KR20200098924A - Hybrid power quality compensation device - Google Patents

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KR20200098924A
KR20200098924A KR1020190016645A KR20190016645A KR20200098924A KR 20200098924 A KR20200098924 A KR 20200098924A KR 1020190016645 A KR1020190016645 A KR 1020190016645A KR 20190016645 A KR20190016645 A KR 20190016645A KR 20200098924 A KR20200098924 A KR 20200098924A
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박태식
김성환
곽노홍
표수한
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목포대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a hybrid power quality compensation device. More specifically, the hybrid power quality compensation device compensates for a disadvantage of each of a static var compensator (SVC) and a unified power quality conditioner (UPQC) in a form in which the SVC and UPQC are combined and enhances power quality compensation for costs. To this end, the hybrid power quality compensation device comprises a serial transformer, a low pass filter, a serial inverter, a parallel transformer, the SVC, a parallel inverter, and a direct current capacitor.

Description

하이브리드 전력품질 보상 장치{HYBRID POWER QUALITY COMPENSATION DEVICE}Hybrid Power Quality Compensation Device{HYBRID POWER QUALITY COMPENSATION DEVICE}

본 발명은 하이브리드 전력품질 보상 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 SVC(Static Var Compensator)와 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)가 결합된 형태로 SVC 및 UPQC 각각의 단점을 보완하고 비용대비 전력 품질 보상 능력이 강화된 하이브리드 전력품질 보상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid power quality compensation device, and more particularly, in a form in which SVC (Static Var Compensator) and UPQC (Unified Power Quality Conditioner) are combined to compensate for the disadvantages of each of SVC and UPQC, and power quality compensation capability for cost. It relates to this enhanced hybrid power quality compensation device.

본 발명은 한국전력공사의 2018년 착수 에너지 거점대학 클러스터 사업에 의해 지원되었음. (과제번호:R18XA04)The present invention was supported by the Korea Electric Power Corporation's 2018 energy base university cluster project. (Task number:R18XA04)

본 발명은 한국전력공사의 사외공모 기초연구(개별)에 의해 지원되었음. (과제번호:R18XA06-60)The present invention was supported by KEPCO's external public offering basic research (individual). (Task number:R18XA06-60)

최근 일반 주택이나 사무실 내의 반도체소자 및 전력 전자기기의 사용이 급증하면서 이들 기기에서 발생하는 고조파 및 무효 전력량이 증가하여 주위의 환경과 전기적 손실의 심각한 문제가 발생될 수 있다. Recently, as the use of semiconductor devices and electric power electronic devices in general homes or offices has increased rapidly, the amount of harmonics and reactive power generated by these devices increases, leading to serious problems in the surrounding environment and electrical loss.

자동화 설비, 빌딩 설비, 가전제품까지도 전력 전자기기들이 많이 사용되고 있는데 이들 전력 전자기기들은 비선형 특성을 갖고 있다. Power electronics are widely used in automation facilities, building facilities, and even home appliances, and these power electronics devices have nonlinear characteristics.

따라서 상기 전자기기들은 고조파 전류의 발생원으로 배전 계통의 전압 파형을 왜곡시켜 변전소의 변압기를 과열시키고 연계된 타 부하에 악 영향을 주며 인접한 통신 선로에 자기 유도에 의한 장애를 유발한다. Therefore, the electronic devices distort the voltage waveform of the power distribution system as a source of harmonic current, overheating the transformer of the substation, adversely affecting other connected loads, and cause a magnetic induction failure in adjacent communication lines.

이런 상황 하에서 전력품질에 민감한 부하들이 급증하고 부하의 민감도에 따라 다양한 전력 품질을 요구하는 장치가 점점 필요하게 되었다. Under this situation, loads sensitive to power quality rapidly increase, and devices that require various power quality according to the sensitivity of the load are increasingly required.

즉, 높은 전력품질에 대한 요구가 급증하고 있는 추세이다.In other words, the demand for high power quality is increasing rapidly.

종래에는 전력품질을 보상하기 위한 장치로 SVC(Static Var Compensator) 또는 UPQC(Unified Power Quality Conditioner) 등을 사용하였다.Conventionally, a static var compensator (SVC) or a unified power quality conditioner (UPQC) has been used as a device for compensating power quality.

전력품질 보상 장치인 SVC(Static Var Compensator)의 경우, 부하가 수시로 변할 때 무효 전력을 동적으로 보상하기 위해 주로 사용하였으나, SVC는 공진 문제, 고조파 전류 주입 시 느린 속응성 등의 문제가 있다.In the case of SVC (Static Var Compensator), which is a power quality compensation device, it is mainly used to dynamically compensate for reactive power when the load changes frequently, but SVC has problems such as a resonance problem and a slow response property when harmonic current is injected.

빠른 속응성을 가진 전력품질 보상 장치인 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)의 경우, 전력전자 스위치를 사용하여 큰 정격 설계 시 많은 비용 발생되는 문제가 있다.In the case of UPQC (Unified Power Quality Conditioner), which is a power quality compensating device with fast response, there is a problem that a lot of cost occurs when designing a large rating using a power electronic switch.

한국등록특허 [10-1128377]에서는 전력품질개선 기능을 갖는 전기에너지 절전장치가 개시되어 있다.In Korean Patent Registration [10-1128377], an electric energy power saving device having a function of improving power quality is disclosed.

한국등록특허 [10-1128377](등록일자: 2012년03월13일)Korean Patent Registration [10-1128377] (Registration Date: March 13, 2012)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 SVC(Static Var Compensator)와 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)가 결합된 형태로 SVC 및 UPQC 각각의 단점을 보완하고 비용대비 전력 품질 보상 능력이 강화된 하이브리드 전력품질 보상 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to complement the disadvantages of each of SVC and UPQC in a form in which SVC (Static Var Compensator) and UPQC (Unified Power Quality Conditioner) are combined. And it is to provide a hybrid power quality compensation device with enhanced power quality compensation capability for cost.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는, 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 전단에 직렬 연결된 직렬형변압기(100); 상기 직렬형변압기(100)의 2차 측에 연결되며 리액터(210)와 커패시터(220)로 구성된 저역필터(200); 상기 저역필터(200)의 리액터(210)와 커패시터(220) 사이에 연결된 브리지 구조의 직렬형인버터(300); 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 후단에 병렬 연결된 병렬형변압기(400); 상기 병렬형변압기(400)의 2차 측에 직렬 연결된 SVC(Static Var Compensator)(500); 상기 직렬형인버터(300)와 상기 SVC(500) 사이에 직렬 연결된 브리지 구조의 병렬형인버터(600); 및 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 일측 선로에 일측이 연결되고 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 타측 선로에 타측이 연결된 직류커패시터(700);를 포함한다.A hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a series transformer 100 connected in series to a front end of a line between a power system 1 and a load 2; A low-pass filter 200 connected to the secondary side of the series transformer 100 and composed of a reactor 210 and a capacitor 220; A series inverter 300 having a bridge structure connected between the reactor 210 of the low pass filter 200 and the capacitor 220; A parallel transformer 400 connected in parallel to the rear end of the line between the power system 1 and the load 2; SVC (Static Var Compensator) 500 connected in series to the secondary side of the parallel transformer 400; A parallel inverter 600 having a bridge structure connected in series between the serial inverter 300 and the SVC 500; And a DC capacitor having one side connected to one line between the serial type inverter 300 and the parallel type inverter 600 and the other side connected to the other side line between the series type inverter 300 and the parallel type inverter 600. (700); includes.

또한, 상기 SVC(500)는 FC-TCR(Fixed Capacitor - Thyristor Controlled Reactor)를 이용하며, 순시 유무효 전력을 계산을 통해 점호각 결정하며, SVC의 제어는 Thyristor 점호각을 이용하여, Thyristor 스위칭을 통한 Reactor 제어를 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the SVC 500 uses FC-TCR (Fixed Capacitor-Thyristor Controlled Reactor), determines the firing angle through calculation of instantaneous active and reactive power, and controls the SVC using the Thyristor firing angle, It is characterized by controlling Reactor through.

또, 상기 SVC(500)는 다음 식In addition, the SVC (500) is the following equation

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서,

Figure pat00002
은 FC-TCR의 점호각(
Figure pat00003
)에 따른 임피던스를 의미한다.)(here,
Figure pat00002
Is the firing angle of FC-TCR (
Figure pat00003
) Means the impedance according to.)

과 같이 Thyristor 점호각 제어를 통한 무효전력 보상을 하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the reactive power compensation is performed through the control of the thyristor firing angle as described above.

아울러, 상기 하이브리드 전력품질 보상 장치는 고조파 차수

Figure pat00004
을 만족시키는 공진점 조정 설계를 하여, 수동(Passive) 소자의 공진 문제를 해결하는 필터(800)가 병렬형변압기(400)와 SVC(500) 사이에 직렬로 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the hybrid power quality compensation device is a harmonic order
Figure pat00004
A filter
800 for solving the resonance problem of a passive element is provided in series between the parallel transformer 400 and the SVC 500 by designing a resonance point adjustment that satisfies

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치에 의하면, SVC와 UPQC를 결합시킨 형태로 설계 시 작은 정격의 UPQC 설계 가능하여 비용 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to the hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention, when designing in a form in which SVC and UPQC are combined, it is possible to design a small rated UPQC, thereby reducing cost.

또한, 직렬형인버터(전압제어) 및 병렬형인버터(전류제어)를 이용하여, Sag, Swell, Flicker, Interruption 등이 발생 시 빠른 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, by using a serial type inverter (voltage control) and a parallel type inverter (current control), there is an effect of enabling rapid control when Sag, Swell, Flicker, Interruption, etc. occur.

또, 부하에 걸리는 전압 전류 측정하여 순시 유무효 전력을 계산하고, 저역필터를 통해 고조파 성분 추출하여 보상함으로써, 고조파 제거와 무효전력 보상을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to simultaneously remove harmonics and compensate for reactive power by calculating the instantaneous active and reactive power by measuring the voltage and current applied to the load, and extracting and compensating the harmonic component through a low-pass filter.

또한, SVC로 FC-TCR를 사용하고, 순시 유무효 전력을 계산을 통해 점호각 결정함으로써, Thyristor 스위칭을 통한 점호각 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, by using FC-TCR as the SVC and determining the firing angle through calculation of instantaneous active and reactive power, there is an effect that it is possible to control the firing angle through Thyristor switching.

아울러, 고조파 차수

Figure pat00005
을 만족시키는 공진점 조정 설계를 하여, 수동(Passive) 소자의 공진 문제를 해결하는 필터를 구비함으로써, Passive 소자의 공진 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, harmonic order
Figure pat00005
By providing a filter that solves the resonance problem of a passive element by designing a resonance point adjustment that satisfies the above, there is an effect of solving the resonance problem of the passive element.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 개념도.
도 2는 종래의 SVC 형태로 시스템을 설계했을 경우의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도.
도 3은 종래의 UPQC 형태로 시스템을 설계했을 경우의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도.
도 5는 3상 교류 전원계통에 SVC 로 FC-TCR를 사용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 개념도.
1 is a conceptual diagram of a hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram showing a VI characteristic curve when a system is designed in a conventional SVC type.
3 is an exemplary view showing a VI characteristic curve when a system is designed in a conventional UPQC format.
4 is an exemplary view showing a VI characteristic curve of a hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram of a hybrid power quality compensation apparatus according to another embodiment of the present invention using FC-TCR as an SVC in a three-phase AC power system.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the possibility of addition or presence of elements or numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms used, they have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. In addition, the same reference numbers throughout the specification indicate the same elements. It should be noted that the same elements in the drawings are indicated by the same reference numerals wherever possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 개념도이고, 도 2는 종래의 SVC 형태로 시스템을 설계했을 경우의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도이며, 도 3은 종래의 UPQC 형태로 시스템을 설계했을 경우의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 V-I특성 곡선을 보여주는 예시도이며, 도 5는 3상 교류 전원계통에 SVC 로 FC-TCR를 사용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exemplary diagram showing a VI characteristic curve when a system is designed in a conventional SVC type, and FIG. 3 is a conventional UPQC type Fig. 4 is an exemplary diagram showing a VI characteristic curve when a furnace system is designed, Fig. 4 is an exemplary diagram showing a VI characteristic curve of a hybrid power quality compensation device according to an embodiment of the present invention, and Fig. 5 is a three-phase AC power system It is a conceptual diagram of a hybrid power quality compensation apparatus according to another embodiment of the present invention using FC-TCR as an SVC.

종래의 UPQC 시스템의 경우 빠른 속응성을 가지며, 우수한 전력품질 보상 성능을 가진 모델이다. 그러나 전력전자 스위치 기반 설계로 높은 정격 설계시 많은 비용이 소요되게 된다. In the case of the conventional UPQC system, it is a model with fast response and excellent power quality compensation performance. However, when designing a high rating due to the power electronic switch-based design, a lot of cost is required.

본 발명에서는 기존의 UPQC의 단점을 보완하고 비용대비 효과적인 성능을 발휘할 수 있는 새로운 Hybrid UPQC의 형태를 개발하였다.In the present invention, a new hybrid UPQC type has been developed that can improve the disadvantages of the existing UPQC and exhibit cost-effective performance.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 SVC와 UPQC가 결합된 형태이다. The hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention is a combination of SVC and UPQC.

SVC와 결합하여 무효전력 보상 시 많은 양의 무효전력을 SVC 측에서 보상하는 형태가 되어 UPQC를 작은 정격으로 설계가 가능해 진다. When combined with SVC, when reactive power is compensated, a large amount of reactive power is compensated by the SVC, and UPQC can be designed with a small rating.

따라서, 기존 UPQC의 빠른 속응성, 고조파 보상 등의 장점을 가지며, 작은 정격으로 설계가 가능해 짐으로서 비용이 비싸다는 단점을 보완해주게 된다. Therefore, it has the advantages of fast response and harmonic compensation of the existing UPQC, and it compensates for the disadvantage of high cost by enabling design with a small rating.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 직렬형변압기(100), 저역필터(200), 직렬형인버터(300), 병렬형변압기(400), SVC(Static Var Compensator)(500), 병렬형인버터(600) 및 직류커패시터(700)를 포함한다.As shown in Fig. 1, the hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a series transformer 100, a low pass filter 200, a series inverter 300, a parallel transformer 400, and SVC. (Static Var Compensator) 500, a parallel type inverter 600 and a DC capacitor 700.

직렬형변압기(100)는 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 전단에 직렬 연결된다.The series transformer 100 is connected in series to the front end of the line between the power supply system 1 and the load 2.

상기 직렬형변압기(100)는 상기 직렬형변압기(100)의 1차 측이 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로에 직렬로 연결된다. 즉, 상기 직렬형변압기(100)의 1차 측이 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 상에 직렬로 연결된다.In the series transformer 100, the primary side of the series transformer 100 is connected in series to a line between the power supply system 1 and the load 2. That is, the primary side of the series transformer 100 is connected in series on a line between the power supply system 1 and the load 2.

상기 직렬형변압기(100)의 2차 측의 전기적 연결은 후술하는 직렬형인버터(300)와 연결되며, 된다.The electrical connection of the secondary side of the series transformer 100 is connected to a series inverter 300 to be described later.

상기 직렬형변압기(100)는 직렬형인버터(300)의 전압 정격 감소 역할을 한다.The series-type transformer 100 serves to reduce the voltage rating of the series-type inverter 300.

저역필터(200)는 상기 직렬형변압기(100)의 2차 측에 연결되며 리액터(210)와 커패시터(220)로 구성된다.The low-pass filter 200 is connected to the secondary side of the series transformer 100 and is composed of a reactor 210 and a capacitor 220.

상기 저역필터(200)는 고조파 성분을 추출하기 위한 것이다. The low pass filter 200 is for extracting harmonic components.

이때, 리액터(210)는 상기 직렬형변압기(100)의 2차 측에 연결되며 상기 리액터(210)의 후단에 커패시터(220)가 연결된다.At this time, the reactor 210 is connected to the secondary side of the series transformer 100 and the capacitor 220 is connected to the rear end of the reactor 210.

상기 커패시터(220)는 고주파를 제거를 하기위해 사용한다.The capacitor 220 is used to remove high frequency.

직류에 가까운 파형일수록(주파수가 낮을수록) 상기 커패시터(220)의 저항이 증가해서 통과하기 어렵고, 교류에 가까운 파형일수록(주파수가 높을수록) 상기 커패시터(220)의 저항이 낮아져 통과가 가능하다.A waveform closer to direct current (lower frequency) increases the resistance of the capacitor 220 and makes it difficult to pass, while a waveform closer to AC (higher frequency) decreases resistance of the capacitor 220 to pass through.

즉, 상기 저역필터(200)는 로우패스필터(Low Pass Filter) 역할을 하여, 상기 직렬형인버터(300) 출력 전압의 고조파 스위칭 리플 제거를 담당한다. That is, the low-pass filter 200 serves as a low pass filter and removes the harmonic switching ripple of the output voltage of the series inverter 300.

직렬형인버터(300)는 상기 저역필터(200)의 리액터(210)와 커패시터(220) 사이에 연결된 브리지 구조이다.The series inverter 300 has a bridge structure connected between the reactor 210 and the capacitor 220 of the low pass filter 200.

상기 직렬형인버터(300)는 리액터(210)와 커패시터(220) 사이에 연결되어, 상기 리액터(210)를 통과한 저주파 성분이 상기 직렬형인버터(300)로 공급된다.The series-type inverter 300 is connected between the reactor 210 and the capacitor 220, and a low-frequency component that has passed through the reactor 210 is supplied to the series-type inverter 300.

상기 직렬형인버터(300)는 보상 전압 생성하여 무효전력 보상을 하기 위한 것으로, 다음식The series inverter 300 is for generating a compensation voltage to compensate for reactive power, and the following equation

Figure pat00006
Figure pat00006

(여기서,

Figure pat00007
는 보상전압,
Figure pat00008
는 부하(2) 측 부하 전단 전압,
Figure pat00009
는 전원계통(1) 측 전원계통(1) 후단 전압을 의미한다.)(here,
Figure pat00007
Is the compensation voltage,
Figure pat00008
Is the load shear voltage on the load (2) side,
Figure pat00009
Means the voltage at the rear end of the power system (1) side of the power system (1).)

과 같이 보상 전압을 생성할 수 있다.Compensation voltage can be generated like this.

병렬형변압기(400)는 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 후단에 병렬 연결된다.The parallel transformer 400 is connected in parallel to the rear end of the line between the power system 1 and the load 2.

상기 병렬형변압기(400)의 1차 측은 후술하는 SVC(500)와 연결되며, 2차측은 전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 후단인 부하(2) 전단에 연결된다. The primary side of the parallel transformer 400 is connected to the SVC 500 to be described later, and the secondary side is connected to the front end of the load 2 which is the rear end of the line between the power system 1 and the load 2.

상기 병렬형변압기(400)는 후술하는 SVC(500)의 전압 정격 감소 역할을 한다.The parallel transformer 400 serves to reduce the voltage rating of the SVC 500 to be described later.

SVC(Static Var Compensator)(500)는 상기 병렬형변압기(300)의 2차 측에 직렬 연결된다.SVC (Static Var Compensator) 500 is connected in series to the secondary side of the parallel transformer 300.

SVC(Static Var Compensator)(500)는 상기 병렬형인버터(600)와 연결된다.SVC (Static Var Compensator) 500 is connected to the parallel type inverter 600.

상기 SVC(500)는 동기조상기와 유사한 기능을 가진 것으로 Thyristor에 의해 가변의 진상/지상 무효 전력을 규정된 Reactor, Capacitor Bank로부터 연속적으로 공급해 줌으로써 전압을 허용범위 내에 유지시키는 장치이다.The SVC 500 has a function similar to that of a synchronous control device, and is a device that maintains a voltage within an allowable range by continuously supplying variable lead/ground reactive power from a prescribed reactor and capacitor bank by a thyristor.

상기 SVC(500)는 응답성이 빠르고, 조작에 제한이 거의 없으며, 신뢰성이 높고 유지보수가 간단한 특징이 있으며, The SVC 500 is characterized by fast responsiveness, almost no restrictions on operation, high reliability and simple maintenance,

상기 SVC(500)는 무효전력의 보상(무효전력 공급원)에 사용하기 위한 것으로, 응답시간이 매우 빨라서 변동부하에 대한 전압변동을 고속으로 감지하여 무효전력 변동분을 흡수하고, 상별로 무효전력을 각각 보상하므로 전압/전류의 Unbalance를 해소하며, 무효전력 부하에 대한 역률을 개선한다.The SVC 500 is for use in compensation of reactive power (reactive power supply source), and its response time is very fast, so it detects voltage fluctuations for fluctuating loads at high speed to absorb the fluctuations in reactive power, and absorbs reactive power for each phase. By compensating, it eliminates voltage/current unbalance and improves power factor for reactive power loads.

또한, 전압보상(전압제어)에 사용이 가능하여, 전압제어로 정태안정 극한전력을 증대시키고, 부하 또는 발전력 상실시 전압제어로 과도안정도 향상시키며, 전압변동률을 개선시킨다.In addition, since it can be used for voltage compensation (voltage control), it increases static stability extreme power by voltage control, and improves transient stability by voltage control when load or power generation is lost, and improves voltage fluctuation rate.

상기 SVC(500)로 사용 가능한 SVC의 종류로는 TCR, TSC, FC-TCR, TSC-TCR 등이 있다.Types of SVCs that can be used as the SVC 500 include TCR, TSC, FC-TCR, TSC-TCR, and the like.

TCR은 고정리액터에 역병렬 Thyristor를 연결하며 지상무효전력 발생시키며, PWM 제어에 의해 무효전력제어를 연속적으로 할 수 있고, Flicker 방지용, 전압안정용 등의 용도로 사용 가능하다.TCR connects anti-parallel thyristor to a fixed reactor to generate ground reactive power, and can continuously control reactive power by PWM control, and can be used for flicker prevention and voltage stabilization.

TSC는 전력용 콘덴서에 역병렬 Thyristor S/W를 연결하여 진상무효전력 발생시키며, on-off 제어에 의해 무효전력 제어를 계단식으로 조정할 수 있고, 전압조정용 등의 용도로 사용 가능하다.TSC generates true reactive power by connecting anti-parallel Thyristor S/W to a power capacitor, and can adjust reactive power control in a stepwise fashion by on-off control, and can be used for voltage control purposes.

FC-TCR는 TCR 방식에 고정된 전력용 콘덴서를 첨가한 방식으로 무효전력 발생이 가능하며, 연속제어에 의해 조정이 연속적이고, 전압안정용, 전력동요 억제용, 안정도 향상용 등의 용도로 사용 가능하다.FC-TCR can generate reactive power by adding a fixed power capacitor to the TCR method, and the adjustment is continuous by continuous control, and can be used for voltage stabilization, power fluctuation suppression, stability improvement, etc. Do.

TSC-TCR은 TSC 방식과 TCR 방식을 혼합한 방식으로서 지상, 진상 무효전력 발생이 가능하며, 연속제어에 의해 조정이 연속적이고, 전압안정용, 전력동요 억제용, 안정도 향상용 등의 용도로 사용 가능하다.TSC-TCR is a mixed method of TSC and TCR, capable of generating ground and leading reactive power, continuous adjustment by continuous control, and can be used for voltage stabilization, power fluctuation suppression, stability improvement, etc. Do.

병렬형인버터(600)는 상기 직렬형인버터(300)와 상기 SVC(500) 사이에 직렬 연결된 브리지 구조이다.The parallel inverter 600 is a bridge structure connected in series between the serial inverter 300 and the SVC 500.

상기 병렬형인버터(600)는 보상 전류 생성하여 무효전력 보상을 하기 위한 것으로, 다음식The parallel inverter 600 is for generating a compensation current to compensate for reactive power, and the following equation

Figure pat00010
Figure pat00010

(여기서,

Figure pat00011
는 보상전압,
Figure pat00012
는 전원계통(1) 측 전원계통(1) 후단 전류,
Figure pat00013
는 부하(2) 측 부하 전단 전류를 의미한다.)(here,
Figure pat00011
Is the compensation voltage,
Figure pat00012
Is the current at the rear end of the power system (1) on the power system (1) side,
Figure pat00013
Means the load shear current on the load (2) side.)

과 같이 보상 전류를 생성할 수 있다.Compensating current can be generated as

즉, 상기 병렬형인버터(600)는 DC Bus Voltage를 기준 값으로 유지시키고, 비선형 부하에 의해 발생한 고조파를 제거하는 역할을 한다.That is, the parallel inverter 600 serves to maintain the DC Bus Voltage as a reference value and to remove harmonics generated by a nonlinear load.

직류커패시터(700)는 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 일측 선로에 일측이 연결되고 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 타측 선로에 타측이 연결된다.The DC capacitor 700 is connected to one side of the line between the series type inverter 300 and the parallel type inverter 600, and the other side line between the series type inverter 300 and the parallel type inverter 600. The other side is connected.

상기 직류커패시터(700)는 상기 직렬형인버터(200)와 상기 병렬형인버터(500)의 직류측을 공통 연결하여 인버터의 직류 전압을 안정화시키기 위한 것으로, 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600)를 상호 연결하는 Capacitor를 사용하여 DC-Link를 실현시키며, 일정한 자기지지 DC Bus Voltage을 유지시키는 역할을 한다.The DC capacitor 700 is for stabilizing the DC voltage of the inverter by connecting the DC side of the series inverter 200 and the parallel inverter 500 in common, and the series inverter 300 and the parallel type It realizes DC-Link by using a capacitor that interconnects the inverter 600, and plays a role of maintaining a constant self-supporting DC bus voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 상기 직렬형인버터(300), 병렬형인버터(600) 및 직류커패시터(700)로 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)를 구성한다.The hybrid power quality compensating apparatus according to an embodiment of the present invention constitutes a Unified Power Quality Conditioner (UPQC) with the series inverter 300, the parallel inverter 600, and the DC capacitor 700.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 부하(2)에서 무효전력 발생시 SVC 및 UPQC를 통해 다음 식As shown in Fig. 1, the hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention uses the following equations through SVC and UPQC when reactive power is generated in the load (2).

Figure pat00014
Figure pat00014

(여기서,

Figure pat00015
는 부하에 걸리는 무효전력,
Figure pat00016
는 보상되는 무효전력,
Figure pat00017
는 SVC의 보상 무효전력,
Figure pat00018
는 UPQC의 보상 무효전력을 의미한다.)(here,
Figure pat00015
Is the reactive power applied to the load,
Figure pat00016
Is the compensated reactive power,
Figure pat00017
Is the compensated reactive power of SVC,
Figure pat00018
Means the compensated reactive power of UPQC.)

과 같이 보상함으로써, 보다 넓은 영역의 무효전력 보상이 가능하다.By compensating as described above, it is possible to compensate for reactive power in a wider area.

도 2는 종래의 SVC의 V-I 특성곡선이고, 도 3은 종래의 UPQC의 V-I 특성곡선이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 V-I 특성곡선으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, SVC+UPQC 결합을 통한 V-I 특성이 증가된다.2 is a VI characteristic curve of a conventional SVC, FIG. 3 is a VI characteristic curve of a conventional UPQC, and FIG. 4 is a VI characteristic curve of a hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention. In the hybrid power quality compensation apparatus according to the embodiment, as shown in FIG. 4, VI characteristics are increased through SVC+UPQC combination.

따라서, SVC 및 UPQC를 별도로 사용했을 때보다 넓은 보상범위를 갖는다.Therefore, it has a wider compensation range than when using SVC and UPQC separately.

종래의 SVC 형태로 시스템을 설계했을 경우 도 2와 같은 V-I특성 곡선을 보여주며, 종래의 UPQC 형태로 시스템을 설계했을 경우 도 3와 같은 V-I특성 곡선을 보여주나, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 도 4와 같이 증가된 V-I 특성곡선을 보여준다. When the system is designed in the conventional SVC type, the VI characteristic curve as shown in Fig. 2 is shown, and when the system is designed in the conventional UPQC type, the VI characteristic curve is shown as shown in Fig. 3, but according to an embodiment of the present invention The hybrid power quality compensation device shows an increased VI characteristic curve as shown in FIG. 4.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 Sag, Swell, Flicker, Interruption등이 발생 시, 전압제어를 담당하는 직렬형인버터(300), 전류제어를 담당하는 병렬형인버터(600)를 이용하여 보다 신속한 전압 전류 보상이 가능하다.The hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a serial type inverter 300 for controlling voltage and a parallel inverter 600 for controlling current when Sag, Swell, Flicker, and Interruption occur. It is possible to compensate for voltage and current more quickly.

또한, 부하에 걸리는 전압 전류 측정하여 순시 유무효 전력을 계산하며, Low Pass Filter를 통해 고조파 성분 추출하여 보상이 가능하다. 즉, 고조파 및 무효전력 보상이 가능하다.In addition, instantaneous active and reactive power is calculated by measuring the voltage and current applied to the load, and it is possible to compensate by extracting the harmonic component through the Low Pass Filter. That is, harmonics and reactive power compensation are possible.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 SVC(500)는 FC-TCR(Fixed Capacitor - Thyristor Controlled Reactor)를 이용하며, 순시 유무효 전력을 계산을 통해 점호각 결정하며, SVC의 제어는 Thyristor 점호각을 이용하여, Thyristor 스위칭을 통한 Reactor 제어를 하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Figure 5, the SVC 500 of the hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention uses a FC-TCR (Fixed Capacitor-Thyristor Controlled Reactor), through calculation of instantaneous active and reactive power. The firing angle is determined, and the SVC may be controlled using the Thyristor firing angle, and the Reactor is controlled through the Thyristor switching.

즉, 순시 유무효 전력을 계산을 통해 점호각 결정하며, SVC의 제어는 Thyristor 점호각을 통해 제어하여, Thyristor 스위칭을 통한 Reactor 제어가 가능하다.That is, the firing angle is determined through calculation of the instantaneous active and reactive power, and the SVC is controlled through the thyristor firing angle, so that the reactor can be controlled through the thyristor switching.

다시 말해, FC-TCR(Fixed Capacitor - Thyristor Controlled Reactor)를 이용한 Thyristor 스위칭을 통해 점호각 제어가 가능하다.In other words, firing angle control is possible through thyristor switching using FC-TCR (Fixed Capacitor-Thyristor Controlled Reactor).

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치의 SVC(500)는 다음 식SVC (500) of the hybrid power quality compensation device according to an embodiment of the present invention is the following equation

Figure pat00019
Figure pat00019

(여기서,

Figure pat00020
은 FC-TCR의 점호각(
Figure pat00021
)에 따른 임피던스를 의미한다.)(here,
Figure pat00020
Is the firing angle of FC-TCR (
Figure pat00021
) Means the impedance according to.)

과 같이 Thyristor 점호각 제어를 통한 무효전력 보상을 하는 것을 특징으로 할 수 있다.As described above, it may be characterized in that reactive power compensation is performed through the control of the thyristor firing angle.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력품질 보상 장치는 고조파 차수

Figure pat00022
을 만족시키는 공진점 조정 설계를 하여, 수동(Passive) 소자의 공진 문제를 해결하는 필터(800)가 병렬형변압기(400)와 SVC(500) 사이에 직렬로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.Hybrid power quality compensation apparatus according to an embodiment of the present invention is a harmonic order
Figure pat00022
It may be characterized in that a filter 800 for solving a resonance problem of a passive element is provided in series between the parallel transformer 400 and the SVC 500 by designing a resonance point adjustment that satisfies the above.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

1: 전원계통 2: 부하
100: 직렬형변압기
200: 저역필터
210: 리액터 220: 커패시터
300: 직렬형인버터
400: 병렬형변압기
500: SVC
600: 병렬형인버터
700: 직류커패시터
800: 필터
1: power system 2: load
100: in-line transformer
200: low pass filter
210: reactor 220: capacitor
300: serial type inverter
400: parallel type transformer
500: SVC
600: parallel type inverter
700: DC capacitor
800: filter

Claims (4)

전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 전단에 직렬 연결된 직렬형변압기(100);
상기 직렬형변압기(100)의 2차 측에 연결되며 리액터(210)와 커패시터(220)로 구성된 저역필터(200);
상기 저역필터(200)의 리액터(210)와 커패시터(220) 사이에 연결된 브리지 구조의 직렬형인버터(300);
전원계통(1)과 부하(2) 사이의 선로 후단에 병렬 연결된 병렬형변압기(400);
상기 병렬형변압기(400)의 2차 측에 직렬 연결된 SVC(Static Var Compensator)(500);
상기 직렬형인버터(300)와 상기 SVC(500) 사이에 직렬 연결된 브리지 구조의 병렬형인버터(600); 및
상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 일측 선로에 일측이 연결되고 상기 직렬형인버터(300)와 상기 병렬형인버터(600) 사이의 타측 선로에 타측이 연결된 직류커패시터(700);
를 포함하는 하이브리드 전력품질 보상 장치.
A series transformer 100 connected in series to the front end of the line between the power system 1 and the load 2;
A low-pass filter 200 connected to the secondary side of the series transformer 100 and composed of a reactor 210 and a capacitor 220;
A series inverter 300 having a bridge structure connected between the reactor 210 of the low pass filter 200 and the capacitor 220;
A parallel transformer 400 connected in parallel to the rear end of the line between the power system 1 and the load 2;
SVC (Static Var Compensator) 500 connected in series to the secondary side of the parallel transformer 400;
A parallel inverter 600 having a bridge structure connected in series between the serial inverter 300 and the SVC 500; And
A DC capacitor ( 700);
Hybrid power quality compensation device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 SVC(500)는
FC-TCR(Fixed Capacitor - Thyristor Controlled Reactor)를 이용하며,
순시 유무효 전력을 계산을 통해 점호각 결정하며, SVC의 제어는 Thyristor 점호각을 이용하여, Thyristor 스위칭을 통한 Reactor 제어를 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전력품질 보상 장치.
The method of claim 1,
The SVC 500 is
FC-TCR (Fixed Capacitor-Thyristor Controlled Reactor) is used,
A hybrid power quality compensation device, characterized in that the firing angle is determined through calculation of the instantaneous active and reactive power, and the SVC is controlled using the Thyristor firing angle, and the Reactor is controlled through Thyristor switching.
제2항에 있어서,
상기 SVC(500)는 다음 식
Figure pat00023

(여기서,
Figure pat00024
은 FC-TCR의 점호각(
Figure pat00025
)에 따른 임피던스를 의미한다.)
과 같이 Thyristor 점호각 제어를 통한 무효전력 보상을 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전력품질 보상 장치.
The method of claim 2,
The SVC (500) is the following equation
Figure pat00023

(here,
Figure pat00024
Is the firing angle of FC-TCR (
Figure pat00025
) Means the impedance according to.)
Hybrid power quality compensation device, characterized in that the reactive power compensation through the Thyristor firing angle control as described above.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 전력품질 보상 장치는
고조파 차수
Figure pat00026
을 만족시키는 공진점 조정 설계를 하여, 수동(Passive) 소자의 공진 문제를 해결하는 필터(800)가 병렬형변압기(400)와 SVC(500) 사이에 직렬로 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전력품질 보상 장치.
The method of claim 1,
The hybrid power quality compensation device
Harmonic order
Figure pat00026
Hybrid power quality compensation, characterized in that a filter 800 that solves the resonance problem of a passive element is provided in series between the parallel transformer 400 and the SVC 500 by designing a resonance point adjustment that satisfies Device.
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