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김성민 연구실
한양대학교 전자공학부 김성민 교수
반도체 변압기
모듈형 MVDC/HVDC 컨버터스테이션
고주파 절연 변압기
연구 영역
기본 정보
논문·특허
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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.

반도체 변압기모듈형 MVDC/HVDC 컨버터스테이션고주파 절연 변압기Zero-Voltage SwitchingLCL-type 인버터 제어
대표 연구 분야
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반도체 변압기 기반 모듈형 MVDC/HVDC 전력변환 thumbnail
반도체 변압기 기반 모듈형 MVDC/HVDC 전력변환
Solid-State Transformer and Modular MVDC/HVDC Power Conversion
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
|
인용수 2
·
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
Abstract This paper presents a high‐power‐density solid‐state transformer (SST) designed for 25 kV alternative current railway applications, delivering a 3 kV direct current output to traction inverters. The SST is composed of sub‐modules with the adoption of 1.7 kV insulated gate bipolar transistor and SiC metal oxide field effect transistor (MOSFET) in an input‐series–output‐series structure, providing higher power density than conventional topologies that rely on high‐voltage switches (>1.7 kV). Because these high‐voltage SiC MOSFETs are still expensive and not fully commercialised, the proposed approach offers a more cost‐effective alternative. A total of 42 converter cells ensure a highly modular and scalable design, with precise synchronisation and high‐speed control achieved through an EtherCAT‐based communication network. Additionally, a distributed control algorithm is introduced, mitigating excessive dependence on the communication link for module‐level operations. The effectiveness of the entire system—including the design and control schemes—has been experimentally verified, ranging from individual converter cells to a reduced SST prototype of up to three sub‐modules. These results confirm the feasibility and advantages of the proposed SST in terms of power density, cost efficiency and reliability for railway traction applications.
https://doi.org/10.1049/hve2.70061
Modular design
Transformer
Voltage
Scalability
Electronic engineering
Electrical engineering
Power density
Transistor
Computer science
Engineering
2
Article
|
·
인용수 7
·
2025
Accurate Harmonic Current Control for Large-Capacity LCL-Type Active Power Filter With Inverter-Side Current Feedback
Deokyong Woo, Sungmin Kim
IF 5.2 (2025)
IEEE Transactions on Industry Applications
Due to the difference between inverter-side and grid-side currents in theLCLfilter, an Active Power Filter (APF) with an Inverter-side Current Feedback (ICF) configuration may struggle to accurately supply harmonic currents caused by nonlinear loads. In a large-capacity APF operating at low switching frequencies (5 kHz or less), the resonant frequency of theLCLfilter is typically designed to be 2.5 kHz or less, which is below the recommended maximum harmonic current order of the 50th(3 kHz) to meet harmonic regulations specified by grid standards. As a result, meeting these grid standard recommendations becomes challenging for a large-capacity APF with ICF configuration. To address this issue, this paper proposed a method for modifying the harmonic current reference based on the transfer function of the difference between inverter-side and grid-side currents, enabling accurate harmonic current supply even with the ICF configuration. Since the proposed method depends onLCLfilter parameters, a detailed performance evaluation accounting for parameter variations was conducted, and the effectiveness of the proposed method was validated. Through simulations and experiments, it was confirmed that applying the proposed method effectively improves both Individual Harmonic Distortion (IHD) and Total Harmonic Distortion (THD).
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
3
Article
|
·
인용수 4
·
2025
Capacitor Current Differential Feedback Active Damping to Enhance Robustness of LCL -Type Inverters Under Weak Grid Conditions
Deokyong Woo, Sungmin Kim
IF 5.2 (2025)
IEEE Transactions on Industry Applications
Capacitor Current Feedback (CCF)-Active Damping (AD) is widely adopted due to its effective attenuation of LCL filter resonance and its straightforward implementation. However, CCF-AD suffers from potential instability issues arising from digital control delays. Specifically, CCF-AD forms a frequency-dependent virtual impedance, and digital control delays can cause the virtual resistance to become negative in frequency ranges above one-sixth of the sampling frequency (fs/6). These negative virtual resistances can introduce unstable poles into the open-loop transfer function, leading to Non Minimum Phase (NMP) behavior in the control loop. NMP systems require strict stability conditions, which are difficult to satisfy under weak grid conditions where the grid inductance can vary significantly. As a result, the control loop can easily become unstable under variations in grid inductance. To address this issue, the Positive Virtual Resistance Region (PVRR) must be extended. This paper proposes extending the PVRR up to one third of the sampling frequency (fs/3) by inserting a differentiator into the capacitor current feedback path. A detailed mathematical analysis of the proposed method is presented in the z-domain, and the theoretical results are validated through experimental verification.
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
최신 정부 과제
16
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1
2026년 4월-2029년 12월
|2,970,500,000
MW급 10kV 고전압 직류 시스템용 반도체 차단기 개발
o 20MW급 10kV 이상 고전압 직류 시스템용 반도체 차단기 개발- MVDC SSCB 서브모듈 설계 및 구성 기자재 개발- MVDC SSCB 서브모듈 패키징 기술개발 및 구성기자재 개발- MVDC SSCB 성능검증 결과확보
선박 직류 전력시스템
반도체 차단기
고전압 직류
DC 계통보호
직류 고속 차단
2
2025년 4월-2028년 12월
|4,365,258,000
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
3
2025년 4월-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
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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
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
고효율전력변환
3cm 공극에서도 97.3% 효율의 100kW 절연형 전력변환
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철도전력
4.2MW 고속철도용 반도체 변압기 제어
AI 요약 확인하기
ZVS최적화
ZVS 영역을 최대 62% 확장한 다포트 컨버터 설계
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계통안정성
약전원에서도 흔들리지 않는 LCL 인버터 안정화
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DC배전
통신 없이 전압·전류를 공유하는 MVDC 컨버터스테이션
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고장보호
DC 고장 보호부터 소프트 재폐로까지
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