전력회사와 수용가들은 유도성 부하에 무효전력을 공급하여 역률(수용가)이나 전압(전력회사)을 조절하기 위해 커패시터 뱅크(전력회사는 스타콘이라 함)를 설치 운영하고 있다. 본 논문에서는 전력회사의 스타콘 투입시 발생되는 과도 전압 상승과 고조파를 분석하고자 한다. 과도 전압과 고조파를 저감시키는 간단한 수단중의 하나는 수용가의 커패시터 뱅크를 전력회사의 스타콘을 투입한 후에 과도상태가 지난뒤에 투입하는 방법이다. EDSA프로그램으로 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 수용가에서의 과도 전압 상승과 고조파 저감 효과를 검증 하였다. 그리고 수용가에서 발생하는 고조파를 잘 알려진 국제 고조파 관리 기준인 IEEE 519와 IEC 1000으로 비교해 보았다.
가스 절연개폐장치(GIS)에 있어서 단로기 또는 차단기의 개폐조작시나 자락고장이 생겼을 때는 급준과도전압(VFT)가 발생한다. 이 급준파의 크기는 단로기의 개폐조작시 재점호가 일어날 때가 대지절연파괴를 일으킬때의 극간전압차에 의하여 결정되며, 반사와 전반에 의해 중첩된 진행파로 되는 이른바 급준과도과전압(VFTO)로 된다. 이 VFT의 상승율은 표준뢰임펄스전압보다 크며, 최초의 파두장은 4-7[ns]의 것도 있다. 또 이 VFT전압은 GIS내부 뿐만 아니라 가공 송전선과 대지간, GIS의 용기와 대지사이 등 외부에도 나타난다. 따라서 GIS의 내부와 외부에서 VFT의 스트레스가 나타나므로 GIS의 설계시에 충분히 고려하여야만 된다. 지락고장에 의해 발생되는 용기과도전압(TEV)도 불꽃방전시에는 인가전압의 2배 정도로 되는 경우도 있으므로 절연설계 및 현장시험시에 고려할 필요가 있다. 단로기의 개폐조작시 발생하는 VFT의 피이크치를 최악의 경우로 상정할 때는 절연레벨을 상당히 저하시키며, 특히 GIS내에 돌기물과 같은 이물질이 존재하여 불평등전계를 형성할 때는 절연파괴전압이 대단히 전하된다. 변압기나 부싱 등과 같은 전력기기에서는 외함과 접지사이의 전압을 제한하여 설계할 필요가 있으며 용기와 대지사이의 외부과도과전압(FTO)를 저감시키기 위해서는 GIS의 외함을 각각 분할하여 제작할 필요가 있다.
본 연구에서는 과도상태와 정상상태에서 고조파 보상특성이 우수한 순시전력이론을 단상에 적합하게 수정한 후 순시전압강하 보상 기능을 갖는 단상하이브리드형 직렬 능동전력필터의 제어에 적용하였다. 제안된 알고리즘은 전원전압이 순간적으로 왜형 및 강하되더라도 비선형 부하에 인가되는 전압은 항상 일정치를 갖는 정현파로 제어 가능하며 동시에 전원전류의 고조파와 기본파 무효전류도 보상 가능하다. 정상상태와 과도상태에서 전력전자전용 시뮬레이터인 PSIM에 의해 제안된 이론의 타당성을 입증하였다.
전력 수요가 증가하고 사용자가 더 나은 서비스와 안정성 요구함에 따라 전력 계통에서의 과도현상에 많은 관심이 모아지고 있다. 본 논문은 Bewley의 격자도와 진행파 이론을 사용하여 전송선에서 전압이나 전류의 인가 시 발생하는 진행파를 분석하였다. 또한 MATLAB을 이용하여 격자도나 진행파 이론 보다 더 쉽게 과도현상을 분석하는 방법을 모색해보고 시각적으로 표현하고자 한다. 진행파는 전송선로의 고장이나 외란에 의해서도 큰 영향을 받으므로 계통의 안정성을 높이기 위해서는 전자기적 과도현상을 이해하는 것이 중요하다. MATLAB을 이용하여 진행파를 분석하는 프로그램을 작성해 보고 하나의 사례를 들어 과도현상을 시각적으로 나타내었다. 이것은 과도현상을 이해하는데 도움이 될 것이다.
본 논문에서는 단상 다이오드 정류기와 소용량 직류단 캐패시터를 가지는 전동기 구동 시스템에서 계통 전류에 최소 고조파 전류 주입을 통하여 직류단 전압을 높이는 방법을 제안한다. 소용량 직류단 캐패시터를 가지는 전동기 구동 시스템은 직류단전압이 맥동하게 되는데 직류단 전압이 낮은 부분에서는 과도한 약자속 전류가 필요하게 된다. 기존의 연구에서는 직류단 전압을 확보하기 위해 직류단 최소 전압을 설정하는 방법이 제안되었다. 하지만 계통 전류의 고조파 규정 때문에 직류단 최소 전압을 높이는 것은 한계가 있다. 제안된 방법에서는 계통 전류에 고조파를 주입함으로써 기존의 한계보다 더 높은 직류단 최소 전압을 가지면서도 계통 전류의 고조파 규정을 만족시킬 수 있도록 한다. 제안된 방법은 시뮬레이션을 통해 그 타당성을 검증한다.
일반적으로 3상 PWM AC/DC 컨버터는 정상상태에서의 효과적인 오차제거 및 빠른 과도응답 특성을 얻기 위해 동기좌표계상으로 모델링하여 제어한다. 그러나 이와 같은 제어기는 입력전압이 평형일 경우를 전제조건으로 하므로, 입력전압이 불평형일 경우 입력전류와 직류링크 전압에 2차 고조파 성분이 나타나게 된다. 본 논문에서는 불평형 입력전압 하에서 컨버터 시스템의 입력전류와 직류링크 전압에 발생하는 2차 고조파 성분을 최소화하기 위한 새로운 제어기법을 제안하였다. 입력측 역기전력 성분으로 간주할 수 있는 동기좌표계상의 전압을 입력전압의 상태에 따라 변동하였으며, 전류지령치를 무효전력과 2차 고조파 유효전력을 선택적으로 제거하도록 선정하였다. 입력전압의 분석은 동기좌표계상에서 수행되어지며, 각 상의 위상과 진폭의 검출이 불필요하다. 제안한 제어기법은 매우 간단하며 불평형 입력전압 상태에서 입출력 시스템의 고조파 왜란을 효과적으로 제어할 수 있다.
유도전동기는 전기차량의 주요 동력원으로 광범위하게 사용되고 있으며, 유도전동기의 속도제어에 펄스변조 방식을 이용한 인버터의 사용이 증가하고 있다. 본 논문에서는 유도전동기의 인버터 구동시 발생하는 과도전압에 대해 연구하였다. 전원 케이블의 길이에 따른 과도전압의 크기를 측정하였으며, 시간변화율과 운전주파수에 의한 영향을 분석하였다. 실험결과, 케이블의 길이가 길어짐에 따라 과도전압의 최대값이 증가하였으며 50m 케이블에서 과도전압의 크기는 최대 3.3PU까지 측정되었다. 이러한 현상은 진행파의 반사와 투과에 의해 발생하며, 유도전동기의 인버터 구동시 케이블의 길이에 따른 과도전압의 영향을 고려하여 유도전동기의 절연을 설계해야 할 것이다.
본 연구에서는 정상상태에서 고조파 전류와 순시전압 강하에 대한 보상성능이 우수한 3상 전압 Sag 및 고조파 전류 보상 시스템을 제안하고 있다. 제안된 시스템의 보상 알고리즘으로는 구현하기 쉽고 간단한 직접 필터링 알고리즘이 사용되고 있으며 하이브리드 직렬형 능동전력필터에 적용하였다. 제안된 알고리즘은 전원전압이 순간적으로 왜형과 sag가 발생되더라도 비선형 부하에 인가되는 전압은 일정한 정현파로 제어 가능하며 동시에 전원전류의 고조파와 기본파 무효전류도 보상 가능하다. 정상상태와 과도상태에서 전력전자전용 시뮬레이터인 PSIM에 의해 제안된 이론의 타당성을 입증하였다.
본 논문에서는 H-bridge cascaded 7-level 인버터로 구동되는 고압 유도전동기에서 발생하는 과도과전압 저감을 위한 LCR 필터의 효과를 분석하였다. 인버터에서 발생하는 스위칭 서지 전압은 유도전동기 입력단자에서 과도과전압을 발생시킨다. 이 과도과전압은 고압 유도 전동기의 고정자 권선에 심각한 전압스트레스를 주어 전동기 절연사고를 발생시키는 주요원인이다. 과도과전압의 영향은 저압유도 전동기 보다 고압 유도전동기에서 더욱더 심각하게 발생한다. 이러한 과도과전압을 저감하기 위한 방안으로 LCR 필터를 선택하였으며, 필터를 인버터 출력단자에 연결하여 과도과전압 스트레스와 링잉을 저감한 것을 전동기 단자에서 전압파형과 고조파 스펙트럼을 통하여 증명하였다. 시뮬레이션은 전자계과도해석 프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transients Program)을 사용하였다.
최근 가스절연변전소와 같은 컴팩트화된 전력설비의 사용으로 과도전압 및 충격전류의 측정시 오차를 유발시키고 장해를 가져오는 요인 중에서 가장 현저한 것은 전자계 현상이며, 이에 대한 대책과 장해의 제거방법이 검토되어야만 한다. 또한 전력기기의 사용 중에 발생되는 과도전압과 충격전류는 진행파로서 작용하여 발생지점과 측정위치에 따라 달라지므로 종래의 저항분압기, 용량성분압기로는 정확한 측정이 불가능하기 때문에 전기적 신호의 과도적 현상을 직접 감지할 수 있는 측정장치가 필요하다. 다음의 3가지 고전압 측정기술은 피측정대상에 따라 가장 적합하게 제안된 것으로 측정응답을 개선하고 전자계의 영향을 최소화함으로써 정확한 측정이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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