KR20010047908A - 전력계통 하모닉스 제거장치 - Google Patents

전력계통 하모닉스 제거장치 Download PDF

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KR20010047908A
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한진욱
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이구택
포항종합제철 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 전력계통 하모닉스 제거장치에 의하면, 부하로 공급되는 전원의 전압을 감지하는 전압감지부, 전원의 전류를 감지하는 전류감지부, 전압감지부가 감지한 전압과 전류감지부가 감지한 전류값에 의하여 펄스폭변조신호를 발생시키는 제어수단, 제어수단에서 발생된 펄스폭변조신호에 의하여 전원을 스위칭시키는 스위칭부를 구비함으로써, 고조파(하모닉스)에 대한 보상전류를 발생시켜 전원라인에 공급함으로써, 부하로 공급되는 전원을 사인파형으로 보상시킬 수 있어 하모닉스로 인한 전력계통 기기의 손상을 방지할 수 있다.

Description

전력계통 하모닉스 제거장치{An apparatus for a removing harmonics of the power system}
본 발명은 비선형 시스템에서 능동적으로 하모닉스를 제거할 수 있는 전력계통 하모닉스 제거용 필터에 관한 것이다.
일반적으로 전력계통에는 고조파를 제거할 수 있도록 필터를 설치하는데, 통상적으로 인덕터와 커패시터의 조합으로 이루어진 LC필터를 설치한다. LC필터는 주파수선택성을 가지는 특성이 있는데, 그 주파수선택성에 의하여 특정 주파수의 조조파(하모닉스)를 제거한다.
그런데, 종래의 전력계통상 고조파의 제거에 이용된 LC필터는 그 특성상 특정주파수의 고조파를 제거할 수는 있지만 비선형 (NON-LINEAR)의 하모닉스(HARMONICS)를 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은, 전력계통상에 설치된 종래의 LC필터의장점을 이용하면서 비선형 하모닉스를 제거하여 전력계통을 안정화시켜 전력계통에 접속된 기기의 손상을 방지함으로써 정비비를 절감시킬 수 있는 전력계통 하모닉스 졔거용 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적으로 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전력계통 하모닉스 제거용 필터는, 부하로 공급되는 전원의 전압을 감지하는 전압감지부, 전원의 전류를 감지하는 전류감지부, 전압감지부가 감지한 전압과 상기 전류감지부가 감지한 전류값에 의하여 펄스폭변조신호를 발생시키는 제어수단, 제어수단에서 발생된 펄스폭변조신호에 의하여 상기 전원을 스위칭시키는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다. 그리고 제어수단은, 전압감지부를 통하여 감지한 전압을 DQ좌표계로 변환시키며, 스위칭부의 전압을 측정하여 상기 전류감지부에서 감지한 전류값의 좌표변환값과 합하여 PI제어기에 의해 산출한 정류기의 전압벡터를 좌표계변환부에 의해 정지좌표계로 변환하고 그 결과에 따라 펄스폭변조신호를 발생시키는 펄스폭변조부 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
도 1은 본 발명에 따른 전체 회로도.
도 2는 도1의 제어부 상세 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 특성도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10:전원
20:정류부
30:전압감지부
40:전류감지부
50:인덕터
60:스위칭부
70:제어수단
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하겠다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 전력계통 하모닉스 제거용 필터가 설치된 전력계통의 회로도를 설명하면 다음과 같다.
전원(10)의 각 상에는 부하(Rs)에 직류를 공급하기 위한 3상 정류부(20)가 저항 (Ra, Rb, Rc)을 통하여 접속되어 있는데, 전압을 검출하기 위하여 a상과 b상의 라인에 전압감지부(30)가 접속되어 있다. 또한 전원전압(10)의 a,b,c상에는 스위칭부(60)가 접속되어 있는데 이 스위칭부(60)는 제1,2,3인덕터(L1 내지는 L3)를 통하여 a,b,c상으로 접속된다. 그리고 전류를 검출하기 위해서 제1,3인덕터(L1 및 L3)와 스위칭부(60) 사이단에는 전류감지부(40)가 병렬로 접속되어 있다.
전술한 스위칭부(60)는 제1~6트랜지스터(Q1~Q6)(본 실시예서는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor), 즉 IGBT가 이용됨)와 제1~6다이오드(D1~D6)로 이루어 지는데, 제1,4트랜지스터(Q1,Q4)가 서로 직렬로 접속되어 있으며, 제2, 5트랜지스터(Q2,Q5)가 서로 직렬로 접속되어 있으며, 제3,6트랜지스터(Q3,Q6)가 서로 직렬로 접속되어 있다.
그리고 각 트랜지스터(Q1~Q6)에는 귀환 다이오드(D1~D6)가 접속된다. 또한 직렬로 접속되어 있는 제1,4트랜지스터의 사이는 제3인덕터(L3)를 통하여 c상과 접속되고, 제2,5트랜지스터(Q2 및 Q5)의 사이는 제2인덕터(L2)를 통하여 b상과 접속된다. 그리고 제3,6트랜지스터(Q3 및 Q6)의 사이는 제1인덕터(L1)를 통하여 a상과 접속된다.
또한 제1,2,3트랜지스터(Q1 내지는 Q3)의 콜렉터와 제4,5,6트랜지스터(Q4 내지는 Q6)의 에미터에는 커패시터(C)가 병렬로 접속되는데, 커패시터(C)의 양단은 후술하는 제어수단(70)으로 접속된다.
한편, 제어수단(70)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 전원전압과 위상을 동기시키기 위한 전원전압검출부와, 전압제어기, 전류제어기, 좌표변환기 및 펄스폭변조부(Pulse Width Modulator, PWM)등으로 구성된다.
제어수단(70)은 다음과 같은 동작을 한다.
인버터전단의 전압 Ea, Eb, Ec에 대한 좌표변환을 통한 코맨드값(ref1)과 Ede값을 전류변환기인 제1P제어기를 거친다. 그리고 D상 코맨드 전류를 산출하여 이를 센싱한 전류와 비교하여 D상 전류제어기를 거쳐 소스전류 Isabc에서 좌표변환된 Idq전류의 Iq전류와 wL을 합성하여 전원전압을 찾아낸다. 또한 동기좌표계의 d축은 전원전압벡터와 일치되어 있으므로 q축 전압성분(Eq)은 "0"으로 한다.
q축은 동기좌표계전류 및 전압은 각 PI제어기 및 P제어기를 통하여 앞의 d상 회전좌표계 및 q상 회전좌표계로 전환되어 이를 다시 좌표계변환부를 통하여 정지좌표계로 변환하며, 변환된 정지좌표계를 펄스폭변조부(PWM)를 통하여 펄스폭변조신호(PWM신호)를 출력한다.
제어수단(70)에서 출력되는 펄스폭변조신호는 스위칭부(60)로 출력되는데, 그에 따라서 스위칭부(60)의 각 트랜지스터(Q1 ~ Q6)는 제어수단에서 출력되는 펄스폭변조신호에 따라 스위칭되어 각 전원라인에 전류를 공급하게 된다.
도 3은 3상 정류기의 입력상전압과 상전류를 보여주는데, 도 3 (a)를 살펴보면, 상전류에서 고조파가 함유된 일그러진 파형을 보여주고 있다.
그러나 본 발명에 따른 전력계통 하모닉스 제거장치에 의하여 전원라인의 전류를 보상하여 줌으로써 도 3 (c)에 도시하였다시피 그 파형이 완전한 사인파형이 되도록 하여 하모닉스로 인한 전력계통 기기의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 전력계통 하모닉스 제거장치에 의하면, 부하로 공급되는 전원의 전압을 감지하는 전압감지부, 전원의 전류를 감지하는 전류감지부, 전압감지부가 감지한 전압과 상기 전류감지부가 감지한 전류값에 의하여 펄스폭변조신호를 발생시키는 제어수단, 제어수단에서 발생된 펄스폭변조신호에 의하여 전원을 스위칭시키는 스위칭부를 구비함으로써, 고조파(하모닉스)에 대한 보상전류를 발생시켜 전원라인에 공급함으로써, 부하로 공급되는 전원을 사인파형으로 보상시킬 수 있어 하모닉스로 인한 전력계통 기기의 손상 및 수명단축을 방지하고, 오동작을 감소시킬 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (2)

  1. 전력계통의 하모닉스 제거 장치에 있어서,
    부하로 공급되는 전원의 전압을 감지하는 전압감지부,
    상기 전원의 전류를 감지하는 전류감지부,
    상기 전압감지부가 감지한 전압과 상기 전류감지부가 감지한 전류값에 의하여 펄스폭변조신호를 발생시키는 제어수단,
    상기 제어수단에서 발생된 펄스폭변조신호에 의하여 상기 전원을 스위칭시키는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력계통 하모닉스 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 전압감지부를 통하여 감지한 전압을 DQ좌표계로 변환시키며, 상기 스위칭부의 전압을 측정하여 상기 전류감지부에서 감지한 전류값의 좌표변환값과 합하여 상기 PI제어기에 의해 산출한 정류기의 전압벡터를 상기 좌표계변환부에 의해 정지좌표계로 변환하고 그 결과에 따라 펄스폭변조신호를 발생시키는 펄스폭변조부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력계통 하모닉스 제거 장치.
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