KR20030022089A - 능동형 고조파 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력계통에서 발생되는 다차수의 고조파에 대하여 일련의 고조파군으로 분류하고, 분류된 고조파군에 대하여 각각 대응 역고조파군을 생성함으로써 샘플링주파수를 낮추도록 하여 전체 고조파군에 대한 역고조파를 적절하게 생성할 수 있도록 함과 동시에 전력스위칭 소자의 손상 및 발열을 줄이도록 하는 능동형 고조파 제거장치를 제공한다.

상기 목적을 위하여 본 발명은 상기 전력선에 흐르는 전류파형을 간지하기 위한 전류센서;

기설정된 주파수의 클럭을 발생시키기 위한 클럭발생기;

상기 클럭발생기의 발생된 클럭의 위상을 순차적으로 변위시키기 위한 적어도 하나 이상의 위상 변위기들;

상기 위상 변위기들에 의하여 변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 콘버터들;

상기 A/D 콘버터 각각에 연결되어 기설정된 차수의 고조파성분을 분석하기위한 복수의 고조파 분석모듈들;

상기 고조파 분석모듈들로부터 출력되는 고조파 성분에 대하여 역고조파를 생성하는 복수의 역고조파 생성모듈들;

상기 복수의 역고조파 생성모듈들로부터 생성되는 역고조파 데이터들을 수신받아 PWM 변조를 일으키는 상기 A/D 콘버터들과 동일한 수의 PWM변조수단들;

상기 PWM변조수단들 각각에 연결되어 상기 PWM 변조수단들의 출력신호에 의하여 역고조파 전류를 생성하여 상기 전력선에 주입하는 스위칭 회로들을 포함하는 것 능동형 고조파 제거장치가 개시된다.

Description

능동형 고조파 제거장치{active eliminating apparatus for harmonic component}

본 발명은 전력계통에서 발생되는 다차수의 고조파성분을 제거하기 위하여 역고조파를 생성시키는 능동형 고조파 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다차수의 고조파에 대하여 일련의 고조파군으로 분류하고, 분류된 고조파군에 대하여 각각 대응 역고조파군을 생성함으로써 샘플링주파수를 낮추도록 하여 전체 고조파군에 대한 역고조파를 적절하게 생성할 수 있도록 함과 동시에 전력스위칭 소자의 손상 및 발열을 줄이도록 하는 능동형 고조파 제거장치에 관한 것이다.

전력계통의 부하로는 에너지 절감과 전자제어시스템의 개발로 인버터를 응용한 제품들이 일반되면서 고조파 및 각종 비선형 전류에 의한 전압파형의 왜곡이 심화 되어 생산장비 및 설비의 오동작 및 파손이 빈번히 일어나게 되었다.

고조파는 단상 비선형 부하시 전류가 정격의 1.7배 이상으로 증가시킬 수 있으며, 이 전류가 중성선에 흐르게되어 과전류에 의한 과열을 발생시키며, 고조파는 선로 도체의 표피부분에 집중하여 흐르기 때문에 이로 인한 과열은 매우 심각한 문제를 야기시킨다. 이러한 과열현상은 Y 결선된 변압기에서 극명하게 드러난다.

따라서 인버터 부하를 포함하는 전력계통에서 발생되는 고조파에 대하여 역고조파를 발생시켜 전력계통의 전력을 정현파(sine wave)로 유지시켜야 한다.

도 1a는 일반적인 능동 고조파 제거원리에 대한 개념도를 설명하기 위한 회로도이고, 도 1b는 도 1a의 부하측에서 발생되는 고조파 성분을 함유하는 전류파형이고, 도 1c는 도 1a의 능동 고조파 제거기에서 생성되는 전류파형이고, 도 1d는 도 1a의 전원 전류의 파형이다.

전원전압Vs가 인버터 부하Lh에 인가되어 전류Is가 입력되게 되면, 인버터 부하측에서는 다차수의 고조파 성분을 함유한 전류가 생성되게 되어 전류Is를 왜곡시킨다. 입력전류를 도시된 바와 같은 Is의 정현파 상태로 유지시키기 위하여는 능동 고조파 제거기에서는 전류계(CT)로 선로에 흐르는 전류를 입력받아 선로에 생성되는 전력선로에 상당한 영향을 미치게 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25차의 12개의 고조파 성분을 분석하여 고조파 성분에 대응하는 역고조파를 생성하여 선로에 가산시킴으로서 고조파성분을 제거시켜 Is를 정현파 상태로 유지시킨다.

이때, 고조파 제거기에는 일반적으로 평균파형 응답형 고조파 제거방식과 디지털 타입으로서 각 조파별로 적절한 역파형을 발생시켜 고조파를 제거하는 방식이 연구되어져 왔다. 평균파형 응답형 고조파 제거방식의 응답속도는 1ms정도로 속응성이 있으나 고조파 제거효율이 낮은 단점이 존재하였고, 13, 15차수 이상의 고차수 고조파에서는 시스템 병렬공진점을 자극시켜 고조파의 크기를 증폭시킬 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 이에 대하여 디지털 타입의 고조파 제거방식은 평균파형 고조파 제거방식에 비하여 3차 내지 25차수의 고조파에 대하여 각 고조파별로 분석하여 적절히 제거할 수 있는 장점이 있는 반면에 각 파형별로 별도로 분석하고, 역고조파를 생성시키기 위하여 장시간이 소요되기 때문에 그 크기가 센 3 내지 4개의 고조파에 대하여 선택적으로 역고조파를 생성시키기 때문에 상대적으로 크기가 작은 차수의 고조파를 제거시킬 수 없는 문제점을 갖고 있다.

도 2는 일반적인 디지털 방식의 능동고조파 제거기의 구성을 나타내기 위한 회로 블록도이다.

전류계(CT)는 전력선에 흐르는 전류를 검출하여 전류센서(21)에 전송하고,전류센서(21)에서는 전류파형을 생성하여 A/D콘버터(22)에서 디지털 데이터로 변환한다. 이때, 클럭발생기(28)에서는 18Khz의 샘플링 주파수를 생성하여 A/D콘버터(22)가 18khz의 디지털 데이터를 생성하도록 한다. 샘플링된 디지털 데이터는 고조파 분석 모듈(23)에 전송되어 각 차수별로 순연되게 분석되어 세기 측정모듈(24)과 역고조파 발생모듈(25)에 전송되고, 세기 측정모듈(24)에서 가장 큰 세기를 갖는 고조파로부터 기 설정 크기를 갖는 차수의 고조파에 대하여 추출하고, 이를 역고조파 발생모듈(25)에 출력한다. 역고조파 발생모듈(25)은 세기 측정 모듈(24)에 의하여 출력전송된 해당 고조파에 대하여 역고조파를 생성하여 변조기(26)에 전송하여 PWM(Pulse width modulation) 변조를 일으키고, PWM 변조된 역고조파는 스위칭 회로인 IGBT(insulated Gate Bipolar Transistor) 스위칭부(27)를 온/오프 시키고, IGBT스위칭부(27)에서 증폭된 역고조파의 성분이 전력선에 투입되게 된다.

상기의 구성을 갖는 종래의 고조파 제거장치는 각각의 고조파에 대하여 추출하고, 이에 대한 세기를 검출하여 특정의 고조파에 대하여 역고조파를 생성하여야 하기 때문에 속응성을 높이기 위하여 샘플링 주파수를 매우 높은 주파수로 유지하여야 한다.

역고조파를 생성해야하는 최고차수인 25차수 고조파를 제거하기 위하여는

60hz ×25 차수 ×12(샘플배수율) = 18 khz

의 샘플링 주파수가 유지되어야 한다. 이때, 60hz는 국내 전력선의 전원 주파수이고, 12는 목표제거차수의 고조파의 12배 높은 주파수로 샘플링하여 고조파분석의 정도를 높이도록 한 실험값이다. 따라서 25차수 고조파를 분석하고, 역고조파를 전력선에 투입하기 위하여는 18 khz로 샘플링하고 이러한 주파수로 PWM변조된 역고조파로 IGBT 스위칭부(27)에 스위칭이 이루어져야 한다.

따라서, 이러한 스위칭 주파수로 이루어질 때 증폭시 대전류가 흐르게 되는 IGBT 소자는 많은 발열이 일어나게 되고, 발열된 상태에서는 정확한 파형이 생성되지 않게 되어 새로운 고조파를 생성하게 되어 역고조파의 생성이라는 고조파 제거기의 기능을 수행할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제거대상인 차수의 고조파 성분을 전체 제거함과 동시에 그 속도를 종래에 비하여 제거속도를 향상시키는 능동형 고조파 제거장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 스위칭 소자의 스위칭 속도를 낮추도록 함으로써 스위칭 소자에서 발생하는 열을 저감하여 정확한 스위칭 동작이 일어나도록 하고, 스위칭 소자의 수명을 연장시키도록 한다.

도 1a는 일반적인 능동 고조파 제거원리에 대한 개념도를 설명하기 위한 회로도이고, 도 1b는 도 1a의 부하측에서 발생되는 고조파 성분을 함유하는 전류파형이고, 도 1c는 도 1a의 능동 고조파 제거기에서 생성되는 전류파형이고, 도 1d는 도 1a의 전원 전류의 파형이다.

도 2는 일반적인 디지털 방식의 능동고조파 제거기의 구성을 나타내기 위한 회로 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 회로 블록도이다.

도 4은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 파형도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 회로 블록도이다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

전력선에 함유된 다차수의 고조파를 제거시키기 위한 능동형 고조파 제거장치에 있어서:

상기 전력선에 흐르는 전류파형을 감지하기 위한 전류감지수단;

기 설정된 주파수의 클럭을 발생시키기 위한 클럭 발생기;

상기 클럭발생기에서 발생된 클럭의 위상을 순차적으로 변위시키기 위한 위상 변위수단들;

상기 위상 변위수단들에 의하여 변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 콘버터들;

상기 A/D콘버터들에 의하여 변환된 디지털 데이터들로부터 고조파의 각 차수에 대하여 분석하기 위한 고조파 분석모듈들;

상기 고조파 분석모듈들에 의하여 분석된 고조파에 대하여 역고조파를 발생시키기 위한 역고조파 생성모듈들;

상기 역고조파 생성모듈들로부터 전송된 신호에 의하여 PWM변조를 일으키는 변조수단들;

상기 변조수단들에 의한 변조파를 입력받아 역고조파의 전류를 생성하여 상기 전력선에 주입하는 스위칭 회로들을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 전력선에 투입된 합성 역고조파의 전류가 N Khz라 하고, 상기 A/D콘버터들의 수를 n이라 할 때, 상기 클럭발생기의 클럭주파수와 상기 스위칭 수단들의 스위칭 주파수는 N/n Khz로 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 위상변위수단중 하나는 0 위상 변위가 일어나는 것으로, 상기 클럭발생기의 발생클럭이 상기 A/D 콘버터중의 하나에 위상 변위없이 전송되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 스위칭 회로들의 스위칭 소자는 IGBT로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징으로는

전력선의 다차수의 고조파를 제거하기 위한 능동형 고조파 제거장치에 있어서,

상기 전력선에 흐르는 전류파형을 간지하기 위한 전류센서;

기설정된 주파수의 클럭을 발생시키기 위한 클럭발생기;

상기 클럭발생기의 발생된 클럭의 위상을 순차적으로 변위시키기 위한 적어도 하나 이상의 위상 변위기들;

상기 위상 변위기들에 의하여 변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 콘버터들;

상기 A/D 콘버터 각각에 연결되어 기설정된 차수의 고조파성분을 분석하기위한 복수의 고조파 분석모듈들;

상기 고조파 분석모듈들로부터 출력되는 고조파 성분에 대하여 역고조파를 생성하는 복수의 역고조파 생성모듈들;

상기 복수의 역고조파 생성모듈들로부터 생성되는 역고조파 데이터들을 수신받아 PWM 변조를 일으키는 상기 A/D 콘버터들과 동일한 수의 PWM변조수단들;

상기 PWM변조수단들 각각에 연결되어 상기 PWM 변조수단들의 출력신호에 의하여 역고조파 전류를 생성하여 상기 전력선에 주입하는 스위칭 회로들을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 A/D 콘버터중 하나의 A/D 콘버터에 연결되는 상기 고조파 분석모듈은 4개 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징으로는

전력선에 존재하는 다차수 고조파를 제거하기 위한 능동형 고조파 제거 방법에 있어서,

상기 전력선에 존재하는 전류파형을 검출하는 전류파형 검출단계;

상기 전류파형을 적어도 하나 이상의 변위단계로 순차적으로 위상변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하는 전류파형 디지털화 단계;

상기 디지털 데이터에 의하여 복수의 고조파 성분을 분석하고 분석된 고조파 성분에 대하여 역고조파를 생성하는 복수의 역고조파 생성단계;

상기 복수의 역고조파들을 입력받아 PWM변조를 수행하는 변조단계;

상기 PWM변조된 신호에 의하여 역고조파 전류를 생성하여 상기 전력선에 투입하는 스위칭 단계를 포함하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기하기로 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 회로 블록도이다.

전력선에 흐르는 전류를 CT에 의하여 검출하고, 흐르는 전류로부터 전류센서(31)는 전류파형을 검출한다. 클럭발생기(32)에서는 1.5Khz의 주파수를 갖는 클럭을 발생시킨다. 클럭발생기(32)에서 발생된 클럭은 A/D컨버터3에 입력되고, A/D컨버터3은 전류파형을 1.5Khz의 주파수로 디지털 데이터로 변환한다. 또한, A/D컨버터3에서 디지털 데이터로 변환된 전류파형은 3차 고조파 분석모듈에 의하여 3차 고조파 성분이 분석되고, 3차 역고조파 생성모듈에 전송되어 3차 고조파를 상쇄하는 3차 역고조파가 생성된다. 3차 역고조파 생성모듈에 의하여 생성된 역고조파는 PWM 모듈3에 전송되고, PWM모듈3에서는 생성된 3차 역고조파에 해당하는 PWM변조신호가 생성된다. PWM모듈3에서 변조된 3차 역고조파는 스위칭 회로(SW3)의 도통시간을 제어하여 3차 역고조파의 전류를 생성하여 전력선에 주입한다.

또한, 클럭발생기(32)에서 발생된 클럭은 위상 변위기5에서 한 클럭만큼 위상 만큼 변위되어 A/D컨버터5에 입력되게 되고, A/D컨버터5에서는 전류파형을 변위된 위상의 1.5Khz의 주파수에 의하여 디지털 데이터로 변환한다. 이하, 3차 고조파와 동일한 과정으로 5차 고조파 분석모듈, 5차 역고조파 생성모듈, PWM 모듈5, 스위칭회로5에 의하여 5차 고조파의 역고조파 전류를 생성하여 전력선에 주입한다.

또한, 위상변위기5에서 위상 변위된 클럭은 다시 한 클럭만큼 위상이 변위되어 A/D컨버터7로 입력되게 되고, 3차, 5차 고조파와 마찬가지로 7차 고조파 분석모듈, 7차 역고조파 생성모듈, PWM 모듈7, 스위칭회로7에 의하여 7차 고조파의 역고조파 전류를 생성하여 전력선에 주입한다.

동일한 과정으로 위상변위기9, 위상변위기11, 위상변위기13, 위상변위기15, 위상변위기17, 위상변위기19, 위상변위기21, 위상변위기23,위상변위기25에 의하여 순차적으로 위상변위가 30。씩 발생하게 되고, 이러한 변위된 위상에 의하여 디지털 데이터가 생성되게 되고, 생성된 디지털 데이터에 대하여 각각의 고조파 분석모듈에서는 해당 고조파 분석이 이루어진다. 분석된 고조파에 대하여 역고조파 생성모듈에서는 역고조파가 생성되게 되고, 이러한 역고조파는 PWM모듈에 의하여 변조되고, 변조된 신호에 의하여 각각의 스위칭 회로는 역고조파 전류를 전력선에 주입하게 된다.

전체적으로 통일적인 설명을 하기 위하여 각 A/D컨버터에는 각각의 위상 변위기가 연결되어 순차적으로 위상이 변위되도록 하는 것으로 하고, A/D 컨버터3에 연결된 위상변위기에서는 클럭발생기(32)로부터 출력되는 클럭이 0。의 위상을 변위시키는 위상변위기가 연결되었다고 가정하면 동일한 결과를 얻을 수 있음은 자명하다 할 수 있다.

도 4은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 파형도이다.

종래에는 클럭발생기에서는 주파수 18Khz의 클럭파형(도 4a)을 생성하고, 이러한 주파수에 의한 전류파형에 대한 디지털 데이터가 획득 되었으나, 도3에 도시된 실시된 실시예에서는 도 4b에서와 같이 1.5Khz의 주파수의 클럭이 발생되게 되고, 도 4c에서와 같은 위상변위가 발생되지 않은 클럭파형이 A/D컨버터3에 입력되고, A/D컨버터5에는 도 4d와 같이 도 4c로부터 한 클럭만큼의 위상 변위가 발생된 클럭파형이 입력되게 된다. 마찬가지로 A/D컨버터7, A/D컨버터9 …, A/D컨버터25에도 순차적으로 한 클럭씩 위상 변위된 클럭파형이 입력되게 된다.

이와 같이 A/D컨버터들에서는 한 클럭씩 위상변위를 갖는 1.5Khz의 디지털 데이터가 생성되고, 스위칭 회로들에서 동일한 주파수로 스위칭 되게 되나 이들이 전력선에서 합성될 때는 각각의 위상이 합성되게 되어 18Khz의 주파수를 갖는 역고조파의 전류가 된다.

도 3, 4의 설명에서와 같이, 전력선에 18KHz의 역고조파 전류를 생성하기 위하여 각 스위칭 회로는 단순히 1.5Khz의 스위칭 주파수로 스위칭 되기 때문에 스위칭 회로의 스위칭 소자인 IGBT에는 열이 적게 발생되게 된다. 따라서 회로소자의 과열로 인한 파형의 왜곡이 발생되지 않기 때문에 고조파를 제거할 수 있다. 또한, 3차 내지 25차 고조파에 대하여 동시에 역고조파를 생성하기 때문에 역고조파 생성의 속응성을 해결할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 회로 블록도이다.

도 5에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예에서 부품수를 줄이고, 회로를 단순화시키기 위하여 하나의 A/D컨버터에 복수의 고주파 분석모듈과 이에 대응하는 역고조파 생성모듈을 연결시킨 것이다.

60Hz 교류에서 25차 고조파는 60hz ×25 = 1.5Khz의 주파수를 갖고, 이는 0.64ms의 주기를 갖는다. 고조파가 발생되었을 때, 고조파 제거기에서 고조파를 분석하고 역고조파를 생성하는 데 소요되는 시간은 고조파의 1/4 주기내에 이루어지는 것이 바람직하기 때문에 대략 0.16ms내에 분석 및 생성이 이루어지는 져야 한다. 하나의 A/D컨버터에 대한 디지털 전류파형에 대하여 4개의 고조파에 대한 고조파 분석 및 역고조파를 생성하는 경우에 각각의 고조파에 대하여는 0.16ms/4 = 0.04ms ≒ 40μs 의 시간이 소요되게 된다. 이는 고성능의 마이크로 프로세서를 이용하여 전류파형을 분석하고, 역고조파를 생성하는 데에 최소한의 시간이므로 하나의 A/D컨버터에 4개까지의 고조파 분석모듈 및 역고조파 생성모듈이 연결되도록 한다.

CT에 결합된 전류센서(51)에 의하여 검출되는 전류파형은 클럭발생기(52)에 의하여 발생된 클럭에 의하여 동작되는 A/D컨버터1에 의하여 디지털 데이터로 변환된다. 이때 클럭 발생기(52)에서 발생되는 클럭의 주파수는 전력선에 공급되는 역고조파의 주파수가 18Khz라 할 때, A/D컨버터가 3개일 때에는 6Khz의 클럭주파수를 생성한다. A/D컨버터1에는 3차, 5차, 7차, 9차 고조파 분석모듈이 연결되고, 각각의 고조파 분석모듈에는 3차, 5차, 7차, 9차 역고조파 생성모듈이 연결되고, 이들 역고조파 모듈로 발생된 역고조파의 디지털 파형은 PWM모듈1에 전송되어 변조되고, PWM 모듈1에서 변조된 변조파형에 의하여 스위칭 회로(SW1)는 동작되어 역고조파 전류를 생성하여 전력선에 투입한다. 이때, 스위칭 회로(SW1)의 동작주파수도 클럭발생기(52)의 클럭주파수와 동일하게 6khz의 주파수로 동작되게 된다. 이때, 클럭발생기(52)에서 A/D컨버터1에 전송되는 클럭은 0°의 위상변위를 일으키는 위상변위기를 통하여 전송되는 것으로 상정할 수 있고, 이를 도면상에 표시하지 않고 있음은 자명하다 할 수 있다.

또한, 클럭발생기(52)에서 발생된 클럭들은 위상변위기1에서 한 클럭의 위상변위를 일으켜 A/D컨버터2에 전송되게 된다. A/D컨버터2는 위상 변위된 클럭들에 의하여 전류센서로부터 출력되는 전류파형을 디지털 데이터로 변환한다. 또한, A/D컨버터2에는 11차, 13차, 15차, 17차 고조파 분석모듈이 연결되고, 각각의 분석모듈에는 11차, 13차, 15차, 17차 역고조파 생성모듈이 연결된다, 각각의 역고조파 생성모듈로부터 출력되는 출력신호는 PWM모듈2에 입력되게 되어 PWM변조가 이루어지고, PWM변조신호에 의하여 스위칭 회로(SW2)는 11, 13, 15, 17차수의 역고조파 전류를 생성하여 전력선에 투입한다.

또한, 위상 변위기1에서 변위된 클럭은 위상 변위기2에서 한 클럭씩 재 변위되어 A/D컨버터3에 입력되게되고, A/D컨버터3에서는 전류센서(51)에서 검출된 전류파형을 위상변위기2에서 변위되는 클럭에 의하여 디지털 데이터로 생성한다. 또한, A/D컨버터3에는 19차, 21차, 23차, 25차 고조파 분석모듈이 연결되고, 각각의 분석모듈에는 19차, 21차, 23차, 25차 역고조파 생성모듈이 연결된다, 각각의 역고조파 생성모듈로부터 출력되는 출력신호는 PWM모듈3에 입력되게 되어 PWM변조가 이루어지고, PWM변조신호에 의하여 스위칭 회로(SW3)는 19차, 21차, 23차, 25차수의 역고조파 전류를 생성하여 전력선에 투입한다.

스위칭 회로( SW1), (SW2), (SW3)의 스위칭 주파수는 클럭주파수와 동일하게 6Khz로 동작되게 되고, 종래의 18Khz의 고주파수에 동작되는 경우보다 열발생량이 작게 되어 스위칭 소자를 고압으로 운전을 할 수 있어 높은 차수에 대하여도 충분한 역고조파 전류를 투입할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면,

(1) 제거 대상의 다차수의 고조파에 대하여 전체적으로 제거할 수 있으며, 발생고조파에 대하여 시간지연없이 속응적으로 역고조파를 생성할 수 있어 전력계통의 안정과 효율적인 운전을 하도록 하여 전력품질의 향상을 가져오도록 한다.

(2) 종래 고조파 제거장치에 비하여 스위칭 회로를 낮은 주파수로 스위칭 시키기 때문에 스위칭 회로의 스위칭 소자에서 발생되는 발열량을 낮출수 있기 때문에 소자의 수명과 정확한 역고조파를 전력선에 투입할 수 있으며, 종래의 고차수 고조파를 제거시키기 위하여 스위칭 회로의 발열 때문에 스위칭 회로의 구동전압을 낮게 제한하였던 것을 높이도록 함으로써 역고조파 전류를 원활히 생성하도록 함으로써 전력계통의 고조파를 충분히 제거할 수 있도록 한다.

(3) 도 5의 실시예에서 도시된 바와 같이 하나의 A/D컨버터에 복수의 고조파 분석모듈과 역고조파 생성모듈을 연결시킴으로써 스위칭 주파수를 충분히 감소시킴과 동시에 비용절감을 할 수 있다.

Claims (8)

1. 전력선에 함유된 다차수의 고조파를 제거시키기 위한 능동형 고조파 제거장치에 있어서:

   상기 전력선에 흐르는 전류파형을 감지하기 위한 전류감지수단;

   기 설정된 주파수의 클럭을 발생시키기 위한 클럭 발생기;

   상기 클럭발생기에서 발생된 클럭의 위상을 순차적으로 변위시키기 위한 위상 변위수단들;

   상기 위상 변위수단들에 의하여 변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 콘버터들;

   상기 A/D콘버터들에 의하여 변환된 디지털 데이터들로부터 고조파의 각 차수에 대하여 분석하기 위한 고조파 분석모듈들;

   상기 고조파 분석모듈들에 의하여 분석된 고조파에 대하여 역고조파를 발생시키기 위한 역고조파 생성모듈들;

   상기 역고조파 생성모듈들로부터 전송된 신호에 의하여 PWM변조를 일으키는 변조수단들;

   상기 변조수단들에 의한 변조파를 입력받아 역고조파의 전류를 생성하여 상기 전력선에 주입하는 스위칭 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력선에 투입된 합성 역고조파의 전류가 N Khz라 하고, 상기 A/D콘버터들의 수를 n이라 할 때, 상기 클럭발생기의 클럭주파수와 상기 스위칭 수단들의 스위칭 주파수는 N/n Khz로 되는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위상변위수단중 하나는 0 위상 변위가 일어나는 것으로, 상기 클럭발생기의 발생클럭이 상기 A/D 콘버터중의 하나에 위상 변위없이 전송되는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
4. 또한, 본 발명에서 상기 스위칭 회로들의 스위칭 소자는 IGBT로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
5. 전력선의 다차수의 고조파를 제거하기 위한 능동형 고조파 제거장치에 있어서,

   상기 전력선에 흐르는 전류파형을 간지하기 위한 전류센서;

   기설정된 주파수의 클럭을 발생시키기 위한 클럭발생기;

   상기 클럭발생기의 발생된 클럭의 위상을 순차적으로 변위시키기 위한 적어도 하나 이상의 위상 변위기들;

   상기 위상 변위기들에 의하여 변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 콘버터들;

   상기 A/D 콘버터 각각에 연결되어 기설정된 차수의 고조파성분을 분석하기위한 복수의 고조파 분석모듈들;

   상기 고조파 분석모듈들로부터 출력되는 고조파 성분에 대하여 역고조파를 생성하는 복수의 역고조파 생성모듈들;

   상기 복수의 역고조파 생성모듈들로부터 생성되는 역고조파 데이터들을 수신받아 PWM 변조를 일으키는 상기 A/D 콘버터들과 동일한 수의 PWM변조수단들;

   상기 PWM변조수단들 각각에 연결되어 상기 PWM 변조수단들의 출력신호에 의하여 역고조파 전류를 생성하여 상기 전력선에 주입하는 스위칭 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 A/D 콘버터중 하나의 A/D 콘버터에 연결되는 상기 고조파 분석모듈은 4개 이하인 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 위상변위수단중 하나는 0 위상 변위가 일어나는 것으로, 상기 A/D 콘버터중의 하나는 상기 클럭발생기와 동일위상의 클럭에 의하여 동작되는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거장치.
8. 전력선에 존재하는 다차수 고조파를 제거하기 위한 능동형 고조파 제거 방법에 있어서,

   상기 전력선에 존재하는 전류파형을 검출하는 전류파형 검출단계;

   상기 전류파형을 적어도 하나 이상의 변위단계로 순차적으로 위상변위된 클럭에 의하여 상기 전류파형을 디지털 데이터로 변환하는 전류파형 디지털화 단계;

   상기 디지털 데이터에 의하여 복수의 고조파 성분을 분석하고 분석된 고조파 성분에 대하여 역고조파를 생성하는 복수의 역고조파 생성단계;

   상기 복수의 역고조파들을 입력받아 PWM변조를 수행하는 변조단계;

   상기 PWM변조된 신호에 의하여 역고조파 전류를 생성하여 상기 전력선에 투입하는 스위칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 고조파 제거방법.