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해양시설물용 복합전력 생산시스템의 설계에 관한 연구

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Academic year: 2023

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해양발전시스템은 용량에 따라 대용량과 소용량으로 구분됩니다. 따라서 해양에 설치되는 대부분의 풍력발전단지는 대용량의 전력을 생산하기 위해 개발되고 있다.

해양시설물용 발전시스템

태양광 발전시스템

  • 발전 특성
  • 태양광 발전시스템 모델링

또한, 는 태양전지의 출력 전류와 출력 전압의 비율이다. 태양전지를 직렬로 연결하면 출력전류와 출력전류가 같아진다.

Figure  2.2  Equivalent  circuit  of  photovoltaic  cell                      during  open  circuit  (        ∞)
Figure 2.2 Equivalent circuit of photovoltaic cell during open circuit (        ∞)

파력 발전시스템

  • 진동수주형 파력 발전특성
  • 진동수주형 파력 발전시스템 모델링

해상 파력에너지 발전에서는 일시적인 파동의 출현과 소멸 등 파도의 변화가 급격하게 진행됩니다. 진동하는 수주파 에너지 발전 시스템의 모델링.

Figure  2.5는  진동수주형(Oscillating  water  column)  파력  발전의  해상  부유 식을  나타낸  것이다.  진동수주  움직임에  따라  진동수주  챔버  내부  공기가  압축  팽창하면서  상부  터빈으로  공기의  입/출입  유동이  발생하게  된다
Figure 2.5는 진동수주형(Oscillating water column) 파력 발전의 해상 부유 식을 나타낸 것이다. 진동수주 움직임에 따라 진동수주 챔버 내부 공기가 압축 팽창하면서 상부 터빈으로 공기의 입/출입 유동이 발생하게 된다

복합 발전시스템

  • 복합 발전시스템의 구조
  • 독립형 발전시스템

그러다가 선간전압이 축전지 전압보다 낮아지면 발전기의 자기인덕턴스 에 저장된 에너지가 부하로 유입되어 전류가 흐르게 된다. 재생 가능 에너지원의 전력 출력은 비선형적입니다. 발전기가 최대 출력을 내는 전압이 축전지 전압보다 낮거나 높으면 축전지를 충전할 수 없거나 최대 전력으로 충전할 수 없습니다.

각 전원의 최대 전력으로 축전지를 충전하기 위해 그림 2.15와 같은 전력 구조를 제안한다.

Figure  2.9  Diode  rectifier  with  a  load
Figure 2.9 Diode rectifier with a load

전력제어시스템 설계

태양광 발전용 제어시스템

  • 전력시스템 설계
  • 스위칭 드라이버 설계

축전지 전압이 변하지 않는다면, PWM의 전력비를 변화시켜 태양전지의 출력전압을 제어할 수 있다. 태양광발전기 전력제어기는 태양전지의 출력전압을 제어하여 태양전지의 최대 출력을 생성할 수 있습니다. 전원 장치를 켜려면 MOSFET의 소스 전압보다 낮은 전압을 인가하십시오.

MOSFET 스위칭 회로는 이렇게 증가된 전압을 사용하여 제어됩니다.

Figure  3.2  Structure  of  PV  power  controller
Figure 3.2 Structure of PV power controller

파력 발전용 제어시스템

  • 전력시스템 설계
  • 스위칭 드라이버 설계

발전기가 낮은 회전 속도로 일관되게 회전하면 발전기의 출력 전압은 축전지 전압보다 낮아집니다. 이에 따라 발전기의 유도전압이 출력전압보다 낮은 경우에도 발전이 가능하다. 부스터 컨버터는 다이오드를 통해 축전지와 연결되기 때문에 출력전압이 높다.

파력발전용 전력제어기의 부스터 컨버터는 출력전압이 5V 미만인 지역에서는 작동하지 않습니다.

Figure  3.4  Structure  of  wave  power  controller
Figure 3.4 Structure of wave power controller

복합 발전 제어시스템

축전지가 충전되면 전압이 점차 증가합니다. 배터리가 과충전되면 수명이 단축됩니다. 축전지가 보유해야 하는 전력량이 증가할수록 축전지의 용량도 증가해야 합니다.

배터리 용량은 큰 케이스 크기에 따라 선택해야 합니다.

Figure  3.6  Structure  of  separable  battery
Figure 3.6 Structure of separable battery

전력제어알고리즘 및 발전원 시뮬레이션

전력제어알고리즘

  • 태양광 발전
  • 파력 발전
  • 복합 발전

P&O 제어 기술에서는 이전 출력 전력과 현재 출력 전력을 비교하여 최대 출력을 달성합니다. 그런 다음 P&O 제어 기술을 사용하여 최적의 출력 지점을 추적합니다. 본 논문에서는 파력에너지 생성을 위한 제어 알고리즘으로 P&O 제어 기법을 적용한다.

파동발전전력 레귤레이터는 P&O 제어 알고리즘을 이용하여 전력비를 제어하고, 발전기의 출력전압 및 전류를 제어한다.

Figure  4.1  P&O  algorithm  flowchart
Figure 4.1 P&O algorithm flowchart

발전원 시뮬레이션

  • 태양광 발전
  • 파력 발전

시뮬레이션에 사용된 태양전지의 상수는 그림 4.12와 같은 값을 사용하였다. 본 논문에서는 이를 위해 태양전지를 시뮬레이션하고 실험을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 보완하기 위해 그림 4.19와 같이 육상에서 실험을 수행하였다.

파력발전 장비의 실험을 위해 그림 4.22와 같이 파력발전 시뮬레이터를 구축하였다.

Figure  4.13  MPPT  simulation  result  of  V-I  curve
Figure 4.13 MPPT simulation result of V-I curve

실험 및 고찰

실험 환경

상자를 방열판으로 사용할 수 있도록 상자 내부에 전원 장치가 부착되었습니다. 내부 컨트롤러와 외부 장치는 방수 커넥터를 통해 연결됩니다. 해상에서 복합발전전력제어기의 전압 및 전류 측정값을 무선통신을 통해 육상의 무선통신 중계기로 전송하고, 무선중계기는 이를 TCP/IP 통신으로 변환하여 측정값을 데이터로 저장한다. 획득 컴퓨터.

실험용 등부표 전체의 측정 및 관찰주기는 1분으로 테스트하였다.

Figure  5.1  Structure  of  hybrid  power  system  for  buoy
Figure 5.1 Structure of hybrid power system for buoy

실험 결과

  • 태양광 발전
  • 파력 발전
  • 복합 발전

복합사이클 발전의 실험 결과를 알아보기 위해 출력전압, 전류, 부하에 의해 소모되는 전류, 각 전류제어기의 축전지 충전전류 및 전압을 측정하였다. 충전은 각 전류원의 전압이 배터리 전압보다 높은 전압으로 발전할 때만 가능합니다. 충전하는 동안 충전되는 전원에 따라 배터리 전압이 변동하는 것을 볼 수 있습니다.

각 출력전력은 태양광 및 파력발전 전력제어기의 출력단에서 측정됩니다.

Figure  5.5  Experiment  results  by  pv  power  controller  on  cloudy  day
Figure 5.5 Experiment results by pv power controller on cloudy day

복합 발전시스템 고찰

생성된 전류량과 부하 소비 사이의 시간이 동일하므로 축전지가 처리해야 하는 전류량이 감소합니다. 따라서 두 개의 발전 시스템을 동시에 설치하면 발전의 안정성을 높일 수 있습니다. 그러나 그림 5.12에서 보는 바와 같이 파력발전은 언제든지 발전이 가능하므로 부하가 일정한 경우 파력발전을 이용하면 태양광 발전에 비해 배터리 용량을 줄일 수 있다.

Figure  5.11에서  알  수  있듯이  태양광과  파력  발전은  일별  전력발전량에서  서로  상호  보완적인  특성을  갖는  것을  알  수  있다
Figure 5.11에서 알 수 있듯이 태양광과 파력 발전은 일별 전력발전량에서 서로 상호 보완적인 특성을 갖는 것을 알 수 있다

결론

저는 학부를 졸업하고 호기심과 뭔가 다른 것을 추구하기 위해 대학원에 입학했습니다. 저를 학부과정에서 지도해주신 오진석 교수님 감사드립니다. 심사교수님들의 비판과 관심이 없었다면 지금의 논문은 나오지 못했을 것이라고 생각합니다.

부족한 저의 졸업논문에 관심을 가져주셔서 감사드립니다.

수치

Figure  2.3  Characteristic  of  photovoltaic  cell                  due  to  the  changed  resistance
Figure  2.4  V-I  curve  of  combination  PV  panel                                   (same  direction)
Figure  2.10  Waveform  of  diode  rectifier  with  a  resistive  load
Figure  2.12  Structure  of  cascaded  H-bridge  multi  level  inverter  (5-level)
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참조

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