최근들어 전력 사용량이 증가하고 각종 악성 부하가 증가하면서 최대전력 사용량의 증가 와 고조파 및 상 불평형 전류등에 의한 기기 오동작이나 수명 저하가 문제시 되고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 단일 기기로 유효전력 제어, 상 불평형 및 고조파 전류 보상 그리고 무효전력 억제의 기능을 수행할 수 있는 다기능 전력공급 장치를 개발하였다. 실험을 통하여 다기능 전력공급 장치의 성능을 확인하였다.
HEV를 구동시키는 인버터 시스템은 고정 주파수로 스위칭하는 PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 구동이 된다. 고정주파수를 이용한 PWM은 전류제어의 주기가 일정하기 때문에 디지털 화가 쉬운 장점을 가지고 있다. 하지만 그로인한 특정 주파수 부분에 고조파가 생성이 되게 되는데 이 고조파로 인해 소음이 유발된다. 하지만 이 소음을 억제하기 위해서 랜덤PWM을 사용하게 되면 전류 제어가 고정주파수로 스위칭하는 PWM에 비해서 완벽하게 되기가 어렵다. 따라서 본 논문에서는 HEV의 소음을 저감시키면서 동시에 전류제어도 가능한 랜덤PWM기반의 전류제어 방법을 연구하였다.
본 논문은 LCL 필터를 사용하는 3상 계통연계 인버터의 그리드 전류 오차를 개선하고 고조파 왜곡 현상을 억제하기 위해 다중 공진제어 기법을 슬라이딩 평면에 적용한 슬라이딩 제어기(SMC)를 제시한다. 일반적으로 시스템 파라미터가 변경되거나 계통에 외란이 발생할 경우 슬라이딩 평면이 표류하는 현상이 나타나며 이러한 표류 현상은 시스템 정상상태 오차와 시스템에 고조파 왜곡 현상을 일으키고 계통연계 인버터의 전류 품질에 심각한 영향을 미치게 된다. 이러한 현상을 해결하기 위해 적분 함수가 추가된 SMC가 제안되었으나 해당 제어기는 효과적으로 정상상태 오차를 제거하는 반면 슬라이딩 평면의 표류현상을 충분히 줄여주지 못하는 한계를 가지고 있다. 이러한 정상상태 오차와 표류현상을 제거하기 위해 다중 공진제어 조건을 슬라이딩 평면 함수에 추가한 제어기를 제시한다.
ISM 대역을 사용하는 RFID 시스템에서 대상물에 장착되는 태그는 내장된 컨트롤러와 메모리를 동작시키기 위해서 소형 안테나로부터 들어온 전파 신호를 쇼트키 다이오드로 정류하여 전원으로 사용하게 된다. 반도체 소자의 비선형성에 의한 고조파 성분과 안테나의 고차 모드의 공진으로 여기되는 불요파는 태그의 성능 저하를 가져온다. 본 논문에서는 2차 고조파 성분을 제거함으로써 시스템 효율을 개선하기 위하여 "스터브 I 형 DGS 슬롯 구조"를 이용한 새로운 형태의 저역통과 필터를 구현하였다. 스터브 폭과 I 형 슬롯의 연결 폭을 조정하여 최적의 통과대역 및 저지대역 주파수 특성을 갖도록 설계하고 제작하였다. 제작된 저역통과 필터의 측정결과는 차단 주파수는 3.25 GHz 이고 2.4 GHz~2.5 GHz 의 대역에서 삽입손실은 -0.29~-0.3 dB 이고 반사손실은 -27.688~-33.665 dB 로 비교적 양호한 특성을 보여주고 있으며, 2배 고조파의 대역인 4.9 GHz 에서의 저지특성은 약 -19.367 dB를 보여준다. 이 구조의 필터를 이용하여 RFID, WLAN 등의 응용에 적용되어 고조파와 불요파를 제거함으로서 시스템 효율의 개선에 사용할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 고속의 전력용 반도체를 이용하여 직류-교류 전력변환을 행하는 전압형 PWM 인버터에서 발생하는 영상전압을 억제할 수 있는 회로시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 영상전압과 크기가 같고 역위상의 전압을 발생하여 이를 영상전압 억제용 변압기를 거쳐 인버터 출력에 중첩함으로써 부하에 인가되는 영상전압을 억제하였다. 이로 인해 영상전압분에 의해 접지선으로 흐르는 고조파 누설전류의 감소효과를 가져왔고, 이에 대한 타당성을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.
최근 승강기의 현대화 사업에서는 단공기(短工期)$\cdot$저가격으로 특히 신뢰성 향상을 기대할 수 있는 제어개수(制御改修:전기기기를 일신하는 개수방법)가 주류를 이루고 있다. 그래서 미쓰비시(삼릉)전기에서는 납품한지 20년 이상 경과한 직류-기어리스(DC-GL)고속엘리베이터를 대상으로 하는 제어개수전용의 구동방식을 개발하여 동사 본사빌딩에 납품하였다. 새로운 구동방식은 현재 널리 적용되고 있는 고속엘리베이터의 인버터제어기술을 응용하여 개발한 초퍼회로방식이다. 제어회로에서는 동사의 최신 엘리베이터와 같은 마이컴시스템을 채용하여 고성능화와 부품의 공용화를 도모하였다. 또한 주회로에는 고조파대책, EMI(Eletro-magnetic Interference) 대책 및 누설전류대책을 시행하였다. 특히 직류전동기의 계자제어에서는 엘리베이터의 운전상태에 따라 계자전류를 가변하는 가변계자전류제어를 적용하였다. 이번에 개발한 제어방식은 다음의 특징을 갖고 있다. (1)고조파전류를 억제하였기 때문에 빌딩측에서의 고조파대책이 불필요하다. (2)동사 제작의 워드레오나드방식과 비교하여 약 $40\%$정도 소비전력을 감소시킬 수 있다. (3)동사 제품인 최신 엘리베이터 수준의 성능(승차감, 착상정도 등)을 실현하였다. (4)최신 엘리베이터와 동등한 풍부한 옵션에 대응할 수 있다. 당분간은 속도 $120\~$360m/min, 용량 1,600kg 이하의 고속엘리베이터에 적용하고 점차적으로 적용영역을 확대해 나갈 예정이다.
본 논문은 Z-변환 기술을 이용한 2차 고조파를 억제시킨 광대역 개방형 스터브 대역 통과 여파기를 설계 및 제작하고 그 특성을 측정하였다. 제안된 여파기는 주파수 선택적 결합 구조(FSCS)와 ${\lambda}_g/4$ 개방형 스터브를 조합한 구조의 대역 저지 여파기를 광대역 개방형 스터브 대역 통과 여파기에 집적화하여 제2 고조파를 억제하였고, 기존의 개방형 스터브 여파기의 입력단과 출력단에 대역 저지 여파기(BSF)를 삽입할 경우 크기가 증가되었으나, 제안된 구조는 스터브를 연결하는 인버터 위치를 스터브들 사이에 집적화 하여 $18.7{\times}16.9mm^2$의 크기로 제작되어 BSF 삽입 이전보다 크기가 작아졌다. 제안된 여파기는 중심 주파수 5.8 GHz에서 대역폭이 95 %, 삽입 손실 0.6 dB, 반사 손실 14 dB의 측정 결과를 얻었으며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 유사하게 나타났다. 따라서 위성 통신의 X-밴드 및 지능형 교통 정보 시스템(ITS)의 여파기에 적용할 수 있다.
본 논문에서는 LCL 필터를 가지는 계통연계형 태양광 인버터의 필터에 의한 공진을 억제하는 기법을 제시하였다. 기존의 L 필터보다 LCL 필터가 높은 고조파 저감 효과를 가지지만 LC 필터가 추가됨으로써 발생하는 공진으로 인해 시스템은 불안정해진다. 공진을 억제하기 위해 댐핑 기법이 함께 사용된다. 능동 댐핑은 수동 댐핑에 비해 실제 저항이 추가되지 않음으로써 회로의 손실을 저감하는 장점이 있다. 적절한 설계 기법을 통해 공진을 억제하고 시스템의 안정성을 높였으며 시뮬레이션을 통해 제안한 방식의 타당성을 검증하였다.
일반적으로 비상시 전원으로 디젤 발전기를 가장 많이 사용하고 있으며, 하이브리드 전원소스(상용 전원, 축전지, 연료전지, 태양전지등)를 사용하여 부하에 안정적인 전력을 공급하기 위한 방안들이 연구되어지고 있다. 최근 비상시 전원으로 가장 많이 사용하고 있는 디젤발전기의 역할이 아주 중요하게 여겨지며, 운영부하에 따라서도 유연하게 동작되어야 하며, 신뢰성도 확보되어야 한다. 따라서 본 연구에서 부하 변동에 따른 최대전력 추종제어 기능이 가능하고, 고조파 억제 기능 및 안정주파수 유지기능이 가능하도록 부하 변동에 따른 디젤발전기의 제어기에 대하여 논하고자 한다.
본 논문은 계통연계 목적으로 사용하는 LCL필터의 공진현상을 억제하기 위한 간단한 능동 댐핑 원리와 방법을 보인다. LCL필터는 기존의 1차 필터인 L필터에 비해 적은 동량으로 효과적인 출력파형의 고조파 저감 효과를 갖지만, LC파트 추가로 인해 허수축에 공진복소극이 존재하여 필연적으로 시스템에 공진이 발생하게 된다. 본 논문에서는 추가적인 센서나 수동소자의 사용 없이 LCL필터의 공진복소극을 상쇄하는 노치필터를 제어기에 적용하여 시스템의 안정성을 확보한다. 시뮬레이션을 수행하여 타당성을 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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