정보화 기술과 디지털기술의 발전으로 수용가 전기설비의 전기적인 내성은 낮아지고 있는 반면 배전계통의 외란현상은 증가하고 있는 추세이다. 특히 고조파는 전력용 기기의 열화, 원판형계전기 오동작 및 계량기 오차발생 등의 원인이 되고 있어 배전계통의 고조파 현황파악은 매우 중요한 의미를 갖는다. 한국전력공사에서는 연구과제의 수행을 통해 1년간 배전계통의 고조파 현황을 측정하고 이를 분석하였다. 측정개소는 부하특성에 따라 공업용, 상업용, 주거 용으로 구분하여 총 34개소를 선정하였다. 1년간 측정한 고조파를 차수별로 분석한 결과 영상분에 해당하는 3차, 9차, 15차 및 21차 고조파가 IEC 61000-3군의 중압계통 고조파 계획수준과 비교하여 높게 나타났다.
본 논문에서는 고조파 발생기의 짝수 고조파 성분을 이용하여 전력 증폭기의 3차와 5차 혼변조 왜곡 신호를 개별적으로 개선할 수 있는 전치 왜곡 선형화기를 제안하였다. 제안된 선형화기의 고조파 발생기는 2차와 4차 고조파 성분을 추출할 수 있는 소 신호 증폭기로 구성되어 있으며, 또 2차와 4차 고조파 성분들은 벡터 모듈레이터에서 주 신호와 진폭 변조되어 3차와 5차 전치 왜곡 혼변조 신호를 개별적으로 발생시킬 수 있게 된다. 이렇게 전치 왜곡된 신호는 2차와 4차 고조파 신호의 크기만 변화시킴으로써 각각의 혼변조 신호의 크기와 위상을 조절할 수 있으며, 이것을 이용하여 전력 증폭기의 3차와 5차 혼변조 왜곡 신호를 각각 억제하는 선형화기를 구현하였다. 이러한 전치 왜곡 선형화기의 타당성을 입증하기 위해 2-톤 신호를 전력 증폭기에 인가하여, 3차와 5차 혼변조 왜곡 신호를 각각 25 dB, 18 dB 개선을 시켰으며, IS-95 CDMA 신호를 인가하였을 경우 인접 채널 전력비가 7 dB 이상 개선되는 것을 확인하였다.
정보통신기술과 디지털기술의 발전으로 수용가의 설비의 전기적인 내성은 낮아지고 있는 반면 배전계통의 외란은 증가하고 있다. 특히 고조파는 변압기 등 기기의 수명저하와 원판형계전기 오동작 등의 원인이 되고 있어 배전계통의 고조파 현황분석은 매우 중요한 의미를 갖는다. 한국전력공사에서는 연구과제의 수행을 통해 2006년부터 1년간 저압 배전계통의 고조파 현황을 측정하고 이를 분석하였다. 측정개소는 기준임피던스의 기준이 되는 저압측 전력량계 1차측으로 하고 전국 100 개소를 부하특성에 따라 선정하였다. 1년간 측정한 고조파를 차수별로 분석한 결과 영상분에 해당하는 9차와 15차 고조파가 IEC61000-3-6의 저압계통 고조파 기준과 비교하여 높게 나타났다.
본 논문에서는 고출력 증폭기의 출력 정합단에서 발생하는 2차, 3차 고조파 성분을 억제하여 단일 고출력 증폭기의 선형성을 개선시키고 $3^{rd}$ IMD의 전치 왜곡에 의한 선형성 개선 PAM (Power Amplifier Module)을 제안하였다. 고조파를 억제하기 위해 정합회로는 메타전자파 구조를 갖도록 설계되었으며 2, 3차 고조파가 각각 27 dBc 이상 억제되었다. $3^{rd}$ IMD의 전치 왜곡은 구동 증폭기에서 발생하는 $3^{rd}$ IMD의 위상을 조절하여 -30도가 되도록 하였으며 이때 고출력 증폭기에서 발생되는 $3^{rd}$ IMD와 상쇄를 일으켜 고출력 증폭기 보다 6 dBc 이상 개선된 고조파 성분을 갖도록 설계되었다. 제안된 PAM은 36.98 dBm의 출력 전력과 21.6 dB의 전력 이득, 29.4 %의 전력 효율을 얻었으며 2차 고조파가 -53 dBc로 참조 증폭기에 비해 20dBc 이상 억제되는 특성을 얻었다.
본 논문에서는 feedforward 구조와 DGS 마이크로스트립 전송선로를 이용한 새로운 2차 주파수 체배기를 제안하였다. Feedforward 구조는 기본 주파수 신호를 억압하는 역할을 하며, DGS 마이크로스트립 전송선로는 3차 이상의 고조파 신호들을 억압하는 데 사용된다. 제안된 2차 주파수 체배기는 불요파 신호들을 효과적으로 쉽게 억압 할 수 있다. 실험적으로 제안된 방법을 1.87 GHz 신호를 3.74 GHz 신호로 체배하는데 적용하였다. 3.74GHz(If))에서의 출력 전력이 -3 dBm일때, 기본 주파수 신호(1,)는 42.9 dB, 3차 고조파 신호(If,)는 20.2 dB, 4차 고조파 신호(4f))는 29.7 dB의 억압 특성을 얻었다. 100 MHz 대역폭에서 변환 손실은 -2.34 dB ~ -5.8dB 였고, 위상잡음 특성은 -97.51 dB/Hz(@10 kHz)으로 나타났다.
본 연구는 주파수 체배기 이론을 이용하여 초고주파 항공용 레이다를 위한 3차 고조파 믹서 설계에 대한 연구이다. 기본 믹서 설계 방법과는 달리 주파수 체배기 이론을 이용하여 국부 주파수(LO)의 3차 고조파 성분이 최대가 되는 게이트 바이어스 전압을 선택하여 중간주파수(IF)에서 3차 고조파 혼합(mixing) 성분이 최대가 되도록 하였다. 제안한 고조파 믹서는 플라스틱 패키지의 상용 GaAs MESFET 소자를 이용하여 설계 및 제작하여 기존 초고주파 믹서의 높은 변환손실, 회로 복잡성, 높은 가격 및 제작 복잡도를 개선할 수 있었다. 제안한 설계 방법을 이용한 3차 고조파 믹서는 33 GHz ~ 36 GHz 대역에서 8 ~10 dB 변환손실 특성 및 0 dBm 선형성 (P1dB) 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 2차 고조파 성분과 차주파수 성분의 새로운 조합을 통해 전력 증폭기에서 발생되는 3차와 5차 혼변조 성분을 개별적으로 조절할 수 있는 전치왜곡 선형화기를 설계 및 제작하였다. 2차 고조파 성분과 차주파수 성분은 포락선 검파기와 두 개의 주파수 체배기를 사용하여 발생시켰다. 제안된 전치왜곡 선형화기는 3차와 5차의 혼변조 성분을 개별적으로 조절하여 전력 증폭기의 선형화 특성을 극대화하였다. 측정 결과, 2137.5~2142.5 MHz 대역의 W-CDMA 1-FA의 30 dBm 출력에서 11 dB ACPR 개선 효과를 얻었다.
본 논문은 계통과 연계된 3상 전압원 인버터를 기반으로 한 BESS의 능동 단독 운전 검출 방법을 제안한다. 제안하는 기법은 PR제어기와 필터를 가지고 기본파 전류와 2차 고조파 전류를 이용해 수행하였다. 단독운전은 BESS로부터 정격전류의 1% 2차 고조파를 주입하기 때문에 PCC점에서의 2차 고조파 전압 변화량을 검출 할 수 있다. 제안하는 기법은 모든 조건하에 정확하고 빠르게 검출 할 수 있다. IEEE와 UL1741에서 제시하는 단독 운전 기준 시험 회로를 구성하여 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 통한 시뮬레이션과 5kW 하드웨어 장치를 통해 제안된 단독 운전 검출 방법을 검증하였다.
다상 유도 전동기(Multi phase induction motor)의 고성능 제어를 수행하기 위해서는 정확한 파라미터 계산이 필수적이다. 특히 전동기의 벡터제어(FOC, Field oriented control)나 직접토크제어(DTC, Direct torque control)와 같은 고성능 제어 시스템의 경우, 슬립 계산이나 자속관측기 그리고 PI 제어기 게인 추정에서 전동기 상수들이 필수적으로 사용된다. 본 논문에서는 실험용으로 집중권(Concentrated winding) 구조를 가지는 2kW, 5상 유도전동기를 제작하였으며, 5상 유도전동기 파라미터 추정에 대한 방법을 제시하였다. 일반적으로 다상 유도전동기의 경우 1차 공간 고조파(1st space harmonic) 성분에 대한 파라미터만을 추정하여 제어에 사용하지만, 본 논문에서는 1차 공간 고조파 성분과 3차 공간 고조파(3rd space harmonic) 성분에 대한 파라미터 추정 방법을 제시한다. 결과적으로 제안된 파라미터 추정 방법의 타당성을 확인하기 위해서 설계값과 실험값을 비교하였다.
본 논문에서는 새로운 고조파 차단 부하 회로를 제안하고, 이 회로를 이용한 고효율 F급 전력 증폭기를 설계하였다. 제안된 부하 회로는 F급 전력 증폭기의 효율을 향상에 있어서 큰 기여도를 갖는 2차와 3차 고조파에서 종단 임피던스를 제어한다. 제안된 부하 회로의 2차와 3차 고조파 입력 임피던스는 각각 단락 및 개방 임피던스를 보인다. 제작된 구조의 부하 회로는 F급 전력 증폭기의 고조파를 억압하기에 충분한 24 dB 이상의 감쇠 특성도 보인다. 부하 회로를 이용한 F급 전력 증폭기의 측정 결과는 최대 출력($P_{1dB}$) 35.17 dBm에서 드레인 효율 75.7%, 전력 부가 효율 71.3 %를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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