] | [   ] | [   ] |
+| Boost (정격) | [   ] | [   ] | [   ] |
+| Buck ([ ]% 부하) | [   ] | [   ] | [   ] |
+| Boost ([ ]% 부하) | [   ] | [   ] | [   ] |
+
+---
+
+## 6.2 DC-AC 인버터 단독 운전 결과
+
+### 6.2.1 정상상태 파형
+
+DC-AC 인버터의 단독 운전 정상상태 파형을 그림 6.4~6.6에 나타낸다. 실험은 정격 부하 조건(4kW, DC Link 640VDC, AC 출력 380VAC/60Hz)에서 수행하였다.
+
+그림 6.4는 Inverter 모드 운전 시의 AC 출력 전압(CH2) 및 출력 전류(CH3) 파형을 나타낸다. AC 출력 전압(Line-to-Line)은 [   ]VAC(RMS)로 측정되었다.
+
+> **그림 6.4.** DC-AC Inverter 모드 — AC 출력 전압 및 전류 파형  
+> *(스크린샷 삽입: dcac/ 폴더)*
+
+그림 6.5는 필터 인덕터 전류(CH4) 및 스위칭 노드 전압(CH5) 파형을 나타낸다.
+
+> **그림 6.5.** DC-AC Inverter 모드 — 필터 인덕터 전류 및 스위칭 노드 전압 파형  
+> *(스크린샷 삽입: dcac/ 폴더)*
+
+### 6.2.2 3레벨 동작 확인
+
+그림 6.6은 스위칭 노드 전압의 확대 파형을 나타낸다. T-type 인버터의 스위칭 노드 전압이 +[   ]V, 0V, −[   ]V의 세 레벨로 전환되는 것이 확인된다.
+
+> **그림 6.6.** DC-AC 스위칭 노드 전압 파형 (3레벨 동작 확인)  
+> *(스크린샷 삽입: dcac/ 폴더)*
+
+### 6.2.3 AC 출력 THD
+
+표 6.2에 AC 출력 전압 및 전류의 THD 측정 결과를 나타낸다. 측정된 전압 THD는 한국선급 강선규칙(KR 강선규칙 2026, 6편 1장 8절)에서 규정하는 8% 이하 기준에 대한 충족 여부를 함께 확인한다.
+
+**표 6.2.** AC 출력 THD 측정 결과
+
+| 항목 | 측정값 [%] | KR 기준 [%] | 충족 여부 |
+|------|----------|------------|---------|
+| 출력 전압 THD | [   ] | 8 이하 | [○/✗] |
+| 출력 전류 THD | [   ] | — | — |
+
+### 6.2.4 효율
+
+**표 6.3.** DC-AC 인버터 효율 측정 결과
+
+| 운전 모드 | 입력 전력 [W] | 출력 전력 [W] | 효율 [%] |
+|----------|-------------|-------------|---------|
+| Inverter (정격) | [   ] | [   ] | [   ] |
+| Rectifier (정격) | [   ] | [   ] | [   ] |
+
+---
+
+## 6.3 연동 운전 결과
+
+### 6.3.1 모드별 정상상태 파형
+
+**모드 1 (Rectifier + Buck): 발전기 → 배터리 충전**
+
+그림 6.7은 모드 1 연동 운전 시의 주요 파형을 나타낸다. DC Link 전압, 저압단 전압, 인덕터 전류, AC 출력 전압·전류가 안정적으로 유지됨을 확인한다.
+
+> **그림 6.7.** 모드 1 연동 운전 정상상태 파형  
+> *(오실로1 + 오실로2 파형 삽입)*
+
+**모드 2 (Boost + Inverter): 배터리 → 추진모터 구동**
+
+> **그림 6.8.** 모드 2 연동 운전 정상상태 파형
+
+**모드 3 (Boost + Rectifier): 양측 → DC Link**
+
+> **그림 6.9.** 모드 3 연동 운전 정상상태 파형
+
+**모드 4 (Buck + Inverter): DC Link → 양측**
+
+> **그림 6.10.** 모드 4 연동 운전 정상상태 파형
+
+### 6.3.2 DC Link 전압 안정도
+
+표 6.4는 단독 운전과 연동 운전 시의 DC Link 전압 리플을 비교한다.
+
+**표 6.4.** DC Link 전압 리플 비교
+
+| 운전 조건 | DC Link 전압 평균 [V] | 전압 리플 (p-p) [V] |
+|----------|--------------------|--------------------|
+| DC-DC 단독 (Buck) | [   ] | [   ] |
+| DC-AC 단독 (Inverter) | [   ] | [   ] |
+| 연동 모드 1 | [   ] | [   ] |
+| 연동 모드 2 | [   ] | [   ] |
+
+### 6.3.3 시스템 전체 효율
+
+**표 6.5.** 연동 운전 시스템 전체 효율
+
+| 운전 모드 | 500V측 전력 [W] | 380V측 전력 [W] | 시스템 효율 [%] |
+|----------|--------------|--------------|--------------|
+| 모드 1 | [   ] | [   ] | [   ] |
+| 모드 2 | [   ] | [   ] | [   ] |
+
+---
+
+## 6.4 결과 종합 및 고찰
+
+본 실험에서는 양방향 3레벨 DC-DC 컨버터 및 DC-AC 인버터 연동 시스템의 정상상태 동작을 네 가지 운전 모드에 걸쳐 검증하였다. 주요 결과는 다음과 같이 요약된다.
+
+첫째, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터 모두 스위칭 노드 전압 파형에서 3레벨 동작이 확인되었으며, 각 소자의 최대 전압 부담이 DC Link 전압의 절반인 320V로 제한됨을 실험적으로 확인하였다.
+
+둘째, DC-AC 인버터의 AC 출력 전압 THD는 [   ]%로 측정되어 한국선급 강선규칙의 8% 이하 기준을 [충족/초과]하였다.
+
+셋째, 연동 운전 시 DC Link 전압 리플은 [   ]V(p-p)로, 단독 운전 대비 [증가/유사/감소]하는 경향을 보였으며, 이는 [원인 분석 기재].
+
+넷째, 시스템 전체 효율은 모드 2(배터리 → 추진모터) 기준 [   ]%로 측정되었다.
+
+> *고찰 내용은 실험 데이터 확인 후 구체적으로 작성*
+
+---
+
+## 미결 항목
+
+- [ ] 전체 [ ] 항목: 실험 측정 후 수치 기재
+- [ ] 파형 그림 번호 최종 확정 (앞 장 그림 수에 따라 조정)
+- [ ] 6.4 고찰 작성 (실험 결과 기반)