RnDCircle Logo
김성민 연구실
한양대학교 전자공학부 김성민 교수
전력변환 컨버터
ZVS
고주파 변압기
연구 영역
기본 정보
논문·특허
과제
구성원

김성민 연구실

한양대학교 전자공학부 김성민 교수

김성민 연구실은 전자공학부 관점에서 전력전자 시스템의 설계와 제어를 수행합니다. 비대칭/듀얼 액티브 브리지 및 Four-Switch Buck-Boost 계열에서 ZVS를 유지하기 위해 누설 인덕턴스, 변압기 turn-ratio, PWM 및 음의 오프셋 전류 생성 기법을 모델링·최적화합니다. 또한 LCL 필터 기반 계통연계 인버터와 shunt 능동전력필터에서 고조파 지령 보정과 능동댐핑·패시비티 이론을 적용하여 약전원 및 공진 변동 조건에서도 안정성을 확보합니다. 아울러 SiC 반도체 소자를 활용한 Solid-State Transformer와 HVDC용 모듈형 컨버터스테이션 기술을 대상으로 검증을 수행합니다.

전력변환 컨버터ZVS고주파 변압기Solid-State Transformer모듈형 컨버터
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
격리형 ZVS 컨버터에서 누설 인덕턴스·권선비·기생성분을 고려한 소프트스위칭 설계 연구 thumbnail
격리형 ZVS 컨버터에서 누설 인덕턴스·권선비·기생성분을 고려한 소프트스위칭 설계 연구
Soft-switching ZVS design for isolated converters considering leakage inductance, turn-ratio, and pa
연구 분야 상세보기
연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
논문 전체보기
1
Article
|
·
인용수 4
·
2025
Accurate Harmonic Current Control for Large-Capacity LCL-Type Active Power Filter With Inverter-Side Current Feedback
Deokyong Woo, Sungmin Kim
IF 4.5 (2025)
IEEE Transactions on Industry Applications
LCL 필터에서 인버터 측 전류와 계통(그리드) 측 전류의 차이로 인해, Inverter-side Current Feedback (ICF) 구성의 능동전력필터(Active Power Filter, APF)는 비선형 부하로 인해 발생하는 고조파 전류를 정확하게 공급하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 스위칭 주파수가 낮은(5 kHz 이하) 대용량 APF의 경우, LCL 필터의 공진 주파수는 통상 2.5 kHz 이하로 설계되는데, 이는 계통 표준이 명시하는 고조파 규제에 부합하기 위해 권장되는 최대 고조파 전류 차수 50th(3 kHz)보다 낮다. 그 결과, ICF 구성을 갖는 대용량 APF가 계통 표준의 이러한 권장사항을 만족시키기는 어렵다. 이를 해결하기 위해 본 논문은 인버터 측 전류와 계통 측 전류의 차이의 전달함수에 기반하여 고조파 전류 기준을 수정하는 방법을 제안하였으며, 이를 통해 ICF 구성에서도 정확한 고조파 전류 공급이 가능하도록 하였다. 제안된 방법은 LCL 필터 파라미터에 의존하므로, 파라미터 변동을 고려한 상세한 성능 평가를 수행하였고, 제안 방법의 유효성을 검증하였다. 시뮬레이션과 실험을 통해 제안 방법을 적용하면 개별 고조파 왜곡(Individual Harmonic Distortion, IHD)과 총 고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion, THD) 모두가 효과적으로 개선됨을 확인하였다.
https://doi.org/10.1109/tia.2025.3542006
Active filter
Harmonic
Control theory (sociology)
Current (fluid)
Inverter
Total harmonic distortion
Power (physics)
Volt-ampere
Power factor
Active power filter
2
Article
|
·
인용수 1
·
2025
Capacitor Current Differential Feedback Active Damping to Enhance Robustness of LCL-Type Inverters under Weak Grid Conditions
Deokyong Woo, Sungmin Kim
IF 4.5 (2025)
IEEE Transactions on Industry Applications
커패시터 전류 피드백(Capacitor Current Feedback, CCF)-능동 감쇠(Active Damping, AD)는 LCL 필터 공진을 효과적으로 감쇠하면서도 구현이 간단하여 널리 채택되고 있다. 그러나 CCF-AD는 디지털 제어 지연으로 인해 잠재적인 불안정성 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로, CCF-AD는 주파수 의존적인 가상 임피던스를 형성하며, 디지털 제어 지연은 가상 저항이 샘플링 주파수의 1/6( fs/6) 이상 구간에서 음의 값을 갖도록 만들 수 있다. 이러한 음의 가상 저항은 개루프 전달함수에 불안정 극을 유도하여 제어 루프에서 비최소위상(Non Minimum Phase, NMP) 거동을 초래할 수 있다. NMP 시스템은 엄격한 안정성 조건을 요구하며, 격자(그리드) 인덕턴스가 크게 변할 수 있는 약한 그리드 조건에서는 이를 만족시키기가 어렵다. 그 결과, 제어 루프는 그리드 인덕턴스 변화에 따라 쉽게 불안정해질 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 양의 가상 저항 영역(Positive Virtual Resistance Region, PVRR)을 확장해야 한다. 본 논문은 커패시터 전류 피드백 경로에 미분기를 삽입하여 PVRR을 샘플링 주파수의 1/3( fs/3)까지 확장하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에 대한 상세한 수학적 분석을 z-도메인에서 제시하고, 이론적 결과는 실험적 검증을 통해 확인한다.
https://doi.org/10.1109/tia.2025.3625868
Control theory (sociology)
Inductance
Capacitor
Robustness (evolution)
Transfer function
Differentiator
Grid
Filter capacitor
Automatic frequency control
Digital control
3
Article
|
인용수 1
·
2025
Development of medium voltage single‐phase solid‐state transformer for high‐speed railway vehicles: Reduced scale verification results
Donguk Kim, Jin‐Hyuk Park, Seung‐Hwan Lee, Sungmin Kim
IF 4.9 (2025)
High Voltage
본 논문은 25 kV 교류 철도 응용을 위해 설계된 고전력밀도 고체변압기(SST)를 제시하며, 견인 인버터에 3 kV 직류 출력을 제공한다. SST는 입력-직렬–출력-직렬 구조를 채택한 서브-모듈로 구성되며, 1.7 kV 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 SiC 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 사용하여 1.7 kV를 초과하는 고전압 스위치(>1.7 kV)에 의존하는 기존 토폴로지보다 더 높은 전력밀도를 제공한다. 이러한 고전압 SiC MOSFET는 아직도 고가이며 완전히 상용화되지 않았으므로, 제안된 접근은 보다 비용 효율적인 대안을 제공한다. 총 42개의 컨버터 셀은 고도로 모듈화되고 확장 가능한 설계를 보장하며, EtherCAT 기반 통신 네트워크를 통해 정밀한 동기화와 고속 제어를 구현한다. 또한 모듈 단위 동작에 대해 통신 링크에 대한 과도한 의존을 완화하기 위해 분산 제어 알고리즘을 도입한다. 설계 및 제어 방식까지 포함한 전체 시스템의 유효성은 단일 컨버터 셀부터 최대 3개의 서브-모듈로 구성된 축소 SST 프로토타입에 이르기까지 실험적으로 검증되었다. 이러한 결과는 철도 견인 응용에서 제안된 SST의 전력밀도, 비용 효율성 및 신뢰성 측면에서의 실현 가능성과 이점을 확인해 준다.
https://doi.org/10.1049/hve2.70061
Modular design
Transformer
Voltage
Scalability
Electronic engineering
Electrical engineering
Power density
Transistor
Computer science
Engineering
최신 정부 과제
13
과제 전체보기
1
2025년 3월-2028년 12월
|4,062,690,000
20MW급 10kV 중대형 선박용 고전압 대용량 직류시스템 개발
[최종목표]ㅇ중대형 선박용 고전압 대용량 직류 전력시스템 개발 [1차년도 목표]ㅇ고전압 대용량 직류시스템 설계ㅇ반도체 변압기 및 가변속 발전기 정류 시스템 설계[2차년도 목표]ㅇ고전압 직류시스템 운용 방안 개발ㅇ반도체 변압기 및 가변속 발전기 정류 시스템 시작품 제작ㅇ고전압 직류 보호시스템 개발[3차년도 목표]ㅇ고전압 직류 전력시스템 HILS Testㅇ반도...
고전압 직류배전
반도체변압기
가변속발전
직류 보호시스템
전기추진 선박
2
주관|
2022년 8월-2026년 12월
|2,291,400,000
특고압 직류수전용 2MW급 모듈형 컨버터스테이션 기술개발
본 과제는 초고속 충전소, 데이터센터 등 대용량 직류 전력 수요처에 안정적으로 전기를 공급하기 위해, 특고압 직류를 2MW급으로 변환하는 모듈형 컨버터스테이션을 개발하는 연구임. 연구 목표는 컨버터스테이션 단위 모듈 상세 설계 및 제어 시스템 제작, 고주파 변압기(MFT) 설계 및 시제품 제작, 축소 모델을 통한 고효율 스위칭 기법 성능 평가와 Full-scale 시험 환경 구축임. 핵심 연구 내용은 분산 제어 플랫폼 및 고속 통신 개념 설계, MVDC/LVDC 컨버터스테이션 HILS 모델링, MFT 시뮬레이션 및 최적 형상 설계, 강화학습 기반 최적 스위칭 기법 탐구 및 제어 알고리즘 검증을 포함함. 기대 효과는 MVDC 계통의 대용량 직류 부하 대응 효율 증대, 전력 손실 저감 및 에너지 변환 효율 향상임. 더불어 국내 시험 및 인증 체계 구축으로 시장 진입 기간 단축 및 신재생 발전원 수용성 확대에 기여하며, 컨버터스테이션 국산화를 통한 국가 경쟁력 강화 및 일자리 창출 효과를 전망함.
컨버터스테이션
특고압 직류
고주파 절연
모듈형 컨버터
실시간 시뮬레이션
3
2022년 8월-2026년 12월
|2,433,508,000
특고압 직류수전용 2MW급 모듈형 컨버터스테이션 기술개발
o 특고압 직류수전용 2MW급 모듈형 컨버터스테이션 개발 (입력전압 37.4kVdc, 출력전압 1,500 Vdc) - 개념/기본 설계, 단위모듈 상세 설계/제작, 전체 시스템 상세 설계/제작, 시험평가 기술개발, 시험평가/검증o 컨버터스테이션용 고주파 절연 변압기 절연 설계 및 시뮬레이션 검증, 성능/특성 검증시험o 핵심부품 최적설계 및 고효율 스위칭 ...
컨버터스테이션
특고압 직류
고주파 절연
모듈형 컨버터
실시간 시뮬레이션
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2025반도체 변압기, 반도체 변압기 제어 장치 및 방법1020250152502
등록2022고주파 변압기를 사용하는 모듈형 멀티레벨 컨버터1020220017284
등록2019임피던스 매칭을 이용한 과전류 제어 장치1020190120731
전체 특허

반도체 변압기, 반도체 변압기 제어 장치 및 방법

상태
공개
출원연도
2025
출원번호
1020250152502

고주파 변압기를 사용하는 모듈형 멀티레벨 컨버터

상태
등록
출원연도
2022
출원번호
1020220017284

임피던스 매칭을 이용한 과전류 제어 장치

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190120731