[논문]25kV 전기철도 고조파 보상을 위한 고전력 능동전력필터 시스템에 관한 연구

김재철; 노성찬; 이유경

25kV 전기철도 고조파 보상을 위한 고전력 능동전력필터 시스템에 관한 연구
The High Power Active Filter System for Harmonic Compensation of 25kv Electric Railway 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.9 no.6 = no.37, 2006년, pp.761 - 765

김재철 (숭실대학교, 전기공학과) , 노성찬 (한국철도대학, 전기제어과) , 이유경 (한국철도공사, 전기기술단)

Abstract ▼ AI-Helper

At present, harmonic currents cause serious problems in power conversion system using the semiconductor switching device. Also some of the conversion system provokes harmonic currents against to the main power supply system and causes hindrances for the system. Main power impedance of the traditional LC passive filter method, influences on the filter characteristics and amplifies the harmonics when resonance phenomenon is occurred. And the traditional existing 2 level inverter systems show the limit in capacity of voltage and current in case of occurring sudden load change. So, to solve this problem active filter which uses cascaded H-bridge multi level inverter has been designed and ex-filter system circuits were totally investigated. With multi level active filtering system not only the size of filter but also the size of filter for transformer can be reduced by half and so as to the weight, while the capacity of inverter can be double sized and wave forms can be compensated exactly and precisely. Also by the benefit of the increase in rating capacity, the various currents owing to the load fluctuation can be dealt more steadily. In order to simulate the wave form of harmonics based on the measured data on the AC 25kV high speed Domestic Commercial railway, it was simulated with PSCAD/EMTDC and PSIM. Based on the results of this demonstration, the power supply system and inverter system would be more stable and also promoting its efficiency.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

하이브리트 타입이 가장 구현하기 복잡하나 당 시스템에 가장 효과적으로 적용함을 입증하였다. 본 논문에서는 현재 한국에서 사용되고 있는 전기철도 계통을 분석하여 고조파 성분을 파악하고 이를 효율적으로 제거하기 위한 방안으로 멀티레벨 H-Bridge cascade 인버터를 이용한 하이브리드형태의 능동필터를 제안하고 이를 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
본 논문은 한국의 고속철도 KTX 전력계통의 선구에서 효과적으로 활용이 가능한 H Bridge Cascaded 형 능동필터를 사용한 전력품질 보상에 관하여 제안하였다.
수동필터의 파라미터는 고조파 특성그래프를 바탕으로 3 차와 5차 고조파의 제거를 목적으로 결정되었다. 따라서 시스템의 안정도 향상에 기여할 것이다.

제안 방법

PWM 제어방식을 사용하여 저차 고조파 전류의 차단을 시도하였으며 3차와 5차 고조파를 제거하기위한 LC수동필터가설치되고 이와 병렬로 제안된 Cascaded H Bridge 형 능동 필터가 설치되었다. 아래의 그림은 변전소 급전선로 보상시스템의 3구역으로 나뉘어진 등가 설치 개념도 이다.
모델링을 선행하였다. 급전시스템의 대표적인 요소인 전 원단 scott 변압기, AT변압기, 선로 등을 모델링 하였으며 다음의 파라메터를 이용하였다. 정밀도 향상을 위해서 파라메터 값들은 현장에서 측정된값을 사용하였다.
모델링을 선행하였다. 급전시스템의 대표적인 요소인 전 원단 scott 변압기, AT변압기, 선로 등을 모델링 하였으며 다음의 파라메터를 이용하였다. 정밀도 향상을 위해서 파라메터 값들은 현장에서 측정된값을 사용하였다.
멀티레벨 인버터중 사용되는 소자의 개수가 가장 적게 들고 스위치와 커패시터 사이의 부유 인덕턴스를 적게 할 수 있으며, 회로의 제작이 간단하고 전압불균형 문제가 발생하지 않는 H-Bridge형태의 멀티레벨 인버터를 사용하여 능동필터를 구성하였다.
상업운전노선의측정데이터와 시스템 구성을 통하여 SV PWM 보다 멀티캐리어 PWM 방식을 선정하였다. 멀티 Carry PWM제어의 장점은 제어가 용이하고, 전압레벨의 차수보다 1개 적은수의 Carry가 요구되고, 각 carry 신호는 기준 신호와 비교되어 스위칭 파형을 만들어 낸다.
실제의 전차선 가선전압의 1/10인 2500[V]로 수행하였다. 수동필터는 180[Hz]와 300[Hz]에 각각 동조되어 3차와 5차의 고조파를 제거하도록 설계하였으며, 능동필터의 스위칭 주파수는 10[kHz]로 설계되었다.
이와같이 발생하는 고조파를 기존의 방식과 비교하여 보다 효율적으류 감소시키기 위하여 H Bridge cascaded 형 능동필터와 수동필터를 동시에 사용하는 하이브리드형 필터를 병렬로 사용하였다.
전기철도 시스템의 고조파를 분석하고, 이를 경감시킬 수 있도록 필터를 설계하기 위해 상용노선의 등가변환을 통하여 계통 모델링을 선행하였다. 급전시스템의 대표적인 요소인 전 원단 scott 변압기, AT변압기, 선로 등을 모델링 하였으며 다음의 파라메터를 이용하였다.

데이터처리

제안된 시스템은 시뮬레이션을 이용하여 검증하였다. 실제의 전차선 가선전압의 1/10인 2500[V]로 수행하였다.

이론/모형

능동필터는 입력전류와 부하전류를 피드백 제어와 피드 포워드제어방식을 이용하여 검출한다.

성능/효과

있다. 결과값으로부터 21evel 인버터의 출력전압값이 대략 2배이상 크게 나타남을 파악할 수 있다.
수행한 결과를 보여주고 있다. 원래의 FFT 그래프와 비교해 볼때 전반적으로 고조파가 감소하였으며 특히 3조파와 5조파의 경우는 크기가 명백하게 감소함을 파악할 수 있다.
4[A]의 고조파 전류가 관측되었다. 위 결과에서 필터의 파라미터와 제어 알고리즘은 적절하게 설계되었음을 확인하였다.
이를 바탕으로 FFT 분석을 한 결과 5차, 7차, 11차의 고조파가 크게 나타나는 것으로 확인 되었다. 이 러한 결과는 위상제어 정류기를 사용하는 단상계통에 3차와 5차 고조파를 위한 수동필터를 첨가한 형태와 유사하게 나타났다.
제안된 시스템은 PSCAD/EMTDC와 PSIM 시뮬레이션을이용하여 검증하였으며 그 결과 수동필터만을 사용하였을 경우 보다 현저하게 고조파가 감소함을 확인하였고, 기존의 2레벨 인버터를 사용하여 능동필터를 구성하는 경우보다 스위치하나당 분담하는 전압의 크기가 2배이상 감소함을 확인하였다. 제안된 시스템은 현재 prototype제품 제작단계이며 빠른 시간내에 시험선구에 적용을 통하여 시스템의 안정성 및 성능평가에 대한 연구가 지속적으로 수행할 예정이다.
하이브리트 타입이 가장 구현하기 복잡하나 당 시스템에 가장 효과적으로 적용함을 입증하였다. 본 논문에서는 현재 한국에서 사용되고 있는 전기철도 계통을 분석하여 고조파 성분을 파악하고 이를 효율적으로 제거하기 위한 방안으로 멀티레벨 H-Bridge cascade 인버터를 이용한 하이브리드형태의 능동필터를 제안하고 이를 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
한편 2레벨 인버터와 제안한 멀티레벨 인버터를 비교할 때 2레벨 인버터의 경우 같은 용량에서 스위치 1개가 부담하는전압은제안한 멀티레벨 인버터를 사용하였을 경우 스위치 1 개당 분담하는 전압이 현저하게 감소함을 확인하였다. 따라서 2레벨 인버터를 사용하였을 경우 제안하는 인버터와 같은 크기의 전압을 스위치에 분담시키기 위해서는 변압기의 크기가 증가하여야만 한다.

후속연구

확인하였다. 제안된 시스템은 현재 prototype제품 제작단계이며 빠른 시간내에 시험선구에 적용을 통하여 시스템의 안정성 및 성능평가에 대한 연구가 지속적으로 수행할 예정이다.

참고문헌 (8)

Korea Railroad Research Institute 'Improvement Measures of Power Quality on Seoul-Taegu Line in Kyung-Bu High Speed Railway(I), (II)', Korea Train Express report. (2002,2003,2004)
Mark McGranaghan, 'Active Filter Design and Specification for control of harmonics in industrial and commercial facilities', Electrotek concepts, Inc., Knoxville TN, USA
Routimo, M., Salo, M. & Tuusa, 'Improving the active Power filter performance with A Prediction based reference generation' NORPIE/2004, Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics, 14-16 June 2004, Trondheim, Norway. 6p
Xiaoming Yuan; Merk, W.; Stemmler, H.; Allmeling, J., 'Stationary-frame generalized integrators for current control of active power filters with zero steady-state error for current harmonics of concern under unbalanced and distorted operating conditions', Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 38, Issue 2, March-April 2002, Page(s):523-532

상세보기
Ingram, D.M.E.; Round, S.D., 'A novel digital hysteresis current controller for an active power filter' Power Electronics and Drive Systems, 1997. Proceedings., 1997 International Conference on Volume 2, 26-29 May 1997, Page(s):744-749, vol.2
Mika Salo, 'A Current-Source Active Power Filter with a New DC Filter Structure', Department of Electrical Engineering, Institute of Power Electronics. Tampere University of Technology
Mario Marchesoni, Maurizio Mazzucchelli, Sandro Tenconi. 'A Nonconventional Power Converter for Plasma Stabilization' IEEE Transactions on Power Electronics. Vol.5, No.2, April 1990

상세보기
Juan W. Dixon, Gustavo Venegas, and Luis A. Moran, 'A Series Active Power Filter Based on a sinusoidal Current-Controlled Voltage-Source Inverter' IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol.44, No.5, October 1997

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

25kV 전기철도 고조파 보상을 위한 고전력 능동전력필터 시스템에 관한 연구
The High Power Active Filter System for Harmonic Compensation of 25kv Electric Railway 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

25kV 전기철도 고조파 보상을 위한 고전력 능동전력필터 시스템에 관한 연구 The High Power Active Filter System for Harmonic Compensation of 25kv Electric Railway 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김재철 (218)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

25kV 전기철도 고조파 보상을 위한 고전력 능동전력필터 시스템에 관한 연구
The High Power Active Filter System for Harmonic Compensation of 25kv Electric Railway 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper