KR102354889B1 - 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치 - Google Patents

전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고조파 필터에서 발생할 수 있는 공진 현상을 제거하는 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치에 관한 것이다. 상기 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치는 고조파 보상, 역율 보상, 상불평형 보상을 원하는 시간대에 원하는 보상 모드를 선택 적용해서 전력 계통의 전력 공급을 안정화한다.

Description

전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치{HYBRID HARMONIC RESONANCE AVOIDANCE DEVICE OF POWER SYSTEM}
본 발명은 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고조파 필터에서 발생할 수 있는 공진 현상을 제거하는 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치에 관한 것이다.
상기 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치는 고조파 보상, 역율 보상, 상불평형 보상을 원하는 시간대에 원하는 보상 모드를 선택 적용해서 전력 계통의 전력 공급을 안정화한다.
전력 계통의 전기 배선에는 기본 60Hz의 주파수만 존재하여야 하나 여러 장비를 사용하면서 부가적으로 만들어지는 3차수 고조파 (60Hz x 3 = 180Hz), 5차수 고조파 (60Hz x 5 = 300Hz), 7차, 11차, 13차 등이 전기 배선에 존재하여 장비에 악영향을 끼치므로 역상의 같은 고조파를 만들어 발생된 고조파에 중첩시켜서 제거하는 장비가 고조파 공진 회피 장치이다. 즉, 고조파 공진 회피 장치는 고조파 180Hz 가 존재하면 역상의 고조파 180Hz를 발생시켜 고조파 180Hz - 역상의 고조파 180Hz = 0 이 되게 하여 전력 계통상의 다른 주파수를 제거한다.
특허문헌 3 3상 4선식 능동전력필터 제어장치는 고조파 필터에서 전력 계통의 정상분, 역상분, 영상분 고조파 전류 및 전력을 제어함으로써 중성선의 영상분 고조파 및 불평형 전류 제거와 전압 총합 고조파 왜형율, 전류 총수요 고조파 왜형율을 규제치 이내로 제어한다.
종래 고조파 공진 회피 장치는 고조파 필터, 역율 보상 장치의 2가지 장비를 설치하여 고조파 필터는 고조파 제거만, 역율 보상 장치는 역율 보상만 전담으로 보상하였다. 또한, 종래 고조파 필터는 총 3가지 기능을 가지는데 1. 고조파 제거 기능, 2. 역율 제어 기능, 3. 상불평형 보상 기능이며, 이중 우선 보상 기능에서 1번 고조파 보상, 2번 역율 보상을 선택하여 운전하면 가량 100% 용량 중 고조파 보상에 80%를 사용하면 나머지 20%를 가지고 두 번째 기능인 역율 보상 운전을 하며, 보통 용량이 부족하여 제대로 된 보상 효과를 보기 힘든 문제점이 있고, 사용자가 매번 고조파 필터 장비를 끄고 장비의 인터페이스에서 기능을 변경하고 온시켜야 하는 번거움이 있다.
공개번호 제10-2015-0117219호 전력 변환 장치, 전력 변환 장치의 제어 장치 및 전력 변환 장치의 제어 방법 공개번호 제10-2020-0069255호 SVC 시스템 설계 방법 및 그 장치 등록번호 제10-0459000호 3상 4선식 능동전력필터 제어장치
본 발명은 고조파 보상, 역율 보상, 상불평형 보상을 원하는 시간대에 원하는 보상 모드를 선택 적용해서 전력 계통의 전력 공급을 안정화하는 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주파수 분석, 피드백 분석, 히스토리 분석을 종합 판단하여 보상 모드 선택, 스케줄링, 장비 선택를 통해 보상부를 제어하는 전력계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 전력계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치는, 전력 계통의 고조파 성분을 제거하는 고조파 필터(210); 상기 고조파 필터(210)의 동작 상태를 감시하고, 고조파 발생 여부, 위상 정보를 감지해서 공진 제어부(230)로 전달하는 동작 감시부(220); 상기 동작 감시부(220)의 감지 정보에 기반하여 주파수 분석, 피드백 분석, 시간에 따른 주파수 분석과 피드백 분석의 히스토리를 분석하는 히스토리 분석을 종합 판단하여 모드 선택, 스케줄링, 장비 선택을 통해 보상부(240)를 제어해서 보상부(240)에 의한 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상을 상기 고조파 필터(210)에 적용하는 공진 제어부(230); 및 상기 공진 제어부(230)의 제어에 의해 주파수 선택, 역율 보상, 상불평형 보상 중 선택된 보상 모드로 동작하는 보상부(240);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진 제어부(230)는, 주파수 스펙트럼을 분석하는 주파수 분석부(231); 공진 제거 고조파가 선택되고 피드백되는 감지 정보에 기반한 피드백 분석부(232); 시간에 따른 주파수 분석과 피드백 분석의 히스토리를 분석하는 히스토리 분석부(233); 및 상기 주파수 분석부(231)의 주파수 분석, 상기 피드백 분석부(232)의 피드백 분석, 상기 히스토리 분석부(233)의 히스토리 분석을 종합 판단하여 모드 선택부(235), 스케줄러(236), 장비 선택부(237)를 통해 상기 보상부(240)를 제어해서 상기 보상부(240)에 의한 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상을 상기 고조파 필터(210)에 적용하는 종합 판단부(234);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보상부(240)는, 공진을 제거할 주파수를 선택하는 주파수 선택부(241); 역율을 보상하는 역율보상부(242); 및 상불평형을 보상하는 상불평형 보상부(243);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고조파 필터(210)는, 인덕터, 캐패시터를 포함하는 고조파 필터; 3상 능동전력필터; 3상 4선식 능동전력필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전력 계통은, 변압기를 포함하는 SVC(Static Var Compensator) 설비, 3상 교류 부하, 3상 교류 전원, 전력 변환 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고조파 보상, 역율 보상, 상불평형 보상을 24시간 연속 운전하면서도 설정값에 의하여 보상 모드가 온/오프되어 사용자가 별도의 조작을 하지 않고도 안정적으로 1대의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치를 설치하여 3대의 전력 장비를 운용하는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치를 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 제1SVC 설비를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 제2SVC 설비를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 제3SVC 설비를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명이 적용되는 전력 변환 장치를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 도 5 전력 변환 장치의 상세 구성을 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명이 적용될 3상 4선식 능동전력 필터를 보인 예시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전력계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 종래 주지된 사항에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 생략하거나 간단히 한다. 본 발명의 설명에 포함된 구성은 개별 또는 복합 결합 구성되어 동작한다.
도 1은 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치를 보인 블록도로서, 도 1을 참조하면, 고조파 공진 회피 장치는 고조파 필터(210), 동작 감시부(220), 공진 제어부(230), 주파수 선택부(240), 알람부(250)를 포함한다.
고조파 필터(210)는 전력 계통의 고조파 성분을 제거한다. 전력 계통이 60Hz의 주파수를 사용할 때 60Hz만 있어야 할 배선 계통에 3차 고조파 180Hz, 5차 고조파 300Hz, 7차 9차 11차 13차 ~51차까지 존재한다. 예를 들어, 고조파 필터(210)는 3차 고조파가 30A 정도 존재한다면 반대 성분의 -180Hz의 30A를 발생시켜 기존 180Hz + 역 180Hz = 0으로 만들어 전력 계통의 기타 불필요한 고조파를 제거한다. 이때, 간혹 공진이 발생하여 제거되어야 할 고조파가 더 증폭이 돼서 문제가 발생할 수 있다.
동작 감시부(220)는 고조파 필터(210)의 동작 상태를 감시하고, 3차 ~51차의 고조파 발생 여부, 위상 정보를 감지해서 공진 제어부(230)로 전달한다.
공진 제어부(230)는 동작 감시부(220)의 감지 정보에 기반하여 주파수 분석, 피드백 분석, 히스토리 분석을 수행하고, 분석 정보를 종합하여 공진을 제거할 고조파 주파수를 판단하고, 주파수 선택부(240)에 주파수 선택 지령을 내린다. 공진 제어부(230)는 주파수 스펙트럼을 분석하는 주파수 분석부(231), 공진 제거 고조파가 선택되고 피드백되는 감지 정보에 기반한 피드백 분석부(232), 시간에 따른 주파수 분석과 피드백 분석의 히스토리를 분석하는 히스토리 분석부(233), 주파수 분석부(231)의 주파수 분석, 피드백 분석부(232)의 피드백 분석, 히스토리 분석부(233)의 히스토리 분석을 종합 판단하여 모드 선택부(235), 스케줄러(236), 장비 선택부(237)를 통해 보상부(240)를 제어해서 보상부(240)에 의한 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상을 고조파 필터(210)에 적용하는 종합 판단부(234)를 포함한다. 종합 판단부(234)는 공진 제어부(230)의 공진 제어에 이상이 발생하면 알람부(250)에 알람을 울리도록 지령을 내린다. 모드 선택부(235)는 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상 중 보상 모드를 선택하고, 스케줄러(236)는 시간에 따른 보상 모드 선택을 스케줄링하고, 장비 선택부(237)는 고조파 공진 회피 장치가 연결되는 전력 계통의 장비를 선택하고, 선택된 장비에 고조파 공진 회피 동작을 제공한다. 장비 선택부(237)는 전력 계통의 장비를 직렬 또는 병렬로 연결 선택하고, 스케줄러(236)는 5가지 시간대 또는 7가지 시간대 등 다양한 가지의 시간대로 보상 모드를 선택 스케줄링할 수 있다.
보상부(240)는 공진을 제거할 주파수를 선택하는 주파수 선택부(241), 역율을보상하는 역율보상부(242), 상불평형을 보상하는 상불평형 보상부(243)를 포함한다. 주파수선택부(240)는 공진 제어부(230)의 주파수 선택 지령을 받아 고조파 필터(210)의 고조파 성분 제거 주파수를 제어한다. 역율보상부(242)는 공진 제어부(230)의 역율 보상 지령을 받아 고조파 필터(210)의 역율을 제어한다. 상불평형 보상부(243)는 공진 제어부(230)의 상불평형 보상 지령을 받아 고조파 필터(210)의 상불평형 보상을 제어한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 제1SVC 설비를 보인 예시도로서, 도 2를 참조하면, SVC 설비(100a)는 변압기(50), TCR 장치(110), 필터(120), FC(130)를 포함한다. 도 2 내지 도 4에서는 2세대 장비 SVC(Static Var Compensator) 설비를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 1세대 장비 APFR(Automatic Power Factor Regulator) 설비 또는 3세대 장비 SVG(Static Var Generator) 설비에도 적용 가능하다.
SVC 설비(100a)는 전력 계통에 적용될 정적 무효 전력 보상 설비이다. 변압기(50)는 전력 계통의 전압/전류를 변환하고, TCR 장치는 사이리스터 제어 리액터이고, 필터(120)는 고조파 성분을 필터링하고, FC(130)는 고정 캐패시터이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 제2SVC 설비를 보인 예시도로서, 도 3을 참조하면, SVC 설비(100b)는 변압기(50), TCR 장치(110), 필터(120), TSC(Thyristor-Switched Capacitor) 장치(140)를 포함한다.
SVC 설비(100a)는 전력 계통에 적용될 정적 무효 전력 보상 설비이다. 변압기(50)는 전력 계통의 전압/전류를 변환하고, TCR 장치는 사이리스터 제어 리액터이고, 필터(120)는 고조파 성분을 필터링하고, TSC(Thyristor-Switched Capacitor) 장치(140)는 사이리스터 스위치 캐패시터이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 제3SVC 설비를 보인 예시도로서, 도 4를 참조하면, SVC 설비(100b)는 변압기(50), TCR 장치(110), 필터(120), MSC (Mechanically-Switched Capacitor) 장치(150)를 포함한다.
SVC 설비(100a)는 전력 계통에 적용될 정적 무효 전력 보상 설비이다. 변압기(50)는 전력 계통의 전압/전류를 변환하고, TCR 장치는 사이리스터 제어 리액터이고, 필터(120)는 고조파 성분을 필터링하고, MSC (Mechanically-Switched Capacitor) 장치(150)는 기계 스위치 캐패시터이다.
도 5는 본 발명이 적용되는 전력 변환 장치를 보인 예시도로서, 도 5를 참조하면, 전력 변환 장치는 전원(2), 필터(11), 입력 전압 검출부(12), 전력 변환부(10), 출력 전류 검출부(13), 3상 교류 부하(3), 공진 제어부(230)를 포함한다.
전원(20)은 3상 교류 전원이고, 필터(11)는 고조파 필터이고, 입력 전압 검출부(12)는 필터(11)의 전압 상태를 검출하여 공진 제어부(230)로 전달하고, 전력 변환부(10)는 3상 교류 전원을 전력 변환하여 3상 교류 부하(3)에 전달하고, 3상 교류 부하(3)는 3상 교류 전원을 입력받아 구동되는 3상 모터일 수 있다.
공진 제어부(230)는 입력 전압 검출부(12)로 입력되는 전압 상태에 기반하여 필터(11)의 고조파 성분을 분석하고, 3상 교류 전원의 고조파 성분을 제거한다.
도 6은 본 발명이 적용되는 도 5 전력 변환 장치의 상세 구성을 보인 예시도로서, 도 6을 참조하면, 전력 변환 장치는 전원(2), 필터(11), 입력 전압 검출부(12), 전력 변환부(10), 출력 전류 검출부(13), 3상 교류 부하(3), 공진 제어부(230)를 포함한다.
전원(20)은 3상 교류 전원이고, 필터(11)는 고조파 필터로 인덕터, 캐패시터를 포함하고, 입력 전압 검출부(12)는 필터(11)의 전압 상태를 검출하여 공진 제어부(230)로 전달하고, 전력 변환부(10)는 3상 교류 전원을 전력 변환하여 3상 교류 부하(3)에 전달하고, 스위칭 소자로 이루어지고, 3상 교류 부하(3)는 3상 교류 전원을 입력받아 구동되는 3상 모터일 수 있다.
공진 제어부(230)는 입력 전압 검출부(12)로 입력되는 전압 상태에 기반하여 필터(11)의 고조파 성분을 분석하고, 3상 교류 전원의 고조파 성분을 제거한다.
도 7은 본 발명이 적용될 3상 4선식 능동전력 필터를 보인 예시도로서, 전력 계통은 3상 4선식의 교류 입력 전원(2), 단상 및 3상의 비선형 부하(3’), 3상 4선식 능동전력필터(14), 공진 제어부(230), DC 캐패시터(15), DC 전압 검출기(16)를 포함한다. 도 7에서 3상 4선식 장비를 예로 들었지만, 본 발명은 3상 3선 장비에도 적용 가능하다.
3상 4선식 능동전력필터(14)는3상 4선식의 교류 입력 전원(2)과단상 및 3상의 비선형 부하(3’) 사이에 연결되어 계통의 정상분, 역상분, 영상분고조파 전류 및 전력을 제어함으로써 중성선의 영상분고조파 및 불평형 전류제거와 전압 총합 고조파 왜형율(VTHD), 전류총수요 고조파 왜형율(ITDD)를 규제치 이내로 제어하여 계통의 전력품질을 개선시킨다.
공진 제어부(230)는 3상 4선식 능동전력필터(14)를 제어하여 전력 계통의 고조파 성분을 제거한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 해당 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1A: 전력 변환 장치
2: 3상 교류 전원
2‘: 3상 4선식의 교류 입력 전원
3: 3상 교류 부하
3’: 단상 및 3상의 비선형 부하
10: 전력 변환부
11: 필터
12: 입력 전압 검출부
13: 출력 전류 검출부
14: 3상 4선식 능동전력필터
15: DC 캐패시터
16: DC 전압 검출기
50: 변압기
100c: SVC(Static Var Compensator) 설비
110: TCR(Thyristor Controlled Reactor) 장치
120: 필터
130: FC(Fixed Capacitor)
140: TSC(Thyristor-Switched Capacitor) 장치
150: MSC(Mechanically-Switched Capacitor)
210: 고조파 필터
220: 동작 감시부
230: 공진 제어부
231: 주파수 분석부
232: 피드백 분석부
233: 히스토리 분석부
234: 종합 판단부
240: 보상부
241: 주파수 선택부
242: 역율보상부
243: 상불평형 보상부
250: 알람부

Claims (5)

  1. 전력 계통의 고조파 성분을 제거하는 고조파 필터(210);
    상기 고조파 필터(210)의 동작 상태를 감시하고, 고조파 발생 여부, 위상 정보를 감지해서 공진 제어부(230)로 전달하는 동작 감시부(220);
    상기 동작 감시부(220)의 감지 정보에 기반하여 주파수 분석, 피드백 분석, 시간에 따른 주파수 분석과 피드백 분석의 히스토리를 분석하는 히스토리 분석을 종합 판단하여 모드 선택, 스케줄링, 장비 선택을 통해 보상부(240)를 제어해서 보상부(240)에 의한 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상을 상기 고조파 필터(210)에 적용하는 공진 제어부(230); 및
    상기 공진 제어부(230)의 제어에 의해 주파수 선택, 역율 보상, 상불평형 보상 중 선택된 보상 모드로 동작하는 보상부(240);를 포함하고,
    상기 공진 제어부(230)는,
    주파수 스펙트럼을 분석하는 주파수 분석부(231);
    공진 제거 고조파가 선택되고 피드백되는 감지 정보에 기반한 피드백 분석부(232);
    시간에 따른 주파수 분석과 피드백 분석의 히스토리를 분석하는 히스토리 분석부(233);
    상기 주파수 분석부(231)의 주파수 분석, 상기 피드백 분석부(232)의 피드백 분석, 상기 히스토리 분석부(233)의 히스토리 분석을 종합 판단하여 모드 선택부(235), 스케줄러(236), 장비 선택부(237)를 통해 상기 보상부(240)를 제어해서 상기 보상부(240)에 의한 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상을 상기 고조파 필터(210)에 적용하는 종합 판단부(234);를 포함하고,
    상기 모드 선택부(235)는 주파수 선택, 역율보상, 상불평형 보상 중 보상 모드를 선택하고, 상기 스케줄러(236)는 시간에 따른 보상 모드 선택을 스케줄링하고, 상기 장비 선택부(237)는 고조파 공진 회피 장치가 연결되는 전력 계통의 장비를 선택하고, 선택된 장비에 고조파 공진 회피 동작을 제공하고,
    상기 보상부(240)는,
    공진을 제거할 주파수를 선택하는 주파수 선택부(241);
    역율을 보상하는 역율보상부(242); 및
    상불평형을 보상하는 상불평형 보상부(243);를 포함하고,
    상기 고조파 필터(210)는,
    인덕터, 캐패시터를 포함하는 고조파 필터; 3상 능동전력필터; 3상 4선식 능동전력필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고,
    상기 전력 계통은,
    변압기를 포함하는 SVC(Static Var Compensator) 설비, 3상 교류 부하, 3상 교류 전원, 전력 변환 장치 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 계통의 하이브리드 고조파 공진 회피 장치.
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