[논문]멀티레벨 인버터를 이용한 전기철도용 하이브리드 능동 전력필터

김윤호; 김수홍; 이강희

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes transformerless power conversion system consisting of a single-phase diode rectifier and a shunt hybrid filter for the electric-railway system. The hybrid filter consists of a single tuned LC filter per a phase and a low-rated NPC type multi-level inverter. Compared with conventi...

This paper proposes transformerless power conversion system consisting of a single-phase diode rectifier and a shunt hybrid filter for the electric-railway system. The hybrid filter consists of a single tuned LC filter per a phase and a low-rated NPC type multi-level inverter. Compared with conventional active filters. transformers are not used. Also, LC filter works as not only a harmonic filter tuned at the 3rd harmonic frequency but also a switching-ripple filter. The rating of the active filter can be decreased by using a NPC type multi-level inverter. The simulation results confirm the validity of the system.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 병렬로 연결된 수동필터와 트랜스포머를 사용하지 않은 멀티 레벨 인버터를 사용한 능동필터와 수동필터로 구성된 하이브리드 필터 시스템을 제안하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 일반적인 멀티레벨 인버터를 사용한 능동필터보다 필터에 작은 정격이 요구되고, 트랜스포머가 사용된 능동필터보다도 더 작은 정격이 요구된다.
본 논문은 전기철도용 전력변환장치에 사용가능한 트랜스포머를 사용하지 않은 하이브리드 필터구조를 제안하였다. 또한 하이브리드 필터는 LC수동필터와 낮은 전압-전류정격을 가진 NPC타입 멀티레벨 컨버터로 구성되었고, LC 수동 필터는 3차 고조파 주파수에 동조되었으며, 스위칭 리플을 제거하였다.

제안 방법

공진 과전압과 같은 문제는 4상한 PWM 구동으로 해결할 수 있으나, 사이 리스터를 기본으로 하는 철도 차량은 고조파 과전압 문제가 야기된다[2]. 이러한 수동필터의 필터 특성을 개선시키기 위해 능동전력필터를 첨가한 하이브리드 필터를 제안하게 되었다. 하이브리드 필터에서, 수동필터는 부하에 의해 발생되는 고조파 전류를 억제하고 능동 전력 필터는 수동필터의 필터 특성을 개선시키는 역할을 한다[3].
전원 전압이 일정하다면, 전류나 전력의 흐름은 컨버터 전압에 의해 제어될 수 있다. 또한, PWM인버터(type 1) 와의 비교를 통하여 제안된 멀티레벨 컨버터(type 2)의 향상된 고조파 보상특성을 시뮬레이션을 통하여 입증하였다.
전기철도 시스템 모델을 보여주고 있다. 전체 시스템은 입력 전원, 급전선 변전소(feeder substation), 급전선 접촉영역(contact feeder section), 하이브리드 보상시스템(hybrid compensation system) 으로 구성되었다. 하이브리드 보상시스템은 논문에서 제안한 것과 같이 수동필터와 능동필터는 직렬연결 구조를 가지고 있다.
스위칭 입력 신호(signal 1, 2)는 하나의 기준신호(reference signal)와 두개의 캐리신호(carrier 1, 2)와 비교되어 발생되었다. 본 논문에서는 스위칭 소자를 위한 PWM 게이트 신호를 발생하기 위해 기준 신호는 10kHz의 캐리 신호와 비교되었다.
제안된 시스템은 LC수동필터의 임피던스를 가능한 작게 만들 수 있다. 이것은 좋은 필터 링 특성과 능동필터의 각 소자 정격을 줄일 수 있다는 것을 의미한다.
보여주고 있다. 전기철도용 입력전압은 25kV이나 본 논문에서는 약 1/10배인 2.4kV를 기준으로 시뮬레이션을 수행하였다. 수동필터는 3고조파 주파수 180Hz에 동조되었고, 능동 전력 필터의 스위칭 주파수는 10kHz이다.

이론/모형

제안된 하이브리드 필터구조는 그림 4에서 보여주고 있다. 멀티레벨 스위칭 제어 방법은 제어의 복잡성을 가진 SPWM대신 멀티캐리어스위칭 방법을 사용하여 제어 방법의 복잡성을 해결할 수 있었다 [6].
그러나 SVPWM은 레벨 증가에 따른 공간 판별이 어렵고 제어가 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 제어가 간편한 멀티 캐리어 PWM방법을 사용하였다. 멀티 캐리어 PWM은 m레벨컨버터는 m-1 개의 캐리 신호를 필요로 하고, 기준 신호는 각 캐리 신호와 비교되어 스위칭 파형을 출력한다.
있다. 능동필터는 입력 전류와 부하 전류를 각각 피드백 제어(feed back control) 와 피드-포워드 제어 (feed-forward control) 방법으로 검출한다. 또한 능동필터는 외부의 전력 공급 없이 de 전압을 발생시키며, LC수동필터는 3차 고조파 주파수에 동조되었다.

성능/효과

그러나 본 논문에서 제안한 멀티레벨 구조는 수동필터의 임피던스를 증가시켜 능동필터의 전압-전류 정격을 줄이는 동시에, 능동전력 필터의 각 소자 전압 정격감소 효과도 얻을수 있다. 멀티레벨컨버터 구조를 사용하여 입력단 전류 기본파의 크기를 증가시켜 결과적으로 하이브리드 필터단 전압-전류의 정격을 크게 감소시킬 수 있다.
능동전력 필터의 각 소자 전압 정격감소 효과도 얻을수 있다. 멀티레벨컨버터 구조를 사용하여 입력단 전류 기본파의 크기를 증가시켜 결과적으로 하이브리드 필터단 전압-전류의 정격을 크게 감소시킬 수 있다. 제안된 하이브리드 필터구조는 그림 4에서 보여주고 있다.
만일 능동 필터의 전압-전류정격이 동일하다고 가정하였을 경우, 전압정격은 멀티레벨을 사용함으로써 각 소자의 전압정격을 1/2로 줄일 수 있다. 또한 멀티레벨을 사용하여 입력 기본파 전류의 크기를 증가시켜 필터단 전류를 감소시킴으로, 필터단 전류 정격 줄일 수 있다. 부하측 전류가 일정할 때 입력 전류의 크기를 증가시키면, 상대적으로 필터단 전류를 감소시킬 수 있다.
(a)는 PWM인버터를 사용하였을 경우이고 (b)는 제안된 멀티레벨 능동전력 필터를 사용하였을 경우이다. 그림에서 알 수 있듯이 멀티 레벨 인버터를 사용하였을 때, 각 소자 전압 정격을 1/2로 줄일 수 있고, 입력단 인덕턴스와 필터인덕턴스의 비율에 의해 트랜스포머를 사용하지 않고도 능동필터 전압정격을 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한 하이브리드 필터는 LC수동필터와 낮은 전압-전류정격을 가진 NPC타입 멀티레벨 컨버터로 구성되었고, LC 수동 필터는 3차 고조파 주파수에 동조되었으며, 스위칭 리플을 제거하였다. 제안된 하이브리드 필터는 트랜스포머를 사용하지 않고 낮은 정격을 가진 능동전력 필터 구성이 가능함을 보여주었고, 일반적 인 PWM인버터로 구성된 능동필터보다 스위칭 소자의 전압-전류 정격 감소와 향상된 필터링 특성을 보여주고 있다.
구성된 하이브리드 필터 시스템을 제안하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 일반적인 멀티레벨 인버터를 사용한 능동필터보다 필터에 작은 정격이 요구되고, 트랜스포머가 사용된 능동필터보다도 더 작은 정격이 요구된다. 능동 필터의 전압-전류 정격을 크게 감소시킴으로써, 필터구성에 따른 비용 절감 효과도 기대할 수 있다.

참고문헌 (4)

Rivas, D.; Moran, L.; Dixon, J.W.; Espinoza, J.R. 'Improving passive filter compensation performance with active techniques' Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 2003, Pages:161-170
Tan, P.C.; Loh, P.C.; Holmes, D.G.; 'A robust multilevel hybrid compensation system for 25kV electrified railway applications' PESC '03. IEEE 34th Annual Conference on , Volume:3 , 15-19 June 2003, Pages:1020-1025 vol.3
Libano, F.B.; Simonetti, D.S.L.; Uceda, J.; 'Frequency characteristics of hybrid filter systems' PESC '96 Record., 27th Annual IEEE, 2 ,June 1996, Pages:1142-1148 vol
Jih-Sheng Lai; Fang Zheng Peng; 'Multilevel converters-a new breed of power converters' Industry Applications, IEEE Transactions on, 1996 Pages:509-517

상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 멀티레벨 인버터를 이용한 전기철도용 하이브리드 능동 전력필터
A Hybrid Active Power Filter for Electric-Railway Systems Using Multi-Level Inverters 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (4)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 멀티레벨 인버터를 이용한 전기철도용 하이브리드 능동 전력필터 A Hybrid Active Power Filter for Electric-Railway Systems Using Multi-Level Inverters 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (4)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김윤호 (60) 이강희 (1)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 멀티레벨 인버터를 이용한 전기철도용 하이브리드 능동 전력필터
A Hybrid Active Power Filter for Electric-Railway Systems Using Multi-Level Inverters 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문