본 연구실은 고효율·고전력밀도 전력변환장치의 설계와 제어를 핵심 연구 주제로 삼고 있으며, 특히 Dual-Active Bridge(DAB) 계열의 절연형 양방향 DC-DC 컨버터에 대한 심도 있는 연구를 수행하고 있다. DAB 컨버터는 DC 마이크로그리드, 에너지저장장치, 전기차 충전 인프라, 고전력 직류 배전 시스템 등에서 매우 중요한 역할을 하므로, 넓은 부하 범위에서 높은 효율과 안정적인 동작을 동시에 확보하는 것이 핵심 과제이다. 연구실은 순환전류를 줄이면서도 소프트 스위칭 조건을 넓게 확보할 수 있는 변조 및 제어기법을 개발하여 실제 시스템 적용 가능성을 높이고 있다. 구체적으로는 triple-phase-shift, single-phase-shift, instantaneous pulse pattern control 등 다양한 변조 전략을 기반으로 RMS 전류 최소화, ZVS(Zero-Voltage Switching) 확장, 과도응답 개선, 변압기 및 기생성분을 고려한 정밀 해석을 진행한다. 특히 MOSFET 기생 커패시턴스의 비선형 특성, 데드타임 동안의 동적 거동, 자화 인덕턴스와 누설 인덕턴스의 상호작용까지 반영한 종합적인 해석을 통해 기존의 단순화된 접근보다 더 현실적인 제어 설계를 제시한다. 이러한 연구는 20kW급 SiC 기반 DAB 실험 시스템에서 높은 효율을 검증한 성과로 이어지고 있으며, 학술적으로도 우수한 영향력을 보이고 있다. 이 연구는 차세대 DC 전력망과 전동화 시스템에서 요구되는 고효율 전력인터페이스 기술의 기반을 제공한다. 연구실의 접근은 단순히 회로 토폴로지를 제안하는 수준을 넘어, 제어 알고리즘·디지털 구현·실험 검증을 통합하는 시스템 수준 연구라는 점에서 강점이 있다. 향후에는 SiC, GaN 등 차세대 전력반도체와 결합하여 더 높은 스위칭 주파수, 더 작은 수동소자, 더 우수한 동특성을 갖는 전력변환기를 구현함으로써 고압 직류배전, ESS, 전기추진, 산업용 드라이브 등으로 응용 범위를 지속적으로 확대할 것으로 기대된다.

본 연구실은 재생에너지 및 전력전자 기반 자원의 확대에 따라 중요성이 커지고 있는 그리드포밍(grid-forming) 인버터의 제어와 안정도 향상 기술을 활발히 연구하고 있다. 기존 전력계통은 동기발전기가 전압과 주파수의 기준을 형성했지만, 인버터 기반 전원이 증가하면서 계통의 관성 저하, 단락용량 감소, 전압 및 주파수 불안정 문제가 두드러지고 있다. 이에 따라 연구실은 인버터가 능동적으로 계통 형성 능력을 갖추고, 정상 상태와 이상 상태 모두에서 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 제어 구조를 개발하고 있다. 주요 연구 내용은 전류 제한 상황에서의 과도 안정도 향상, anti-windup 기반 가상 임피던스 조정, 음의 상분 관점에서의 공진 및 불안정성 규명, 가상 관성 및 주파수 지원 제어, fault ride-through 성능 개선 등으로 구성된다. 특히 가상 임피던스는 계통 상호작용과 전류 제한 성능을 결정하는 중요한 요소인데, 연구실은 이를 정적으로 두지 않고 상황에 따라 조정 가능한 형태로 설계하여 정상 운전과 사고 상황 간 전환 시의 연속성과 안정성을 동시에 확보하고자 한다. 또한 제어 지연과 음의 주파수 영역에서 나타나는 비수동성 문제를 분석하여, 실제 계통 연계 운전에서 발생할 수 있는 고조파 공진과 불안정 현상을 체계적으로 해석하고 실험적으로 검증하고 있다. 이러한 연구는 분산에너지 자원이 대규모로 연계되는 미래 전력망에서 계통 신뢰도를 유지하기 위한 핵심 기술로 연결된다. 연구실의 성과는 단순한 인버터 제어 개선을 넘어, 약한 계통(weak grid) 환경에서도 안정적인 전압원 역할을 수행할 수 있는 차세대 전력변환 시스템의 구현으로 이어진다. 향후에는 재생에너지, 에너지저장장치, 마이크로그리드, 전기차 충전기 등의 다양한 자원을 통합하는 그리드포밍 플랫폼으로 확장되어 탄소중립 전력시스템 구축에 기여할 가능성이 크다.

본 연구실은 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)를 중심으로 한 대용량 전력변환 시스템과 DC 그리드 응용 기술을 중점적으로 다루고 있다. MMC는 고전압·대용량 응용에 적합한 구조로서, 고압 직류송전(HVDC), 중전압 직류배전(MVDC), 대형 드라이브, 선박 전기추진, 컨버터 스테이션 등에 폭넓게 활용될 수 있다. 연구실은 이러한 시스템에서 요구되는 고신뢰성, 고효율, 확장성, 유지보수성 등을 동시에 만족시키기 위해 토폴로지 설계와 제어 기술을 함께 연구하고 있다. 대표적으로 특고압 직류배전용 20MW급 MMC 방식 컨버터스테이션, MVDC-MVDC 변환기, 고압 드라이브 제어시스템, 직류 전력망 연계형 전력변환 플랫폼 개발에 참여하고 있다. 또한 단일 스타형 멀티레벨 컨버터와 지그재그 변압기를 결합한 E-STATCOM 토폴로지, 다중 직류단을 가지는 양방향 AC/DC 변환 시스템, 클러스터 에너지 밸런싱 제어 등 새로운 구조와 운전 방법을 제안하고 있다. 이 과정에서 전압 합성, 셀 커패시터 전압 균형, 영순환 전압 주입, 영상분 전류 경로 형성, 절연 변압기 연계 등 고전압 시스템 특유의 복합적인 설계 문제를 체계적으로 해결하고 있다. 이 연구는 미래형 AC/DC 하이브리드 배전망과 대용량 산업 전력변환 인프라의 실현에 직접적으로 연결된다. 연구실은 실제 산업체 및 연구기관과의 대형 공동연구를 통해 실용화를 지향하고 있으며, 연구 결과는 컨버터 스테이션, 전기추진 선박, 고압 드라이브, 계통 보상 장치 등 다양한 산업 응용으로 이어질 수 있다. 궁극적으로는 차세대 DC 그리드의 핵심 전력변환 기술을 확보하고, 대규모 분산전원과 에너지저장장치를 유연하게 통합할 수 있는 전력전자 기반 인프라 구축에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.