[논문]LCL 필터요소에 의한 공진주파수 변화에 따른 스위칭고조파 감쇄성능 분석

김용중; 김효성

LCL 필터요소에 의한 공진주파수 변화에 따른 스위칭고조파 감쇄성능 분석
Analysis of Switching Harmonics Attenuation in Resonance Frequency Variation by Elements of LCL Filter 원문보기

김용중 (공주대학교 전기전자제어공학부) , 김효성 (공주대학교 전기전자제어공학부)

LCL 필터는 스위칭 고조파를 저감하는 저역통과필터로써 L 필터에 비해 경제적이며 효과적인 스위칭고조파 감쇄능력을 갖는다. 하지만 LCL 필터는 L 필터에서 존재하지 않은 공진문제를 야기한다. 이러한 LCL 필터의 공진현상은 계통주입전류의 품질을 저하시키고 LCL 필터의 고조파 억제성능을 저하시킬 수 있는 잠재적 요소이다. 최근에는 스위칭 고조파 및 LCL 필터 공진성분 뿐만 아니라 기본파 주파수 부근의 저차 고조파 성분도 계통주입전류를 왜곡시키는 원인의 하나로 밝혀져다. 그러므로 LCL 필터를 설계하기 위해서는 주요 주파수 영역에서의 정확한 필터동작해석이 요구된다. 본 논문은 기본파 주파수, 공진주파수, 스위칭주파수에 대한 L 필터와 LCL 필터의 주파수응답을 통해 필터의 동작을 해석하며, 시뮬레이션을 통해 계통주입전류의 스위칭 고조파 및 저차 고조파를 저감하기 위한 최적의 필터인덕터 비율을 제안한다.

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문제 정의

이처럼 LCL 필터는 L 필터와 달리 주파수 영역에 따라 상이한 주파수응답을 갖기 때문에, LCL 필터를 설계함에 있어 LCL 필터의 주파수영영에 따른 주파수응답 특성을 이해하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 기본파 주파수, 공진주파수, 스위칭주파수에 대한 L 필터와 LCL필터의 주파수응답 특성을 비교 분석함으로써 필터의 동작을 해석하며, 시뮬레이션을 통해 계통주입전류의 스위칭 고조파 및 저차 고조파를 저감하기 위한 최적의 인덕터 비율을 제안한다.
본 논문은 LCL 필터를 이용한 3상 계통연계형 인버터의 효율적인 저차 고조파 및 스위칭 고조파의 감쇠를 위한 LCL 필터의 최적 인덕터 비율을 검증하기 위해 MATLAB/Simulink를 이용한 인덕터 비율 및 스위치 데드타임의 변화에 따른 인버터 계통출력전류 THD를 확인하였다. 표 1은 분석 대상 3상 계통연계형 인버터의 사양을 나타낸다.
본 논문은 LCL 필터의 최적의 인덕터 비율을 설계하고자 기본파 주파수 및 LCL 필터의 공진주파수, 스위칭 주파수영역에 대한 L 필터와 LCL 필터의 주파수응답을 해석하였다. 해석결과를 바탕으로, 스위치 데드타임 및 스위칭노이즈에 의한 계통주입전류의 왜곡을 통합적으로 감쇠하기 위한 LCL 필터의 최적 인덕터 비율은 0.

성능/효과

그림4(b)의 시뮬레이션 결과를 보면, 계통주입전류의 THD는 데드타임의 길이와 비례적임을 알 수 있다. 데드타임이 0%인 경우 인덕터 비율이 0.5인 경우 최소의 계통주입전류 THD를 보였지만, 데드타임이 상승할수록 THD가 최소로 되는 필터인덕터의 비율이 0.75로 수렴함을 확인할 수 있다. 이는 스위치 데드타임으로 인해 저차고조파 왜곡이 추가적으로 발생하며, 스위칭에 의한 고조파와 데드타임에 의한 저차고조파를 통합적으로 감쇠하기 위해서는 인버터 측 필터 인덕터의 크기가 계통 측 필터 인덕터에 비해 커야 함을 의미한다.
본 논문은 LCL 필터의 최적의 인덕터 비율을 설계하고자 기본파 주파수 및 LCL 필터의 공진주파수, 스위칭 주파수영역에 대한 L 필터와 LCL 필터의 주파수응답을 해석하였다. 해석결과를 바탕으로, 스위치 데드타임 및 스위칭노이즈에 의한 계통주입전류의 왜곡을 통합적으로 감쇠하기 위한 LCL 필터의 최적 인덕터 비율은 0.75임을 제시하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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