KR100638339B1 - Power quality compensator for single phase alternating current - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단상 교류용 전력보상장치에 관한 것으로 기준 전원전류의 최대값을 설정하기 위한 제어기, 상기 제어기에서 설정된 최대값을 가지며, 전원전압과 동상인 기준 전원전류를 생성하기 위한 곱셈기, 실제 감지된 전원전류를 상기 기준 전원전류로 추종하는 증폭기, 상기 증폭기로부터 출력된 신호를 인버터에 공급할 펄스로 변조시키는 변조기, 상기 변조기로부터 입력된 상기 펄스를 부하에 공급하기 위한 보상전류로 출력하는 인버터를 포함한다.The present invention relates to a power compensation device for a single-phase AC, a controller for setting a maximum value of a reference power current, a multiplier having a maximum value set in the controller, for generating a reference power current in phase with the power voltage, actually sensed An amplifier for following a power supply current to the reference power supply current, a modulator for modulating a signal output from the amplifier into pulses for supplying an inverter, and an inverter for outputting the pulse input from the modulator as a compensation current for supplying a load to the load; .

전력품질보상, 능동전력필터, PI제어기, IGBT 회로Power Quality Compensation, Active Power Filter, PI Controller, IGBT Circuit

Description

단상 교류용 소형 전력품질 보상장치{POWER QUALITY COMPENSATOR FOR SINGLE PHASE ALTERNATING CURRENT} Small power quality compensation device for single phase AC {POWER QUALITY COMPENSATOR FOR SINGLE PHASE ALTERNATING CURRENT}             

도 1은 일반적인 능동필터보상기의 개략적인 블록 구성도,1 is a schematic block diagram of a general active filter compensator;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가정용 전력품질 보상장치가 설치된 건물의 개념도,2 is a conceptual diagram of a building installed with a home power quality compensation device according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동전력필터 전체의 블록 구성도,3 is a block diagram of an entire active power filter according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 능동전력필터의 실제 하드웨어 회로 구성도,4 is an actual hardware circuit diagram of an active power filter according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력보상과정의 제어블록선도,5 is a control block diagram of a power compensation process according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력보상장치 내의 아날로그 제어기 회로도,6 is an analog controller circuit diagram in a power compensation device according to an embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션의 모형 회로도,7 is a model circuit diagram of an EMTDC simulation according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션의 아날로그 제어기의 블록구성도,8 is a block diagram of an analog controller of an EMTDC simulation according to an embodiment of the present invention;

도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션 결과에서 전원전압, 전원전류 및 부하전류를 시간에 대해 나타낸 그래프,9A is a graph showing a power supply voltage, a power supply current, and a load current with respect to time in an EMTDC simulation result according to an embodiment of the present invention;

도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션 결과에서 전원전압, 전원전류 및 부하전류를 시간에 대해 도시한 나타낸 도면,9b is a diagram showing power voltage, power current, and load current with respect to time in an EMTDC simulation result according to an embodiment of the present invention;

도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션 결과에서 보상전류를 시간에 대해 도시한 도면,10A is a diagram illustrating a compensation current with respect to time in an EMTDC simulation result according to an embodiment of the present invention;

도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 EMTDC 시뮬레이션 결과에서 전원전류 스펙트럼을 나타낸 도면.10B is a diagram illustrating a power supply current spectrum in an EMTDC simulation result according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 단상 교류를 사용하는 건물에 있어 건물 전체의 전력을 보상하는 기기에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 비선형 부하에서 요구되는 고조파 전류를 부하에 공급함으로써 전원 단에서는 전원전압과 동상인 정현파 성분만 공급하도록 하여 전원측의 고조파 오염을 방지하고, 전력품질을 개선하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for compensating power of an entire building in a building using single-phase alternating current, and more preferably, by supplying a harmonic current required by a nonlinear load to a load, only a sinusoidal component that is in phase with the power supply voltage at the power supply stage. The present invention relates to an apparatus for preventing power supply harmonic contamination and improving power quality.

최근 일반 주택이나 사무실 내의 반도체소자 및 전력 전자기기의 사용이 급증하면서 이들 기기에서 발생하는 고조파 및 무효 전력량이 증가하여 주위의 환경과 전기적 손실의 심각한 문제를 발생시킨다. 자동화 설비, 빌딩 설비, 가전제품까지도 전력 전자기기들이 많이 사용되고 있는데 이들 전력 전자기기들은 비선형 특성을 갖고 있다. 따라서 상기 전자기기들은 고조파 전류의 발생원으로 배전 계통의 전압 파형을 왜곡시켜 변전소의 변압기를 과열시키고 연계된 타 부하에 악 영향을 주며 인접한 통신 선로에 자기 유도에 의한 장애를 유발한다. 이런 상황 하에서 전력품질에 민감한 부하들이 급증하고 부하의 민감도에 따라 다양한 전력 품질을 요구하는 장치가 점점 필요하게 되었다. 지금까지 국내, 외적으로 이런 문제를 보상하기 위한 소형 보상장치는 가전기기 마다 개개로 부착하고 있는 것으로 일부 개발되어 있다. 하지만 건물 전체 또는 가정용으로 주택 전체를 보상하는 장치들은 가정용 소형 전자기기들의 전력품질을 모니터링 하는 수준으로 기기의 최 말단 즉, 기기자체에 대한 단순한 보상 형태로 존재 할 뿐이다.Recently, as the use of semiconductor devices and power electronic devices in general houses or offices is rapidly increasing, the amount of harmonics and reactive power generated from these devices increases, which causes serious problems of the surrounding environment and electrical losses. Power electronics are widely used in automation equipment, building equipment, and even home appliances, which have nonlinear characteristics. Therefore, the electronic devices distort the voltage waveform of the distribution system as a source of harmonic currents, thereby overheating transformers of substations, adversely affecting other loads connected thereto, and causing magnetic interference on adjacent communication lines. Under these circumstances, loads that are sensitive to power quality have proliferated and devices that require various power qualities are increasingly needed depending on the sensitivity of the load. Until now, small and small compensation devices for compensating for such a problem both domestically and externally have been developed to be individually attached to each home appliance. However, the devices that compensate the whole house for the whole building or the home are only in the form of a simple compensation for the end of the device, that is, the device itself.

이러한 고조파 제거를 위해 과거에는 주로 수동필터를 많이 사용하였다.In order to remove such harmonics, many passive filters have been used in the past.

상기 수동 필터는 수송 소자인 인덕터와 캐패시터의 공진 주파수를 제거해야하는 특정 고조파의 주파수에 동조시켜 상기 고조파 임피던스가 0에 가깝게 하는 방식으로 고조파를 제거한다. 따라서 수동필터는 제거해야하는 고조파 성분이 다수일 경우 이에 해당하는 수만큼 필터를 설치해야 하므로 외형적으로 규모가 크고 인덕턴스와 캐패시턴스의 값이 온도 변화 또는 기타 요인에 의해 바뀌면 동조 주파수가 바뀌어 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.The passive filter removes harmonics in such a manner that the harmonic impedance is close to zero by tuning to a specific harmonic frequency at which the resonant frequencies of the inductor and the capacitor, which are the transport elements, should be removed. Therefore, the passive filter has to be installed as many as the number of harmonic components to be removed. Therefore, the size of the passive filter is large in appearance, and when the value of inductance and capacitance is changed by temperature change or other factors, the tuning frequency is changed and performance is degraded. A problem occurs.

상기 수동필터 이외의 보상 장치로는 능동전력필터가 사용된다. 상기 능동전력필터는 비선형부하와 병렬로 연결되며, 비선형 부하에서 요구되는 고조파 전류를 공급함으로써 전원 단에서는 전원전압과 동상인 정현파 성분만을 공급하도록 한다. 결과적으로 전원 측의 고조파 오염을 방지할 수 있게 된다. 상기 능동전력필터가 고조파 성분의 전류만 공급하기 위해 통상 사용하는 제어 방식은 상기 비선형 부하 측의 전류를 측정하여 기본파 성분은 제거하고 고조파 성분만을 추출한 뒤, 이를 기준으로 하여 능동전력필터의 출력전류를 고조파 성분에 추종시키는 것이다.An active power filter is used as a compensation device other than the passive filter. The active power filter is connected in parallel with the nonlinear load and supplies the harmonic current required by the nonlinear load to supply only the sinusoidal component in phase with the power supply voltage. As a result, harmonic contamination on the power supply side can be prevented. The control method commonly used by the active power filter to supply only the current of the harmonic component is to measure the current on the non-linear load side to remove the fundamental component and extract only the harmonic component, based on which the output current of the active power filter is used. Is to follow the harmonic components.

도 1은 일반적인 능동필터 보상기의 개략적인 블록 구성도이다. 상기 보상기는 전원 측에서 공급하는 전원전류 is(t)는 비선형 부하 때문에 고조파를 함유하게 된다. 이러한 전원전류 is(t)를 개선하기 위해서 상기 보상기는 비선형 부하에서 요구되는 고조파 전류 ic(t)를 공급하고 결과적으로 전원전류 is(t)는 정현파에 가까운 파형을 갖는다. 상기 보상기는 부하전류를 특정하여 기본파 성분을 제거한 후 나머지 고조파 성분을 능동 전력필터의 기준치로 제어기에 입력하여 능동전력필터의 출력 전류를 이에 추종시키는 것이다. 즉, 능동전력필터의 기능은 비선형 부하로 인해 발생하는 고조파 전류를 보상함과 동시에 전원전류를 항상 전원전압과 동상인 정현파로 만드는 것이다.1 is a schematic block diagram of a general active filter compensator. The compensator contains the harmonics due to the nonlinear load of the supply current i s (t) supplied from the power supply side. In order to improve this power supply current i s (t), the compensator supplies the harmonic current i c (t) required in the nonlinear load and consequently the power supply current i s (t) has a waveform close to sinusoidal. The compensator removes fundamental components by specifying a load current, and inputs the remaining harmonic components to the controller as a reference value of the active power filter to follow the output current of the active power filter. In other words, the function of the active power filter is to compensate for the harmonic current generated by the nonlinear load and to make the power current a sine wave always in phase with the power voltage.

이와 같은 단상능동전력필터의 경우에는 부하전류와 인버터 출력전류를 검출하기 위한 2개의 전류센서 및 전원전압과 직류링크전압을 검출하기 위한 2개의 전압센서를 필요로 한다. 따라서 하드웨어 비용이 높고 제어가 복잡한 단점을 갖고 있으며, 인버터에 사용하는 스위치는 주로 H형의 풀브리지(full-bridge) 소자가 사용되기 때문에 가격이 비싸다는 문제점이 있다.Such a single phase active power filter requires two current sensors for detecting the load current and the inverter output current, and two voltage sensors for detecting the power supply voltage and the DC link voltage. Therefore, there is a disadvantage in that the hardware cost is high and the control is complicated, and the switch used in the inverter is expensive because mainly a H-type full-bridge device is used.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 기기자체의 단순형 보상 형태가 아닌 단상 교류원을 사용하는 건물 전체의 전력품질을 보상하는 장치를 제공하는 것 에 있다.In view of the above circumstances, the present invention provides a device for compensating power quality of an entire building using a single-phase AC source rather than a simple compensation form of the device itself.

또한, 본 발명은 하드웨어 비용이 낮은 전력품질보상장치를 제공하는 것에 있다. In addition, the present invention is to provide a power quality compensation device having a low hardware cost.

더 나아가 본 발명은 주 제어 대상이 인버터의 보상 전류가 아닌 전원전류인 것을 특징으로 하는 전력품질보상장치를 제공하는 것에 있다.Furthermore, the present invention is to provide a power quality compensation device, characterized in that the main control target is the power supply current, not the compensation current of the inverter.

본 발명은 제어 방식이 간편하며 소용량으로 부하와 근접한 위치에 설치되어 높은 신뢰도를 가지는 전력품질보상장치를 제공함에 그 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide a power quality compensation device having a high reliability is easy to control and installed in a position close to the load with a small capacity.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단상 교류용 전력보상장치는 기준 전원전류의 최대값을 설정하기 위한 제어기, 상기 제어기에서 설정된 최대값을 가지며, 전원전압과 동상인 기준 전원전류를 생성하기 위한 곱셈기, 실제 감지된 전원전류를 상기 기준 전원전류로 추종하는 증폭기, 상기 증폭기로부터 출력된 신호를 인버터에 공급할 펄스로 변조시키는 변조기, 상기 변조기로부터 입력된 상기 펄스를 부하에 공급하기 위한 보상전류로 출력하는 인버터를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a single phase AC power compensator having a controller for setting a maximum value of a reference power current, a multiplier having a maximum value set in the controller, and generating a reference power current in phase with the power voltage. And an amplifier for tracking the actual sensed power current as the reference power current, a modulator for modulating the signal output from the amplifier into pulses to supply the inverter, and outputting the pulse input from the modulator as a compensation current for supplying the load. It includes an inverter.

이하 첨부된 도면 및 실시예들의 설명으로 본 발명의 구성에 대해 더욱 상세히 기술될 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가정용 소형 전력품질 보상장치가 설치된 건물의 개략적인 개념도이다. 옥외의 주상 변압기에서 22,900V/220V 로 강압된 전압은 주택의 전력량계를 거쳐 분전반에서 분산된다. 상기 분산된 전압은 옥내에 각 위치한 각 콘센트를 통해 옥내로 분배된다. 여기서 보상기기는 커버나이프 스위치를 지난 후 적당한 여분의 공간에 설치되며 분전반 아래에 위치한 연계 시스템은 소형 분산전원용 단자이다. 상기 소형 분산 전원에 접속되는 발전원은 도시 가스를 이용한 소형 가스터빈, 태양 전지, 연료 전지 이외 최근 개발 중인 바이오매스 발전 시스템과 연계하는 것이 가능하다. 또한 축전지 기능을 구비하면 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)로서도 사용이 가능하게 설계할 수 있다.2 is a schematic conceptual view of a building in which a small power quality compensation device for home according to an embodiment of the present invention is installed. The voltage stepped down to 22,900V / 220V in the outdoor pole transformer is distributed in the distribution board via the electricity meter of the house. The distributed voltage is distributed indoors through each outlet located indoors. The compensator is installed in a suitable spare space after the coverknife switch, and the linkage system located below the distribution panel is a terminal for a small distributed power supply. The power generation source connected to the small distributed power source can be linked to a biomass power generation system that is being developed recently, in addition to a small gas turbine using solar gas, a solar cell, and a fuel cell. In addition, if the battery function is provided, it can be designed to be used as an uninterruptible power supply (UPS).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동전력필터 전체의 블록 구성도로 각 소자들의 기능과 필터의 작동 원리를 설명하는데 이용될 것이다. 도 3에 나타난 전압센서(PT)전원전압센서(1), 전류센서(CT)부하전류센서(2) 및 직류링크전압센서(3)의 3개 센서에서 측정된 신호가 제어 입력 변수로 작용한다. 상기 센서들은 실제 하드웨어 모형의 일실시예를 나타낸 도 4에 사실적으로 나타나 있다. 전원전압은 전원전압 검출센서(1)를 통해 전원의 전압에 비례하는 작은 값으로 검출하여 연산 증폭기(OP amp)회로의 전압 레벨에 맞도록 조절하여 검출한다. 부하전류도 같은 방식으로 검출되며, 직류전압(7) 검출 부분은 기존의 AD210AN 같은 경우 가격 면에서 HP7800보다 훨씬 비싸기 때문에 HP7800을 이용하여 전압 이득을 조절하여 제어기의 제어 범위 전압 레벨로 낮추어서 조절하게 된다. 3 is a block diagram of the entire active power filter according to an embodiment of the present invention will be used to explain the function of each element and the operating principle of the filter. Signals measured by three sensors of the voltage sensor PT power supply voltage sensor 1, the current sensor CT load current sensor 2, and the DC link voltage sensor 3 shown in FIG. 3 serve as control input variables. . The sensors are realistically shown in FIG. 4 which shows one embodiment of a real hardware model. The power supply voltage is detected as a small value proportional to the voltage of the power supply through the power supply voltage detection sensor 1, and then adjusted to match the voltage level of the operational amplifier circuit. The load current is also detected in the same way, and the DC voltage detection part is much more expensive than the HP7800 in the case of the existing AD210AN. Therefore, the voltage gain is adjusted using the HP7800 to lower the control range voltage level of the controller. .

전압센서(1)에서 검출된 주 전원 값은 정현파 발생기를 통해 곱셈기(10-2)에 보내진다. 미리 설정된 기준치 V* dc 와 DC 링크 검출기(3)에 의해 검출된 Vdc 는 요구되는 전원전류의 최대치를 설정하기 위해 곱셈기(10-1)을 거쳐 P-I 제어기(9)로 보 내지고, 곱셈기(10-2)에서 정현파 발생기를 통과한 전원전압과 동상인 교류전류로 변환하기 위해 단위 크기의 전원전압과 곱해져 전원전류의 기준치(i* s)를 형성한다. 이 전원전류의 기준치는 전류센서(2)에서 검출된 부하전류와 비교하여 에러 증폭기(11)로 보내진다. 에러 증폭기(11)의 출력은 PWM 변조기(12)에서 변조될 신호로 사용될 전압(Vm)을 형성하게 된다. Vm은 인버터에 입력되어 결국 직류 링크 전압과 전원 전압의 차이에 대한 인버터 출력 전류를 발생시키게 된다.The main power value detected by the voltage sensor 1 is sent to the multiplier 10-2 through a sine wave generator. A preset reference value V dc * and the V dc detected by the DC link to the detector (3) is within the beam through a multiplier 10-1 to set the maximum value of the supply current required by the PI controller 9, a multiplier ( In 10-2), a power supply voltage of unit size is multiplied to form a reference value (i * s ) of a power supply current to convert it into an alternating current that is in phase with the power supply voltage passing through the sine wave generator. The reference value of this power supply current is sent to the error amplifier 11 in comparison with the load current detected by the current sensor 2. The output of the error amplifier 11 forms a voltage V m to be used as the signal to be modulated in the PWM modulator 12. V m is input to the inverter, resulting in an inverter output current for the difference between the DC link voltage and the supply voltage.

도 3에는 주 전원(main)(14)을 기준으로 정류기 부하인 비선형 부하(5) 및 저항과 리액터로 구성되어 있는 선형 부하(4)가 병렬로 연결되어 있다. 비선형 부하(5)의 기능은 중첩의 원리가 적용되지 않는 부분으로써 일반적으로 전원전류의 파형을 왜곡시키는 고조파 발생원의 역할을 한다. 선형 부하(4)는 부하의 증가로 인하여 발생하는 전류의 사용량 증가에 의하여 일반 가정의 에너지 소모를 증가시키고 이와 더불어 유도성 (리액터)이나 용량성 (캐패시터)과 같은 부하들이 역률 문제를 야기하는 부분이다. 인버터(6)는 기본적으로 스위칭 소자(8)와 에너지 저장 장치인 캐패시터(7)로 구성되는데 본 발명을 설명함에 있어 캐패시터(7)의 전압 부분을 직류링크전압이라 지칭하기로 한다. 인버터(6)는 반드시 에너지 저장 장치를 통해 그 에너지를 스위칭 소자의 제어에 의해 원하는 형태의 전압 또는 전류의 파형을 만들어 내게 되므로 전압원 또는 전류원으로 설명될 수 있다. 이는 스위칭 소자 뒷단의 소스 부분이 캐패시터에 의한 전압 전하(charge)이냐, 아니면 리액터에 의한 전류 전하부분이냐에 따라 구분된다. 본 발명에서는 캐패시터(7)에 의한 전압 원 인버터(6)가 사용되는 것이다.In FIG. 3, a nonlinear load 5, which is a rectifier load, and a linear load 4 composed of a resistor and a reactor are connected in parallel with respect to a main power supply 14. The function of the nonlinear load 5 is a part to which the principle of superposition is not applied and generally serves as a harmonic generating source that distorts the waveform of the power supply current. The linear load (4) increases the energy consumption of a general household by increasing the amount of current generated by the increase of the load, and also loads such as inductive (reactor) or capacitive (capacitor) cause power factor problems. to be. The inverter 6 basically consists of a switching element 8 and a capacitor 7 which is an energy storage device. In the description of the present invention, the voltage portion of the capacitor 7 will be referred to as a DC link voltage. Inverter 6 can be described as a voltage source or a current source, since the energy storage device must produce a waveform of a voltage or current of a desired type by controlling the energy of the switching element. This is differentiated depending on whether the source portion behind the switching element is a voltage charge by a capacitor or a current charge by a reactor. In the present invention, the voltage source inverter 6 by the capacitor 7 is used.

본 발명에 따른 보상기기는 고조파와 역률 보상을 보상하기 위해 인버터가 공급해야 할 전류를 간접적인 방법으로 추종하여 공급하는 것이다. 이를 위해서 두 가지 원리가 사용되는데 하나는 전원에서 공급되는 유효전력은 부하 및 능동전력필터에서 소모되는 유효전력과 평형을 유지하는 것이며, 다른 하나는 고조파와 역률을 보상하기 위해 부하 특성에 관계없이 전원전류의 위상을 강제로 전원전압의 위상에 추종시키는 것이다.The compensator according to the present invention is to indirectly follow and supply the current to be supplied by the inverter to compensate for harmonics and power factor compensation. Two principles are used for this purpose: the active power supplied from the power source is balanced with the active power consumed by the load and the active power filter, and the other is the power source irrespective of the load characteristics to compensate for harmonics and power factor. The phase of the current is forced to follow the phase of the power supply voltage.

위에서 언급한 첫 번째 논리를 만족하지 못하면 능동전력필터의 직류링크전압은 상승 또는 감소하는데 이를 일정하게 유지하도록 실제의 직류링크전압을 감지하여 이런 기준치를 추종하도록 제어 경로를 고려해야 한다. 이때 기준치와의 오차는 P-I 제어기(9)를 통해 전원에서 공급해야 할 기준 전원전류를 설정하는데 사용된다. 즉 직류링크전압이 일정 기준치 이상이면 전원전류의 크기를 감소시키고 일정 기준치 이하이면 전원전류의 크기를 증가시킨다. 이렇게 직류링크전압을 일정하게 유지시켜야만 능동전력필터가 부하에서 요구되는 무효전력을 안정적으로 공급할 수 있다. 능동전력필터가 비선형 부하(5)에서 요구되는 무효전력을 정확히 공급하기 위해서는 직류캐패시터(7) 전압이 안정되어야 하나 능동전력필터의 스위칭 손실, 인덕터의 저항 손실, 캐래시터의 누설 전류손실에 의해 직류캐패시터(7)의 전압은 점차 감소한다. 따라서 직류링크전압이 일정하도록 유지하기 위해서는 전원에서 약간의 유효전력을 공급하여 보상해야 한다.If the first logic mentioned above is not satisfied, the DC link voltage of the active power filter rises or falls, and the control path must be considered to follow the reference by detecting the actual DC link voltage to keep it constant. At this time, the error from the reference value is used to set the reference power current to be supplied from the power supply through the P-I controller (9). In other words, if the DC link voltage is higher than or equal to a predetermined threshold, the magnitude of the power supply current is reduced. The DC link voltage must be kept constant so that the active power filter can stably supply the reactive power required by the load. In order for the active power filter to supply the reactive power required by the nonlinear load (5) accurately, the voltage of the DC capacitor (7) must be stabilized, but the DC power is reduced by the switching loss of the active power filter, the resistance loss of the inductor, and the leakage current loss of the capacitor. The voltage of the capacitor 7 gradually decreases. Therefore, in order to maintain a constant DC link voltage, it must be compensated by supplying some active power from the power supply.

전원에서 보상하여야 할 충전전류 irm을 구하는 것은 아래와 같다.Finding the charging current i rm to compensate in the power supply is as follows.

우선 교류 한 주기 동안 캐패시터(7)에서 발생하는 에너지 손실은 (수학식1)과 같다.First, the energy loss generated by the capacitor 7 during one cycle of alternating current is expressed by Equation (1).

Figure 112004054371648-pat00001
Figure 112004054371648-pat00001

으로 나타나고 (수학식1)에서, V* dc는 미리 설정된 기준치 전압이고 Vdc 는 실제 직류링크전압을 나타낸다. 만일 한 주기동안 캐패시터(7) 전압의 변화가 매우 적다고 가정하면 V* dc

Figure 112004054371648-pat00002
Vdc 이므로, (수학식1)은 다음과 같이 표현된다.In Equation 1, V * dc is a preset reference voltage and V dc represents the actual DC link voltage. If we assume that the change in capacitor (7) voltage is very small in one period, V * dc
Figure 112004054371648-pat00002
Since V dc , Equation 1 is expressed as follows.

Figure 112004054371648-pat00003
Figure 112004054371648-pat00003

에너지 손실을 입력 전원이 보상해야 함으로 캐패시터(7)를 충전하기 위한 전류는 전원전압과 동상으로 한주기 동안의 에너지 손실과 다음과 같은 관계를 갖는다.Since the input power must compensate for the energy loss, the current for charging the capacitor 7 has the following relationship with the energy loss during one cycle in phase with the power supply voltage.

Figure 112004054371648-pat00004
Figure 112004054371648-pat00004

(수학식3)의 좌측 항을 적분하여 충전 전류 Irm을 유도하면 다음과 같다.Integrating the left term of Equation 3 to derive the charging current I rm is as follows.

Figure 112004054371648-pat00005
Figure 112004054371648-pat00005

한편 전원에서 공급하는 전류의 최대치는 부하에 유효전력을 공급하기 위한 성분과 능동전력필터의 직류 캐패시터(7) 전압을 일정하게 유지하기 위한 성분의 합으로 구성되어 있다. On the other hand, the maximum value of the current supplied from the power supply is composed of the sum of the components for supplying the effective power to the load and the components for maintaining the voltage of the DC capacitor 7 of the active power filter constant.

Figure 112004054371648-pat00006
Figure 112004054371648-pat00006

즉, 전원에서 공급하는 전류의 최대치를 설정하기 위해 직류 캐패시터(7) 전압의 기준치(V* dc)와 측정치(Vdc)를 비교하여 P-I 제어기(9)를 통과 시켜 부하전류와 충전전류의 최대치, 다시 말해 요구되는 전원전류의 크기를 설정하게 된다.That is, to set the maximum value of the current supplied from the power source, the reference value (V * dc ) of the DC capacitor (7) voltage and the measured value (V dc ) are compared and passed through the PI controller (9) to obtain the maximum value of the load current and the charging current. In other words, it sets the magnitude of the required power current.

이렇게 설정된 전원전류의 최대치를 전원전압과 동상인 교류전류로 변환하기 위하여 곱셈기(10)에서 단위 크기의 전원전압과 곱해져 전원전류의 기준치를 형성하게 된다. 능동전력필터를 제어하기 위한 입력전류의 기준치를 수식으로 나타내면 (수학식6)과 같다.The multiplier 10 multiplies the power supply voltage of the unit size in order to convert the maximum value of the power supply current into an alternating current in phase with the power supply voltage, thereby forming a reference value of the power supply current. The reference value of the input current for controlling the active power filter is expressed by the equation (6).

Figure 112004054371648-pat00007
Figure 112004054371648-pat00007

실제 감지된 전원전류(is)를 전원전류의 기준치(i* s)에 추종하기 위하여 두 전류차는 에러 증폭기(11)로 보내져 증폭된다. The two current differences are sent to the error amplifier 11 to be amplified so as to follow the actual sensed power current i s to the reference value i * s of the power current.

그 다음 에러 증폭기(11)의 출력은 PWM 변조기(12)에서 변조 신호로 사용될 전압을 형성하고 PWM 변조기(12)에서는 이 변조 신호와 삼각 반송파를 비교하여 인버터게이트에 공급할 펄스를 발생하게 된다. 이러한 관계는 (수학식7)로 표현된다.The output of the error amplifier 11 then forms a voltage to be used as a modulation signal in the PWM modulator 12, and the PWM modulator 12 compares this modulation signal with a triangular carrier to generate a pulse to supply to the inverter gate. This relationship is represented by (7).

Figure 112004054371648-pat00008
Figure 112004054371648-pat00008

(수학식7)에서, K는 에러증폭기(11)의 이득이다.In Equation (7), K is the gain of the error amplifier 11.

인버터(6)의 순시 출력전압 Vc(t)와 PWM 변조 신호 Vm(t) 사이의 관계는 (수학식8)과 같이 표현된다.The relationship between the instantaneous output voltage V c (t) of the inverter 6 and the PWM modulated signal V m (t) is expressed by Equation (8).

Figure 112004054371648-pat00009
Figure 112004054371648-pat00009

(수학식8)에서, Vdc는 직류 캐패시터(7) 전압이고 Vtri는 삼각 반송파의 피크 치이다.In Equation 8, V dc is the DC capacitor 7 voltage and V tri is the peak value of the triangular carrier.

한편 인버터(6)의 출력전류는 커플링 인덕터와 다음 관계식을 형성한다.On the other hand, the output current of the inverter 6 forms the following relation with the coupling inductor.

Figure 112004054371648-pat00010
Figure 112004054371648-pat00010

상기 과정을 종합하면, 인버터(6)의 직류전압을 제어기에 의한 스위칭 동작을 통해서 해당하는 고조파를 제어하여 결국 부하에 필요한 고조파만을 주입하게 되는 것이다. 인버터(6)가 보상하기 전까지는 전원전류는 계속 왜곡되어 있기 때문에 기본파에 대한 정보를 얻을 수 없고 따라서 전원전압 파형을 검출하는 것이다. 전원전압 파형은 기본파의 파형을 유지하기 때문에 이를 검출하여 전원전류를 발생시키는데 사용된다.In summary, the corresponding harmonics are controlled by switching the DC voltage of the inverter 6 by the controller to inject only the harmonics necessary for the load. Until the inverter 6 compensates, since the power supply current is continuously distorted, information on the fundamental wave cannot be obtained, and thus the power supply voltage waveform is detected. Since the supply voltage waveform maintains the waveform of the fundamental wave, it is used to detect and generate the supply current.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력보상과정의 제어블록선도이다. 즉 전원전류 IS(s)와 전원전류의 기준치 I* S(s)는 에러 증폭기(11)에 V m(t)으로 입력되어 K배의 이득으로 증폭된 뒤, (수학식8)에 나타난 것처럼 삼각 반송파를 이용하여 PWM 변조기에서 변조된다. 그 다음 인버터(6) 출력전압과 전원전압의 차이가 커플링 인덕터에 의해 부하 전류 IL(s)가 되는 과정을 도식적으로 표현한 것이다.5 is a control block diagram of a power compensation process according to an embodiment of the present invention. In other words, the power supply current I S (s) and the reference value I * S (s) of the power supply current are input to the error amplifier 11 as V m (t) and amplified with a gain of K times, and then shown in Equation (8). It is modulated in a PWM modulator using a triangular carrier as if. Next, the process in which the difference between the output voltage of the inverter 6 and the power supply voltage becomes the load current I L (s) by the coupling inductor is represented schematically.

따라서 최종적인 IS(s)와 I* S(s)의 전달함수는 (수학식10) 나타낼 수 있다. Therefore, the final transfer function of I S (s) and I * S (s) can be expressed by Equation (10).

Figure 112004054371648-pat00011
Figure 112004054371648-pat00011

또한 이 제어블록선도에는 전원전압 VS(t)와 부하전류 IL(s)이 외란요소로 작용하는데 I* S(s)를 영으로 하여 이들 외란에 의한 전원전류의 변화를 전달함수로 표시하면 다음식과 같다.In this control block diagram, the power supply voltage V S (t) and the load current I L (s) act as disturbance elements. I * S (s) is zero, and the change of power current caused by these disturbances is expressed as a transfer function. Is as follows.

Figure 112004054371648-pat00012
Figure 112004054371648-pat00012

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력보상장치 내의 아날로그 제어기 회로도로서, 아날로그 제어기의 구성은 크게 정현파 발진부(21), 직류전압제어부(22), 전류제어부(23), 삼각파 발진부 및 데드 타임부로 구성된다. 상기 아날로그 제어기는 도 3에는 나타나 있지 않으나, 도 4에 전체 하드웨어 판넬 부분에서 PCB상에 올려져 있는 부분에 나타나 있다. 정현파 발진부(21)는 선로의 고조파 전류에 대해 인버터(6)가 주입해야 할 부상 전류를 산출하기 위한 기준 정현파를 얻기 위해 구성되었고, 비선형 부하(5)에 대해 선로의 전압은 정현파로 나타나기 때문에 선로의 전압을 전압센서(1)로 검출하여 이를 기준 신호로 사용한다. 이는 선로의 전압을 기준 신호로 사용함으로써 인버터(6) 주입전류를 선로의 전압과 동상이 되게 하여 별도의 역률각 제어가 필요 없이 역률을 향상시킬 수 있다는 장점 또한 가지고 있다. 이 정현판 발진부의 또 다른 특징은 선로의 전압이 변동할 경우 기준 정현파의 크기가 변하여 인버터(6)의 오동작을 일으킬 수 있다는 점을 감안하여 선로의 전압 변동이 발생하여도 항상 일정한 크기의 정현파를 발생시킨다는 점이다. 6 is an analog controller circuit diagram in a power compensator according to an embodiment of the present invention, in which an analog controller is composed of a sine wave oscillator 21, a DC voltage controller 22, a current controller 23, a triangular wave oscillator, and a dead time. It consists of wealth. The analog controller is not shown in FIG. 3, but is shown in FIG. 4 in the part on the PCB in the entire hardware panel portion. The sine wave oscillator 21 is configured to obtain a reference sine wave for calculating the floating current which the inverter 6 should inject with respect to the harmonic current of the line. The voltage of is detected by the voltage sensor 1 and used as a reference signal. This has the advantage that by using the voltage of the line as a reference signal, the inverter 6 injection current becomes in phase with the voltage of the line, thereby improving the power factor without the need for a separate power factor angle control. Another characteristic of this sinusoidal plate oscillator is that a sinusoidal wave of constant magnitude is always applied even if a voltage fluctuation occurs in the line, considering that the magnitude of the reference sinusoid may change when the voltage of the line fluctuates, thereby causing the inverter 6 to malfunction. It is generated.

직류전압제어부는 인버터(6)가 선로에 대해 보상해야 할 무효 성분의 양을 결정하기 위해 반드시 검출되어야 할 부분이다. 이를 위한 직류전압검출은 과거에는 아날로그 디바이스사에서 나오는 AD210AN을 많이 사용하였으나 본 발명에서는 이보다 가격이 저렴한 HP사의 HP7800을 사용하였다. 따라서 실제 직류 링크 전압을 참고 자료와 비교 할 수 있도록 일정 범위의 전압 reference로 만들어 주는 역할로 사용되며 연산 증폭기(OP-amp)로 구성한 차동 증폭기와 PI제어기(9)를 사용하여 제어를 실시하였다.The DC voltage controller is the part that must be detected in order to determine the amount of invalid components that the inverter 6 should compensate for the line. DC voltage detection for this purpose used a lot of AD210AN from the analog device in the past, but in the present invention used HP7800 of cheaper price than this. Therefore, it is used to make a voltage range of a certain range so that the actual DC link voltage can be compared with the reference material. The control was performed using a differential amplifier composed of an operational amplifier (OP-amp) and a PI controller (9).

전류제어부(23)는 인버터(6)가 선로의 고조파 전류에 대해 보상해야 할 전류를 생성하기 위한 부분으로 선로의 전류를 검출하여 이를 기준 신호와 비교하여 이들의 차를 구함으로써 얻을 수 있다. The current controller 23 is a part for generating a current to be compensated for the harmonic current of the line by the inverter 6 can be obtained by detecting the current of the line and comparing them with a reference signal to obtain their difference.

삼각파 발생부는 전류제어부(23)를 통하여 얻은 전류신호를 스위칭 소자가 스위칭 하는데 필요한 구형파의 PWM 신호로 변환하기 위하여 사용하였다. 삼각파를 발생하기 위해 슈미트 회로와 적분회로를 조합하여 이를 구성하였으며, 스위칭 주파수는 저항값을 적절히 조절함으로써 사용하고자 하는 주파수를 얻을 수 있다. The triangular wave generator was used to convert a current signal obtained through the current controller 23 into a PWM signal of a square wave required for switching by the switching element. In order to generate a triangular wave, the Schmitt circuit and the integrating circuit were combined and configured. The switching frequency can be obtained by appropriately adjusting the resistance value.

데드타임부는 인버터(6)의 스위칭 시 회로의 단락을 방지하기 위하여 전압형 인버터(6)에서는 반드시 사용되어야 할 부분이다. 이를 위해 컴퍼레이터를 통해 생성된 구형파의 신호에 RC 시정수를 두어 두 신호를 AND 시킴으로써 데드타임을 주었다. 본 실험에서는 약 4

Figure 112004054371648-pat00013
[sec]의 데드타임을 두었으며 시스템에 이상이 발생하였을 경우 스위칭이 제대로 되지 않을 수 있기 때문에 이를 보호할 수 있도록 평상시 Low Active 상태에서 이상이 발생하였을 경우 스위칭을 끊어주는 역할을 할 수 있도록 설계하였다.The dead time part is a part that must be used in the voltage inverter 6 in order to prevent a short circuit in the switching of the inverter 6. For this purpose, the RC time constant is placed on the square wave signal generated by the comparator and the two signals are ANDed to give dead time. In this experiment, about 4
Figure 112004054371648-pat00013
It has dead time of [sec] and designed to play a role to cut off the switch in case of abnormality in the Low Active state in order to protect it because the switching may not work properly when the system has an error. .

도 7은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서 EMTDC (The Electromagnetic & Controls Simulation Engine)시뮬레이션 모형을 나타낸 것이다. 시뮬레이션은 다이오드 정류기로 구성된 비선형 부하(5)와 선형부하(4)를 전압이 110[V]인 단상 전원에 연결하고 능동전력필터를 이와 병렬로 연결하여 실시하였다. 정류기와 결합된 변압기와 선로를 모형화하기 위해 적절한 임피던스 값으로 이를 표시하여 일정 부하에서의 동작을 실시하였다. 비선형 부하(5)는 일반적으로 사용되는 TV, 청소기, 컴퓨터, 믹서, 전자레인지 등과 같은 모델 등이며 선형 부하(4)는 형광등과 같은 조명기기, 선풍기, 에어컨, 밥솥, 냉장고 등이다. 이러한 모델의 비선형 특성과 선형 특성을 고려하여 시뮬레이션에서는 비선형 부하(5)로 다이오드 정류기와 선형 부하로(4)는 위상 지연이 있는 저항, 인덕터로 하여 역률이 0.8 인 부하로 구성하였다. 도 7은 도 3과 같은 구조의 모형으로 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 도 4에 나타난 것처럼 비선형 부하(5)부분이 다이오드 정류기(Diode Rectifier)라고 되어 있는 부분이고, 선형 부하(4)는 판넬 아래의 저항 부하와 리액터를 포함하고 있 다. 표1은 상기 시뮬레이션에 사용된 정수들에 대한 값을 나타내었다.FIG. 7 illustrates a simulation model of the electromagnetic & control simulation engine (EMTDC) as a preferred embodiment of the present invention. The simulation was performed by connecting a nonlinear load (5) and a linear load (4) consisting of a diode rectifier to a single-phase power supply with a voltage of 110 [V] and an active power filter in parallel. In order to model the transformer and the line combined with the rectifier, it was operated at a constant load by marking it with an appropriate impedance value. The non-linear load 5 is a model such as a TV, a cleaner, a computer, a mixer, a microwave oven, etc. which are generally used, and the linear load 4 is a lighting device such as a fluorescent lamp, a fan, an air conditioner, a rice cooker, a refrigerator, or the like. Considering the nonlinear and linear characteristics of this model, the simulation consisted of a nonlinear load (5) as a diode rectifier and a linear load path (4) as a load with a power factor of 0.8 as a resistor and an inductor with a phase delay. 7 is a model of the same structure as in FIG. 3. As shown in FIG. 4, the nonlinear load 5 is a diode rectifier, and the linear load 4 includes a resistive load and a reactor under the panel. Table 1 shows the values for the integers used in the simulation.

파라미터parameter 파라미터 값Parameter value 전원전압Power supply voltage 110[V], 60[Hz]110 [V], 60 [Hz] 비선형 부하Nonlinear load C=6800[μF], R=10[Ω]C = 6800 [μF], R = 10 [Ω] 선형부하Linear load R=10[Ω], L=10[mH]R = 10 [Ω], L = 10 [mH] 직류 캐패시터DC capacitor C=1000[μF]x2C = 1000 [μF] x2 필터 LFilter L 1[mH]1 [mH] 스위칭 주파수Switching frequency 10[KHz]10 [KHz] 전원 인덕턴스Power inductance R=0.03[Ω], L=3[mH]R = 0.03 [Ω], L = 3 [mH] 교류 라인 연결 인덕턴스AC line connection inductance R=0.05[Ω], L=5[mH]R = 0.05 [Ω], L = 5 [mH]

도 8은 도7에 사용된 제어기를 보여주며 이 제어기는 위에서 설명한 능동 전력필터의 제어기와 유사하게 구성되어있으며 제어기의 전반적인 동작 순서 또한 같다. 제어기 안에 포함된 세부적인 이득 값이나 기준치들은 표 2에 나타내었다.FIG. 8 shows the controller used in FIG. 7, which is configured similarly to the controller of the active power filter described above and has the same overall operating sequence. Detailed gain values or reference values included in the controller are shown in Table 2.

파라미터parameter 파라미터 값Parameter value VdcreferenceV dc reference 320[v]320 [v] Kp K p 100100 Ki K i 700700 K1 K 1 1/1201/120 K2 K 2 -40-40

도 9는 상기 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프로서 도 9a는 기본파를 가지고 있는 전원전압 VS, 고조파를 포함하고 있는 IL 및 능동전력보상장치로 보상된 전원전류 IL가 나타나 있고, 도 9b는 부하에 공급된 보상전류 IC를 보여주고 있다. 이를 통해 직류단 전압이 안정적으로 일정한 값을 유지함을 확인할 수 있고, 능동전력필터에서 공급되는 보상전류가 부하에서 발생되는 고조파를 제거하며, 위상 지연에 의한 무효전력을 보상하여 전원전류에서 고조파성분이 제거된 정현파에 가까운 파형으로 전원전압과 동상이 됨을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a graph showing the results of the simulation. FIG. 9A shows a power supply voltage V S having a fundamental wave, an I L including harmonics, and a power supply current I L compensated by an active power compensator. The compensation current I C supplied to the load is shown. Through this, it can be confirmed that the DC terminal voltage is stably maintained at a constant value, and the compensation current supplied from the active power filter removes harmonics generated from the load, and compensates reactive power due to phase delay, so that harmonic components It can be seen that the waveform is in phase with the power voltage with the waveform close to the removed sine wave.

또한 도 10a 및 10b는 부하전류와 전원전류의 고조파 성분을 스펙트럼으로 분석하여 나타낸 것이다. 보상 후 전원전류는 기본파 성분을 제외한 3th, 5th 및 7th 이상의 고조파가 대폭 제거되었음을 확인 할 수 있다.10A and 10B show a spectrum analysis of harmonic components of a load current and a power supply current. After compensation, the power current can be confirmed that harmonics above 3th, 5th and 7th except fundamental wave components have been greatly removed.

본 발명은 부하전류를 제어 대상으로 하는 것이 아니라 전원전류를 보상하여 부하에 필요한 고조파를 제공함으로써 기존의 전압 및 전류를 검출하기 위한 센서를 4개가 아닌 3개만을 사용하며, 보상 장치에 사용되는 인버터(6)의 스위칭 회로를 풀 브리지가 아닌 반브리지 회로를 사용함으로써 그 가격이 저렴하고 장치의 제어 시스템이 간단하다. 또한 비선형 부하에 의해 발생하는 고조파 및 역률을 개선하기 위하여 개별 기기 자체에 보상장치를 설치하는 것이 아니라 단상 교류를 사용하는 건물에 보상장치를 설치함으로써 건물 전체의 전력을 보상할 수 있는 효과를 가진다. The present invention does not target the load current, but compensates the power supply current to provide harmonics necessary for the load, thereby using only three sensors instead of four to detect the existing voltage and current, and an inverter used in the compensation device. By using the half-bridge circuit instead of the full bridge, the switching circuit of (6) is inexpensive and the control system of the apparatus is simple. In addition, in order to improve harmonics and power factor caused by non-linear loads, it is possible to compensate power of the entire building by installing a compensation device in a building using single-phase alternating current rather than installing a compensation device on an individual device itself.

Claims (8)

단상 교류용 전력보상장치에 있어서,In the single phase AC power compensation device, 기준 전원전류의 최대값을 설정하기 위한 제어기,Controller to set the maximum value of the reference power current, 상기 제어기에서 설정된 최대값을 가지며, 전원전압과 동상인 기준 전원전류를 생성하기 위한 곱셈기,A multiplier having a maximum value set in the controller and for generating a reference power current in phase with the power voltage; 실제 감지된 전원전류를 상기 기준 전원전류로 추종하는 증폭기,An amplifier that tracks the actual sensed power current to the reference power current, 상기 증폭기로부터 출력된 신호를 인버터에 공급할 펄스로 변조시키는 변조기,A modulator for modulating a signal output from the amplifier into a pulse to supply an inverter, 상기 변조기로부터 입력된 상기 펄스를 부하에 공급하기 위한 보상전류로 출력하는 인버터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전력보상장치.And an inverter for outputting the pulse input from the modulator as a compensation current for supplying a load to the load. 제1항에 있어서, 상기 전력보상장치는 단상 교류용 건물 전체를 보상하기 위하여 건물 내 설치됨을 특징으로 하는 전력보상장치. The power compensation device of claim 1, wherein the power compensation device is installed in a building to compensate for the entire single-phase AC building. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 기준 전원전류의 최대값은 인버터의 캐패시터 전압과 기설정된 전압으로부터 생성됨을 특징으로 하는 전력보상장치.The power compensation device of claim 1, wherein the maximum value of the reference power supply current is generated from a capacitor voltage and a predetermined voltage of the inverter. 제1항에 있어서, 상기 전력보상장치는 부하전류의 특성에 관계없이 실제 감지된 전원전류의 위상을 전원전압의 위상과 동일하게 추종시키는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the power compensator tracks the phase of the actually detected power supply current in the same manner as the power supply voltage regardless of the load current characteristics. 제1항에 있어서, 상기 전력보상장치는 캐패시터 전압을 일정하게 유지하도록 전원으로부터 유효전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the power compensator is supplied with real power from a power source to maintain a constant capacitor voltage. 제6항에 있어서, 상기 전력보상장치는 상기 캐패시터 전압을 일정하게 유지하기 위한 제어시스템을 더 포함함을 특징으로 하는 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein said power compensator further comprises a control system for maintaining said capacitor voltage constant. 제7항에 있어서, 상기 제어시스템은 8. The system of claim 7, wherein the control system is 상기 인버터가 보상할 전류를 산출하기 위해 기준 정현파를 발생시키기 위한 정현파 발진부,A sine wave oscillator for generating a reference sine wave to calculate a current to be compensated by the inverter, 상기 인버터가 보상할 전류의 무효 성분의 양을 결정하기 위한 직류전압제어부,DC voltage control unit for determining the amount of the reactive component of the current to be compensated by the inverter, 실제 감지된 전류를 기준 전류와 비교하여 추종시키기 위한 전류 제어부, 그리고A current controller for tracking the actual sensed current compared to the reference current, and 상기 전류 제어부를 통해 얻은 신호를 상기 스위칭 소자가 스위칭 하는데 필요한 구형파의 신호로 변화시키기 위한 삼각파 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a triangular wave generator for converting a signal obtained through the current controller into a signal of a square wave necessary for the switching element to switch.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102810995A (en) * 2012-07-30 2012-12-05 江苏兆伏新能源有限公司 Voltage regulation method of positive and negative input capacitance of half bridge three-level grid inverter
KR101529889B1 (en) * 2015-04-10 2015-06-18 한양전공주식회사 Switchgear capable of power factor correction

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726663B (en) * 2008-10-30 2012-02-22 华北电力科学研究院有限责任公司 Method and system for monitoring user-side harmonic pollution
US9634489B2 (en) * 2014-10-23 2017-04-25 Glenn Kenton Rosendahl Electrical power transmission network

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10271684A (en) 1997-03-21 1998-10-09 Meidensha Corp Power active filter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10271684A (en) 1997-03-21 1998-10-09 Meidensha Corp Power active filter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102810995A (en) * 2012-07-30 2012-12-05 江苏兆伏新能源有限公司 Voltage regulation method of positive and negative input capacitance of half bridge three-level grid inverter
KR101529889B1 (en) * 2015-04-10 2015-06-18 한양전공주식회사 Switchgear capable of power factor correction

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