본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 새로운 전압제어 방식의 역률보상시스템을 제안한다. 제안하는 전압제어 방식의 역률보상시스템은 슬라이닥을 이용하여 가변되는 출력전압을 커패시터에 인가하는 것으로 보상에 필요한 무효전력을 생성한다. 기존의 커패시터 뱅크 방법을 이용하는 역률보상시스템은 선택 가능한 커패시터 용량이 한정되어 있어 부하 상황에 따라 역률보상 오차가 발생하지만, 제안 시스템은 변화하는 부하를 추종하여 오차 없이 역률을 100%까지 보상할 수 있다. 본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 전압제어 방식의 역률보상시스템과 제어 알고리즘을 개발하였고 모의실험과 실험을 통해 성능을 확인한다. 제안 시스템을 수용가에 설치할 경우 역률 개선을 통한 전기료 감소, 선로손실 감소, 부하 용량 증대 효과가 기대된다. 특히 발전 사업가 측에서는 역률 보상 성능의 향상으로 송전 여유 용량 확보와 발전량 절감이 가능하다.
본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 새로운 전압제어 방식의 역률보상시스템을 제안한다. 제안하는 전압제어 방식의 역률보상시스템은 슬라이닥을 이용하여 가변되는 출력전압을 커패시터에 인가하는 것으로 보상에 필요한 무효전력을 생성한다. 기존의 커패시터 뱅크 방법을 이용하는 역률보상시스템은 선택 가능한 커패시터 용량이 한정되어 있어 부하 상황에 따라 역률보상 오차가 발생하지만, 제안 시스템은 변화하는 부하를 추종하여 오차 없이 역률을 100%까지 보상할 수 있다. 본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 전압제어 방식의 역률보상시스템과 제어 알고리즘을 개발하였고 모의실험과 실험을 통해 성능을 확인한다. 제안 시스템을 수용가에 설치할 경우 역률 개선을 통한 전기료 감소, 선로손실 감소, 부하 용량 증대 효과가 기대된다. 특히 발전 사업가 측에서는 역률 보상 성능의 향상으로 송전 여유 용량 확보와 발전량 절감이 가능하다.
In this paper, a novel power factor compensation system based on voltage-controlled method is proposed for 3-phase 4-wire power system. The proposed voltage-controlled power factor compensation system generates a reactive power required for compensation by applying a variable output voltage by a sli...
In this paper, a novel power factor compensation system based on voltage-controlled method is proposed for 3-phase 4-wire power system. The proposed voltage-controlled power factor compensation system generates a reactive power required for compensation by applying a variable output voltage by a slidac to a capacitor. In conventional power factor compensation system using the capacitor bank method, the power factor compensation error occurs depending on the load condition due to the limited capacity of the capacitors. However, the proposed system compensates the power factor up to 100% without error. In this paper, we have developed a voltage-controlled power factor compensation system and a control algorithm for 3-phase 4-wire power system, and verify its performance through simulation and experiments. If the proposed power factor compensation system is applied to an industrial field, a power factor compensation performance can be maximized. As a result, it is possible to reduce of electricity prices, reduce of line loss, increase of load capacity, ensure the transmission margin capacity, and reduce the amount of power generation.
In this paper, a novel power factor compensation system based on voltage-controlled method is proposed for 3-phase 4-wire power system. The proposed voltage-controlled power factor compensation system generates a reactive power required for compensation by applying a variable output voltage by a slidac to a capacitor. In conventional power factor compensation system using the capacitor bank method, the power factor compensation error occurs depending on the load condition due to the limited capacity of the capacitors. However, the proposed system compensates the power factor up to 100% without error. In this paper, we have developed a voltage-controlled power factor compensation system and a control algorithm for 3-phase 4-wire power system, and verify its performance through simulation and experiments. If the proposed power factor compensation system is applied to an industrial field, a power factor compensation performance can be maximized. As a result, it is possible to reduce of electricity prices, reduce of line loss, increase of load capacity, ensure the transmission margin capacity, and reduce the amount of power generation.
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문제 정의
따라서 기존 방법에서 발생하는 역률 보상 오차와 접점에 의한 문제를 해결하기 위해 새로운 전압제어 방식의 역률보상시스템을 제안한다.
따라서 본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 전압 제어 방식의 새로운 역률보상시스템을 제안한다. 제안 시스템은 슬라이닥의 출력에 커패시터가 연결되는 구조로 되어 있고, 슬라이닥의 출력전압을 부하상황에 따라 제어하여 커패시터에 인가하는 것으로 역률보상에 필요한 무효전력을 생성한다.
따라서 본 논문에서는 제조단가가 저렴한 그림 4(b)의 구조를 사용하고 새로운 제어 알고리즘을 제안한다. 3상 4선식 전력계통에서 역률보상부를 델타연결한 역률 보상장치를 그림 5에 나타내었다.
본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 전압제어 방식을 이용하는 새로운 역률보상시스템을 제안하였다.
제안 방법
그림 12에는 제안한 역률보상시스템을 이용한 실험에서 Q축 전류와 역률 파형을 나타내었다. 10초부터 제안한 방법을 이용하여 역률을 보상하였다. 그림 12(a)에서 보상이후 Q축 전류가 0이 되는 것을 볼 수 있고, 그림 12(b)에서 역률이 정확하게 100%가 되는 것으로 제안한 방법이 타당하다는 것을 알 수 있다.
그림 11(b)에는 제어기를 나타내었고, 역률 계측과 시스템 제어를 위해서 TMS320F28335DSP로 구성된 제어보드를 사용하였다. DSP에 제안하는 제어 알고리즘을 구현하였고, 계통전압과 전류를 측정한 후 역률을 계산하고, 그림 7과 같은 순서로 슬라이닥에 부착되어 있는 모터를 제어하여 역률을 보상하였다. 역률보상시스템의 동작 상태를 모니터링하기 위해 제어보드와 PC를 연결하였고, 획득한 파형을 그림 12에 나타내었다.
그림 11(a)는 3상 4선식 전력계통용 역률보상상시스템을 나타내었고, 슬라이닥의 윗부분에 모터가 장착되어 있어 출력전압을 가변시킬 수 있다. 부하는 저항과 인덕터를 직렬연결하고 개별적으로 가변할 수 있도록 하였고, 지상의 불평형 부하 상태에서 역률보상실험을 하였다. 그림 11(b)에는 제어기를 나타내었고, 역률 계측과 시스템 제어를 위해서 TMS320F28335DSP로 구성된 제어보드를 사용하였다.
3상 4선식 전력계통에서 역률보상부는 그림 5와 같이 델타결선을 하였다. 부하는 표 1과 같이 저항과 인덕터가 직렬 연결된 지상부하를 설정하였고, 불평형 부하 조건에서 제안한 방법을 이용하여 역률을 보상하는 모의실험 하였다.
그림 10에는 제안하는 역률보상시스템의 구성도를 나타내었다. 실험시스템은 계통전압과 전류를 측정하기 위한 PT/CT 센서와 신호처리부, 역률 계산 및 모터제어를 위한 DSP, 역률보상을 위한 모터가 장착된 슬라이닥으로 구성되어 있다.
따라서 본 논문에서는 3상 4선식 전력계통에서 전압 제어 방식의 새로운 역률보상시스템을 제안한다. 제안 시스템은 슬라이닥의 출력에 커패시터가 연결되는 구조로 되어 있고, 슬라이닥의 출력전압을 부하상황에 따라 제어하여 커패시터에 인가하는 것으로 역률보상에 필요한 무효전력을 생성한다. 전압제어 역률보상 방식에서 슬라이닥의 출력전압은 미세하게 변화시킬 수 있어 부하 상황을 추종하여 정확한 역률보상이 가능하다.
제안한 방법은 접점 없이 슬라이닥을 이용하여 커패시터에 인가되는 전압을 제어하는 방법을 사용하므로 역률보상 오차와 접점에 의한 문제를 해결할 수 있다. 제안한 방법에서 역률보상부의 커패시터 용량을 줄이기 위해 전력계통과 역률보상부를 델타결선 하였고, 제안 시스템에 적합한 새로운 제어알고리즘을 개발하였다. 모의실험과 실험을 통하여 제안한 방법의 타당성을 확인하였다.
제안한 방법의 타당성을 확인하기 위해 3상 4선식 전력계통용 역률보상 시스템을 제작하여 실험하였다. 그림 10에는 제안하는 역률보상시스템의 구성도를 나타내었다.
대상 데이터
부하는 저항과 인덕터를 직렬연결하고 개별적으로 가변할 수 있도록 하였고, 지상의 불평형 부하 상태에서 역률보상실험을 하였다. 그림 11(b)에는 제어기를 나타내었고, 역률 계측과 시스템 제어를 위해서 TMS320F28335DSP로 구성된 제어보드를 사용하였다. DSP에 제안하는 제어 알고리즘을 구현하였고, 계통전압과 전류를 측정한 후 역률을 계산하고, 그림 7과 같은 순서로 슬라이닥에 부착되어 있는 모터를 제어하여 역률을 보상하였다.
데이터처리
제안하는 역률보상 방법의 타당성을 확인하기 위하여 MATLAB을 이용하여 모의실험을 진행하였다. 모의실험 조건은 표 1에 나타내었다.
이론/모형
1. Power factor compensation system using capacitor bank method.
성능/효과
기존의 커패시터 뱅크 방법을 이용하는 역률보상시스템에서는 커패시터 개수의 제한으로 역률보상 오차가 존재하게 되지만, 제안하는 방법의 경우 슬라이닥 출력 전압을 미세하게 변화시킬 수 있으므로 오차 없이 정확하게 역률을 보상할 수 있다. 또한 접점이 필요 없으므로 기존 방법에서 접점 개폐시 발생하는 문제가 사라지게 된다.
제안한 방법에서 역률보상부의 커패시터 용량을 줄이기 위해 전력계통과 역률보상부를 델타결선 하였고, 제안 시스템에 적합한 새로운 제어알고리즘을 개발하였다. 모의실험과 실험을 통하여 제안한 방법의 타당성을 확인하였다.
제안한 방법은 접점 없이 슬라이닥을 이용하여 커패시터에 인가되는 전압을 제어하는 방법을 사용하므로 역률보상 오차와 접점에 의한 문제를 해결할 수 있다. 제안한 방법에서 역률보상부의 커패시터 용량을 줄이기 위해 전력계통과 역률보상부를 델타결선 하였고, 제안 시스템에 적합한 새로운 제어알고리즘을 개발하였다.
제안한 역률보상시스템을 산업현장에 적용할 경우 역률 보상 성능을 최대화 할 수 있다. 그 결과 수용가에서는 역률 개선을 통한 전기료 감소, 선로손실 감소, 부하 용량 증대 효과가 기대된다.
제안한 역률보상시스템을 산업현장에 적용할 경우 역률 보상 성능을 최대화 할 수 있어 전기료 감소, 부하 용량 증대 효과를 기대할 수 있고, 국가 전체적으로는 에너지 효율의 향상으로 인해 송전 여유 용량 확보와 발전량 절감이 가능하다.
후속연구
제안한 역률보상시스템을 산업현장에 적용할 경우 역률 보상 성능을 최대화 할 수 있다. 그 결과 수용가에서는 역률 개선을 통한 전기료 감소, 선로손실 감소, 부하 용량 증대 효과가 기대된다. 특히 발전 사업가 측에서는 역률 보상 성능의 향상으로 송전 여유 용량 확보와 발전량 절감이 가능하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
역률은 무엇을 의미 하는가?
역률은 수용가로 공급되는 전력과 실제 사용되는 전력의 비율을 의미하고, 전력사용 효율의 지표로 사용된다. 역률을 개선하는 것은 에너지 효율을 향상시키는 것이므로 국가에서는 다양한 제도를 적용하여 전력수용가의 역률을 관리하고 있다.
국가에서는 다양한 제도를 적용하여 전력수용가의 역률을 관리하는 이유는 무엇인가?
역률은 수용가로 공급되는 전력과 실제 사용되는 전력의 비율을 의미하고, 전력사용 효율의 지표로 사용된다. 역률을 개선하는 것은 에너지 효율을 향상시키는 것이므로 국가에서는 다양한 제도를 적용하여 전력수용가의 역률을 관리하고 있다. 산업현장에서도 역률개선에 대한 필요성을 인식하고 있어 역률보상시스템을 설치하는 제조시설이 증가하고 있다[1～4].
커패시터 뱅크 방식의 한계점은 무엇인가?
커패시터 뱅크 방식에서는 그림 1과 같이 여러 개의 커패시터를 병렬로 설치한 후 부하에 따라 선택적으로 투입하는 방법을 사용한다. 그러나 설치 가능한 커패시터의 개수가 제한되므로 선택할 수 있는 용량은 한정되어 있다. 커패시터 개수를 증가하는 것으로 오차를 줄일 수 있지만 가격이 상승하게 되므로 커패시터 개수는 제한되고 그 결과는 역률보상 오차로 나타난다. 또한 커패시터 개폐를 위한 접점이 필수이므로 접점의 개폐시 발생하는 서지전압과 돌입전류에 의해 마그네트 스위치가 손상되고 커패시터 수명이 단축되어 높은 유지보수 비용이 발생하게 된다[8～9].
참고문헌 (11)
Hyun-woo Lee, Young-kyun Park, Jinhan Lee, Sanghyun Joung and Chul-woo Park, "Development of advanced Power Factor Computation Algorithm in Harmonics distorted Distribution System," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 53, no. 7, pp.121-127, 2016.
Jun-sung Lee, "An Integrated Circuit design for Power Factor Correction," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 51, no. 5, pp. 219-225, 2014.
Etienne Moulin, "Measuring reactive power in energy meters," Metering international-Issue, pp. 52-54, 2002.
Samet H., "Employing stochastic models for prediction of arc furnace reactive power to improve compensator performance," IET generation, transmission & distribution, vol. 2, no. 4, pp. 505-515, 2008.
KEPCO, Basic Terms of Service, KEPCO, pp. 38-40, 2016.
Hyun-Woo Lee, In-Soo Lee, Jinhan Lee, Young Kyun Park, Sanghyun Joung and Chulwoo Park, "Development of Power Factor Computation Algorithm Robust to Frequency Variation," The Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 14, no. 7, pp. 29-37, 2016.
Yun Gwang Hee and Heejin Lee, "A Study on Development of SVC to Improve Harmonics and Power Factor of Power Plant," Journal of Electrical Engineering & Technology, vol. 60, no. 11, pp. 2109-2118, 2011.
Jong Gyeum Kim, "Analysis for Thermal Distribution of Low-voltage Condenser by the Variance of Voltage & Frequency," Journal of the Korean Institute of illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 24, no. 4, pp. 43-49, 2010.
Thomas M. Blooming, "Capacitor Application Issues," IEEE Trans on IAS, pp. 1013-1026, 2008.
Chul-woo Park, "Development of voltage controlled power factor compensation system using slidac," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, in press.
Paul. C. Krause and Oleq Wasynczuk, Electro mechanical Motion Devices, McGraw-Hill, 1998.
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