일반기술

Custom Power의 전력품질 향상을 위한 PWM AC-AC 컨버터에 대한 연구

오늘날 산업 현장에서 많이 사용되고 있는 디지털 컴퓨터나 자동화 설비 제조공정 등은 순간적인 전압강하나 수 사이클 동안의 짧은 정전에도 매우 예민하게 동작한다. 본 연구는 PWM Buck-Boost AC-AC 컨버터를 사용하여, 일시적인 전압강하나 상승, 차단과 같은 전원의 불안정에도 불구하고 수용가측에 일정한 기준의 고품질 전력을 공급하는 Custom Power 기기의 개발을 목표로 한다. 과거에는 수초 동안의 정전이나 전압강하로 인한 피해가 크지 않았으므로 전력사업자나 수용가 모두 이를 무시하여 왔고, 전력품질 향상에 대한 문제가 심각하지 않았다. 그러나 디지털 컴퓨터나 자동화 설비 제조공정과 같이 정보화, 자동화로 대표되는 오늘날, 전원의 외란에 민감한 부하 설비들이 많이 등장하면서 산업 현장에서 전력품질의 저하는 단순히 자동화 생산되는 제품의 품질저하 뿐만 아니라, 정보의 손실로 빚어지는 경제적 손실과 심지어 사회적 혼란으르 이어질 수도 있다. Custom Power 기술은 수용가측이 전원의 불확실성에 대비하여 개별적으로 설치하여 운전하고 있는 UPS와 같은 기존의 전력 조정(Power Conditioning) 설비와 견주어 효율이나 비용측면에서 효과적인 대안으로 제시되어 세계적으로 현재 활발하게 연구가 진행중이다. 본 연구는 전력품질의 향상을 위하여 PWM Buck-Boost AC_AC Converter를 사용, 순간적인 전압 sag나 swell을 보상하여 항상 일정한 출력전압을 얻는 시스템을 구성을 제시하였고, 이를 위하여 PWM Buck-Boost AC-AC Converter의 정적 특성은 물론 동적특성을 완전히 해석해 내었다. 이를 기초로 10 kVA prototype을 제작 실험하였고 시스템의 특성을 실험과 이론을 통하여 파악함으로써 향후 개발과 설계의 지표로 삼을 수 있도록하였다. 특히 최근에 제시된 PWM AC-AC 컨버터에 기초한 전력품질 개선 방안은 배전계통이나 수용가측에 설치되었을 때 비교적 짧은 순간의 전원불안정에 대처하는데 매우 효과적이라고 알려져 있다. 지금까지 주로 연구되고 활용되어진 AC-AC 컨버터의 방식은 주로 Buck 컨버터인데, 본 연구과제에서는 PWM Buck-Boost 컨버터를 사용하여 일정범위의 전원 전압의 Sag와 Swell에 대하여 동시에 보상이 가능함을 보일 것이다.