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가변형 수동 고조파 필터에 의한 단상 무정전전원장치의 고조파 저감에 관한 연구
A Study on Harmonic Reduction of Single-phase UPS with Variable Passive Harmonic Filters 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.2, 2019년, pp.495 - 501  

김성삼 (Dept. of Smart Electricity, Korea Polytechnic Colleges) ,  황선환 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University)

초록
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본 논문에서는 정류 브리지 다이오드를 갖는 단상 무정전전원장치의 전원측 고조파 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안한다. 2레벨 이상의 전력변환방식을 적용한 무정전전원장치는 전원측 고조파 및 역률 특성이 우수한 반면, 전 브리지 방식의 무정전전원장치는 전원측에 제 3고조파, 제 5고조파, 제 7고조파 및 역률 저하를 심각하게 야기한다. 이에 따라 단상 전 브리지 동작에 의해 야기된 (2n+1)차 고조파 제거 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안하고자 한다. 제안한 가변형 고조파 필터의 성능을 평가하기 위해 다양한 시뮬레이션과 실험을 진행하여 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a variable passive harmonic filter for reduction and improvement of harmonics and power factor of single-phase uninterruptible power supply(UPS) with full bridge rectifier. Recently, UPSs have excellent harmonic and power factor operation characteristics by applying 2-level or mo...

주제어

#Uninterruptible power supply   #Total harmonic distortion   #Variable passive harmonic filters   #Power factor improvement   #Harmonic reduction  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 전 브리지 다이오드를 갖는 단상 UPS의 저차 고조파 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안하였다. 이를 위해서 전브리지 정류회로의 전원측 고조파 분석과 역률 개선용 리액터 및 저차 고조파 제거용 수동필터를 설계하고 제안한 리액터 및 고조파 필터의 성능을 비교 검토하기 위해 다수의 시뮬레이션과 실험을 진행하여 역률 개선 및 고조파 저감에 효과적임을 검증하고자 한다.
  • 따라서, 본 논문에서는 식 (2)의 전원측 임피던스 영향을 고려하여 전원과 동조필터 사이에 별도의 교류 리액터(ACL)를 추가하여 직렬공진 동조필터에 의해 제거되지 않은 높은 차수의 고조파 성분들을 추가적으로 흡수하는 역할을 수행함과 동시에 전원측 용량 변동 및 UPS의 정전, 정전복귀 및 과부하 등의 동작 상태에 따른 입력측 역률을 개선하고자 한다.
  • 2레벨 및 3레벨 전력변환방식의 단상 무정전전원장치와 달리 전파 브리지 정류회로를 갖는 무정전전원장치는 기본적으로 높은 THD 및 낮은 역률운전 특성을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 전파 브리지 다이오드를 갖는 단상 무정전전원장치의 저차 고조파 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안하였다. 이를 위해서 전파 브리지 정류회로의 전원측 고조파 분석과 역률 개선용 리액터 및 저차 고조파 제거용 수동필터를 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전 브리지 정류회로를 갖는 단상 UPS의 구성의 결과는 무엇인가? 이 경우, 부하측에 전력을 공급하는 과정중 직류단 전압의 충/방전 동작이 수행된다. 그 결과 전원측 전류에 3상 전파 정류회로에서는 거의 발생되지 않는 3고조파 성분이 존재하게 되며, 특히 3고조파 성분이 5차 및 7차 고조파 성분에 비해 많은 성분을 차지하게 된다.
무정전전원장치은 무엇인가? 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)는 상용전원 또는 예비전원에 전압변동, 순간 정전 및 주파수 변동 등이 발생하더라도 부하측에 정전압 및 정주파수의 안정적인 교류전원을 공급하는 장치이다[1-2]. 최근에는 무정전전원장치가 분산전원 및 에너지저장시스템과 연계되어 효과적인 전력공급에 기여를 하고 있다[3-5].
전 브리지 정류회로를 갖는 단상 UPS의 구성은 어떻게 이루어져 있는가? 전 브리지 정류회로를 갖는 단상 UPS의 구성은 그림 4와 같이 단상 전원, 전파 정류다이오드, 직류단, 풀 브리지 인버터, 필터 및 부하 등으로 이루어져 있다. 이 경우, 부하측에 전력을 공급하는 과정중 직류단 전압의 충/방전 동작이 수행된다.
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참고문헌 (8)

  1. A. C. King "Uninterruptible Power Supplies and Standby Power Systems," McGraw-Hill, 2003. 

  2. M. S. Racine, J. D. Parham and M. H. Rashid, "An overview of uninterruptible power supplies," Proceedings of the 37th Annual North American Power Symposium, pp.159-164, 2005. DOI: 10.1109/NAPS.2005.1560518 

  3. A. Lahyani, P. Venet, A. Guermazi and A. Troudi, "Battery/Supercapacitors Combination in Uninterruptible Power Supply(UPS)," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.28, no.4, pp.1509-1522, 2013. DOI: 10.1109/TPEL.2012.2210736 

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  4. A. Fernandez, J. Sebastian, M. M. Hernando, J. A. Martin-Ramos and J. Corral, "Multiple output AC/DC converter with an internal DC UPS," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.53, no.1, pp.296-304, 2006. DOI: 10.1109/TIE.2005.862220 

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  5. M. C. Chandorkar, D. M. Divan, Y. Hu, and B. Banerjee, "Novel architecture and control for distributed UPS systems," in Proc. 9th IEEE Applied Power Electronics Conference, pp.683-689, 1994. DOI: 10.1109/APEC.1994.316332 

  6. U. C. Noh, "LCL Filter Design for Grid-connected PCS Using Total Harmonic Distortion and Ripple Attenuation Factor," Power Electronics Institute, Vol.3, No.15, pp.235-243, 2010. DOI: 10.1109/IPEC.2010.5542131 

  7. B. W. An, C. P. Hong, H. W. Kim, K. Y. Cho, and B. K. Lim, "A Study on LLCL Filter to Reduce Harmonic Current of Grid Connected Power Inverter," The Transactions of Korean Institute of Power Electronics, vol.19, No.1, pp.64-70, 2014. DOI: 10.6113/TKPE.2014.19.1.64 

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  8. E. W. Lee, "Characteristics Analysis of Capacitor and Reactor for Harmonic Filter," Electrical Engineers, Vol.1, No.58P, pp.1-8, 2009. DOI: 10.5370/JEET.2011.6.2.239 

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