일반기술

회전좌표계를 이용한 단산능동 전력필터의 제어 시스템 및 방법

단상능동 전력필터의 제어방법에 관한 것으로, 다이오드 정류기를 사용하는 비선형 부하에 의해 생성되는 왜곡된 부하전류 즉, 전류의 고조파 성분을 추출하고 이를 실시간으로 보상할 수 있는 회전좌표계를 이용한 단산능동 전력필터의 제어 시스템 및 방법이다. 일반적으로 SMPS, UPS, 컴퓨터 시스템 등과 같이 사이리스터 컨버터나 다이오드 정류기와 같은 반도체 전력변환장치를 사용하는 부하는 비선형 부하로 동작하여 전원측에 심각한 고조파를 발생시키는 주요 원인이 되고 있다. 이러한 고조파 전류는 전원전압의 왜곡 및 발전기, 송전선, 변압기 등과 같은 전력계통 장치들의 용량증대를 가져오며, 각종 전력장치들에 열 및 진동을 발생시켜서 절연파괴나 수명 단축을 야기할 수 있다. 또한, 계측장비와 같은 각종 전자장비의 오작동이나 통신 시스템에 EMI 현상을 야기하기도 한다. 상기의 고조파 제거를 위해 사용되는 수동필터는 저가지만, 특정차수의 고조파만을 선택적으로 보상할 수 있기 때문에 전원단에 광범위한 차수의 고조파가 발생할 경우에는 그다지 만족할만한 성능을 얻기 힘들고, 전원측 임피던스와 직렬 공진을 일으킬 가능성을 항상 내재하고 있다. 이러한 수동필터의 해결책으로 3상 능동전력필터가 개발되어 있다. 3상 능동 전력필터는 고조파 성분에 대한 보상을 위해 부하의 무효전력을 계산하여 보상전류의 지령치를 결정하거나, DC 캐패시터 전압의 기준치와 검출치와의 오차를 이용하여 입력전류의 지령치를 결정하고 있으나 IEEE-519 고조파 기준에 부합되는 능동전력필터의 설치지점인 PCC에 3상 능동전력필터를 설치할 때는 컨버터의 스위칭에 의해서 전압왜곡이 발생하는 문제점을 갖고 있다. 이를 방지하기 위하여 전류 고조파에 대한 상관성 높은 단상능동 전력필터를 사용할 수 있으나, 실질적으로 3상 능동전력필터에 비해 단상능동 전력필터에 대한 연구가 극히 미비하여 현실화되지 못하고 있다. 이에, 비선형 부하로 동작하는 전원측의 고조파 성분을 제거하고 무효전력을 보상함으로써 PF를 개선하고 부하 사이의 간섭의 가능성을 감소시킬 수 있는 회전좌표계를 이용한 단상 능동 전력필터의 제어 시스템 및 방법을 제공한다.단상 비선형 부하에 의해 발생하는 고조파 저감의 한 방법인 단상능동전력필터에 대한 제어 알고리즘을 제시함에 따라 기존의 방법에서는 고조파를 검출하는데 최소 반주기의 시간이 소요되는데 가상의 상을 사용하여 3상에서 사용하는 것과 같이 좌표 시스템을 만들 수 있어 순시 계산이 가능하다.실제의 부하 전류를 시간지연을 주어 가상의 상을 만드는 기존의 방법과 달리 저역통과필터의 지연특성을 이용하여 위상과 크기가 다른 전류를 생성하고, 위상이 다른 두 전류를 회전좌표계를 이용하여 기본파 전류를 검출한 후, 부하전류에서 기본파 성분을 제거함으로써 고조파 성분만을 포함하는 보상전류 지령치를 구할 수 있어 실시간 제어가 가능한 효과를 갖고 있다.