대한민국 육군 K2/K9 보조동력장치(APU) 28V DC 지능형 전력 분배 및 1,000Hz 0-Alloc C# 부하 스케줄링 엔진

1. 28V DC 차량 마이크로그리드 과도 임피던스 및 전압 강하 모델

APU 발전기 직류 저항 $R_g$, 인덕턴스 $L_g$, 리튬/납축 배터리 내부 저항 $R_b$, 커패시턴스 $C_b$에 대한 버스 전압 $V_{\text{bus}}(t)$ 미분방정식:

급격한 부하 투입 $\Delta I_{\text{step}}$에 따른 전압 강하량(Voltage Sag $\Delta V_{\min}$) 및 허용 시간 $t_{\text{sag}}$:

2. 우선순위 기반 마이크로초 단위 동적 부하 셰딩 최적화식

부하 계통 우선순위 가중치 $w_k$ (생명유지 에어컨 $w=1$, 포탑 보조유압 $w=3$, 사통컴퓨터 $w=10$)에 대한 스케줄링 판정식:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# K2/K9 APU 전력 관리 엔진

1밀리초 제어 주기에서 GC 없이 DC 버스 전압을 감시하고 비필수 부하를 즉시 차단/복구하는 고성능 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.PowerManagement
{
    /// 

    /// 기갑 차량 28V DC 전력 버스 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct PowerBusTelemetry
    {
        public readonly float BusVoltageV;             // 현재 버스 전압 (V)
        public readonly float ApuOutputCurrentA;       // APU 출력 전류 (A)
        public readonly float BatteryCurrentA;          // 배터리 충/방전 전류 (A)
        public readonly float TotalLoadCurrentA;        // 총 부하 전류 (A)
        public readonly float VoltageDropRateVperSec;  // 전압 강하율 (dV/dt)

        public PowerBusTelemetry(
            float vBus, float iApu, float iBatt, float iLoad, float dVdt)
        {
            BusVoltageV = vBus;
            ApuOutputCurrentA = iApu;
            BatteryCurrentA = iBatt;
            TotalLoadCurrentA = iLoad;
            VoltageDropRateVperSec = dVdt;
        }
    }

    /// 

    /// 전력 분배 및 부하 셰딩 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct PowerControlOutput
    {
        public readonly bool ShedHvacLoad;             // 공조기 차단 신호
        public readonly bool ShedAuxHydraulicLoad;     // 보조 유압펌프 차단
        public readonly bool IsVoltageStable;          // 전압 안정성 유지 플래그
        public readonly float AvailablePowerReserveW;  // 잔여 예비 전력 (W)

        public PowerControlOutput(bool hvac, bool auxHyd, bool stable, float reserveW)
        {
            ShedHvacLoad = hvac;
            ShedAuxHydraulicLoad = auxHyd;
            IsVoltageStable = stable;
            AvailablePowerReserveW = reserveW;
        }
    }

    /// 

    /// K2/K9 1,000Hz 0-Alloc C# APU 전력 분배 및 부하 셰딩 엔진
    /// 
    public static class ApuPowerManagementEngine
    {
        private const float MinSafeVoltageV = 24.5f;   // 안전 하한 전압
        private const float CriticalSagVoltageV = 22.8f;// 위험 전압 강하 임계치
        private const float MaxApuCapacityW = 10500.0f; // APU 최대 공급 전력 (10.5 kW)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static PowerControlOutput ComputePowerDistribution(
            in PowerBusTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 버스 전압 강하율 및 순시 전력 계산
            float currentPowerW = telemetry.BusVoltageV * telemetry.TotalLoadCurrentA;
            float reserveW = MaxApuCapacityW - currentPowerW;

            bool shedHvac = false;
            bool shedAuxHyd = false;

            // 2. 전압 강하 및 과부하 감지 시 단계적 부하 셰딩
            if (telemetry.BusVoltageV < MinSafeVoltageV || telemetry.VoltageDropRateVperSec < -15.0f)
            {
                // 1단계: 최하위 우선순위 공조 에어컨(HVAC) 즉시 차단
                shedHvac = true;
            }

            if (telemetry.BusVoltageV < CriticalSagVoltageV || telemetry.VoltageDropRateVperSec < -35.0f)
            {
                // 2단계: 보조 유압 펌프 추가 차단 (사격통제 컴퓨터 최우선 보호)
                shedHvac = true;
                shedAuxHyd = true;
            }

            bool isStable = telemetry.BusVoltageV >= 24.0f;

            return new PowerControlOutput(shedHvac, shedAuxHyd, isStable, reserveW);
        }
    }
}

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