가변 주파수 대응 운전이 가능한 동기 위상 반송파 기반 SVC 능동 역률 제어 기법

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 전력계통에서 발생하는 진상 무효전력에 따른 역률 저하 문제에 대응하기 위해 동기 위상 반송파 기반의 사이리스터 제어 리액터(Thyristor Controlled Reactor, TCR) 역률 제어 기법을 제안하고, 이를 모의실험 및 하드웨어 실험을 통해 그 성능을 검증하였다. 특히 전원 주파수 변동 환경에서도 안정적인 역률 제어가 가능하도록 가변 주파수 대응 운전이 가능한 제어 구조를 적용하였다.
정지형 무효전력 보상기(Static Var Compensator, SVC) 중 TCR은 사이리스터의 점호각 제어를 통해 지상 무효전력을 흡수함으로써 진상 역률을 효과적으로 개선할 수 있는 설비이다. 그러나 기존의 TCR 제어 방식은 목표 무효전력 또는 역률에 따라 최적 점호각을 실시간으로 계산해야 하며, 이 과정에서 삼각함수 연산 및 반복적인 최적화 계산이 요구된다. 이러한 특성으로 인해 연산 자원이 제한된 마이크로프로세서 기반 제어 시스템에서는 실시간 제어 구현에 한계가 존재한다.
이에 본 논문에서는 전원 전압과 위상이 동기화된 반송파를 생성하고 이를 기반으로 사이리스터의 점호 신호를 직접 생성함으로써, 점호각의 수치적 계산 과정 없이 TCR의 실시간 제어가 가능한 동기 위상 반송파 기반 제어 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 제어 구조가 단순하며, 전원 주파수 변화에 따라 반송파가 자동으로 동기화되므로 가변 주파수 환경에서도 안정적인 점호각 제어가 가능하다.
제안한 제어 기법의 타당성과 성능을 검증하기 위해 시뮬레이션 환경에서의 모의실험과 실제 하드웨어 기반의 실험을 수행하였으며, 각 실험 결과를 통해 역률 개선 성능과 주파수 변동에 대한 대응 특성을 분석하였다. 실험 결과, 제안한 제어 기법은 점호각 계산 없이도 SVC의 실시간 제어가 가능함을 확인하였으며, 특히 전원 주파수 변동 조건에서도 안정적인 역률 제어 성능을 유지함을 검증하였다. 이를 통해 본 논문에서 제안한 동기 위상 반송파 기반 TCR 제어 기법이 진상 무효전력 발생에 따른 역률 저하 문제에 효과적으로 대응할 수 있으며, 전 대역 주파수에서 운전 가능한 실용적인 역률 개선 기법임을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구의 필요성 및 목적 4
• 1.3 논문의 구성 5
• 제2장 TCR의 가변 주파수 대응 운전을 위한 동기 위상 반송파 기반의 제어 기법 7
• 2.1 TCR의 구조와 동작원리 7
• 2.2 제안하는 동기 위상 반송파 기반의 제어 기법 10
• 2.2.1 주파수 가변 대응을 위한 동기 위상 반송파 생성 원리 11
• 2.2.2 동기 위상 반송파를 활용한 사이리스터의 점호각 제어 13
• 제3장 제안하는 기법의 제어 유효성 검증 모의실험 및 결과 분석 24
• 3.1 모의실험 환경 구성 및 적용된 다양한 파라미터 24
• 3.2 다양한 조건에서 제안하는 기법의 모의실험 25
• 3.2.1 주파수 고정 환경의 모의실험에 적용된 조건 25
• 3.2.2 주파수 고정 환경의 모의실험 결과 26
• 3.2.3 주파수 가변 환경의 모의실험에 적용된 조건 32
• 3.2.4 주파수 가변 환경의 모의실험 결과 33
• 제4장 하드웨어를 활용한 실험 및 결과 분석 38
• 4.1 실험을 위한 TCR이 적용된 3상 4선식 하드웨어 제작 38
• 4.2 다양한 조건에서의 실험 및 결과 분석 39
• 4.2.1 주파수 고정 환경의 실험 결과 39
• 4.2.2 주파수 가변 환경에서의 실험 결과 48
• 제5장 결 론 54
• 참고문헌 56
• ABSTRACT 60