KR102036580B1 - Improved passive harmonic filter for 3-phase nonlinear load - Google Patents

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KR102036580B1
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박병주
윤동철
배병열
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전력품질기술(주)
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Abstract

The present invention relates to a passive harmonic filter at three-phase nonlinear load input. More specifically, the passive harmonic filter consists of a correction reactor at power source, a fifth harmonic filter, and an eleventh harmonic filter, wherein the eleventh harmonic filter is connected between a reactor and a condenser of the fifth harmonic filter. The present invention provides an effect of reducing a harmonic current, reducing a size and cost, and reducing reactive power than a conventional passive harmonic filter used for three-phase nonlinear load input.

Description

개선된 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터{Improved passive harmonic filter for 3-phase nonlinear load}Improved passive harmonic filter for 3-phase nonlinear load

본 발명은 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터에 관한 것으로 특히 전원측 보정리액터와, 5차 고조파 필터와, 11차 고조파 필터로 구성되고 11차 고조파 필터는 5차 고조파 필터의 리액터와 콘덴서 사이에 연결되어 구성된다.The present invention relates to a three-phase nonlinear load input passive harmonic filter, in particular, comprising a power supply side correction reactor, a fifth harmonic filter, and an eleventh harmonic filter, and the eleventh harmonic filter is connected between the reactor and the condenser of the fifth harmonic filter. It is composed.

본 발명을 통해 3상 비선형부하 입력측에서 사용되는 기존의 수동형 고조파 필터보다 고조파 전류의 저감효과가 뛰어나고 사이즈 및 가격이 저렴하며 무효전력을 저감시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.The present invention provides an effect of reducing harmonic current, reducing size and cost, and reducing reactive power, compared to conventional passive harmonic filters used at the three-phase nonlinear load input side.

도 1, 2은 종래기술에 따른 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 회로도이다.1 and 2 are circuit diagrams of a three-phase nonlinear load input passive harmonic filter according to the prior art.

도 1의 경우 전원측 보정리액터(1)와 부하측 보정리액터(2) 중간단에 접속되는 발란스리액터(3)를 설치하고, 발란스리액터(3)와 5차 고조파에 공진을 맞추어 콘덴서(4)를 설치하여 5차 이상 고조파 전류의 저감율을 높여 계통측 전류 총합 왜형율(ITHD)를 낮추는 방식이다. 상기의 도1의 방식은 전류 총합 왜형율은 낮게 나와 효과가 좋지만, 부하측 보정리액터(2)에 흐르는 고조파 전류가 커서 부하측 보정리액터(2)의 사이즈가 커지고 발열이 높아 강한 팬을 추가 설치 하는 등 전체적인 외형이 커지며, 가격도 높아지는 단점이 있다.In the case of Fig. 1, a balance reactor 3 connected to the intermediate stage of the power supply side correction reactor 1 and the load side correction reactor 2 is provided, and a condenser 4 is installed in accordance with the resonance of the balance reactor 3 and the fifth harmonic. By reducing the harmonic current of more than 5th order, the total current distortion (ITHD) is reduced. In the method of FIG. 1, the total current distortion ratio is low, and thus the effect is good, but the harmonic current flowing through the load side correction reactor 2 is large, so that the size of the load side correction reactor 2 is increased and the heat generation is high. The overall appearance is larger, the price is also a disadvantage.

도 2의 경우 전원측 보정리액터(5)와 5차 고조파 필터용 리액터(6), 5차 고조파 필터용 콘덴서(8)와 7차 고조파 필터용 리액터(7), 7차 고조파 필터용 콘덴서(9)를설치하여 3상 정류기에서 발생하는 고조파 전류를 저감하는 방식이다.2, the power supply side correction reactor 5, the reactor for the fifth harmonic filter 6, the capacitor for the fifth harmonic filter 8, the reactor for the seventh harmonic filter 7, and the capacitor for the seventh harmonic filter 9 This method reduces the harmonic currents generated by the three-phase rectifier.

도 2의 경우 도 1의 고조파 필터에서 부하측 보정리액터(2)를 제거하고 7차 고조파 필터용 리액터(7), 7차 고조파 필터용 콘덴서(9)를 추가로 설치하여 고조파 전류의 저감율을 높여 계통측 전류 총합 왜형율(ITHD)을 낮추는 효과가 있어, 도 1의 고조파 필터보다 사이즈가 작고, 가격은 저렴하지만, 5차, 7차 고조파 필터용 콘덴서(8, 9)에 걸리는 전압이 높아, 유전재료의 경년변화와 열적 스트레스 등으로 수명시간이 단축된다는 단점이 있다.In the case of FIG. 2, the load side correction reactor 2 is removed from the harmonic filter of FIG. 1, and a reactor 7 for the 7th harmonic filter and a capacitor 9 for the 7th harmonic filter are further installed to increase the reduction rate of harmonic current. It has the effect of lowering the side current total distortion (ITHD), which is smaller in size and lower in price than the harmonic filter of FIG. 1, but the voltage applied to the capacitors 8 and 9 for the fifth and seventh harmonic filters is high, and the dielectric It has a disadvantage of shortening the life time due to the aging change of the material and thermal stress.

선행기술인 하이브리드 고조파 필터(등록번호 : 10-0383791, 출원인 : 전력품질기술주식회사)는 도 1과 같이 전원측 보정리액터(1)와 부하측 보정리액터(2)의 중간단에 발란스 리액터(3)를 설치하고 발란스리액터(3)와 5차 고조파에 공진을 맞춘 콘덴서(4)를 이용하여 3상 비선형부하의 고조파 전류를 저감시키는 방법을 취하고 있다. 일반적으로 3상 비선형 부하라 함은 인버터가 대표적인 제품인데, 앞서 기술한 바와 같이, 부하측 보정리액터의 사이즈가 크고 발열이 많아 최종 제품사이즈가 인버터보다 크고 가격이 높아 고조파에 대한 큰 문제가 발생하지 않은 이상, 제품을 구매하는 곳이 많지 않았다. 이에 본 발명과 같이, 부하측 보정리액터(2)를 제거하고, 5차, 7차 고조파 필터를 사용하는 대신, 5차 고조파 필터와 상기의 5차 고조파 필터를 구성하는 5차 고조파 필터용 리액터(11)와 5차 고조파 필터용 콘덴서(12) 사이에 11차 고조파 필터(13, 14)를 설치함으로써, 기존 하이브리드 고조파 필터 대비 약 20~40% 정도의 사이즈를 축소할 수 있었으며, 부하측 보정리액터가 제거됨으로써, 가격또한 낮출 수 있게 되었다.The prior art hybrid harmonic filter (Registration No .: 10-0383791, Applicant: Power Quality Technology Co., Ltd.) installs a balance reactor (3) in the middle of the power supply side correction reactor (1) and the load side correction reactor (2) as shown in FIG. The harmonic current of a three-phase nonlinear load is reduced by using the balance reactor 3 and the condenser 4 which resonates with the fifth harmonic. In general, a three-phase nonlinear load is a typical product. As described above, the size of the load-side correction reactor is large and generates a lot of heat, so the final product size is larger than the inverter and the price is high, so that harmonics do not occur. There weren't many places to buy the product. Thus, the reactor for the fifth harmonic filter 11 constituting the fifth harmonic filter and the fifth harmonic filter, instead of removing the load side correction reactor 2 and using the fifth and seventh harmonic filters. By installing 11th harmonic filters (13, 14) between the 9th and 5th harmonic filter condenser 12, the size of the hybrid harmonic filter can be reduced by about 20 to 40%, and the load-side correction reactor is removed. As a result, the price can be lowered.

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따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 부하측 리액터를 제거하고, 전원측 리액터와 5차 고조파 필터용 리액터와 7차 고조파 필터용 리액터가 아닌 11차 고조파 필터용 리액터의 용량을 최적으로 하여 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 크기와 가격을 기존의 수동형 고조파 필터보다 줄임과 동시에, 콘덴서의 전압을 기존의 고조파 필터보다 낮추어 콘덴서 수명을 연장시는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed in view of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to remove the load side reactor, and to reduce the power side reactor, the reactor for the fifth harmonic filter, and the reactor for the seventh harmonic filter, but not the 11th harmonic. By optimizing the capacity of the filter reactor, the size and price of the three-phase nonlinear load input passive harmonic filter is reduced compared to the conventional passive harmonic filter, and the capacitor voltage is lowered than the conventional harmonic filter to extend the life of the capacitor.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the problem to be solved by the present invention,

본 발명의 일실시예에 따른 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터는,Three-phase nonlinear load input side harmonic filter according to an embodiment of the present invention,

3상 계통전원과 상기 3상 비선형부하 사이에 3상 비선형부하측에서 본 계통전원공급부측의 임피던스를 높이기 위해 직렬로 연결된 전원측 보정리액터(10)와;A power supply side correction reactor (10) connected in series between the three-phase system power supply and the three-phase nonlinear load to increase the impedance of the system power supply unit viewed from the three-phase nonlinear load side;

기본파의 5배에 해당하는 5차 고조파전류를 저감하기 위한 5차 고조파 필터용 리액터(11)와;A fifth harmonic filter reactor for reducing the fifth harmonic current corresponding to five times the fundamental wave;

상기 5차 고조파 필터용 리액터(11)와 4~5차에 사이에서 주파수 공진점을 맞춘 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와;A fifth harmonic filter condenser 12 having a frequency resonance point between the fifth harmonic filter reactor 11 and the fourth to fifth orders;

계통전원 차단 시 상기 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)에 충전되어 있는 전압을 방전하기위한 5차 고조파 필터용 방전저항(15)과;A fifth harmonic filter discharge resistor 15 for discharging a voltage charged in the fifth harmonic filter capacitor 12 when a system power is cut off;

상기 5차 고조파 필터용 리액터(11)와 5차 고조파 필터용 콘덴서(12) 사이에 병렬로 연결하여 11차수 이상의 고조파 전류를 저감하기 위한 11차 고조파 필터용 리액터(13)와;An 11th harmonic filter reactor 13 for reducing the harmonic current of 11 orders or more by connecting in parallel between the 5th harmonic filter reactor 11 and the 5th harmonic filter capacitor 12;

상기 11차 고조파 필터용 리액터(13)와 10~11차에 사이에서 주파수 공진점을 맞춘 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)와;An 11th harmonic filter condenser 14 having a frequency resonance point between the 11th harmonic filter reactor 13 and the 10th to 11th orders;

계통전원 차단 시 상기 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)에 충전되어 있는 전압을 방전하기위한 11차 고조파 필터용 방전저항(16);을 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.An 11th harmonic filter discharge resistor 16 for discharging the voltage charged in the 11th harmonic filter capacitor 14 when the system power is cut off, to solve the problems of the present invention.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터는,Three-phase nonlinear load input side harmonic filter according to the present invention having the above configuration and action,

3상 비선형부하 운전시 발생하는 고조파 전류를 저감시키며, 역률을 보상하여 계통전원에 연결된 주변기기들의 안정성 및 운전효율을 높일 수 있으며, 고조파 제한규정을 다룬 IEEE Std.519-2014를 만족시킴과 아울러, 총합 전류왜형율(ITHD)를 5%이내로 향상시킬 수 있다. 기존의 수동형 고조파 필터보다, 사이즈가 작고 가격이 저렴하여 시장성이 기존의 수동형 고조파 필터보다 높은 효과를 제공한다.It reduces harmonic currents generated during 3-phase nonlinear load operation, compensates for power factor, increases the stability and operation efficiency of peripheral devices connected to the grid power supply, and satisfies IEEE Std.519-2014, which deals with the harmonic restriction regulations. The total current distortion (ITHD) can be improved to within 5%. Compared to the conventional passive harmonic filter, it is smaller in size and inexpensive, so the marketability is higher than the conventional passive harmonic filter.

도 1과 도 2는 종래기술에 따른 3상 비선형부하의 고조파 필터의 회로도이다.
도 3은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 회로도이다.
도 4는 고조파 필터가 없을 때의 3상 비선형부하 운전시 나타나는 계통 전압 및 전류 파형이다. 3상 비선형부하의 대표적인 제품인 인버터를 운전하여 찍은 파형이다. 정격 용량은 380V 185kW이다.
도 5는 고조파 필터가 없을 때의 계통전력을 분석한 분석자료이다.
도 6은 고조파 필터가 없을 때의 R-S상 선간전압을 분석하여 차수별 고조파량을 나타낸 분석자료이다.
도 7은 고조파 필터가 없을 때의 R상 전류를 분석하여 차수별 고조파량을 나타낸 분석자료이다.
도 8는 고조파 필터를 설치한 후의 3상 비선형부하 운전시 나타나는 계통 전압 및 전류 파형이다.
도 9는 고조파 필터를 설치한 후의 계통전력을 분석한 분석자료이다.
도 10은 고조파 필터를 설치한 후의 R-S상 선간전압을 분석하여 차수별 고조파량을 나타낸 분석자료이다.
도 11은 고조파 필터를 설치한 후의 R상 전류를 분석하여 차수별 고조파량을 나타낸 분석자료이다.
도 12는 도2의 수동형 고조파 필터의 5차 고조파 필터용 콘덴서의 R-S 전압 파형을 시뮬레이션으로 구현한 것이다.
도 13은 도2의 수동형 고조파 필터의 7차 고조파 필터용 콘덴서의 R-S 전압 파형을 시뮬레이션으로 구현한 것이다.
도 14는 본 발명 도3의 수동형 고조파 필터의 5차 고조파 필터용 콘덴서의 R-S 전압 파형을 시뮬레이션으로 구현한 것이다.
도 15는 본 발명 도3의 수동형 고조파 필터의 11차 고조파 필터용 콘덴서의 R-S 전압 파형을 시뮬레이션으로 구현한 것이다.1 and 2 are circuit diagrams of harmonic filters of three-phase nonlinear loads according to the prior art.
3 is a circuit diagram of a three-phase nonlinear load input side harmonic filter for explaining the present invention in detail.
Figure 4 is a system voltage and current waveforms appearing during three-phase nonlinear load operation in the absence of harmonic filters. This waveform is taken by driving an inverter, a representative product of three-phase nonlinear load. The rated capacity is 380V 185kW.
5 is an analysis data of analyzing the grid power when there is no harmonic filter.
6 is an analysis data showing the harmonic amount of each order by analyzing the line voltage between RS phases when there is no harmonic filter.
7 is an analysis data showing the harmonic amount of each order by analyzing the R-phase current when there is no harmonic filter.
Fig. 8 is a system voltage and current waveform shown during three-phase nonlinear load operation after the harmonic filter is installed.
9 is an analysis data of analyzing the grid power after installing the harmonic filter.
10 is an analysis data showing the harmonic amount for each order by analyzing the line voltage between RS phases after installing the harmonic filter.
11 is an analysis data showing harmonic amounts for each order by analyzing the R-phase current after installing the harmonic filter.
12 is a simulation of the RS voltage waveform of the capacitor for the fifth harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG.
FIG. 13 is a simulation of RS voltage waveforms of a capacitor for a 7th harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG. 2.
14 is a simulation of the RS voltage waveform of the capacitor for the fifth harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG.
15 is a simulation of the RS voltage waveform of the capacitor for the 11th harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3상 비선형부하에서 발생하는 고조파전류를 저감하기 위한 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a three-phase nonlinear load input passive harmonic filter for reducing harmonic currents generated in a three-phase nonlinear load according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 전원측 보정리액터(10)와, 5차 고조파 필터용 리액터(11)와, 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와, 5차 고조파 필터용 방전저항(15)과, 11차 고조파 필터용 리액터(13)와, 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)와, 11차 고조파 필터용 방전저항(16)이 도시되어 있다.As shown in Fig. 3, the power supply side correction reactor 10, the fifth harmonic filter reactor 11, the fifth harmonic filter capacitor 12, the fifth harmonic filter discharge resistor 15, The 11th harmonic filter reactor 13, the 11th harmonic filter capacitor 14, and the 11th harmonic filter discharge resistor 16 are shown.

상기 전원측 보정리액터(10)는 3상 전원계통과 3상 비선형 부하 사이에 직렬로 연결되어 3상 전원계통 측에서 보았을 경우에는 3상 비선형 부하측의 임피던스가 높아 타계통에서 발생하는 고조파 전류가 고조파 필터에 유입되는 것을 방지하고, 3상 비선형부하 측에서 보았을 경우에는 3상 전원계통측의 임피던스가 높아 5차 고조파 필터(11, 12) 및 11차 고조파 필터(13, 14)에 고조파 전류의 흡수율이 높게하는 기능을 수행한다.The power supply side correction reactor 10 is connected in series between the three-phase power system and the three-phase nonlinear load, and when viewed from the three-phase power system side, the harmonic current generated in the other system is high due to the high impedance of the three-phase nonlinear load side. When it is seen from the three-phase nonlinear load side, the impedance of the three-phase power system side is high, and the absorption rate of harmonic currents is increased in the fifth harmonic filter (11, 12) and the eleventh harmonic filter (13, 14). Performs a function to increase.

그리고 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)는 각각의 콘덴서 용량값을 선정함에 있어 3상 비선형부하의 정격용량값의 20% 이상을 두 콘덴서의 총합 전력용량으로 정하며, 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)는 총합 전력용량의 2/3, 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)는 총합전력용량의 1/3을 콘덴서의 용량값으로 선정한다.In the fifth harmonic filter condenser 12 and the eleventh harmonic filter condenser 14, the total power capacity of the two capacitors is equal to or greater than 20% of the rated capacity value of the three-phase nonlinear load in selecting the respective capacitor capacity values. The fifth harmonic filter capacitor 12 selects 2/3 of the total power capacity, and the 11th harmonic filter capacitor 14 selects 1/3 of the total power capacity as the capacitor value.

그리고, 5차 고조파 필터용 리액터(11)는 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와 4~5차 고조파의 공진주파수에 맞추어 리액턴스값이 설계가 되지만, 전원측 보정리액터(10)보다는 고조파 전류에 대한 임피던스값이 작아 3상 비선형 부하에서 발생하는 5차 이상의 고조파 전류가 5차 고조파 필터용 리액터(11)에 흐르게 되며, 리액턴스값은 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)의 컨덕턴스 값을 기준으로 4~5차 고조파 주파수 중 임의의 고조파 주파수를 선정하여 그에 맞춰 공진점을 가지게 설계한다.The reactance value of the fifth harmonic filter reactor 11 is designed according to the resonance frequency of the fifth harmonic filter condenser 12 and the fourth to fifth harmonics. Since the impedance value is small, 5th or more harmonic currents generated in the three-phase nonlinear load flow to the 5th harmonic filter reactor 11, and the reactance value is 4 to 4 based on the conductance value of the 5th harmonic filter capacitor 12. Select any harmonic frequency among 5th harmonic frequency and design it to have resonance point accordingly.

그리고, 5차 고조파 필터용 방전저항(15)은 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와 병렬로 연결되어, 3상 계통전원이 차단된 후 콘덴서에 남아있는 전압을 방전시키는 역할을 한다.The fifth harmonic filter discharge resistor 15 is connected in parallel with the fifth harmonic filter capacitor 12 to discharge the voltage remaining in the capacitor after the three-phase system power is cut off.

그리고, 11차 고조파 필터용 리액터(13)는 5차 고조파 필터용 리액터(11)와 5차 고조파 필터용 콘덴서(12) 사이에 병렬로 연결되며, 5차 고조파 필터용 리액터(11)를 지난 11차 이상의 고조파 전류를 저감하는 역활을 하며, 리액턴스값은 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)의 컨덕턴스 값을 기준으로 10~11차 고조파 주파수 중 임의의 고조파 주파수를 선정하여 그에 맞춰 공진점을 가지게 설계한다.The 11th harmonic filter reactor 13 is connected in parallel between the 5th harmonic filter reactor 11 and the 5th harmonic filter condenser 12, and passes through the 5th harmonic filter reactor 11. It plays a role of reducing harmonic current more than difference, and reactance value is designed to have a resonance point according to the selected harmonic frequency among 10 ~ 11th harmonic frequency based on conductance value of 11th harmonic filter capacitor 14 .

그리고, 11차 고조파 필터용 방전저항(16)은 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)와 병렬로 연결되어, 3상 계통전원이 차단된 후 콘덴서에 남아있는 전압을 방전시키는 역할을 한다.The 11th harmonic filter discharge resistor 16 is connected in parallel with the 11th harmonic filter capacitor 14 to discharge the voltage remaining in the capacitor after the three-phase system power supply is cut off.

3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 파라미터를 구하려면 도 2의 수동형 고조파 필터를 3상 비선형 부하 입력측 수동형 고조파 필터로 등가변환하여야 한다. 아래에 도 2의 수동형 고조파 필터의 임피던스, Z를 구하는 주요 수식만을 나타낸다. 도 2의 수동형 필터의 임피던스의 해는 수학식 1과 같다.To obtain the parameters of the three-phase nonlinear load input passive harmonic filter, the passive harmonic filter of FIG. 2 should be equivalently converted to the three-phase nonlinear load input passive harmonic filter. Below, only the main equations for obtaining the impedance Z of the passive harmonic filter of FIG. 2 are shown. The impedance solution of the passive filter of FIG. 2 is expressed by Equation 1 below.

Figure 112018114750551-pat00001
Figure 112018114750551-pat00001

도 2의 수동형 고조파 필터는 수학식 2와 같이 두 개의 직렬공진점을 갖는다.The passive harmonic filter of FIG. 2 has two series resonance points as in Equation 2.

Figure 112018114750551-pat00002
Figure 112018114750551-pat00002

Figure 112018114750551-pat00003
Figure 112018114750551-pat00003

두 직렬공진점간의 병렬공진 피크임피던스는 수학식 4과 같이 표현된다. The parallel resonance peak impedance between two series resonance points is expressed by Equation 4.

Figure 112018114750551-pat00004
Figure 112018114750551-pat00004

여기서 본 발명의 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터의 임피던스 해를 구하면 수학식 5와 같다.Here, the impedance solution of the three-phase nonlinear load input passive harmonic filter of the present invention is expressed by Equation (5).

Figure 112018114750551-pat00005
Figure 112018114750551-pat00005

Figure 112018114750551-pat00006
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Figure 112018114750551-pat00007
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Figure 112018114750551-pat00008
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Figure 112018114750551-pat00009
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도 4에서 도 7은 본 발명에 따른 수동형 고조파 필터 적용하기 전 3상 비선형부하에서 발생한 고조파를 측정한 데이터이다.4 to 7 are data obtained by measuring the harmonics generated from the three-phase nonlinear load before applying the passive harmonic filter according to the present invention.

도 4의 상단부는 계통전압 파형이며, 하단부는 계통전류 파형이다.The upper part of FIG. 4 is a grid voltage waveform, and the lower part is a grid current waveform.

3상 비선형부하에 의하여 계통전압 및 계통전류 파형이 이글어져 있는 모습을 볼 수 있다.It can be seen that the grid voltage and grid current waveforms are drawn due to the three-phase nonlinear load.

도 5는 계통 전력품질을 분석한 내용이다.5 shows the analysis of the system power quality.

전원계통의 유효전력(Psum)은 183.1kW이며, 무효전력(Qsum)은 68.6kVAR, 역률(PFsum)은 0.9365를 나타내고 있으며, 선간전압 고조파 왜형율(THD-U1, 2, 3)은 각각 5.82%, 5.78%, 5.60%로 한전 규제치인 5%를 초과하고 있으며, 전류 고조파 왜형율(THD-I1, 2, 3)은 각각 32.41%, 32.56%, 33.38%로 고조파 왜형율이 높게 나오고 있다.The active power (Psum) of the power system is 183.1kW, the reactive power (Qsum) is 68.6kVAR, the power factor (PFsum) is 0.9365, and the line voltage harmonic distortion (THD-U1, 2, 3) is 5.82% respectively. The current harmonic distortion ratio (THD-I1, 2, and 3) was 32.41%, 32.56%, and 33.38%, respectively, with 5.78% and 5.60%.

도 6은 R-S상 전압 고조파 왜형율(THD-U1)을 차수별로 나타낸 것이다.6 shows the R-S phase voltage harmonic distortion factor (THD-U1) for each order.

3상 비선형부하에 의하여 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차 23차, 25차의 고조파 전압이 높게 나오는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the harmonic voltages of the fifth, seventh, eleventh, thirteenth, seventeenth, nineteenth, 23rd, and 25th orders are high due to the three-phase nonlinear load.

도 7은 R상 전류 고조파 왜형율(THD-I1)을 차수별로 나타낸 것이다.FIG. 7 shows the R-phase current harmonic distortion (THD-I1) for each order.

3상 비선형부하에 의하여 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차 23차, 25차의 고조파 전류가 높게 나오는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the harmonic currents of the fifth, seventh, eleventh, thirteenth, seventeenth, 19th, 23rd, and 25th orders are high due to the three-phase nonlinear load.

도 8에서 도 11은 본 발명에 따른 수동형 고조파 필터 적용한 후 3상 비선형부하에서 발생한 고조파를 보상한 후인 계통측에서 측정한 데이터이다.8 to 11 are data measured from the grid side after compensating for harmonics generated from a three-phase nonlinear load after applying the passive harmonic filter according to the present invention.

도 8의 상단부는 계통전압 파형이며, 하단부는 계통전류 파형이다.The upper part of FIG. 8 is a grid voltage waveform, and the lower part is a grid current waveform.

수동형 고조파 필터 의하여 계통전압 및 계통전류 파형이 정현파를 이루고 있는 모습을 볼 수 있다.Passive harmonic filter shows the sine wave of the grid voltage and grid current waveform.

도 9는 계통 전력품질을 분석한 내용이다.9 shows the analysis of system power quality.

전원계통의 유효전력(Psum)은 186.1kW이며, 무효전력(Qsum)은 5.7kVAR, 역률(PFsum)은 0.9951를 나타내고 있으며, 선간전압 고조파 왜형율(THD-U1, 2, 3)은 각각 1.26%, 1.48%, 1.40%로 한전 규제치인 5%이내를 만족하고 있으며, 전류 고조파 왜형율(THD-I1, 2, 3)은 각각 2.96%, 2.34%, 3.18%로 고조파 왜형율이 양호하게 나오고 있다.The active power (Psum) of the power system is 186.1kW, the reactive power (Qsum) is 5.7kVAR, the power factor (PFsum) is 0.9951, and the line voltage harmonic distortion (THD-U1, 2, 3) is 1.26%, respectively. , 1.48%, 1.40%, which satisfies the KEPCO regulation value of 5%, and the harmonic distortion ratios (THD-I1, 2, 3) are 2.96%, 2.34%, and 3.18%, respectively. .

도 10은 R-S상 전압 고조파 왜형율(THD-U1)을 차수별로 나타낸 것이다.FIG. 10 shows R-S phase voltage harmonic distortion (THD-U1) for each order.

3상 비선형부하에 의하여 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차 23차, 25차의 고조파 전압이 수동형 고조파 필터에 의하여 저감된 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the harmonic voltages of the fifth, seventh, eleventh, thirteenth, seventeenth, 19th, 23rd, and 25th orders are reduced by the passive harmonic filter due to the three-phase nonlinear load.

도 11은 R상 전류 고조파 왜형율(THD-I1)을 차수별로 나타낸 것이다.11 shows the R-phase current harmonic distortion ratio (THD-I1) for each order.

3상 비선형부하에 의하여 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차 23차, 25차의 고조파 전류가 수동형 고조파 필터에 의하여 저감된 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the harmonic currents of the fifth, seventh, eleventh, thirteenth, seventeenth, 19th, 23rd, and 25th orders are reduced by the passive harmonic filter due to the three-phase nonlinear load.

도 12의 그림은 380V 계통에서 도 2의 수동형 고조파 필터의 5차 고조파 필터용 콘덴서(8)의 R-S 전압을 시뮬레이션한 파형이며, 도 13의 그림은 도 2의 수동형 고조파 필터의 7차 고조파 필터용 콘덴서(9)의 R-S 전압을 시뮬레이션한 파형이다. 12 is a waveform of a simulation of the RS voltage of the condenser 8 for the fifth harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG. 2 in the 380V system, and the figure of FIG. 13 is for the seventh harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG. This waveform simulates the RS voltage of the capacitor 9.

도 14의 그림은 380V 계통에서 본 발명인 도 3의 수동형 고조파 필터의 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)의 R-S 전압을 시뮬레이션한 파형이며, 도 15의 그림은 본 발명인 도 3의 수동형 고조파 필터의 7차 고조파 필터용 콘덴서(14)의 R-S 전압을 시뮬레이션한 파형이다. 14 is a waveform of a simulation of the RS voltage of the condenser 12 for the fifth harmonic filter of the passive harmonic filter of FIG. 3 according to the present invention in a 380V system, and the figure of FIG. 15 shows the seventh of the passive harmonic filter of the passive filter of FIG. This waveform is a simulation of the RS voltage of the condenser 14 for differential harmonic filter.

도 12에서 도 14에 나타난 전압을 표 1에 도시하였다.12 shows the voltages shown in FIG. 14.

Filter typesFilter types 콘덴서
번호Condenser
number Capacitor voltage [V]Capacitor voltage [V] VrmsVrms VpkVpk 도 22 88 528.8528.8 1031.51031.5 99 499.8499.8 982.8982.8 본발명
도 3Invention
3 1212 415.1415.1 745.1745.1 1414 444.0444.0 959.4959.4

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 콘덴서에 걸리는 전압은 도 2의 콘덴서에 걸리는 전압보다 낮아, 유전재료의 경년변화와 열적 스트레스 등이 적어 도 2의 발명보다 수명시간이 연장된다는 장점이 있다.As shown in Table 1, the voltage applied to the capacitor of the present invention is lower than the voltage applied to the capacitor of FIG. 2, and has a merit that the life time is longer than that of the invention of FIG.

1: 종래기술의 전원측 보정리액터
2: 종래기술의 부하측 보정리액터
3: 종래기술의 5차 고조파 필터용 리액터
4: 종래기술의 5차 고조파 필터용 콘덴서
5: 종래기술의 전원측 보정리액터
6: 종래기술의 5차 고조파 필터용 리액터
7: 종래기술의 7차 고조파 필터용 리액터
8: 종래기술의 5차 고조파 필터용 콘덴서
9: 종래기술의 7차 고조파 필터용 콘덴서
10: 본 발명의 전원측 보정리액터
11: 본 발명의 5차 고조파 필터용 리액터
12: 본 발명의 5차 고조파 필터용 콘덴서
13: 본 발명의 11차 고조파 필터용 리액터
14: 본 발명의 11차 고조파 필터용 콘덴서
15: 본 발명의 5차 고조파 필터용 방전저항
16: 본 발명의 11차 고조파 필터용 방전저항1: Power supply correction reactor of the prior art
2: Load side correction reactor of the prior art
3: Reactor for 5th harmonic filter of the prior art
4: Prior art 5th harmonic filter condenser
5: power supply side correction reactor
6: Reactor for 5th harmonic filter of the prior art
7: Reactor for 7th harmonic filter of the prior art
8: Prior art 5th harmonic filter condenser
9: Prior art 7th harmonic filter condenser
10: power supply correction reactor of the present invention
11: Reactor for 5th harmonic filter of this invention
12: condenser for fifth harmonic filter of the present invention
13: Reactor for 11th harmonic filter of this invention
14: condenser for 11th harmonic filter of the present invention
15: discharge resistance for fifth harmonic filter of the present invention
16: Discharge resistance for 11th harmonic filter of this invention

Claims (4)

전원 계통과 3상 비선형부하 사이에 임피던스 차를 주기위해 직렬로 연결된 전원측 보정리액터(10)와,
상기 전원측 보정리액터(10)와 인버터 사이에 연결되어 인버터에서 발생하는 저차수 고조파 전류(5~10차)의 흡수가 용이한 LC공진을 만들기 위한 5차 고조파 필터용 리액터(11)과 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와,
상기 5차 고조파 필터용 리액터(11)과 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)사이에 연결되어 고차수 고조파 전류(11차 이상)의 흡수가 용이한 LC공진을 만들기 위한 11차 고조파 필터용 리액터(13)와 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)를 가진 개선된 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터.
A power-side correction reactor (10) connected in series to give an impedance difference between the power system and the three-phase nonlinear load,
The fifth harmonic filter reactor 11 and the fifth harmonic are connected between the power supply correction reactor 10 and the inverter to make LC resonance easy to absorb low order harmonic currents generated in the inverter (5th to 10th). Filter condenser 12,
Reactor 11 for the fifth harmonic filter is connected between the fifth harmonic filter reactor (11) and the fifth harmonic filter condenser (12) to make the LC resonance easy to absorb high-order harmonic current (11th or more) ( 13) and improved three-phase nonlinear load input passive harmonic filter with condenser (14) for the 11th harmonic filter.
청구항 1에 있어서, 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)의 두 콘덴서의 총합 전력용량은 3상 비선형 부하 최대 사용전력의 20% 이상을 총합 콘덴서 용량으로 하며, 총합 콘덴서 전력용량의 2/3배의 용량을 갖는 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)와 1/3배의 전력용량을 갖는 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)를 갖는 개선된 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터The total power capacity of the two capacitors of the fifth harmonic filter condenser 12 and the eleventh harmonic filter condenser 14 is 20% or more of the maximum use power of the three-phase nonlinear load as the total condenser capacity. Improved three-phase nonlinear load input side with capacitor 12 for fifth harmonic filter having a capacity 2/3 times the total capacitor power capacity and capacitor 14 for the 11th harmonic filter having 1/3 power capacity. Passive Harmonic Filter 청구항 1에 있어서, 5차 고조파 필터용 리액터(11)와 5차 고조파 필터용 콘덴서(12)는 4~5차 고조파 전류에 공진점을 맞추어 설계한 개선된 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터The improved three-phase nonlinear load input passive harmonic filter according to claim 1, wherein the fifth harmonic filter reactor (11) and the fifth harmonic filter capacitor (12) are designed to match resonance points with the fourth to fifth harmonic currents. 청구항 1에 있어서, 11차 고조파 필터용 리액터(13)와 11차 고조파 필터용 콘덴서(14)는 10~11차 고조파 전류에 공진점을 맞추어 설계한 개선된 3상 비선형부하 입력측 수동형 고조파 필터
The improved three-phase nonlinear load input passive harmonic filter according to claim 1, wherein the reactor for the 11th harmonic filter 13 and the capacitor for the 11th harmonic filter 14 are designed to match resonance points with the 10-11th harmonic current.
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