고조파 발생, 전파 및 비선형 부하에 퍼지 기법

Hadeed 아메드 쉐르¹, 칼리드 E. Addoweesh ¹ 야신 칸²

^[1] 전기 공학과, 킹 사우드 대학, 리야드, 사우디 아라비아

^[2] 전기 공학과, 킹 사우드 대학, 리야드, 전력 사우디 아람코 ArabiaSaudi 의자, 전기 공학과, 킹 사우드 대학, 리야드,

1. 소개

산업 혁명은 고급 기술 향상으로 인생을 변화 시켰. 산업 혁명에 큰 기여는 전 세계 전기 유틸리티를 통해 배포되는 전력의 재고 상황에 따라. 이러한 맥락에서 전력 품질의 개념은 안전을위한 사용자의 "기본 오른쪽"뿐만 아니라 그들의 장비의 작동 중단을위한 신흥된다. 전기 사용자 여부 국내 산업, 전원이 필요, 결함이없는, 왜곡, 깜박임, 소음 및 중단. 유틸리티들은 시스템의 전력 품질 위협을 생성하지 않도록 사용자가 좋은 품질의 장비를 사용하는 것이 소망. 이 산업계의 전력 전자 기반 장치의 사용은 연료 및 전력 절감의 기간에 현상금을 저장했다, 반면에 의한 고조파의 생성에 문제를 만들었다. 상업 및 국내 사용자 모두 고조파 전류를 전력 전자 기반의 스위칭 장치를 사용. 이 전류는 고조파 적으로 오염 된 전압을 생산 지배적 요인. 사용자의 "기본 오른쪽"깨끗한 전력 공급을 갖는 것이다, 유틸리티의 수요는 좋은 품질의 기기 / 장비를 가지고하는 반면,. 이 전력 품질에게 사용자뿐만 아니라 실용성 모두를위한 공통의 관심 지점을 만드는. 조화 무료로 전원 공급을 유지하기위한 전력 품질 도메인 내에서 화제가되고 고조파 년 이후 논의의 영역이었다 여러 설계 기준은 다양한 국제기구 및 기관에 의해 고안 및 발행 된. 넓은 시나리오, 고조파없는 환경들은 변압기 등 전력 시스템 구성 요소에 손상이 발생하지 않도록 시스템 내의 장치 및 그것의 존재에 의해 발생되는 고조파가 허용 한계 내에 한정되는 것을 의미, 절연체, 스위치 기어 등. 전력 시스템의 규제 완화는 시스템 않은 안정성의 가능한 원인을 메인 스트림 라인을 제공하고되기 전에 자신의 세대의 맨 마지막에 고조파를 제거하는 유틸리티를 강요. 고조파 제어에 사용할 수있는 세 단계 방식입니다

고조파 원인 식별
고조파 수준의 측정
가능한 정화 기술

위의 방식을 따라 전원 유틸리티는 R에게 있습니다&허용되는 한도 내에서 고조파 수준을 유지하기 위해 지속적인 연구에 참여하는 D 섹션. 연구의 일정한 영역왔다 전원 주파수 고조파 문제입니다:

고조파 적으로 오염 된 환경에서의 역률 보정
절연 협조 시스템의 실패
파형 왜곡
변압기의 드 평가, 케이블, 스위치 기어 및 역률 개선 용 콘덴서

위에서 언급 한 연구 과제는 고조파 컨트롤에 대한 기준을 설계 및 구현에 많이 집중하고 규제 기관의 도움으로 대응하는. IEEE와 같은 엔지니어링 컨소시엄, 에스, 및 IEC 고조파에 대한 허용 한계를 설명하는 기준을 디자인 한. 추정, 측량, 고조파 분석 및 정화 기술은 전력 품질 엔지니어의 확고한 그립을 필요로하는 중요한 스트레스 영역입니다. 지금은, 떨어져를위한 Y-Δ 연결과 같은 전통적인 방법에서 3^회 고조파 억제, 인공 지능 기술을 기반으로 현대적인 방법은 더 나은 방식으로 고조파를 억제하고 제거하는 유틸리티 엔지니어 에이즈. 현대적인 접근 방법은 다음과 같습니다:

퍼지 로직 기반의 활성 고조파 필터
파형 분석을위한 웨이블릿 기술
전력 전자 스위치의 스위칭을위한 정교한 PWM 기법

이 장의 초점은 고조파 발생 가능한 모든 소스를 설명하는 것입니다, 고조파의 식별, 측정의 레벨뿐만 아니라 퍼지 / 억제 기술. 이 장에서는 일반적으로 모든 전기 엔지니어 특히 유틸리티 엔지니어들에게 도움이 될 것입니다.

2. 고조파는 무엇인가?

전력 공학 용어 고조파 시스템의 주파수의 배수 인 정현파 지칭. 따라서, 세 번 근본적인 주파수는 세 번째 고조파로 알려져있다; 다섯 번 기본은 다섯 번째 고조파; 등. 시스템의 고조파를 사용하여 일반적으로 정의 될 수있다 EQ. 1

FH = hfac

어디 F_H 시간입니다^일 조화와 f_교류 시스템의 기본 주파수이다.

고조파는 의미에서 역 법에 따라 그 큰 특정 고조파 주파수의 고조파 수준, 도시 된 바와 같이 하부는 진폭 그림 1. 따라서, 일반적으로 전력선 고조파에 더 높은 고조파는 많은 중요성을 부여하지 않습니다. 중요하고 가장 귀찮은 고조파 따라서 아르 3^회, 5^일, 7^일, 9^일, 11^일 과 13^일. 고조파 파형의 일반 식으로 주어진다 EQ. 2

VN = Vrnsin (nωt)

어디에서, 에_RN 특정 주파수의 RMS 전압 (고조파 또는 전원 선).

기본 주파수의 홀수 배수 고조파는 홀수 고조파 및 기본 주파수의 배수도 그들조차 고조파 되나 있습니다로 알려져 있습니다. 홀수 및 짝수 고조파 사이에있는 주파수는 간 고조파라고합니다.

하지만, 모든 전원 유틸리티에 대한 최적의 수요는 AC 시스템의 정현파 전류 및 전압을 가지고있다, 이 모든 시간 약속이 아닙니다, 복잡한 파형과 전류와 전압은 실제로 발생 할. 따라서 이러한 장치에 의해 생성 된 복잡한 파형은 기본의 혼합물 및 고조파입니다. 따라서, 고조파 적으로 오염 된 시스템에 걸친 전압은 수치 적으로 표현 될 수있다 EQ. 3,

V = Vfpsin(ωt φ1)+ V2psin(2ωt φ2)+ V3psin(3ωt φ3)+ Vnpsin(nωt φn)

어디에서,

에_FP = 기본 주파수의 피크 값

에_순이익N의 = 피크 값^일 고조파 성분

존경 주파수 φ = 각

그림 1.

기본 및 고조파 주파수 파형

유사하게, 조화 오염 된 시스템에서 주어진 회로를 통해 전류에 대한 식에 주어진 식으로 주어진다 EQ. 4

I = Ifpsin(ωt φ1)+ I2psin(2ωt φ2)+ I3psin(3ωt φ3)...... Inpsin(nωt φn)

고조파 성분은 긍정적으로 불린다, 마이너스 제로 순서. 이 경우 기본으로 변경하는 고조파는 긍정적이고 근본적인와 페이 반대 방향이 그 사람들이 음의 시퀀스 구성 요소라고 불리는. 제로 구성 요소는 어떤 근본적인에서 영향을 고려하지 않고, 그 동작에 중립적 인 것으로 간주됩니다. 페이 방향은 모터의 경우 중요한 꽤 많이 있습니다. 긍정 시퀀스 성분은 적절한 방향으로 모터를 구동하는 경향. 역상 성분은 유용한 토크를 감소 반면. The 7^일, 13^일, 19^일 등. 양의 시퀀스 구성 요소에게 있습니다. 음의 시퀀스 구성 요소는 5^일, 11^일, 17^일 등. 제로 구성 요소 고조파는 3^회, 9^일, 15^일 등. 고조파의 진폭은 따라서 차수의 증가와 함께 감소함에, 전력 시스템에서 유틸리티까지 고조파에 대한 자세한 우려하고 있습니다 11^일 순서 만.

3. 고조파 발생

대부분의 경우 전압의 고조파 전류 고조파의 직접적인 제품입니다. 따라서, 전류 고조파가 고조파 발생의 원인이되는 실제. 부하가 정현파 전압에서 비선형 전류를 소비 할 때 전원 라인 고조파가 생성됩니다. 요즘 모든 컴퓨터는 스위치 모드 전원 공급 장치를 사용 (SMPS) 내부 전자에 대한 낮은 전압 DC를 조절하는 것을 변환 유틸리티 AC 전압. 이러한 전원 공급 장치는 선형 전원 장치에 비해 높은 효율을 가지고 너무 다른 장점을 가지고. 그러나 원리를 전환에 기초, 이러한 비 선형 전원 공급 장치는 높은 진폭의 짧은 펄스의 전류 소모. 이러한 펄스는 고조파 풍부 및 시스템 임피던스를 가로 질러 전압 강하를 생성. 그러므로, 도시 된 바와 같이 그것은 메인 AC 소스와 직렬 많은 작은 전압원을 만들어 그림 2. 여기에 그림 2 나는₃ 비선형 부하에 의해 소비되는 전류의 3 차 고조파 성분을 지칭, 나는₅ 그래서 제 고조파 부하 전류 성분이며. R은 라인의 저항 분포를 도시하고 전압원은 계수가 상술 정교한 나타낸다. 따라서, 이러한 짧은 전류 펄스는 전류 및 전압 파형에 상당한 왜곡을 만들. 모양이 왜곡 고조파 왜곡으로 언급되고 그 측정은 총 고조파 왜곡의 기간에 실시 (THD). 이런 왜곡은 전원에 다시 이동하고 동일한 소스에 연결된 다른 기기에 영향을 미칠 수있다. 시스템의 설치 장소를 가리지 않음 SMPS 장비 유틸리티 시스템에 여분의 부하를두고 구성 요소가 설치된 전원의 연속적인 왜곡을 생성하기 위해 고유의 성질을 가지고. 고조파는 또한 산업용 셋업에 설치된 전동 모터와 DC-DC 컨버터에 의해 일어난다. 무정전 전원 공급 장치 (UPS) 및 컴팩트 형광 램프 (CFL) 또한 시스템의 고조파의 저명한 소스입니다. 전력 전자 컨버터에서 일반적으로 높은 홀수 고조파 결과. 요약하면, 고조파에 의해 전기 네트워크에서 생산되는 [2, 16, 26, 42]

정류기
전원 변압기의 철심 사용
용접 장비
가변 속도 드라이브
전압과 전류의주기적인 스위칭
비사 인 에어 갭에 의해 AC 발전기, 플럭스 배포 또는 치아 리플
SMPS와 같은 스위칭 소자, UPS 및 CFL

그것은 전압 고조파에 의한 교류 발전기에 직접 등장 할 수 있다는 것을 언급 할 가치가있다, 때문에 비 정현파 공극에, 플럭스 분포, 또는 치아 리플, 슬롯의 효과에 의해 야기되는, 어느 집 권선. 대형 공급 시스템, 가장 큰 관심은 발전기에서 정현파 출력을 보장하기 위해 촬영, 그러나이 경우에도 회로의 어떤 비선형 전류 파형의 고조파 야기 할 것이다. 또한 고조파로 인한 변압기의 철심에 발생 될 수있다. 이러한 변압기 코어는 비선형 BH 곡선을 가지고 [37].

그림 2.

때문에 전류를 가지고 있지에 전압 선형 왜곡

4. 고조파와 관련된 문제

고조파 오염 된 시스템의 안정성에 대한 많은 위협을가. 그것은 전력 품질에게 초래할뿐만 (PQ) 하지만 현재는 고조파이 풍부 할 때, 일부 장치에 의해 그려집니다, 그것은 시스템 과부하. 예를 들어 3 차 고조파 전류는 다른 고조파 성분과는 달리이 시스템의 중성선에까지 추가 속성이 있습니다. 이 회로 차단기의 거짓 트리핑 결과. 또한 중립 케이블의 절연에 영향을 미친다. 때문에 고조파 오염 된 전류 케이블의 오버로드는 전선과 관련된 손실을 증가. 또한 기본 구성 요소에서만 전원이 유용 힘 것을 명심해야한다, 모두가 손실됩니다 나머지는. 이러한 추가 손실은 더 많은 전력 손실이 발생 역률 가난을. 전원 시스템에서 고조파의 전체적인 요약 효과는 다음과 같다 [9, 18, 39]

역률 보상 커패시터와 결합 고조파 주파수가 공진 상태가 발생할 수있다
변압기 등의 식물을 생성하는 시스템 요소의 증가 손실
절연의 고령화
통신 시스템에서 방해
회로 차단기의 거짓 트리핑
중성선에 큰 전류

배전 변압기는 Δ-Y 연결이. 고도로 3 고조파 전류의 경우 중성선에 포집되는 전류는 변압기 내부의 열을 증가시킨다 열을 만들어. 이것은 수명 단축 및 변압기의 탈 평가로 이어질 수 있습니다. 고조파의 다른 유형의 전원 시스템에 자신의 영향을 미칠. 예를 들어 우리가 살펴 보자 3^회 조화적인. 모든 세 단계의 합계가 중립 시스템에서 제로 평형 삼상 시스템 반대로, 모든 세 단계의 3 차 고조파가 동일. 그래서 중성선에 추가. 같은 트리플 N 고조파에 적용 할 수있다 (홀수 배수 3 근본적인 같은 시간 9^일, 15^일 기타). 이러한 고조파 전류는 거짓 트리핑 및 접지 고장 보호 계전기의 실패의 주요 원인. 그들은 또한 그것의 3 차 고조파 오염이있는 경우, 따라서 시스템이 두꺼운 중립 선을 필요로하는 중립 선에 열을 생산. 모터는 그 안에 3 고조파 컨텐츠로 전압 파형을 공급되면, 그것은 단지 추가 손실을 개발할 것, 유용한 전력은 기본 구성 요소에서만 온다.

5. 고조파 모니터링 기준

AC 전력 네트워크의 문제로, 고조파의 식별, 고조파 모니터링 및 평가를위한 기준을 마련하는 유틸리티와 규제 당국을 강제하고 있습니다. 고조파 제어에 대한 기준은 따라서 소비자와 유틸리티를 모두 해결. 따라서, 고객이 규정을 준수하지 않고 일반적인 커플 링의 시점에서 전압 왜곡을 생성하는 경우이 유틸리티는 그 / 그녀에 불리. IEEE와 같은 다양한 유명 공학 연구소, IEC 및 IET는 그리드에 고조파 성분의 주입을 제한하는 법을 고안했다. 이 기준은 사용자 친화적 건강한 전력 품질 시스템을 달성하기 위해 주로 유용. IEEE 표준은 널리 세상의 모든 영역을 해결하기 위해 자신의 능력을 위해 인용된다. 이상이 있습니다 1000 전기 공학 분야에 대한 IEEE 표준. 전력 품질에 대한 IEEE 표준, 그러나, 여기에 우리의 주요 영감을. 전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준은 출판되었다 1992 그리고 고조파에 관련된 모든 측면을 커버 [7]. 그것은 최대 고조파까지 왜곡 정의 5 % 전압 레벨 ≤ 69kV에. 그러나, 전압 레벨이 증가 될 때이 표준에서 고조파의 허용 한계는 감소된다 1.5 % 모든 전압의 ≥에 161 kV의. 그것은 각각의 전압 왜곡에서 시작하는 것도 언급 할 가치가있다 3 % 및 종료 1.0 % 69kV 및 ≤ ≥의 전압 레벨 161 각각 KV. 보기에서 유지 글로벌 요구 사항을 설계 기준 또한, 지역 당국은 자신의 부하 프로파일 및 기후 조건에 따라 자신의 표준을 고안. 몇 가지가 전체의 필요와 요구 사항을 기반으로하는 반면, 표준의 대부분은 국가의 국가 별 요구 사항에 따라한다. 사우디 아라비아의 전력 전송을위한 허용 한계 및 표준 운영 절차를 정의하는 규제 기관이 존재, 유통 및 생성. 이 몸은 전기와 공동 발전 규제 기관으로 알려져있다 [38]. 외에도 표준을 고안에서 그들은 또한 UAE 배전 회사에 의해 정의 된 몇 가지 표준을 준수. 사우디 전기 회사에 의해 정의 된 하나의 표준 (삼성 전자) 에 2007 와 "사우디 그리드 코드"로 알려져 있습니다. 고조파는 사우디 당국에 의해 한계를 설정하는 것은 거의 IEEE 표준과 동일하지만, 약간의 유연성 한도입니다 3% 22KV-400KV의 범위 내에서 작동하는 모든 네트워크에 대한 THD [35, 38]. 표 1 IEEE 표준 비교합니다, 아부 다비 유통 회사 및 전기 네트워크의 고조파 제한에 대한 SEC의 표준. 이 고조파를 제어하기위한 IEEE 표준은 시스템 간 고조파로 오염 된 조건에 대한 침묵 언급하는 것이 재미있다 (기본 주파수의 정수가 아닌 주파수). 이러한 조건의 전력 유틸리티 IEC 규격 번호를 사용하십시오 61000-2 - 2.THE IEC 또한 표준 수있는 다른 전자 장치의 종류를 정의 61000-3-2. 이러한 장치는 다음 THD 다른 허용 한계를 받는다. 예를 들면, 클래스는 세 단계 균형 장비가, 비 휴대용 도구, 오디오 장비, 만 백열 램프 조광기. 클래스에 대한 제한은 차수에 따라 변한다. 따라서 클래스의 디바이스에 대한 최대 허용 전류는 고조파 1.08 에 대한 2^ND, 2.3에 대한 3^회, 0.43에 대한 4^일, 1.14에 대한 5^일 화성학. 이 IEC 표준의 아름다움은 또한 역률를 충족시켜 것입니다. 예를 들어, 클래스 C의 모든 장치 (백열 램프 조광기 이외의 조명기구) 있다 3^회 회로 역률의 함수로서 고조파 전류 제한.

	SEC 표준	아부 다비의 분배 회사	IEEE 제한
화성학	THD 한계이다 5% 에 400 V 시스템, 과 4% 과 3% 에 6.6- 20kV의 각각 22KV-400KV	THD 한계이다 5% 에 400 V 시스템, 과 4% 과 3% 에 6.6- 20kV의 각각 22KV-400KV	5% 아래의 모든 전압 레벨에 대한 69kV의과 3% 위의 모든 전압에 대한 161 kV의

표 1.

고조파 기준의 비교 [7, 35, 38]

퍼지 논리와 같은 인공 지능 기술을 기반으로 현대적인 시스템, ANFIS 및 CI를 기반으로 계산 전력 품질 고조파에 대한 기준을 재 설계하는 데 도움이 데이터 마이닝의 어려움을 줄일 수있다 [24, 25]. 호주 등 선진국에서, 캐나다, 미국 배전 회사는 이미 부분적으로 스마트 그리드로 전환되고, 그들은 정교한 센서를 사용하여 악기를 측정하는.

스마트 그리드 환경의 측면에서 이러한 센서는 사전에 예측하여 문제를 완화하는 데 도움이됩니다. 스마트 그리드, 지능형 측정과 정교한 알고리즘의 도움으로하여 고조파 등 PQ 문제를 예측할 수있을 것입니다, 사전에 현재의 결함. 이것은 전진하는 3G 기술을 사용하여 전력 품질 모니터링 중국어 연구자에 의해 구현되었음을 물론 타당한. 이들은 실시간 데이터와 알고리즘을 분석 할 수있는 GPRS 모듈의 PQ 원하는 정보를 얻기 위하여 충분히 인텔리전트하게 사용 [22].

5. 고조파 측정

조화 오염 된 환경에있는 진짜 문제는 고조파를 측정하기위한 가장 좋은 점을 이해하고 지정하는 것입니다. 요즘 전자 혁명은 AC 시스템을 엉망으로했다하는 것은 순전히 그 유틸리티의 거의 모든 사용자는 고조파 전류에 기여. 게다가, 모든 국내 지역에서 부하 프로파일은 하루 만 시간에서 시간에 따라 다릅니다. 따라서 에너지 수요에 대처하고 역률을 개선하기 위해, 유틸리티들에 대한 역률 정정 커패시터 끌 필요. 이는 주기적으로 불균일 한 스위칭은 또한 시스템에서 고조파를 생성. 지역 비록의 부하 정보, 시스템의 고조파 현재의 순서에 대한 몇 가지 기본 정보를 제공. 이 고조파 성분의 조류의 눈보기를 제공으로 이러한 정보는 매우 유용합니다. 그러나 하모닉스의 정확한 식별을 위해 그 전력 품질 분석기를 사용하거나 고속 푸리에 변환을위한 일부 디지털 오실로스코프를 사용하여 왜곡 된 파형을 합성하는 것이 필요하다 (FFT). 예를 들면 그림 3 제어 정류기에 의해 그려진 현재의 일반적인 합성을 보여줍니다. 일단 확인, 고조파의 수준 및 유형 (3^회, 5^일 기타) 완화의 단계를 고안 할 수있다. 그것은 적절한 측정 고조파 필터의 적절한 설계의 핵심임을 명심해야한다. 그러나 하모닉스 레벨은 시스템에 다른 측정 지점에서 다를 수도. 따라서, 유틸리티는 시스템에 고조파 측정에 대한 정확한 지점을 식별하는 매우 정밀해야. 표준 중, 그것은 IEEE 표준입니다 519-1992 즉, 고조파 측정을 수행하기위한 운영 절차를 설명. 이 표준은 그러나 시스템 측정 장비의 통합 재생 시간에 대하여 제한을 언급하지 않는다. 그것은 그러나, 최대 수요의 월별 기록에 대한 로그를 유지하는 유틸리티를 제한 [5]. 다양한 장치가 시스템에서 고조파 측정을 수행하기 위해 서로 지원 사용. 이들은 다음을 포함

전력 품질 분석기
악기 변압기 기반의 트랜스 듀서 (CT 및 PT)

그림 3.

제어 컨버터의 일반적인 선 전류 [26]

여러 유명한 회사는 우수한 PQ 분석기를 설계하고 생산하고 있습니다. 이들은 FLUKE 포함, AeMCs, HIOKI, DRANETZ 및 ELSPEC. 이 회사는 모든 지배적 인 고조파 주파수를 측정 할 수있는 단상 및 삼상 전력 품질 분석기를 디자인. 고조파 측정에 사용되는 장비는 적절한 고조파 측정을위한 몇 가지 제한 사항에 바인딩. 이 제한은 아래의 모든 고조파 전류의 정확한 측정으로 자연에서의 기술입니다 65^일 조화적인, 샘플링 주파수는이 경우에 적어도 두번 원하는 입력 대역폭 또는 초당 8K 샘플이어야, 60Hz를 50Hz의 시스템을 커버하는 [5]. 대개, PQ 분석기는 CT 기반의 프로브와 함께 제공되지만 전압 및 전류 등급에 따라 설계자는 넓은 동작 주파수 범위와 낮은 왜곡과 CT 및 PT를 선택할 수 있습니다. 트랜스 듀서와 장비의 거리 또한 고조파를 측정하는 데 매우 중요합니다. 길이가 긴 후 잡음이 측정에 영향을 미칠 수있다 따라서 동축 케이블 또는 광섬유 케이블과 같은 제대로 차폐 케이블은 고도의 전문가에 의해 추천 [5]. 요컨대, 고조파의 측정은 일반 커플 링의 포인트에해야한다 (PCC) 비선형 부하가 연결된 지점에서. 그들은 시스템에 고조파 전류를 주입의 핵심 기여자로이 특수 산업 사이트를 포함.

6. 고조파 기술을 정화

기술은 설계 문제가 연구자에 의해 식별되기 때문에이 전력 품질 문제를 해결하기 위해 테스트되었습니다. 몇 가지 기술은 고조파의 완화를 해결 문헌에 있습니다. 이러한 모든 기술은 다음의 우산 아래에 분류 될 수있다

수동 고조파 필터
활성 고조파 필터
하이브리드 고조파 필터
전환 기술

6.1. 수동 고조파 필터

수동 필터 기술은 전력선 고조파를 필터링하기위한 오래된 그리고 아마도 가장 널리 사용되는 기술들이다. 고조파 저감 외에 수동 필터는 전력 네트워크의 피상 전력의 최적화를 위해 사용될 수있다. 그들은 저항 등 수동 소자 만든다, 커패시터 및 인덕터. 이러한 필터를 사용하여 비용 전체 필터 무게가 무겁고 비싼 만드는 큰 커패시터 및 인덕터를 필요로. 이러한 필터들은 고정 된 일단들이 네트워크의 일부가 설치되어 서로 다른 주파수 필터링을 얻기 위하여 재 설계 될 필요가있다. 그들은 삼상 사 선식 네트워크에 가장 간주됩니다 [18]. 그들은 대부분 원하는 주파수를 조정하는 로우 패스 필터입니다. Giacoletto 및 공원으로 인해 개인용 컴퓨터의 전원 공급 라인 전류 고조파를 감소에 대한 분석을 제시 [10]. 그들의 작품은 필터를 사용 고조파 감소를위한 좋은 제안하지만,이 라인의 현재의 반응 구성 요소를 증가. 수동 필터 기술의 다양한 종류는 다음과 같습니다 [18, 19].

시리즈 수동 필터
수동 필터 션트
로우 패스 필터 또는 라인 LC 트랩 필터
상 변압기를 이동

6.1.1. 시리즈 수동 필터

시리즈 수동 필터는 전원과 부하와 직렬 병렬 LC 필터가 수동 필터 가지 아르. 에 도시 시리즈 수동 필터 그림 4 단상 응용 프로그램에 대한 좋은 생각하고 특별히 세 번째 고조파를 완화하기 위해. 그러나, 그들은 또한 다른 주파수들에 동조 될 수있다. 그들은 공명을 생산하고 그들이에 동조하는 주파수에 높은 임피던스를 제공하지 않습니다. 이 필터는 전체 부하 전류를 운반 할 수 있도록 설계되어야한다. 이 필터는 유지 보수 무료이며 MVARs까지 상당히 높은 전력 값을 설계 할 수 있습니다 [4]. 동기 콘덴서와 같은 회전 부품을 사용 솔루션과 비교 그들은 낮은 유지 보수가 필요.

그림 4.

수동 시리즈 필터 [18]

6.1.2. 수동 필터 션트

필터의 이러한 유형은 또한 수동 소자에 따라 홀수 고조파를 필터링에 대한 좋은 결과를 제공하고, 특히 3^회, 5^일 과 7^일. 일부 연구자들은 하나의 조정 필터로 이름이, 두 번째 순서 감쇠 필터와 C 형 감쇠 필터 [3]. 모든 필터 라인 션트 들어 오면 그들은 션트 수동 필터의 표지에 해당, 도시 된 바와 같이 그림 5. 고조파의 순서를 증가시키는 것은 작업에 필터가 더 효율적이지만 설계 용이성을 감소. 그들은을 위해 조정 된 주파수에 낮은 임피던스를 제공. 그들은 병렬로 연결되어 있기 때문에 그러므로는 고조파 전류를 운반하도록 설계 [18]. 션트에 빠진 자신의 성격은 그 공급 측면에 하중 자체를 만들고 수행 할 수 30-50% 그들은 전기 드라이브의 집합을 공급하는 경우 현재로드 [13]. 경제적 측면에서는 션트 필터 인해 그들이 단지 고조파 전류를 설계 할 필요가 있다는 사실에 항상 일련의 필터보다 경제적임을 밝혀. 따라서 그들은 L과 C의 비교적 작은 크기를 필요로한다, 따라서 비용을 절감. 게다가, 그들은 정격 전압에 대한 설계되지 않은, 따라서 일련의 필터보다 덜 비싼 구성 요소를 만드는 [33]. 그러나, 이러한 유형의 필터는 회로에서 공진 조건을 만들 수있다.

그림 5.

다른 순서 타입 션트 필터 [3]

6.1.3. 로우 패스 필터

로우 패스 필터는 널리 임계 주파수 이상의 고조파 주파수의 모든 유형의 완화에 사용되는. 그들은 단지 비선형 부하에 사용될 수있다. 그들은 공진 조건을 생성하여 시스템에 어떤 위협을 제기하지 않는다. 그들은 역률을 개선하지만, 그들은 최대 부하 전류를 운반 할 수있다되도록 설계되어야. 일부 연구자들은 라인 LC 트랩 필터로 추천하신 [19]. 이러한 필터는 원하지 않는 고조파를 차단 주파수의 특정 범위의 통과를 허용. 그러나, 아주 좋은 디자인은 지금까지 차단 주파수에 관한 한 필요.

6.1.4. 상 변압기를 이동

전력 시스템의 불쾌한 고조파는 대부분 홀수 고조파이다. 이를 차단하는 방법 중 하나는 변압기 위상 시프트를 사용하는 것이다. 그것은 네트워크에있는 여러 소스에서 같은 종류의 고조파를 받아 180도 교대를 이동하고 따라서 취소의 결과를 결합. 변압기 유도 네트워크와 유사한으로 우리는 수동 필터에 따라 그들을 분류했다. 위상 시프트 변압기의 사용은 멀티 하이브리드 컨버터의 고조파를 억제하는 상당한 성공을 생산하고있다 [34]. 에스. H. H. Sadeghi의의 et.al. 설계 고조파 프로파일에 기초 알고리즘은 철강 산업 같은 대규모 산업 셋업에서 변압기의 위상 시프트를 포함 [36].

6.2. 활성 고조파 필터

액티브 파워 필터에서 (APF) 우리는 비선형 부하에 의해 생성 된 고조파 왜곡을 제거하는 현재의 구성 요소를 소개하는 파워 일렉트로닉스를 사용. 그림 6 능동 필터의 기본 개념을 보여줍니다 [27]. 그들은 라인에 고조파 성분을 검출하고 생산 시스템에서 검출 된 파형의 반전 신호를 주입 [27]. APF의 연구에서이 구동력은 전류 제어 알고리즘이며 현재의 분석 방법을로드 [23]. 활성 고조파 필터는 대부분의 전력 변환에 필요한 평가로 인한 제한으로 인해 저전압 네트워크에 사용되는 [21].

그림 6.

활성 필터의 개념 데모 [27]

이들은 고조파 제거를 위해 심지어 항공기 동력 시스템에서 사용 [6]. 동일한 패시브 필터처럼 그들은 연결 방법에 대하여 분류되어 아래와 같다 [40].

시리즈 능동 필터
활성 필터를 션트

이후, 그것은 기반 구성 요소 따라서 문학 작품을 많이 활성 필터의 제어에서 수행 된 전력 전자를 사용.

6.2.1. 시리즈 능동 필터

일련의 필터가있는 쇼로 AC 분배 네트워크와 직렬로 접속되어있다 그림 7 [33]. 그것은 고조파 부하로 인한 왜곡뿐만 아니라 AC 시스템에서 그 존재를 상쇄하는 역할. 능동 필터의 이러한 유형의 매칭 트랜스를 사용하여 부하에 직렬로 접속되어있다. 이들은 성분으로서 전압을 주입하고 제어 전압 소스로 간주 될 수있다 [33]. 단점은 단지 전압 고조파에 대한 수용 및 부하 단락의 경우에는 일치하는 변압기가 부담하는 것입니다 [31].

6.2.2. 활성 필터를 션트

병렬 필터는 AC 분배 네트워크와 병렬로 연결된다. 병렬 필터는 션트 필터라고도 및 비선형 부하에 의한 고조파 왜곡을 상쇄. 이들은 활성 필터 동일한 주체 작동하지만 그들이 부하와 병렬로 전류원의 역할이다 바와 같이 이들은 병렬로 접속 [21]. 그들은 라인에 고조파를 검출하는 높은 계산 기능을 사용하여.

그림 7.

시리즈 능동 필터 [33]

주로 마이크로 프로세서 또는 마이크로 제어기 기반의 센서는 고주파 성분을 추정하고, 제어 로직을 결정하는 데 사용. 전력 용 반도체 장치는, 특히 IGBT를 사용. 일부 연구자들은 IGBT는 능동 필터의 도래하기 전에 거의 예산에 오버 슈트로 인해 사용되지 않았 음을 주장 [11]. 그러나, 유용성 션트에도 불구하고 활성 필터는 많은 단점을 가지고. 실제로 그들은 시스템 매개 변수 변경에 대한 빠른 응답을 가진 큰 평가 PWM 인버터가 필요. 시스템 어딘가에 연결된 수동 필터가 있으면, 하이브리드 필터의 경우에는 다음과 같이 주입 된 전류는 그들의 순환 수도 [28].

6.3. 하이브리드 고조파 필터

이러한 유형의 필터는 수동 및 능동 필터를 결합. 그들은 능동 필터의 장점을 포함 및 수동 및 능동 필터의 단점이없는. 그들은 업계에서 지금 매우 인기있는 이유입니다 능동 필터의 전력 컨버터의 비용을 줄이기 위해 저렴한 비용으로 고성능 수동 필터를 사용. 하이브리드 필터 시스템 임피던스 면역성, 따라서 고조파 보정은 효율적인 방식으로 수행되고, 이들은 시스템의 임피던스와 공진을 일으키지 않는다 [29]. 이러한 유형의 필터에 사용되는 제어 기술은 순시 제어에 기초, P-Q 이론 그리고 난에_디-나는_큐. K.N.M.Hasan의 et.al. P-Q와 나는 사이에서 비교 연구를 발표_디-나는_큐 기술 및 전압의 경우 I을 왜곡 결론_디-나는_큐 방법은 약간 더 나은 결과를 제공합니다 [12]. 이들은 일반적으로 다음과 같은 방법으로 결합 [21]

수동 시리즈 액티브 시리즈 하이브리드 필터
수동 시리즈 활성 션트 하이브리드 필터
수동 션트 활성 시리즈 하이브리드 필터
수동 션트 활성 션트 하이브리드 필터

6.3.1. 수동 시리즈 액티브 시리즈 하이브리드 필터

하이브리드 필터의 이러한 유형은 도시 된 바와 같이 부하와 직렬로 접속 된 필터의 두 종류가 그림 8 및 용량 성 부하를 공급 다이오드 정류기 좋은 간주됩니다 [32]

6.3.2. 수동 시리즈 활성 션트 하이브리드 필터

하이브리드 필터의이 유형은 병렬로 부하와 능동 필터와 직렬로 수동 부분이. AdilM. 알 - 년 Zamil 등. 그들의 종이 필터와 같은 형식을 제안하고 고성능 기능을 사용. 부하와 직렬에 배치하여 수동 필터의. 그들은 변조와 공간 벡터 펄스와 활성 필터를 사용 (SVPWM) 및 마이크로 제어기에 구현. 이들은 기준 전류 생성에 필요한 모든 매개 변수를 계산하기 위해 전용 회선 전류 센서를 사용. 그들의 제안 된 시스템은 최대 만족했다 33^회 고조파 및 표시된 결과를 줄 리액턴스 가진 시스템에 기초 0.13 수. 자신의 시스템에서 능동 필터에 필요한 대역폭으로 인해 부하 전류의 상승 및 하강 에지의 일을하는 수동 필터에 상대적으로 작. 그들은 하이브리드 시스템을 설계하는 동안 라인 필터 L 및 능동 필터의 정전 용량 C는 현재와 최소 허용 리플 전압 주파수 리플 전환의 허용 수준에 따라 선택의 타협이 필요하다고 제안 [1].

6.3.3. 수동 션트 활성 션트 하이브리드 필터

이러한 유형의 필터와 같이 부하와 병렬로 연결 모두 수동 및 능동 필터가 그림 9 [21]. 비교 연구 J.Turunen 등의. 그들은 작은 부하와 높은 전력 부하의 경우 상당히 높은 정격 전력을 필요 결과로 커플 링 변압기의 작은 변화 비율을 요구하는 주장 가난한 현재 필터링에서 DC 링크 제어 결과의 문제 [43].

6.3.4. 수동 션트 활성 시리즈 하이브리드 필터

이름으로 같이이 시리즈의 활성 필터가 하이브리드 필터의 종류 션트의 수동 필터입니다 의미 그림 10. J. Turunen 등. 비교 연구에서 하이브리드 필터의이 유형은 따라서 매우 작은 변화 비율을 이용하여 부하 같은 평가에 필요한 자신의 능력 평가는 부하에 비해 큰 것을 주장 [43].

그림 8.

수동 시리즈 액티브 시리즈 하이브리드 필터 [32]

그림 9.

수동 션트 활성 션트 하이브리드 필터 [21]

그림 10.

액티브 시리즈 수동 션트 하이브리드 필터 [29]

6.4. 전환 기술

필터를 설치하는 방법을 사용 게다가, 전력 전자는 다소 고조파 스위칭 기술을 사용하여 제거 될 수 있도록 다재다능. 이 기술은 알고리즘 기반의 펄스 폭 변조를 사전에 증가 펄스 수에 따라 다를 수 있습니다 (PWM). 가장 널리 사용되는 사인 삼각형 PWM이 제안되었다 1964. 나중에 1982 공간 벡터 PWM (SVPWM) 제안되었다 [20]. PWM 변조 지수와 같은 관련 매개 변수를 변경하여 고유의 결과를 얻을 수 전환의 마법의 기술이다, 주파수 및 변조 비율을 전환. 주파수 변조 비율 '엠'홀수로 촬영하는 경우에도 자동으로 고조파를 제거 [17, 26]. 여기서 스위칭 주파수의 증가는 전류의 고조파를 감소하지만, 이것은 스위칭 손실이 너무 만든다. 게다가, 이 EMC 문제를 부과하기 때문에 우리는 증가하는 스위칭 주파수를 유지할 수 없습니다 [15]. D.G.Holmes 등. 캐리어 기반 PWM에 대한 분석을 제시하고는 다른 변조 기술을 사용하는 포인트 고조파 취소 핀에 일부 분석 솔루션을 사용하는 것이 가능하다 항. 디자이너가 자연 또는 비대칭 일반 샘플링 PWM을 사용하는 경우 파대 고조파 제거 할 수있다 [14]. 출력은 변조 지수와 함께 재생함으로써 개선 될 수있다. PWM의 한 전문 유형은 선택적 고조파 제거라고합니다 (SHE) PWM 또는 프로그램 된 고조파 제거 계획. 이 기술은 접지 전압 위상의 푸리에 분석에 기초. 그것은 기본적으로 구형파 스위칭 및 PWM의 조합. 여기서 적절한 스위칭 각도 선택 대상 고조파 성분 제로 만든다 [26, 30]. SHE 기법의 최소 0.5 변조 지수가 가능합니다 [41]. 그러나 심지어 최고의 SHE 일부 필터링되지 않은 고조파 시스템을 왼쪽으로. J. Pontt 등. 때문에 그녀의 PWM에 필터링되지 않은 고조파를 치료하는 방법을 제시. 그들은 진술 우리는 제거를 위해 SHE PWM을 사용하는 경우 11^일 과 13^일 에 대한 고조파 12 주문 펄스 구성하고 고조파 23^일, 25^일, 35^일 과 37^일 전압 왜곡을 정의하는 중요한 역할을 하나. 그들은 세 단계 활성 프런트 엔드 컨버터의 사용을 제안. 그들은의 변조 지수를 제안 0.8-0.98 순서의 고조파를 완화하기 위해 23^회, 25^일 과 35^일, 37^일 [30]. 일부 수정을 통해 연구진은 SHE PWM 매우 낮은 스위칭 주파수에서 사용할 수있는 것으로 나타났습니다 350 Hz에서. 하비에르 Napoles 외 여러분. 이 기술을 제시하고 그것을 선택적 고조파 완화의 새 이름을 지정 (SHM) PWM. 그들은 제로에 선택적 고조파가 동일하게 7 개의 스위칭 상태와 결과를 사용 [8]. 그녀가 제로로하지 선택적 조화 필요은 PWM 때문에이 우수합니다. 그것은 허용 한계 상태로 전환하는 기존의 PWM에 충분하다. Siriroj Sirisukprasert 외 여러분. 출력 계단 파형의 특성을 변화시킴으로써, 최적의 고조파 감소 기법을 제시하고 변조 인덱스를 변화. 그들은 2 단계 기존 인버터보다 나은 멀티 레벨 인버터에 자신의 제안 된 기술을 테스트. 이들은 스위칭 파형에서 매우 좁은 매우 넓은 펄스를 제외. SHE PWM 달리 그들이에 최소 회전을 보장 전술과 자신의 능력을 전환하여 해제로 스위치 한 번만주기. 기존의 SHE의 PWM에 반대, 이 경우 변조 지수가 다를 수까지 0.1. 출력은 하이로 변조 지수의 생산을 분류 다른 단계를위한 계단 파형, 중저 관심의 진짜 포인트는 변조 인덱스의 모든 세 가지 클래스의 전환 스위치 당 사이클 당 한 것입니다 [41]. 일부 연구자들은 고조파 컨트롤 사다리꼴 PWM 방식을 사용. PWM 이러한 종류 단극 PWM 스위칭에 기초. 여기 사다리꼴 파형은 삼각 파형과 생성 된 PWM은 전원 스위치에 공급과 비교된다. PWM 기반 기술의 다른 고조파 제거 기술처럼 연구진은 플로리다와 ANN 등의 인공 지능 기반 기술의 사용을 제안했다.

7. 결론

이 장에서는 전기 네트워크의 많은 전력 시스템 장애의 이유는 주요 전력 품질 문제 중 하나를 요약. 고조파의 가능한 소스는 변압기 등의 배전 시스템 구성 요소에 미치는 영향과 함께 설명되어 있습니다, 기어와 보호 시스템을 전환. 고조파와 그 측정 기술의 한계에 대한 규제 기준도 여기에 제시. 고조파의 정화 기술도 제공하고 고조파 필터의 다양한 종류를 간략하게 제시. 지식 기반을 강화하기 위해, 이 장에서는 PWM 기법을 사용하여 고조파 컨트롤을 논의했다. 이 장으로 우리는이 분야에서의 기술 정보를 수집하려고했습니다. 고조파에 대한 철저한 이해는 유틸리티 엔지니어에게 자주 고조파에 관련된 연구 작업의 솔루션에 필요한 프레임 워크를 제공합니다.