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Thesis/Master_Thesis260517/paper4.md

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 title: Paper4
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-date: 2026-05-17T19:26:21.335Z
+date: 2026-05-17T19:35:57.820Z
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 dateCreated: 2026-05-17T19:26:21.335Z
@@ -238,3 +238,171 @@ $v_\text{meas,d}$, $v_\text{meas,q}$는 동기좌표계로 변환된 계통 전
 한편, 제안하는 제어기의 구조는 2장의 모듈형 시스템에 종속되지 않으며, 약계통 환경에서 동작하는 범용 3상 정류기·인버터에도 적용 가능하다.
 
 제안하는 제어기의 실험 검증—V-THD 조건에서의 I-THD 억제, 단상·2상 Voltage Sag 조건에서의 과도 안정성, 전압 불평형 조건에서의 동작 안정성—은 5장 5.5절에서 본 연구의 4 kW 실험 플랫폼을 대상으로 수행한다.
+
+# 4. 설계 가이드라인
+
+# 5. 시뮬레이션 및 실험 검증
+
+## 5.1 검증 개요
+
+본 장에서는 2장에서 제안한 통신 독립형 모듈식 전력변환 구조와 3장에서 제안한 변조 계수($m_a$) 기반 전류 제어기를 시뮬레이션 및 실제 실험을 통해 검증한다.
+
+검증은 다음 순서로 진행된다. 먼저 시뮬레이션을 통해 모듈식 병렬 운전 및 이중화 동작을 확인하고, 이어서 실험 테스트베드에서 동일 조건을 재현하여 실험 파형으로 검증한다. 3장의 전류 제어 전략은 약계통 조건을 인위적으로 생성한 후 제어 적용 전후를 비교하는 방식으로 검증한다.
+
+이론적 배경 및 제어 알고리즘의 상세 내용은 각 실험 항목 직전에 간략히 기술하며, 별도의 이론 절을 구성하지 않는다.
+
+---
+
+## 5.2 시뮬레이션 검증
+
+### 5.2.1 시뮬레이션 환경 및 조건
+
+시뮬레이션은 (XXX 환경)에서 수행하였으며, 4장에서 결정된 설계 파라미터를 적용하였다.
+
+(XXX 표: 시뮬레이션 파라미터)
+
+### 5.2.2 병렬 운전 시뮬레이션
+
+**검증 목적:** DC-DC 모듈 2대 병렬 운전 시 드룹 제어에 의한 전류 균등 분담 확인
+
+**시나리오:**
+- Boost(방전) 모드: 2대 병렬, 정격 부하 정상 상태에서 두 모듈의 방전 전류 분담
+- Buck(충전) 모드: 2대 병렬, DC-AC 운전 중 두 모듈의 충전 전류 분담
+- 부하 급변 조건에서의 과도 응답 및 전류 분담 복원
+
+**평가 지표:** 정상 상태 전류 불균형률(%), DC 링크 전압 편차
+
+(XXX 그림: Boost 모드 병렬 운전 — 두 모듈 전류 파형 및 DC 링크 전압)
+
+(XXX 그림: Buck 모드 병렬 운전 — 두 모듈 전류 파형 및 DC 링크 전압)
+
+(XXX 그림: 부하 급변 시 전류 분담 과도 응답)
+
+### 5.2.3 이중화 동작 시뮬레이션
+
+**검증 목적:** 단일 모듈 고장 시 나머지 모듈의 자율적 역할 인수 및 DC 링크 전압 복원 확인
+
+**시나리오:**
+- DC-DC 모듈 2대 중 1대 갑작스러운 정지 → 나머지 1대의 Boost 전류 증가 및 전압 복원
+- DC-DC 모듈 2대 중 1대 정지 (Buck 충전 중) → 나머지 1대의 충전 전류 자동 인수
+
+**평가 지표:** 고장 발생 시점부터 DC 링크 전압이 허용 범위 내로 재진입하는 복구 시간
+
+(XXX 그림: DC-DC 모듈 고장(방전 중) 이중화 동작 — DC 링크 전압, 각 모듈 전류)
+
+(XXX 그림: DC-DC 모듈 고장(충전 중) 이중화 동작 — DC 링크 전압, 각 모듈 전류)
+
+---
+
+## 5.3 실험 테스트베드
+
+### 5.3.1 테스트베드 구성
+
+(XXX 그림: 실험 테스트베드 전체 사진)
+
+(XXX 그림: 실험 테스트베드 구성도 — 각 모듈 연결 및 계측 포인트)
+
+**표 5.1.** 실험 장비 목록
+
+| 장비 | 사양 | 역할 |
+|------|------|------|
+| DC 전원·부하 시뮬레이터 | (XXX) | 배터리 모사 |
+| 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 |
+| T-type DC-AC 인버터 | 4 kW, 380 VAC / 640 VDC | AC 정류 모듈 |
+| 오실로스코프 | (XXX) | 전압·전류 파형 측정 |
+| 전력 분석기 | (XXX) | THD, 전력 등 정량 측정 |
+
+### 5.3.2 제어기 구현
+
+(XXX 그림: DSP/FPGA 기반 제어기 보드 사진)
+
+제어 알고리즘은 (XXX) DSP/마이크로컨트롤러에서 구현되었으며, 제어 실행 주기는 (XXX) μs이다.
+
+---
+
+## 5.4 실험 검증: 모듈식 구조 (2장 검증)
+
+### 5.4.1 히스테리시스 모드 전환 실험
+
+DC 링크 전압이 $V_H$, $V_L$ 임계값을 통과할 때 모드 전환이 채터링 없이 명확하게 이루어지는지 확인한다. 측정 노이즈 환경에서도 오전환이 발생하지 않음을 검증한다.
+
+(XXX 그림: DC 링크 전압 및 DC-DC 모듈 동작 모드 전환 실험 파형)
+
+### 5.4.2 병렬 운전 실험
+
+DC-DC 모듈 2대 병렬 운전에서 드룹 기반 전류 균등 분담을 실험으로 확인한다.
+
+(XXX 그림: Boost 모드 2대 병렬 — 실험 전류 파형 및 DC 링크 전압)
+
+(XXX 그림: Buck 모드 2대 병렬 — 실험 전류 파형 및 DC 링크 전압)
+
+(XXX 표: 시뮬레이션 vs. 실험 전류 불균형률 비교)
+
+### 5.4.3 이중화 동작 실험
+
+단일 모듈 고장 시 나머지 모듈의 자율적 역할 인수를 실험으로 확인한다. 5.2.3절 시뮬레이션과 동일한 두 시나리오를 실험으로 재현한다.
+
+**시나리오 1 — DC-DC 모듈 고장 (방전 중):**
+Boost 모드로 병렬 운전 중인 DC-DC 모듈 2대 중 1대를 강제 정지시켜, 나머지 1대가 DC 링크 전압 강하를 감지하고 방전 전류를 자동으로 증가시켜 전압을 복원하는 과정을 확인한다.
+
+(XXX 그림: DC-DC 모듈 고장(방전 중) 이중화 실험 — DC 링크 전압, 각 모듈 전류)
+
+**시나리오 2 — DC-DC 모듈 고장 (충전 중):**
+Buck 모드로 병렬 충전 중인 DC-DC 모듈 2대 중 1대를 강제 정지시켜, DC-AC 모듈이 DC 링크 전압을 유지하는 가운데 나머지 1대가 충전 전류를 자동으로 인수하여 충전 연속성을 유지하는 과정을 확인한다.
+
+(XXX 그림: DC-DC 모듈 고장(충전 중) 이중화 실험 — DC 링크 전압, 각 모듈 전류)
+
+(XXX 표: 고장 발생 후 DC 링크 전압 복구 시간 — 시나리오 1·2 시뮬레이션 vs. 실험 비교)
+
+---
+
+## 5.5 실험 검증: 약계통 전류 제어 (3장 검증)
+
+### 5.5.1 V-THD 환경에서의 I-THD 억제 실험
+
+**실험 조건:** AC 전원 시뮬레이터를 이용하여 V-THD (XXX)% 조건 생성
+
+제안하는 변조 계수 기반 전류 제어기 적용 전후 입력 전류 파형 및 I-THD를 측정하여 비교한다.
+
+(XXX 그림: V-THD (XXX)% 조건 — 제어 적용 전 입력 전류 파형 및 FFT)
+
+(XXX 그림: V-THD (XXX)% 조건 — 제어 적용 후 입력 전류 파형 및 FFT)
+
+(XXX 표: V-THD 조건별 I-THD 측정값 — 제어 전/후 비교 및 IEC 60092-101 기준 대비)
+
+### 5.5.2 단상·2상 Voltage Sag 과도 응답 실험
+
+**실험 조건:** AC 전원 시뮬레이터를 이용하여 단상·2상 전압 강하(Sag) 인가
+
+Sag 발생 및 회복 시 제어 적용 전후의 입력 전류 과도 응답을 비교하여 적분기 잔류 성분에 의한 과도 응답 지연 개선 여부를 확인한다.
+
+(XXX 그림: 단상 Sag 발생·회복 시 — 제어 적용 전 입력 전류 및 DC 링크 전압 파형)
+
+(XXX 그림: 단상 Sag 발생·회복 시 — 제어 적용 후 입력 전류 및 DC 링크 전압 파형)
+
+### 5.5.3 전압 불평형 조건 실험
+
+**실험 조건:** 3상 입력 전압 불평형률 (XXX)% 인가
+
+제어 적용 전후 DC 링크 전압의 2ω 저주파 리플 진폭을 비교하고, 히스테리시스 모드 전환 안정성에 미치는 영향을 확인한다.
+
+(XXX 그림: 전압 불평형 조건 — 제어 전후 DC 링크 전압 리플 비교)
+
+(XXX 표: 전압 불평형 조건별 DC 링크 2ω 리플 진폭 — 제어 전/후 비교)
+
+---
+
+## 5.6 소결
+
+본 장에서는 시뮬레이션과 실험을 통해 2장 및 3장에서 제안한 내용을 검증하였다. 시뮬레이션에서는 병렬 전류 분담 및 이중화 동작이 설계 의도대로 이루어짐을 확인하였으며, 실험에서는 실제 하드웨어 환경에서 동일한 동작이 재현됨을 파형으로 검증하였다. 약계통 조건에서의 변조 계수($m_a$) 기반 전류 제어기는 V-THD 조건에서의 I-THD 억제, 단상·2상 Sag 조건에서의 과도 응답 개선, 전압 불평형 조건에서의 DC 링크 2ω 리플 저감에서 기존 PI 제어기 대비 개선을 나타내었으며, 상세 비교 결과는 각 절의 표에 정리하였다.
+
+# 6 결론
+
+본 연구에서는 전기추진 선박의 DC 배전 환경에 적용 가능한 통신 독립형 모듈식 전력변환 시스템을 제안하고, 시뮬레이션 및 실험으로 검증하였다.
+
+첫째, DC 링크 전압을 모듈간 인터페이스로 활용하는 통신 독립형 모듈식 전력변환 구조를 제안하였다. 히스테리시스 기반 자율 모드 전환과 드룹 기반 병렬 전류 분담의 결합을 통해 통신 버스 없이 DC-AC 및 DC-DC 모듈의 운전이 달성되며, 단일 고장점 제거 및 Plug-and-Play 모듈 확장이 가능함을 실험으로 확인하였다.
+
+둘째, 약계통 조건(V-THD, 단상·2상 Voltage Sag, 전압 불평형)에 대응하는 변조 계수($m_a$) 기반 전류 제어기를 제안하였다. 적분기 출력을 무차원 변조 계수로 재정의하여 계통 전압 변동으로부터 적분기 응답을 구조적으로 분리함으로써, V-THD 조건에서의 I-THD 억제, 단상·2상 Sag 조건에서의 과도 응답 개선, 전압 불평형 조건에서의 DC 링크 2ω 리플 저감 효과를 실험으로 확인하였다.
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+셋째, 히스테리시스 임계값과 드룹 계수의 체계적 설계 절차를 일반화된 형태로 제시하였다. 이 절차는 시스템 공칭 전압과 허용 편차를 입력으로 결정론적으로 파라미터를 도출하며, 특정 인증 기준에 종속되지 않는 범용 DC 마이크로그리드 설계 가이드라인으로 활용 가능하다.