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docs: update Thesis/Master_Thesis260517/Paper_V1

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2026-05-17 12:46:57 +00:00
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Thesis/Master_Thesis260517/Paper_V1.md
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title: Paper
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published: true
date: 2026-05-17T09:09:06.202Z
date: 2026-05-17T12:46:55.463Z
tags:
editor: markdown
dateCreated: 2026-05-17T08:40:38.836Z
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# 2 통신 독립형 모듈식 전력변환 시스템
## 2.1 제안하는 모듈형 전력변환 시스템 구성
## 2.1 제안 시스템 구성
### 2.1.1 시스템 개요
제안하는 시스템은 DC 링크를 중심으로 DC-AC 컨버터 모듈과 DC-DC 컨버터 모듈로 구성된다. 각 모듈은 DC 링크 전압만을 관측하며, 별도의 통신 인터페이스를 공유하지 않는다. 이 구조는 Kim et al. \[1\]이 UPS 시스템에서 제시한 "DC 링크 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)
**DC-DC 컨버터 모듈**은 배터리와 DC 링크 사이에서 양방향으로 전력 흐름을 제어한다. DC 링크 전압이 상위 임계값을 초과하면 DC 링크에서 배터리로 전력을 보내는 충전(Buck) 모드로, 하위 임계값 미만으로 강하하면 배터리에서 DC 링크로 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 링크로 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 링크 전압을 $V_\text{ref,AC}$ 승압시켜 DC-DC 모듈의 히스테리시스 모드 전환점 $V_H$ 보다 크게 유지함으로써 DC-DC 모듈의 모드 전환을 트리거 한다. DC-AC 모듈은 드룹 계수를 적용하지 않으며, DC 링크 전압을 $V_\text{ref,AC}$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 링크 전압은 모든 모듈이 공유하는 유일한 협조 신호로, 별도의 통신 없이 모듈 간 협조를 가능하게 한다. 그러나 DC 링크 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 링크 전압을 교란시키면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차를 유발할 수 있다. 이 취약점의 대응 전략을 3장에서 제안한다.
그러나 이 단일 의존성은 구조적 취약점이기도 하다 — DC 링크 전압이 외부 요인에 의해 오염되면 히스테리시스 모드 전환의 오판과 드룹 전류 분담 오차가 직접 유발된다. 이 취약점의 대응 전략을 3장에서 제안한다.
### 2.1.1 설계 원칙
### 2.1.2 시스템 구성
제안하는 시스템은 DC 링크를 중심으로 DC-DC 모듈과 DC-AC 모듈로 구성된다. 각 모듈은 DC 링크 전압만을 관측하며, 별도의 통신 인터페이스에 종속되지 않는다. 이 구조는 **Kim et al. \[1\]이 UPS 시스템에서 제시한 "DC 링크 전압 단일 공유 원리"—정류기, 배터리 충방전기, 인버터가 DC 링크 전압이라는 단일 공유 정보만으로 상호 협조하는 구조—를 선박 DC 배전 시스템에 적용한 것이다. 드룹 제어(Droop Control) \[2\]\[3\]와 히스테리시스 기반 모드 전환 \[4\]을 결합하여, 통신 없이 DC-AC 및 DC-DC 모듈이 협조 운전하는 구조를 구현한다.**
(XXX 그림: 제안하는 모듈형 전력변환 시스템 전체 구성도)
**DC-AC 모듈**은 발전기 또는 Shore Power의 3상 AC 전력을 정류하여 DC 링크로 에너지를 공급하는 역할을 한다. 본 연구에서는 전기추진선박의 수전 시나리오에 초점을 맞추어 DC-AC 컨버터를 정류기(Rectifier) 모드로 운용하나, 제안하는 제어 알고리즘은 전력 방향과 무관하게 적용 가능하다. DC-AC 모듈은 고정된 전압 기준값($V_\text{ref,AC}$)으로 DC 링크 전압을 공칭 전압보다 높은 수준으로 유지함으로써, DC-DC 모듈의 히스테리시스 기반 모드 전환을 자연스럽게 트리거한다. DC-AC 모듈에는 드룹 계수를 적용하지 않으며, DC 링크 전압을 $V_\text{ref,AC}$에 고정하는 전압 제어만 수행한다.
**DC-DC 컨버터 모듈**은 배터리와 DC 링크 사이에서 양방향으로 전력 흐름을 제어한다. DC 링크 전압이 상위 임계값을 초과하면 DC 링크에서 배터리로 전력을 보내는 충전(Buck) 모드로, 하위 임계값 미만으로 강하하면 배터리에서 DC 링크로 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 링크로 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 링크 전압을 $V_\text{ref,AC}$ 승압시켜 DC-DC 모듈의 히스테리시스 모드 전환점 $V_H$ 보다 크게 유지함으로써 DC-DC 모듈의 모드 전환을 트리거 한다. DC-AC 모듈은 드룹 계수를 적용하지 않으며, DC 링크 전압을 $V_\text{ref,AC}$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.