슈퍼커패시터를 적용한 에너지 저장시스템 설계에 관한 연구

The Research On the Energy Storage System Using SuperCapacitor

본 논문에서는 슈퍼커패시터를 적용한 에너지 저장장치에 대해서 연구하였다. 납축전지등을 사용하였던 기존방식과는 다르게 슈퍼커패시터를 사용하여 고출력을 달성할 수 있으며, 이러한 특징으로 인하여 연구된 저장장치는 비상전원용 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전력품질 개선이나 짧은 순간에 큰 출력을 요구하는 고속 기동용 모터등의 전원시스템으로도 사용이 가능한 장점이 있다. 에너지변환 시스템은 양방향 인버터와 컨버터로 구성되어 고속, 고출력의 충전, 방전을 수행할 수 있는 장점도 있다. 양방향 인버터를 이용한 two loop 제어기 설계 방법이 제시되었고, 실험과 제작을 통해 설계 방법의 정합성을 입증하였다. 설계 순서는 먼저 상태공간 평균화 기법과 Decoupling 기법을 이용하여 선형화된 전달함수를 계산하였다. 다음 20% 오버슈트와 안정시간을 만족시키는 전류 제어기 설계를 한 후에 오버슈트 없는 전압과 10배 이상 느린 안정시간을 가지는 전압제어기를 설계한 후 단위계단응답 커브를 통해 원하는 설계특성이 나오는 지를 확인하는 과정으로 이루어진다. 설계된 제어기들은 계통과 단위 역률을 이루며 제어되기 때문에 전력품질 향상을 이룰 수 있으며, 빠른 응답특성과 정상상태 오차를 0으로 만들 수 있는 우수한 제어특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

In this paper, the research on the energy storage system adapting super-capacitor has been performed. The most advanced features compared to the conventional lead-acid battery systems is that it can obtain high power capability due to the super capacitor power characteristics. The suggested system can attain high power in short times and achieve high power quality improvements. The application areas are power quality improvement system, motor start power which requires high power during transient times. The energy conversion system consists of bi-directional converter and inverter and advantages of high speed, high power charging and discharging performances. The design steps for the two loop controller of the bi-directional inverter are suggested and verified by the experiment and manufacturing. The two loop controller design starts from linearized transfer function which is calculated from the state averaging model including state decoupling method. The current controller requirements are 20% overshoot and settling time and voltage controller are no overshoot and settling time which is 10 times longer than current controller. The design is verified from the step input response. The designed controllers have unity power factor characteristics and thus can improve the power quality of the grid. It also has fast response time and zero steady state error.