Research | Energy Mechatronics Lab.

Overview

Energy Grid, Micro & Smart Grid, DC Grid의 핵심 요소인 스마트 전력기기와 신재생에너지의 성능 및 안정성 향상을 목표로 합니다. 고효율 · 양방향 · 절연형 전력변환을 위한 DAB 컨버터와 고주파 변압기를 설계하고, 태양광 · P2H 시스템의 출력 향상과 고장 진단 기술을 개발합니다.

We aim to improve the performance and reliability of smart power equipment and renewable energy — key elements of energy grids, micro & smart grids, and DC grids. We design DAB converters and high-frequency transformers for efficient, bidirectional, isolated power conversion, and develop output-enhancement and fault-diagnosis techniques for PV and P2H systems.

01 DAB 컨버터01 DAB Converters 02 P2H · PV 03 PV 단선 검출03 PV Disconnection 04 DC 아크04 DC Arc 05 인재양성05 Workforce Facilities

Energy Grid research overview — Energy Grid — Industry Convergence, DC Grid, Micro & Smart Grid

AREA 01

DC-DC 컨버터(DAB) 출력 향상 설계 및 고장 진단/예측

DAB(Dual Active Bridge) 컨버터는 고효율, 양방향 전력 흐름, 고주파 절연이 가능해 전기차(OBC · V2G), ESS, 태양광/마이크로그리드, 데이터센터, 철도 및 항공 등 다양한 분야에 사용됩니다.

코어 삽입형 가변인덕턴스 고주파 변압기를 이용한 출력 범위 · ZVS 영역 확장
SiC MOSFET 기생 커패시턴스와 환류 다이오드 특성을 고려한 위상각 보상
DAB 동작 특성을 이용한 누설인덕턴스 온라인 추정 및 고장 예측
리액터 일체형 · 공유형 변압기/리액터 출력밀도 최적 설계

Power-Enhanced Design and Fault Diagnosis/Prognosis of DC-DC Converters (DAB)

Dual Active Bridge (DAB) converters offer high efficiency, bidirectional power flow, and high-frequency isolation, and are used in EVs (OBC · V2G), ESS, PV/microgrids, data centers, railways, and aviation.

Extending the output range and ZVS region with a core-insertion variable-inductance HF transformer
Phase-shift compensation considering SiC MOSFET parasitic capacitance and freewheeling diode characteristics
Online leakage-inductance estimation and fault prognosis using DAB operating characteristics
Power-density-optimal design of integrated and shared transformer/reactor structures

DAB converter experimental setup — DAB 컨버터 실험 환경 (DC 전원, 오실로스코프, 전력분석기, DC 부하)DAB converter test setup (DC source, oscilloscope, power analyzer, DC load)

Variable-inductance HF transformer model — 제안한 가변인덕턴스 고주파 변압기 모델Proposed variable-inductance HF transformer model

Variable-inductance transformer prototype — 코어 삽입 위치 가변 시제품Prototype with adjustable core insertion

Output versus core insertion position — 코어 삽입 위치에 따른 인덕턴스 · 출력 변화Inductance and output versus core insertion position

DAB 컨버터 응용 분야와 요구 특성DAB converter applications and requirements

Leakage inductance calculation flowchart — 온라인 누설인덕턴스 계산 알고리즘Online leakage-inductance calculation algorithm

Leakage inductance measurement — 누설인덕턴스 해석 및 측정 검증Leakage-inductance analysis and measurement validation

Selected: A Novel Structure of Variable Inductance High-Frequency Transformer for Power Level Enhancement in Dual-Active-Bridge Converters, Energies, 2025.02 (SCIE)
Novel Phase Shift Angle Compensation Method of DAB Converter Considering Parasitic Capacitance of SiC MOSFET, IEEE Access, 2024.01 (SCIE)

AREA 02

신재생에너지 성능 향상 — P2H(Power-to-Heat) 시스템

고정 부하를 사용하는 3kW급 P2H 시스템에서 한국 지역별 · 계절별 일사량과 모듈 온도를 고려하여 PV 모듈의 직렬-병렬 구성을 비교하고, 최적 전환점 기반의 재구성형 PV 어레이를 연구합니다.

PV 직·병렬 구성(6S, 3S2P, 2S3P, 6P)과 N-Buck 컨버터 기반 P2H 시스템
지역(강릉 · 서울 · 대전 · 광주 · 부산 · 제주) · 계절별 발전 특성 분석
일사량 최적 전환점 기반 적응형 구성(Adaptive Configuration)
커패시터 충전 특성을 이용한 전류 센서리스 I-V 특성 검출

Renewable Energy Performance — P2H (Power-to-Heat) Systems

For a 3 kW fixed-load P2H system, we compare series-parallel PV module configurations considering regional and seasonal irradiance and module temperature in Korea, and study reconfigurable PV arrays based on optimal switching points.

PV series-parallel configurations (6S, 3S2P, 2S3P, 6P) and an N-Buck converter-based P2H system
Regional (Gangneung · Seoul · Daejeon · Gwangju · Busan · Jeju) and seasonal generation analysis
Adaptive configuration based on optimal irradiance switching points
Current-sensorless I-V curve detection using capacitor charging characteristics

P2H demonstration testbed — P2H 시스템 실증 테스트베드P2H system demonstration testbed

PV 모듈 직·병렬 구성 (6S / 3S2P)PV module series-parallel configurations (6S / 3S2P)

P2H experiment with PV simulator — PV 시뮬레이터를 이용한 P2H 실험P2H experiment using a PV simulator

지역 · 구성별 연간 출력 비교Annual output by region and configuration

Selected: Performance Comparison of PV Module Configurations in a Fixed-Load P2H System Considering Regional and Seasonal Solar Irradiance in Korea, Energies, 2025.06 (SCIE)

AREA 03

PV 단선 위치 검출 시스템

PV 스트링의 모듈과 대지(ground) 사이 기생 커패시턴스가 모듈 수에 비례하는 특성을 이용하여, 단선 고장이 발생한 위치를 현장에서 빠르게 찾아내는 휴대형 검출 장치를 개발합니다.

기생 커패시턴스 감지 알고리즘 기반 단선 위치 추정
다중 주파수 주입법을 이용한 단선 고장 위치 검출
인버터 결합형 · 휴대형 검출 단말기 (특허 등록 · 실용화 과제)

PV Disconnection Fault Localization

Using the fact that the parasitic capacitance between PV modules and ground is proportional to the number of modules, we develop portable detectors that quickly locate disconnection faults in the field.

Disconnection-location estimation based on parasitic-capacitance sensing
Fault localization using the multiple-frequency injection method
Inverter-integrated and portable detection units (patented, commercialization project)

Principle of PV disconnection localization — 기생 커패시턴스를 이용한 단선 위치 검출 시스템 구성Disconnection localization system using parasitic capacitance

Disconnection detection algorithm — 단선 위치 계산 알고리즘Disconnection-location calculation algorithm

단선 위치별 측정 결과 (Case 1–4)Measurement results by fault location (Cases 1–4)

Selected: Localization of Disconnection Faults in PV Installations Using the Multiple Frequencies Injection Method, Energies, 2021.11 (SCIE)

AREA 04

DC 아크 발생기 및 검출 시스템

BIPV 등 DC 기반 태양광 시스템의 화재 위험을 줄이기 위해 표준화된 DC 아크 발생 장치와 아크 고장 검출기를 설계하고, 검출 성능을 실험적으로 검증합니다.

DC 아크 발생기 및 보호회로 설계
아크 고장 검출 알고리즘 및 전용 하드웨어
BIPV 시스템 보호시스템 구성 및 특성 분석

DC Arc Generator and Detection System

To reduce fire risk in DC-based PV systems such as BIPV, we design standardized DC arc generators and arc fault detectors, and experimentally validate their detection performance.

Design of DC arc generators and protection circuits
Arc fault detection algorithms and dedicated hardware
Protection system configuration and characteristic analysis for BIPV

DC arc generator system — DC 아크 발생기 및 검출 시스템 구성DC arc generator and detection system

DC arc detector hardware — 아크 발생 실험 환경 및 검출기 하드웨어Arc test environment and detector hardware

DC arc detection results — 아크 발생 후 신속 검출 결과Fast detection after arc initiation

Selected: BIPV 시스템의 안전성 향상을 위한 아크 고장 검출기 설계 및 특성 분석, 한국산업융합학회 논문집, 2024.12

PROGRAM

지역에너지 인력양성사업

광주 · 전남 지역에너지 클러스터 인재양성 사업(산업통상자원부 · 한국에너지기술평가원, 2021.04–2025.12)을 수행하며 산업체 현장실습, 산학 공동 프로젝트, 산학 공동 R&D를 통해 지역 고급 인재를 양성했습니다.

MOU 체결 · 국가과제 수행 · 기술이전 · 취업 연계
대학원생 창업 및 지역 기업 취업 성과

Regional Energy Workforce Program

Through the Gwangju–Jeonnam Regional Energy Cluster Workforce Program (MOTIE · KETEP, 2021.04–2025.12), we trained advanced regional talent via industrial internships, joint industry-academia projects, and joint R&D.

MOUs · national R&D projects · technology transfer · job placement
Graduate-student startups and employment at regional companies

Regional energy workforce program overview — 지역에너지인력양성사업 운영 체계Program structure

Workforce program success case 1 — 우수사례 — 취업 연계Success story — job placement

Workforce program success case 2 — 우수사례 — 창업 및 프로그램 참여Success story — startups and program participation

FACILITIES

보유 장비Equipment

전력변환기 실험 및 계측을 위한 주요 장비 목록입니다. (이미지를 클릭하면 확대됩니다)Major equipment for power converter experiments and measurement. (Click an image to enlarge.)

Equipment list 1 — 보유 장비 목록 (1)Equipment list (1)

Equipment list 2 — 보유 장비 목록 (2)Equipment list (2)