KR20180085999A - 고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법 - Google Patents

고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원 장치에 관한 것으로 특히, 고조파를 제어할 수 있는 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원을 변환하여 모터를 구동하는 구동신호를 생성하며 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 장치; 상기 교류 전원의 입력단에 위치하는 전류 감지부; 및 상기 전류 감지부에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 상기 고조파를 목표 총 고조파 왜곡률에 따라 보상하는 보상 전류를 생성하여 상기 교류 전원과 상기 전력 변환 장치 사이에 인가하는 액티브 파워 필터 장치를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법 {Power supply apparatus controlling harmonics, air conditioner including the same, and method for controlling harmonics}
본 발명은 전원 장치에 관한 것으로 특히, 고조파를 제어할 수 있는 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터에 공급된다. 이때, 인버터는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
이와 같은 인버터 및 컨버터는 스위칭 소자를 포함하고, 이러한 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 노이즈가 발생할 수 있다. 이러한 노이즈는 고조파(harmonics) 노이즈를 포함한다.
따라서, 이러한 고조파를 정확히 계산하여 제거함으로써 전원을 깨끗한 정현파로 만들어 공급할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실제 고조파를 계산하여 목표 총 고조파 왜곡률을 추종하여 고조파를 제어할 수 있는 고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 변환하여 모터를 구동하는 구동신호를 생성하며 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 장치; 상기 교류 전원의 입력단에 위치하는 전류 감지부; 및 상기 전류 감지부에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 상기 고조파를 목표 총 고조파 왜곡률에 따라 보상하는 보상 전류를 생성하여 상기 교류 전원과 상기 전력 변환 장치 사이에 인가하는 액티브 파워 필터 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 액티브 파워 필터 장치는, 상기 보상 전류를 생성하기 위한 인버터부; 및 상기 보상 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 액티브 파워 필터 장치는, 상기 인버터부에서 발생하는 노이즈를 저감하기 위한 노이즈 필터; 및 상기 보상 전류를 안정화시키는 LCL 필터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 액티브 파워 필터 장치는, 실시간으로 상기 전류 감지부에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 액티브 파워 필터 장치는, 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 입력전류의 고조파를 계산하고,
수학식 1)
Figure pat00001
여기서, Vthd는 고조파, Vrms는 입력 전류, 그리고 V1은 이상적인 파형을 나타낸다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 고조파 제어 방법에 있어서, 전원단의 입력전류를 감지하는 단계; 상기 입력전류의 고조파를 계산하는 단계; 목표 총 고조파 왜곡률을 선정하는 단계; 및 상기 고조파를 상기 목표 고조파 왜곡률에 따라 보상하는 보상 전류를 상기 전원단에 인가하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 전원 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
이와 같이, 실시간으로 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 보상하는 보상 전류를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 보상 전류는 계통에 인가되어 계통 전류는 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 가지는 파형으로 제어될 수 있다. 이러한 과정에서 역률이 함께 개선될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 고조파가 제어될 수 있는 것이다.
이와 같이, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 고조파가 제어될 수 있으므로, 공기 조화기의 운전 시작점부터 일정한 값의 총 고조파 왜곡률(THD)로 제어될 수 있다.
액티브 파워 필터 장치에서는 필요한 만큼의 인버터부 스위칭 동작이 이루어질 수 있고, 따라서 불필요한 부품의 발열을 방지할 수 있다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 액티브 파워 필터 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 전원 장치에서 전류 파형을 나타내는 개략도이다.
도 6은 일반적인 고조파를 나타내는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC단 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.
한편, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 DC단 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.
DC 전압 검출부(B)는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다.
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다.
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC단 캐패시터(C) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전원 장치는, 교류 전원(10)을 변환하여 모터(압축기; 200)를 구동하는 구동신호를 생성하며 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 장치(100) 및 교류 전원(10)으로부터 고조파(harmonics)를 저감 또는 제거하기 위한 액티브 파워 필터(active power filter) 장치(300)를 포함한다.
여기에 교류 전원(10)의 입력단에 위치하여 입력전류를 감지하는 전류 감지부(D)가 구비될 수 있다. 이러한 전류 감지부(D)는 CT(current transformer)가 이용될 수 있다.
또한, 액티브 파워 필터 장치(300)는 전류 감지부(D)에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 이 고조파를 목표 총 고조파 왜곡률(target total harmonics distortion(THD))에 따라 보상하는 보상 전류를 생성한다.
이와 같이, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 생성되어 고조파를 보상하는 보상 전류는 교류 전원(10)과 전력 변환 장치(100) 사이에 인가되어, 실제 계통(교류 전원(10) 측)에서는 이상적인 사인파 형태의 정현파가 흐를 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 액티브 파워 필터 장치를 나타내는 블럭도이다.
이러한 액티브 파워 필터 장치(300)는, 위에서 설명한 보상 전류를 생성하기 위한 인버터부(331) 및 이와 같이 보상 전류를 생성하도록 인버터부(331)를 제어하는 제어부(332)를 포함할 수 있다. 이러한 인버터부(331)와 제어부(332)는 주 회로기판(330) 상에 구비될 수 있다.
이때, 인버터부(331)는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같은 인버터(140)와 동일 또는 유사한 형태로 구성될 수 있다. 경우에 따라, 도 2에서 도시한 바와 같은 인버터(140)를 그대로 사용할 수도 있다.
또한, 액티브 파워 필터 장치(300)는, 인버터부(331)에서 발생하는 노이즈를 저감하기 위한 노이즈 필터(Noise filter; 310) 및 보상 전류를 안정화시키는 LCL 필터(LCL filter; 320)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 액티브 파워 필터 장치(300)는 실시간으로 전류 감지부(D)에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산할 수 있다.
이때, 액티브 파워 필터 장치(300)는, 아래의 수학식 1을 이용하여 입력전류의 고조파를 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Vthd는 고조파, Vrms는 입력 전류, 그리고 V1은 이상적인 파형을 나타낸다. 즉, V1은 사인파형을 나타내는 정현파이다.
이와 같이, 액티브 파워 필터 장치(300)에서는 실시간으로 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 보상하는 보상 전류를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 보상 전류는 계통에 인가되어 계통 전류는 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 가지는 파형으로 제어될 수 있다. 이러한 과정에서 역률이 함께 개선될 수 있다.
목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 설정하지 않고 액티브 파워 필터 장치(300)를 구동하는 경우에는 일정 전력 이상 공급된 이후에 총 고조파 왜곡률(THD)이 개선될 수 있다.
그러나, 본 발명에서와 같이, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 고조파를 개선하는 경우에는 공기 조화기의 운전 초기부터 총 고조파 왜곡률(THD)이 설정된 목표값으로 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 전원 장치에서 전류 파형을 나타내는 개략도이고, 도 6은 일반적인 고조파를 나타내는 파형도이다.
도 5의 (a)는 도 3의 a 지점에서의 전류, 즉, 부하 전류를 나타내고, 도 5의 (b)는 도 3의 b 지점에서의 전류, 즉, 액티브 파워 필터 장치(300)에서 만들어지는 보상 전류를 나타낸다. 또한, 도 5의 (c)는 도 3의 c 지점에서의 전류, 즉, 계통 전류를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 일반적인 파형은 기본파와 정수 배의 주파수를 포함하며, 이러한 정수 배의 주파수를 고조파(harmonics)라 지칭한다.
즉, 도 6의 (a)에서 도시하는 왜형파 전류는 도 6의 (b)에서 도시하는 바와 같은 기본파 전류(n=1)와 제3 고조파 전류(n=3) 및 제5 고조파 전류(n=5) 등이 더해진 파형을 가진다.
푸리에의 정리(Fourier's theorem)에 의하면, 어떤 주기적 파형도 많은 수의 정현파의 합으로 나타낼 수 있다. 따라서, 왜형파 전류가 감지되면 여기에서 고조파 전류를 제거하면 정현파 형태의 기본파 전류를 얻을 수 있다.
이를 본 발명에 적용하면, 도 5에서와 같이, 목표로 하는 정현파 형태를 가지는 계통 전류(c)는 입력전류에서 감지된 부하 전류(b)와 보상 전류(c)의 합으로 나타낼 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 다수의 스위칭 소자를 PWM 방식으로 스위칭하도록 제어하게 된다. 이러한 과정에서 부하 전류(b)에는 노이즈 및 고조파(harmonics)가 혼입될 수 있다.
이러한 고조파는 전기 설비 및 주변 기기에 악영향을 줄 수 있고, 고조파로 인하여 역률 또한 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 고조파가 제어될 수 있는 것이다.
이와 같이, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 고조파가 제어될 수 있으므로, 위에서 언급한 바와 같이, 공기 조화기의 운전 시작점부터 일정한 값의 총 고조파 왜곡률(THD)로 제어될 수 있다.
액티브 파워 필터 장치(300)에서는 필요한 만큼의 인버터부(331) 스위칭 동작이 이루어질 수 있고, 따라서 불필요한 부품의 발열을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 고조파 제어 전원 장치의 제어 방법을 설명한다.
먼저, 교류 전원(10)의 입력단에 위치하는 전류 감지부(D)를 통하여 입력전류를 감지한다(S1).
이와 같이 감지된 입력전류를 통하여 위에서 설명한 수학식 1에 따라 고파를 계산한다(S2). 이와 같은 고조파 계산 및 이하의 일련의 동작은 액티브 파워 필터 장치(300)에 구비된 제어부(332)에서 이루어질 수 있다.
이후, 제어부(332)에서는 총 고조파 왜곡률(THD)의 목표값(target)이 존재하는지를 감지하고(S3), 목표값이 존재한다면 이 목표값을 이용하여 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 선정한다(S4). 예를 들어, 이러한 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)은 10%일 수 있다.
이와 같이, 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)이 선정되면, 이러한 목표 총 고조파 왜곡률에 따라 고조파를 제어하기 위한 액티브 파워 필터(active power filter; APF) 장치(300)를 동작시킨다(S5).
이러한 액티브 파워 필터(APF) 장치(300)의 동작은 다음과 같다.
S2 단계에서 계산된 고조파는 위에서 설명한 부하 전류(b)에 해당한다. 이때, 제어부(332)에서는 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)에 따라 보상 전류(c)를 계산할 수 있다.
즉, 보상 전류(c)는 계통 전류(a)가 이상적인 사인파 형태의 정현파를 이루도록 하는 파형을 가질 수 있다. 이때, 이러한 보상 전류(c)에 의하여 계통 전류(a)는 위에서 선정된 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 가지는 정현파가 될 수 있다.
이와 같이 계산된 보상 전류(c)는 인버터부(331)에서 생성될 수 있으며, 이러한 보상 전류(c)는 계통에 실리게 되어 계통 전류(a)는 도 5에서 도시하는 바와 같은 정현파가 될 수 있다. 이때, 이러한 정현파는 목표 총 고조파 왜곡률(target THD)을 가질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 전력 변환 장치 110: 정류부
120: 컨버터 130: 컨버터 제어부
140: 인버터 200: 모터
300: 액티브 파워 필터 장치 310: 노이즈 필터
320: LCL 필터 330: 주 회로 기판
331: 인버터부 332: 제어부

Claims (9)

  1. 교류 전원을 변환하여 모터를 구동하는 구동신호를 생성하며 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환 장치;
    상기 교류 전원의 입력단에 위치하는 전류 감지부; 및
    상기 전류 감지부에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산하여, 상기 고조파를 목표 총 고조파 왜곡률에 따라 보상하는 보상 전류를 생성하여 상기 교류 전원과 상기 전력 변환 장치 사이에 인가하는 액티브 파워 필터 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 파워 필터 장치는,
    상기 보상 전류를 생성하기 위한 인버터부; 및
    상기 보상 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 전원 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액티브 파워 필터 장치는,
    상기 인버터부에서 발생하는 노이즈를 저감하기 위한 노이즈 필터; 및
    상기 보상 전류를 안정화시키는 LCL 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액티브 파워 필터 장치는,
    실시간으로 상기 전류 감지부에서 감지된 입력전류의 고조파를 계산하는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액티브 파워 필터 장치는, 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 입력전류의 고조파를 계산하고,
    수학식 1)
    Figure pat00003

    여기서, Vthd는 고조파, Vrms는 입력 전류, 그리고 V1은 이상적인 파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 전원 장치.
  6. 고조파 제어 방법에 있어서,
    전원단의 입력전류를 감지하는 단계;
    상기 입력전류의 고조파를 계산하는 단계;
    목표 총 고조파 왜곡률을 선정하는 단계; 및
    상기 고조파를 상기 목표 고조파 왜곡률에 따라 보상하는 보상 전류를 상기 전원단에 인가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 실시간으로 상기 입력전류의 고조파를 계산하는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서, 수학식 1을 이용하여 상기 입력전류의 고조파를 계산하고,
    수학식 1)
    Figure pat00004

    여기서, Vthd는 고조파, Vrms는 입력 전류, 그리고 V1은 이상적인 파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 고조파 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20220162502A (ko) * 2021-06-01 2022-12-08 한국전력공사 반복제어 기법을 이용한 고조파 제거 시스템 및 방법

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