The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회논문지)

The Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회)
권호 표지

Switching Characteristics Analysis of a 3-phase Voltage Disturbance Generator Applicable to Linear and Nonlinear Loads

선형 및 비선형 부하에 적용 가능한 3상 전압변동 발생기의 스위칭 특성해석

  • Published : 2008.06.20
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Switching characteristics in both linear and nonlinear loads are analysed for a 3-phase voltage disturbance generator applicable to the performance test of custom power devices. Since the line current of the linear load is continuous the natural commutation of the SCR thyristors comprising the generator is carried out with ease. However, in case of nonlinear load the natural commutation scheme is different from that of the linear load due to the discontinuous load current. Through the analysis it is found that a specific switching condition can provide the voltage sag, swell, outage, and voltage unbalance generation in nonlinear load too. The operation of the voltage disturbance generation is described and the usefulness of the generator is verified through simulation and experimental results. It is expected that the generator can be used in the performance test of the custom power devices with low implementation cost and easy control.

본 논문에서는 DVR 등의 전력품질 개선장치들의 성능시험에 용이하게 사용하기 위하여 제안한 3상 전압변동 발생기에 대하여 선형뿐만 아니라 비선형 부하에서도 동작이 가능함을 보이는 스위칭 특성해석을 하였다. 선형 부하의 경우는 전류가 연속이므로 전압변동 발생기를 구성하는 SCR 사이리스터의 자연전류(natural commutation)가 용이하게 발생하지만, 비선형 부하의 경우는 전류 불연속 모드 동작이 발생하여 SCR 사이리스터의 원활한 스위칭이 이루어질 수 없는 경우도 있다. 따라서 비선형 부하 시 전류 불연속 구간에서의 SCR 사이리스터의 스위칭 패턴을 분석하여 전압 새그(sag), 스웰(swell), 순간정전(outage), 전압불평형(voltage unbalance) 동작이 선형에서와 동일하게 발생되는 조건을 파악하였다. 각각의 기능을 발생시키는 원리와 동작 특성을 해석하였으며 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 확인하였다. 본 논문에서 다룬 전압변동 발생기는 전원 외란 발생을 낮은 비용으로 구현해 낼 수 있고 구조와 제어가 간단하여 전력품질 개선과 관련된 연구를 하는데 용이하게 활용될 것으로 기대한다.

Keywords

References

  1. S. A. O. Silva, P. F. Donoso-Garcia, P. C. Cortizo and P. F. Seixas, "A three-phase line interactive UPS system implementation with series-parallel active power-line conditioning capabilities," IEEE Trans. on Ind. Appli., Vol. 38, No. 6, pp. 1581-1590, 2002, Nov./Dec https://doi.org/10.1109/TIA.2002.804760
  2. M. C. Jiang, "Analysis and design of a three-phase active power filter," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 37, No. 3, pp. 824-831, 2001 https://doi.org/10.1109/7.953239
  3. A. Ghosh and G. Ledwich, "Compensation of distribution system voltage using DVR," IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 17, No. 4, pp. 1030-1036, 2002, Oct https://doi.org/10.1109/TPWRD.2002.803839
  4. F. Z. Peng, H. Akagi, and A. Nabae, "A New Approach to Harmonic Compensation in Power Systems-A Combined System of Shunt Passive and Series Active Filters," IEEE Trans. Industry Applications, Vol. 26, No. 6, pp. 983-990, 1990, Nov https://doi.org/10.1109/28.62380
  5. Power Standards Lab. "Industrial Power Corruptors standard power quality disturbance generators," 2003
  6. Elgar electronics Co., "Smart wave Switching amplifier operation manual," 2002
  7. Y. H. Chung, G. H. Kwon, T. B. Park, and G. Y. Lim, "Voltage Sag and Swell generator with thyristor controlled rectifier," IEEE Power Con, Vol. 3, pp. 1933-1937, 2002
  8. 변우열, 김중원, 이기수, 노의철, 김인동, 전태원, 김흥근, "다이나믹 UPS 시스템의 전력품질 외란발생을 위한 전압 Sag-Swell 발생기," 전력전자학회 논문지 Vol. 10, No. 1, pp. 102-107, 2005. 2
  9. J. W. Kim, K. S. Lee, E. C. Nho, I. D. Kim T .W, Chun H. G. Kim ,S. S. Lee "3-Phase Voltage Disturbance Generator for the Performance Test of A Flywheel Energy Storage UPS," Proceedings of International Conference on Power Electronics, Vol. 2, pp. 222-225, 2004
  10. E.C. Nho, I.D. Kim, T.W. Chun, H.G. Kim, "Cost-effective power quality disturbance generator for the performance test of custom power devices," Proceedings of IEEE-IECON, pp. 1606-1610, 2004
  11. 박성대, 노의철, 김인동, 전태원, 김흥근, "비선형부하특성을 갖는 전력품질 개선장치의 성능시험을 위한 전압변동발생기," 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 935-936, 2006