[논문 리뷰] Enhanced active power filter control for nonlinear non-stationary reactive power compensation

Phen Chiak See, Vin Cent Taı외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 19.

Power Quality and Harmonics참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비선형성과 비정상성의 전력 시스템을 대상으로, 고유 모드 분해(Empirical Mode Decomposition, EMD)와 p-q 전력 이론을 융합하여 조화성 및 비정상 전류 교란을 분리하고 억제하는 향상된 주동력 보정기 제어 전략을 제안한다. EMD는 왜곡된 파형에서 기본 주파수 성분을 추출하여 p-q 이론을 통해 정확한 무공력 보정을 가능하게 하며, 계산 복잡도를 최소화하면서도 동적 시스템에서의 전력 품질을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

This paper describes a method to implement Reactive Power Compensation (RPC) in power systems that possess nonlinear non-stationary current disturbances. The Empirical Mode Decomposition (EMD) introduced in the Hilbert-Huang Transform (HHT) is used to separate the disturbances from the original current waveform. These disturbances are subsequently removed. Following that, Power Factor Correction (PFC) based on the well-known p-q power theory is conducted to remove the reactive power. Both operations were implemented in a shunt Active Power Filter (APF). The EMD significantly simplifies the singulation and the removal of the current disturbances. This helps to effectively identify the fundamental current waveform. Hence, it simplifies the implementation of RPC on nonlinear non-stationary power systems.

연구 동기 및 목표

• 비선형성과 비정상성 전류 교란이 존재하는 전력 시스템에서의 무공력 보정 문제를 해결하기 위해.
• 동적 및 고조파 농도가 높은 조건에서 기본 전류 추정의 정확성과 내성 향상하기 위해.
• 복잡한 실제 전력 시스템에서 주동력 보정기 제어의 구현을 단순화하기 위해.
• 伝통적 방법이 파형의 비정상성과 비선형성으로 인해 실패하는 조건에서의 전력 인자 보정 성능 향상하기 위해.

제안 방법

• 왜곡된 3상 전류 파형을 고유 모드 함수(IMF)로 분해하기 위해 고유 모드 분해(EMD)를 적용하여 조화성 및 비정상성 성분을 분리한다.
• 첫 번째 IMF는 기본 주파수 성분을 나타내므로 이를 추출하여 기본 전류 파형을 재구성한다.
• 재구성된 기본 전류에 p-q 전력 이론을 적용하여 무공력 보정을 위한 보정 전류를 계산한다.
• 계산된 보정 전류를 사용하여 시너지형 주동력 보정기(APF)를 실현하여 전력계에 보정 전류를 주입한다.
• EMD 기반 접근법은 고정 주파수 가정에 의존하지 않고 실시간으로 기본 성분과 조화성 성분을 식별할 수 있다.
• 제어 시스템은 변화하는 부하 조건에 동적으로 적응하도록 설계되어 지속적이고 정확한 보정을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비선형성과 비정상성 전류 파형에서 실시간으로 기본 전류 성분을 정확히 추출하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 기존 방법에 비해 EMD는 동적 전력 시스템에서의 무공력 보정 성능을 어느 정도 향상시키는가?
• RQ3 EMD와 p-q 이론의 조합이 주동력 보정기 응용에서 조화성 및 비정상성 교란을 효과적으로 억제할 수 있는가?
• RQ4 EMD는 APF 제어 시스템의 계산 복잡도와 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 부하 조건과 고조파 왜곡 조건 하에서 제안된 방법의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• EMD는 고도로 왜곡되고 비정상적인 파형에서 기본 전류 성분을 성공적으로 분리하여 정확한 전력 인자 보정이 가능해졌다.
• 제안된 방법은 전력계 전류의 총 조화성 왜곡(THD)을 크게 감소시켜 동적 조건에서도 근접한 단일 전력 인자 성능을 달성하였다.
• EMD 기반 접근법은 복잡한 주파수 추적 알고리즘의 필요성을 제거함으로써 제어 설계를 단순화시켰다.
• p-q 이론 기반 보정은 부하 특성이 빠르게 변화하는 상황에서도 효과적인 무공력 보정을 달성하였다.
• EMD와 p-q 이론의 통합은 비선형성과 시간에 따라 변화하는 부하를 갖는 산업 전력 시스템에 적합한 강력하고 적응형 제어 전략을 제공하였다.