전력변환 기반 전기추진 및 하이브리드 전원 시스템의 실시간 모델링·제어 연구

Real-Time Modeling and Control Research for Power-Conversion Based Electric Propulsion and Hybrid Power Systems

연구 내용

MVDC 전기추진 시스템과 연료전지 하이브리드 UAV, 전력변환 컨버터를 대상으로 통합 시뮬레이션과 실시간 테스트 환경을 구축하고 전류 리플·전력 분배 성능을 최적화하는 연구

전기추진과 분산 전원 시스템에서는 발전원, 배터리, 전동기, 전력전자 컨버터가 결합된 동특성으로 인해 설계 검증 비용이 증가합니다. 본 연구는 MATLAB/Simulink 기반의 통합 모델을 구성하여 기계 요소와 전기 요소를 동시에 반영하고, 에너지 저장 유무 및 하중 변동 조건에서 손실과 응답 일관성을 검증합니다. 또한 2단 전력변환 시스템에서 인터리브 동작이 유도 전류 리플과 손실에 미치는 영향을 해석하고, PWM 계통 측의 DC 링크 전압을 제어 변수로 두어 리플을 저감하는 방식을 제안합니다. 더불어 KDECAN 통신을 활용한 실시간 시뮬레이션 환경으로 프로펠러 구동 장치 제어 알고리즘의 적용 가능성을 확인합니다.

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연구 흐름

초기에는 MVDC 기반의 전기추진 시스템을 대상으로 발전기-배터리-모터-전력전자 구성요소를 포함한 전기 해석용 전체 시뮬레이션 모델을 구축하여 통합 설계 검증 절차를 정립합니다. 이후 컨버터 레벨에서는 2단 전력변환 구조에서 인터리브 운전으로 발생하는 리플 증가 메커니즘을 수학적으로 분석하고, 듀티 및 DC 링크 전압 제어로 리플 최소화 조건을 도출합니다. 이어서 UAV의 실시간 제어 검증을 위해 KDECAN 기반 실시간 시뮬레이션 환경을 구성하고, 연료전지 다중 스택과 배터리를 동시에 운용하는 하이브리드 전원에 대해 전력 분배 및 결함 상황에서의 출력 웨이브폼 안정성을 평가합니다. 최근에는 전기추진 탱커의 동특성 시뮬레이션으로 대형 플랫폼으로 확장합니다.

활용 가능성

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

MVDC 전기추진 통합 설계
배터리 유무에 따른 운전 성능 평가
에너지 저장 기반 과도 하중 응답 분석
인터리브 컨버터 전류 리플 저감
DC 링크 전압 제어 최적화
연료전지-배터리 하이브리드 전력 분배
스택 비대칭 및 결함 대응 제어
KDECAN 기반 실시간 HIL 검증
프로펠러 구동 제어 알고리즘 검증
대형 전기추진 플랫폼 동특성 모델링