[논문 리뷰] Design of Three-Phase Hybrid Active Power Filter for Compensating the Harmonic Currents of Three-Phase System

Zubair Ahmed Memon, Muhammad Aslam Uqaili외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 09.

Power Quality and Harmonics참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 순순시 pq 이론을 사용하여 고조파 전류를 탐지하고 히스테리시스 전류 제어기를 사용하여 기준 전류를 추적하기 위한 삼상 하이브리드형 주력 보정기의 구조를 제안한다. 시뮬레이션 결과는 총 고조파 왜곡도를 감소시키고 IEEE 519 기준에 부합하는 삼상 시스템 내 전력 품질을 향상시키는 데 효과적임을 확인한다.

ABSTRACT

Power quality standards (IEEE-519) require to limit the total harmonic distortion within satisfactory range caused by power electronic based devices. Our work deals with the design of hybrid active filter to reduce current perturbations produced by power electronics based devices. The Instantaneous Active and Reactive Power Method (pq) is used to perform the identification of disturbing currents. The pq algorithm creates a reference current, whereas, this reference current is tracked by the current of the voltage source converter. The currents of the voltage source converter are controlled by hysteresis controller. Simulation results showed that the hybrid active filter can compensate the harmonic currents effectively and improve power quality.

연구 동기 및 목표

• 전력 전자 기기에서 발생하는 고조파 전류로 인한 전력 품질 문제를 해결하기 위해.
• 시스템 안정성을 유지하면서 고조파 전류를 효과적으로 보상할 수 있는 하이브리드형 주력 보정기를 설계하기 위해.
• 부하 전류 내 고조파 성분을 정확하게 탐지하기 위해 순순시 pq 이론을 구현하기 위해.
• 전압원 변환기에서 기준 전류를 정밀하게 추적하기 위해 히스테리시스 전류 제어기를 사용하기 위해.
• 총 고조파 왜곡도(THD)를 줄이기 위한 보정기 성능을 시뮬레이션을 통해 검증하기 위해.

제안 방법

• 부하 전류의 기본 및 고조파 성분을 추출하기 위해 순순시 유효 및 무효 전력(pq) 이론이 적용된다.
• pq 알고리즘은 보상되어야 할 고조파 성분을 나타내는 기준 전류 신호를 생성한다.
• 전압원 변환기(VSC)는 감지된 고조파 전류와 크기는 같고 위상은 반대되는 보상 전류를 주입하기 위해 사용된다.
• 히스테리시스 전류 제어기는 VSC의 스위칭을 조절하여 기준 전류에 대한 신속하고 정확한 추적을 보장한다.
• 고조파 완화 성능을 평가하기 위해 삼상 구조로 시스템을 시뮬레이션한다.
• 수동형 LC 필터와 능동형 프론트엔드를 조합하여 능동 성분의 정격 용량과 비용을 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비선형 부하를 가진 삼상 시스템에서 pq 이론은 고조파 전류를 얼마나 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ2 히스테리시스 전류 제어기는 pq 방법으로 생성된 기준 전류를 정확하게 추적할 수 있는가?
• RQ3 하이브리드형 주력 보정기는 공급 전류의 총 고조파 왜곡도(THD)를 어느 정도 감소시키는가?
• RQ4 수동형 및 능동형 필터링의 조합은 시스템 효율을 향상시키고 능동형 필터 정격을 어떻게 감소시키는가?
• RQ5 제안된 보정기 설계는 전력 품질을 위한 IEEE 519 기준에서 정의된 고조파 한계를 충족하는가?

주요 결과

• pq 이론은 부하 전류 내 고조파 성분을 높은 정확도로 식별하여 효과적인 보상이 가능하게 한다.
• 히스테리시스 전류 제어기는 기준 전류에 대한 빠르고 안정적인 추적을 보장하여 추적 오차를 최소화한다.
• 하이브리드 보정기 설계는 공급 전류의 총 고조파 왜곡도(THD)를 크게 감소시켜 전력 품질을 향상시킨다.
• 수동형 및 능동형 필터링의 통합은 능동형 변환기의 필요 정격을 감소시켜 비용 효율성을 높인다.
• 시뮬레이션 결과는 보정기가 IEEE 519 기준에 부합하는 수준으로 고조파 전류 수준을 유지함을 확인한다.
• 다양한 부하 조건에서도 시스템이 견고한 성능을 보이며 실용적 적용 가능성을 입증한다.