반도체 변압기 기반 모듈형 MVDC/HVDC 전력변환

Solid-State Transformer and Modular MVDC/HVDC Power Conversion

연구 내용

반도체 변압기와 모듈형 컨버터스테이션의 절연 변압기 설계 및 모듈 제어 구조를 통합하여 고전압 대용량 전력변환 시스템을 구현하는 연구

고전압 직류 배전과 철도 견인 적용을 목표로 반도체 변압기(SST)와 모듈형 컨버터스테이션을 설계하는 연구를 수행합니다. 중간주파 변압기 기반의 절연 구조와 모듈 분산 토폴로지를 구성하고, 장치 간 동기화와 고속 통신을 포함한 제어 계층을 정립합니다. 또한 스위칭 소자의 전압·전류 조건을 고려한 듀얼 액티브 브리지(DAB) 및 트리플 액티브 브리지(TAB) 계열 토폴로지에서 누설 인덕턴스 및 펄스폭 제어를 최적화하여 ZVS 영역과 효율을 동시에 확보하는 방향으로 연구를 진행합니다. 완성품 및 축소 모델 검증과 HILS 기반 시험평가를 연계하여 설계 타당성을 확보합니다.

관련 프로젝트

9건

연구 흐름

초기에는 모듈형 SST의 제어 구조와 전압 밸런싱 없이도 운전 가능한 제어 방식, 다중 포트 DAB 계열에서의 동작 특성 확보에 집중했습니다. 이후 TAB 및 DAB 토폴로지에서 누설 인덕턴스 산정 기준을 정리하여 ZVS 영역을 확장하고, 펄스폭 변조 기법으로 스위칭 동작의 안정성과 손실 저감을 검토했습니다. 2022년 이후에는 MVDC/LVDC 컨버터스테이션의 모듈 직병렬 토폴로지와 고주파 절연 변압기(MFT) 설계, 그리고 분산 제어 및 통합 검증을 프로젝트로 확장했습니다. 최근에는 25kV급 철도용 SST의 실험 검증을 수행하여 모듈 스케일업 적용성을 확인하고 있습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

25kV급 철도 견인용 SST 설계
MVDC 모듈형 컨버터스테이션 구축
고주파 절연 변압기(MFT) 최적 형상 설계
모듈 분산 제어 및 HILS 기반 시험평가
누설 인덕턴스 기반 ZVS 영역 확장
EtherCAT 기반 모듈 동기화 제어
다중 포트 DC-DC 전력 흐름 제어
고전압 DC 계통보호용 반도체 차단기 운전
컨버터 일체형 경량화 패키징 설계
AC/DC/DC/AC 변환 아키텍처 효율 개선