103 lines
4.7 KiB
Markdown
103 lines
4.7 KiB
Markdown
---
|
|
title: Chapter 4
|
|
description:
|
|
published: true
|
|
date: 2026-05-12T08:59:35.133Z
|
|
tags:
|
|
editor: markdown
|
|
dateCreated: 2026-05-12T08:59:35.133Z
|
|
---
|
|
|
|
# 4. 실험
|
|
|
|
## 4.1 실험 시스템 구성
|
|
|
|
본 연구에서는 전기추진 선박의 DC 배전 시스템을 모사한 실험 플랫폼을 구축하였다. 500 VDC 전원·부하 시뮬레이터와 380 VAC 전원·부하 시뮬레이터를 양 단에 배치하고, 640 VDC의 공유 DC 링크를 중심으로 양방향 3레벨 DC-DC 컨버터 및 DC-AC 인버터를 연동하여 구성하였다.
|
|
|
|
(XXX 그림: 실험 플랫폼 전체 구성도)
|
|
|
|
### 4.1.1 3레벨 NPC DC-DC 컨버터
|
|
|
|
DC-DC 컨버터는 3레벨 NPC(Neutral Point Clamped) Half-bridge 토폴로지를 기반으로 한 양방향 컨버터이다. 3레벨 NPC 토폴로지는 DC 링크의 중성점(Neutral Point)을 클램핑 다이오드를 통해 각 레그에 연결하는 구조로, 스위치에 인가되는 전압 스트레스를 DC 링크 전압의 절반으로 줄일 수 있다. 각 상은 P(양측 DC 버스), O(중성점), N(음측 DC 버스)의 세 가지 스위칭 상태를 가지며, 이를 통해 2레벨 컨버터 대비 낮은 전압 리플과 전류 고조파를 달성할 수 있다 [X].
|
|
|
|
(XXX 그림: 3레벨 NPC DC-DC 컨버터 회로도)
|
|
|
|
**표 4.X.** DC-DC 컨버터 주요 사양
|
|
|
|
| 항목 | 값 |
|
|
|------|----|
|
|
| 토폴로지 | NPC Half-bridge |
|
|
| 정격 전력 | 4 kW |
|
|
| 저압단 전압 | 500 VDC (충전 시 550 VDC) |
|
|
| DC 링크 전압 | 640 VDC |
|
|
| 스위칭 주파수 | 10 kHz |
|
|
| 인덕터 | 1 mH |
|
|
| 스위칭 소자 | Infineon BSM100GB60DLC (600 V Si IGBT) |
|
|
| 운전 방향 | 양방향 (Buck / Boost) |
|
|
|
|
### 4.1.2 T-type 3레벨 DC-AC 인버터
|
|
|
|
DC-AC 인버터는 T-type 3레벨 NPC 토폴로지를 기반으로 한다. T-type NPC는 기존 다이오드 클램핑 NPC와 달리 클램핑 다이오드 없이 각 레그의 중성점을 양방향 스위치로 DC 링크 중성점에 직접 연결하는 구조이다. 이를 통해 부품 수를 줄이고, 외측 스위치의 도통 손실을 저감할 수 있다. 특히 중간 스위칭 주파수 영역(6~30 kHz)에서 다이오드 클램핑 NPC 대비 낮은 손실을 나타내는 것으로 알려져 있다 [X].
|
|
|
|
(XXX 그림: T-type 3레벨 DC-AC 인버터 회로도)
|
|
|
|
**표 4.X.** DC-AC 인버터 주요 사양
|
|
|
|
| 항목 | 값 |
|
|
|------|----|
|
|
| 토폴로지 | T-type 3레벨 NPC |
|
|
| 정격 전력 | 4 kW |
|
|
| AC 출력 전압 | 380 VAC (Line-to-Line, RMS) |
|
|
| AC 주파수 | 60 Hz |
|
|
| DC 링크 전압 | 640 VDC |
|
|
| 스위칭 주파수 | 10 kHz |
|
|
| 필터 인덕터 | 4 mH |
|
|
| 필터 커패시터 | 6.8 μF (Y결선) |
|
|
| 스위칭 소자 | Fuji Electric 4MBI400VF-120R-50 (1200 V Si IGBT) |
|
|
| 운전 방향 | 양방향 (Inverter / Rectifier) |
|
|
|
|
---
|
|
|
|
## 4.2 실험 결과: 모듈식 시스템 동작 검증
|
|
|
|
(XXX — 2장 관련 실험 결과)
|
|
|
|
---
|
|
|
|
## 4.3 실험 결과: 열악한 AC 전원 환경 대응 충전 전략 검증
|
|
|
|
3장에서 시뮬레이션으로 문제를 확인하고 제안한 제어 전략의 효과를 실험을 통해 검증한다. 제어 전략 적용 전후를 동일 조건에서 비교하여, 제안 전략이 I-THD 억제 및 충전 연속성 유지에 실질적으로 기여하는지 확인한다.
|
|
|
|
### 4.3.1 실험 환경 구성
|
|
|
|
열악한 AC 전원 환경을 재현하기 위해 (XXX) 장비를 활용하여 V-THD 및 Voltage Sag 조건을 인위적으로 생성한다. 실험은 제어 전략 적용 전후를 비교하는 방식으로 진행하며, DC 버스 전압 리플, 입력 전류 파형 및 I-THD를 측정하여 제어 효과를 정량적으로 평가한다.
|
|
|
|
(XXX 표: 실험 파라미터 및 조건)
|
|
|
|
(XXX 그림: 실험 환경 구성도)
|
|
|
|
### 4.3.2 V-THD 환경에서의 I-THD 억제 실험
|
|
|
|
(XXX) % 수준의 V-THD를 가진 AC 입력 환경에서 충전 실험을 수행하고, 제어 전략 적용 전후의 I-THD 및 DC 버스 전압 리플을 비교한다.
|
|
|
|
(XXX 그림: V-THD 환경에서 제어 전략 적용 전후 입력 전류 파형 비교)
|
|
|
|
(XXX 표: V-THD 조건별 I-THD 측정값 및 IEC 60092-101 기준 대비 결과)
|
|
|
|
### 4.3.3 Voltage Sag Ride-Through 실험
|
|
|
|
정격 전압의 (XXX)% 수준의 Voltage Sag를 인가하여 충전 연속성 유지 여부를 확인한다. Sag 발생 시 DC 버스 전압 변동, 충전 전류 응답, Sag 회복 후 정상 복귀 동작을 측정한다.
|
|
|
|
(XXX 그림: Voltage Sag 발생 시 DC 버스 전압, 충전 전류, 입력 전압 파형)
|
|
|
|
### 4.3.4 선급 THD 요건 만족 확인
|
|
|
|
실험 결과를 통해 열악한 AC 입력 환경에서도 제안하는 제어 전략 적용 시 IEC 60092-101의 THD 요건(단일 고조파 5% 이하, THD 8% 이하)을 만족함을 확인한다.
|
|
|
|
(XXX 표: 실험 조건별 I-THD 측정값 요약 및 선급 기준 대비 결과)
|
|
|
|
---
|
|
|
|
## 4.4 소결
|
|
|
|
(XXX) |