[학위논문]대용량 3상 부하의 무효전력 및 고조파 보상을 위한 능동 필터 시스템 Active power filter system for compensation of reactive power and harmonics of high power three-phase load원문보기
큰 범위의 능동필터시스템은 다음의 3가지의 분야로 나눌 수 있다. 즉, 전송선의 전압 안정화를 위한 유연송전시스템 (FACTS, Flexible AC Transmission System)과, 부하의 무효전력을 보상하기 위한 무효전력 보상기 (SVC, StaticVar Compensator), 그리고 부하의 ...
큰 범위의 능동필터시스템은 다음의 3가지의 분야로 나눌 수 있다. 즉, 전송선의 전압 안정화를 위한 유연송전시스템 (FACTS, Flexible AC Transmission System)과, 부하의 무효전력을 보상하기 위한 무효전력 보상기 (SVC, StaticVar Compensator), 그리고 부하의 고조파 성분을 보상하기 위한 작은 범위의 능동필터가 그것이다. 이 논문에서는 대용량 3상 부하의 무효전력과 고조파를 보상하기 위한 3 가지의 능동필터 시스템이 제안된다. 이로부터, 대용량 무효전력 보상기에 있어서 전원과의 좀더 정밀한 위상제어가 가능해지고, 공진 필터가 없는 간단한 구조의 능동필터, 그리고 낮은 DC 전압을 갖는 저 비용의 능동필터 구조가 얻어진다. 첫번째로는, 대용량 SVC에 있어서 좀더 정밀하게 위상각을 동기시키기 위해 새로운 소프트웨어 벡터적 PLL (VP-PLL)를 이용한 제어방법이 소개된다. 한편, 대용량 SVC의 경우에서는 최대 제어 가능한 위상각의 크기가 점점 작아지므로 제안된 방법이 기존의 하드웨어 PLL에 비해 좀더 좋은 성능을 갖는다. 그리하여, 전체 제어기는 위상각 동기를 위한 내부의 벡터적 PLL과 부하의 무효전력 보상을 위한 외부의 Q루프로 구성된 이중루프의 구조를 갖는다. 제안된 제어기의 성능은 100kVAR 용량의 단독 및 부하 연계 동작 실험을 통하여 확인되어진다. 두번째로는 부하의 고조파 전류를 보상하기 위한 공진 필터가 없는 필터 커패시터로 구성된 새로운 능동필터가 제안되며, 이로부터 제안된 시스템에는 소자의 노후화에 기인한 공진 주파수의 천이 및 큰 부피의 인덕터가 존재하지 않는다. 필터 커패시턴스의 크기는 컨버터의 최소 파워 용량을 고려하여 선택되어진다. 또한, 제어기의 설계를 위해 개루프 및 폐루프상에서의 주파수 해석이 행하여지고, 이로부터 부하의 고조파 전류는 순간적인 pq 이론을 이용하는 간단한 전류제어에 의해 보상되어 진다. 마지막으로, 제안된 방식의 유용성은 6펄스 다이오드 부하를 갖는 10kVA 모의실험과 1kVA 실험을 통하여 확인되어 진다. 세번째로는 3상 고전압 부하의 무효전력과 고조파를 보상하기 위한 낮은 DC전압을 갖는 새로운 능동필터가 소개된다. 이는 병렬 능동필터와 기존의 산업용 부하에서 저 비용 때문에 많이 사용하는 역률 개선용 커패시터군이 직렬로 연결된 구조를 갖고 있다. 이로부터 단자전압의 대부분은 커패시터군 양단간에 걸리고 인버터의 DC전압은 작아지게 된다. 한편, 커패시터군의 각각의 커패시턴스의 크기는 간단한 식에 의해 계산되어지며, 제안된 방식에 있어서의 낮은 DC 전압은 10kVA 모의 실험과 3.75kVA 실험을 통해 확인되어진다.
큰 범위의 능동필터시스템은 다음의 3가지의 분야로 나눌 수 있다. 즉, 전송선의 전압 안정화를 위한 유연송전시스템 (FACTS, Flexible AC Transmission System)과, 부하의 무효전력을 보상하기 위한 무효전력 보상기 (SVC, Static Var Compensator), 그리고 부하의 고조파 성분을 보상하기 위한 작은 범위의 능동필터가 그것이다. 이 논문에서는 대용량 3상 부하의 무효전력과 고조파를 보상하기 위한 3 가지의 능동필터 시스템이 제안된다. 이로부터, 대용량 무효전력 보상기에 있어서 전원과의 좀더 정밀한 위상제어가 가능해지고, 공진 필터가 없는 간단한 구조의 능동필터, 그리고 낮은 DC 전압을 갖는 저 비용의 능동필터 구조가 얻어진다. 첫번째로는, 대용량 SVC에 있어서 좀더 정밀하게 위상각을 동기시키기 위해 새로운 소프트웨어 벡터적 PLL (VP-PLL)를 이용한 제어방법이 소개된다. 한편, 대용량 SVC의 경우에서는 최대 제어 가능한 위상각의 크기가 점점 작아지므로 제안된 방법이 기존의 하드웨어 PLL에 비해 좀더 좋은 성능을 갖는다. 그리하여, 전체 제어기는 위상각 동기를 위한 내부의 벡터적 PLL과 부하의 무효전력 보상을 위한 외부의 Q루프로 구성된 이중루프의 구조를 갖는다. 제안된 제어기의 성능은 100kVAR 용량의 단독 및 부하 연계 동작 실험을 통하여 확인되어진다. 두번째로는 부하의 고조파 전류를 보상하기 위한 공진 필터가 없는 필터 커패시터로 구성된 새로운 능동필터가 제안되며, 이로부터 제안된 시스템에는 소자의 노후화에 기인한 공진 주파수의 천이 및 큰 부피의 인덕터가 존재하지 않는다. 필터 커패시턴스의 크기는 컨버터의 최소 파워 용량을 고려하여 선택되어진다. 또한, 제어기의 설계를 위해 개루프 및 폐루프상에서의 주파수 해석이 행하여지고, 이로부터 부하의 고조파 전류는 순간적인 pq 이론을 이용하는 간단한 전류제어에 의해 보상되어 진다. 마지막으로, 제안된 방식의 유용성은 6펄스 다이오드 부하를 갖는 10kVA 모의실험과 1kVA 실험을 통하여 확인되어 진다. 세번째로는 3상 고전압 부하의 무효전력과 고조파를 보상하기 위한 낮은 DC전압을 갖는 새로운 능동필터가 소개된다. 이는 병렬 능동필터와 기존의 산업용 부하에서 저 비용 때문에 많이 사용하는 역률 개선용 커패시터군이 직렬로 연결된 구조를 갖고 있다. 이로부터 단자전압의 대부분은 커패시터군 양단간에 걸리고 인버터의 DC전압은 작아지게 된다. 한편, 커패시터군의 각각의 커패시턴스의 크기는 간단한 식에 의해 계산되어지며, 제안된 방식에 있어서의 낮은 DC 전압은 10kVA 모의 실험과 3.75kVA 실험을 통해 확인되어진다.
General active power filter system is divided as the following three branches, that is, FACTS (Flexible AC Transmission System) for terminal voltage stabilization of transmission line, SVC (Static Var Compensator) for reactive power compensation of load and active power filter for load harmonic comp...
General active power filter system is divided as the following three branches, that is, FACTS (Flexible AC Transmission System) for terminal voltage stabilization of transmission line, SVC (Static Var Compensator) for reactive power compensation of load and active power filter for load harmonic compensation.AB In this thesis, three active power filter systems are presented for compensation of reactive power and harmonics of high power three-phase load. From this, it results in more accurate phase angle synchronization with ac source in high power SVC (Static Var Compensator), active filters of both simple structure without tuned filter and low cost with low DC voltage. At first, a control for high power SVC using novel software vector product phase locked loop (VP-PLL) is introduced for synchronizing its phase angle more accurately. in the meantime, the presented VP-PLL has much better performance than the conventional hardware PLL in higher power application because maximum controllable phase angle becomes smaller in that case. Thus, the overall controller has dual loop structure composed of inner VP-PLL for phase angle synchronization and outer Q-loop for reactive power compensation of load. Its performance is verified through experiments of 100 kVAR power capacity in case of stand-alone and load linked system operation. Secondly, a new active filter composed of filter capacitor without tuned filter is proposed for harmonic compensation of load, from which there exist no shift of resonant frequencies caused by aging of devices, no bulky inductors. Size of filter capacitance is selected considering minimum power rating of the converter. Also, frequency analyses in terms of open and closed loop are achieved for design of controller, from which harmonic load current is compensated by a simple current control using instantaneous pq-theory. Finally, the usability of the presented topology is confirmed through 10kVA simulation and 1kVA experiment with 6-pulse diode load. Thirdly, a new active filter with low DC voltage is introduced for compensating reactive power and harmonics of high voltage three-phase load. It has structure of parallel active filter connected in series with conventional power factor correction bank which is usually used for its low cost in industrial loads. From this, most of terminal voltage is covered across bank capacitors and DC voltage of inverter becomes very small. Meanwhile, each capacitance size in bank capacitor is calculated from a simple equation, and low DC voltage in the presented topology is confirmed through 10kVA simulation and 3.7kVA experiment.
General active power filter system is divided as the following three branches, that is, FACTS (Flexible AC Transmission System) for terminal voltage stabilization of transmission line, SVC (Static Var Compensator) for reactive power compensation of load and active power filter for load harmonic compensation.AB In this thesis, three active power filter systems are presented for compensation of reactive power and harmonics of high power three-phase load. From this, it results in more accurate phase angle synchronization with ac source in high power SVC (Static Var Compensator), active filters of both simple structure without tuned filter and low cost with low DC voltage. At first, a control for high power SVC using novel software vector product phase locked loop (VP-PLL) is introduced for synchronizing its phase angle more accurately. in the meantime, the presented VP-PLL has much better performance than the conventional hardware PLL in higher power application because maximum controllable phase angle becomes smaller in that case. Thus, the overall controller has dual loop structure composed of inner VP-PLL for phase angle synchronization and outer Q-loop for reactive power compensation of load. Its performance is verified through experiments of 100 kVAR power capacity in case of stand-alone and load linked system operation. Secondly, a new active filter composed of filter capacitor without tuned filter is proposed for harmonic compensation of load, from which there exist no shift of resonant frequencies caused by aging of devices, no bulky inductors. Size of filter capacitance is selected considering minimum power rating of the converter. Also, frequency analyses in terms of open and closed loop are achieved for design of controller, from which harmonic load current is compensated by a simple current control using instantaneous pq-theory. Finally, the usability of the presented topology is confirmed through 10kVA simulation and 1kVA experiment with 6-pulse diode load. Thirdly, a new active filter with low DC voltage is introduced for compensating reactive power and harmonics of high voltage three-phase load. It has structure of parallel active filter connected in series with conventional power factor correction bank which is usually used for its low cost in industrial loads. From this, most of terminal voltage is covered across bank capacitors and DC voltage of inverter becomes very small. Meanwhile, each capacitance size in bank capacitor is calculated from a simple equation, and low DC voltage in the presented topology is confirmed through 10kVA simulation and 3.7kVA experiment.
Keyword
#Active power filter High-power three-phase load Reactive power Harmonics 능동필터 대용량 3상 부하 무효전력 고조파
학위논문 정보
저자
Jung, Gu-Ho
학위수여기관
한국과학기술원
학위구분
국내박사
학과
전기및전자공학과
지도교수
조규형,Cho, Gyu-Hyeong
발행연도
1999
총페이지
iv, 93 p.
키워드
Active power filter High-power three-phase load Reactive power Harmonics 능동필터 대용량 3상 부하 무효전력 고조파
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