전기추진선박용 하이브리드 인버터 시스템의 제어 파워모듈

국문 초록 (Abstract)

갈수록 심화되는 환경문제에 대한 대책 방안으로 대기 오염물질 배출 저감을 위한 전기추진 선박 기술의 발전이 대두되고 있으며, 이러한 기술을 활용한 선박으로는 하이브리드 전기추진선박(Hybrid electric propulsion ship)이 있다. 하이브리드 전기추진선박은 발전기를 이용하여 생산된 전력과 배터리에 저장된 전력을 병용하여 인버터에 공급하며, 인버터에서는 교류전압으로 변환되어 선박추진기를 구동하기 위한 교류전동기에 공급하게 된다. 이러한 하이브리드 전기추진 인버터시스템은 배터리, 인버터, 교류전동기가 인과적인 관계로 접속이 되어 있어 어느 하나의 시스템에 문제가 발생하면 전체 시스템의 운전이 불가능하게 된다. 따라서 이러한 하이브리드 전기추진시스템은 실시간으로 각 요소별 상태점검이 필요하며, 동시에 현장과 원거리에서 모니터링이 가능해야 한다. 배터리는 운전시간에 따라서 배터리 내부의 물리적 특성 변화에 따라 수명을 예측할 수 있는 내부저항이 변하므로 이 저항의 측정에 의해 사전에 배터리 교환시기를 예측할 수가 있다. 또한 인버터는 직류를 교류로 변화시키기 위한 PWM 펄스의 듀티비에 의해 출력전압의 조정이 가능하며, 따라서 항시 요소시스템과 전체시스템의 관찰이 이루어져야 한다. 본 논문에서는 하이브리드 전기추진시스템의 상태(배터리 내부저항, 인버터 출력 전압, 전류 및 역률)를 점검하여 모니터링하고, 1개의 배터리가 고장 나 인버터에 낮은 전압이 공급될 경우에 인버터의 PWM 듀티비를 조정하여 출력전압을 일정하게 조정할 수 있는 파워모듈을 구현하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As a countermeasure to the increase in environmental problems, the development of electric propulsion ship (EPS) technology to reduce air pollutant emissions has been on the rise. These technologies are used by hybrid EPSs, which supply power to the inverter from both the generator and the battery in parallel. Power from both sources is then converted to AC power and supplied to the electric motor to drive the propeller. In a hybrid electric propulsion inverter system, the battery, inverter, and AC motor are linked in a causal chain. Therefore, if a problem occurs in any one of the sub-systems, the entire inverter system is inoperable. Thus, a hybrid electric propulsion system must verify the status of each sub-system in real time, and the system should allow monitoring both remotely and in the field. The internal resistance of the battery varies depending on its physical characteristics and the length of time it has been in use. Therefore, remaining battery life can be estimated in advance by measuring the internal resistance. In addition, the output voltage of the inverter can be adjusted by the duty ratio of pulse width modulation(PWM) to switch from DC to AC power. Therefore, both the inverter system and its sub-systems must be monitored at all times. In this study, we implement a power module that checks and monitors the state of the hybrid electric propulsion system through the internal resistance of the battery, the output voltage and current of the inverter, and the power factor. The power module also continually regulates the output voltage by adjusting the PWM duty ratio of the inverter when the voltage to the inverter is too low due to battery failure.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 파워모듈 설계
• 3. 실험 및 고찰
• 4. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

• 1 한정호, "인버터 입력전류 분석을 이용한 유도전동기 고장진단" 한국산학기술학회 17 (17): 492-498, 2016
• 2 홍승표, "듀티 비에 따른 단상 Z-소스 인버터의 효율과 출력 전압에 관한 연구" 한국조명.전기설비학회 25 (25): 8-19, 2011
• 3 심상보, "고온 및 단락전류에 따른 리튬배터리의 폭발 및 화재 위험성에 관한 연구" 한국화재소방학회 30 (30): 114-122, 2016
• 4 "http://gspress.cauon.net/news/article-View.html?idxno=20914"
• 5 M. J. Kim, "Study on small boat driven by photo-voltaic energy" 249-250, 2010
• 6 J. Rana, "Structural changes in $Li_{2}MnO_{3}$ cathode material for Li-Ion batteries" 4 (4): 2014
• 7 "Go Directly to the Battery, Hybrid Ship"
• 8 W. Y. Chae, "A study on the hybrid photovoltaic power system for ship" 131-, 2010