diff --git a/Thesis/Master_Thesis260518/Paper1.md b/Thesis/Master_Thesis260518/Paper1.md index 148ac14..0b70fd6 100644 --- a/Thesis/Master_Thesis260518/Paper1.md +++ b/Thesis/Master_Thesis260518/Paper1.md @@ -2,7 +2,7 @@ title: Paper1_260518 description: published: true -date: 2026-05-18T01:27:16.382Z +date: 2026-05-18T01:31:20.492Z tags: editor: markdown dateCreated: 2026-05-18T01:23:29.902Z @@ -24,51 +24,6 @@ dateCreated: 2026-05-18T01:23:29.902Z ## 2.1 제안 시스템 구성 -제안하는 시스템은 DC 버스를 중심으로 DC-AC 컨버터 모듈과 DC-DC 컨버터 모듈로 구성된다. 각 모듈은 DC 버스 전압만을 관측하며, 별도의 통신 인터페이스를 공유하지 않는다. UPS 시스템에서 제시한 "DC 버스 전압 단일 공유 원리"를\[1\] 선박 DC 배전 시스템에 적용한 것으로, 드룹 제어 \[2\]\[3\]와 히스테리시스 기반 모드 전환 \[4\]을 결합하여 통신 없이 모듈 간 협조 운전을 구현한다. - -(XXX 그림: 제안하는 모듈형 전력변환 시스템 전체 구성도) - -**DC-DC 컨버터 모듈**은 배터리와 DC 버스 사이에서 양방향으로 전력 흐름을 제어한다. DC 버스 전압이 상위 임계값을 초과하면 DC 버스에서 배터리로 전력을 보내는 충전(Buck) 모드로, 하위 임계값 미만으로 강하하면 배터리에서 DC 버스로 전력을 공급하는 방전(Boost) 모드로 전환한다. DC-DC 모듈은 복수 모듈 병렬 운용 시 드룹 제어를 적용하여 전류를 균등 분담한다. - -**DC-AC 컨버터 모듈**은 발전기 또는 Shore Power의 3상 AC 전력을 정류하여 DC 버스로 에너지를 공급하는 역할을 한다. DC-AC 모듈은 양방향 전류 제어가 가능한 PWM 정류기(Active Front End)로 구성되며 본 연구에서는 전기추진선박의 수전 시나리오에 초점을 맞추어 DC-AC 컨버터를 정류기(Rectifier) 모드로 제한시켜 운용한다. DC-AC 모듈은 동작 중 DC 버스 전압을 승압시켜 DC-DC 모듈의 히스테리시스 모드 전환점 보다 크게 유지함으로써 DC-DC 모듈의 모드 전환을 트리거 한다. DC-AC 모듈은 드룹 계수를 적용하지 않으며, DC 버스 전압을 에 고정하는 전압 제어만 수행한다. - -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. - -## 2.2 DC-DC 모듈의 히스테리시스 기반 자율 모드 전환 - -DC-DC 컨버터 모듈은 DC 버스 전압과 두 임계값(, )의 대소 관계만으로 동작 모드를 결정한다. - -$$ -\text{동작 모드} = \begin{cases} -\text{Buck (충전)} & V_\text{bus} > V_{H} \\ -\text{현재 모드 유지} & V_{L} \leq V_\text{bus} \leq V_{H} \\ -\text{Boost (방전)} & V_\text{bus} < V_{L} -\end{cases} -$$ - - -DC-AC 모듈이 정상 운전 중일 때 DC 버스 전압은 로 유지되며 를 초과하고, DC-DC 모듈은 Buck(충전) 모드로 진입한다. DC-AC 모듈이 정지하거나 전원 이상이 발생하면 DC 버스 전압이 강하하여 미만으로 떨어지고, DC-DC 모듈은 Boost(방전) 모드로 전환한다. 이 전환은 어떠한 통신 신호나 중앙 제어기의 명령 없이 DC 버스 전압 레벨 변화만으로 이루어진다. - -(XXX 그림: DC 버스 전압 레벨에 따른 동작 모드 정의 및 상태 전이도) - -두 임계값 사이의 히스테리시스 밴드는 측정 노이즈에 의한 오전환(Chattering)을 방지하는 동시에, 두 모드가 명확하게 분리되도록 보장한다. 임계값의 설계 가이드라인은 4장에서 다룬다. - -## 2.3 드룹 기반 병렬 전류 분담 - -복수의 DC-DC 모듈이 운전될 때, 각 모듈의 출력 전압 기준값을 출력 전류에 비례하여 조정하는 드룹 제어를 적용한다. - -여기서 은 무부하 기준 전압, 는 드룹 계수(가상 출력 저항), 는 모듈 의 출력 전류이다. 부호 규약은 DC 버스로 전류를 공급하는 방전(Boost) 방향을 양(+), DC 버스에서 전류를 흡수하는 충전(Buck) 방향을 음(−)으로 정의한다. 따라서 Boost 모드에서는 이므로 이 되어 드룹 특성이 나타나고, Buck 모드에서는 이므로 가 되어 충전 전류 증가에 따라 기준 전압이 상승한다. 기준 전압이 상승하면 DC 버스 전압과의 차이가 줄어들어 해당 모듈의 충전 전류가 억제되는 방향으로 작용하며, 이것이 Buck 모드에서의 전류 균등 분담 메커니즘이다. 동일한 를 가진 개 모듈이 병렬 연결되면 공유 DC 버스 전압이 같으므로, 각 모듈의 출력 전류는 자동으로 균등 분담된다. - -드룹 제어는 정상 상태 전압 편차를 수반하나, 이 편차는 전압 허용 범위 내로 제한되도록 드룹 계수를 설계함으로써 관리된다. 임계값의 설계 가이드라인은 4장에서 다룬다. - -(XXX 그림: 드룹 제어에 의한 병렬 모듈 전류 분담 개념도) - -# 2 통신 독립형 모듈식 전력변환 시스템 - -## 2.1 제안 시스템 구성 - 제안하는 시스템은 DC 버스를 중심으로 DC-AC 컨버터 모듈과 DC-DC 컨버터 모듈로 구성된다. 각 모듈은 DC 버스 전압만을 관측하며, 별도의 통신 인터페이스를 공유하지 않는다. 이 구조는 Kim et al. \[1\]이 UPS 시스템에서 제시한 "DC 버스 전압 단일 공유 원리"를 선박 DC 배전 시스템에 적용한 것으로, 드룹 제어 \[2\]\[3\]와 히스테리시스 기반 모드 전환 \[4\]을 결합하여 통신 없이 모듈 간 협조 운전을 구현한다. (XXX 그림: 제안하는 모듈형 전력변환 시스템 전체 구성도) @@ -113,6 +68,7 @@ $$I_{o,1} = I_{o,2} = \cdots = I_{o,n} = \frac{I_\text{total}}{n}$$ (XXX 그림: 드룹 제어에 의한 병렬 모듈 전류 분담 개념도) + ## 2.4 동작 시나리오별 동작 제안하는 구조에서 발생할 수 있는 주요 동작 시나리오는 다음과 같다.