Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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A Study on Harmonic Reduction of Single-phase UPS with Variable Passive Harmonic Filters

가변형 수동 고조파 필터에 의한 단상 무정전전원장치의 고조파 저감에 관한 연구

  • Received : 2019.06.07
  • Accepted : 2019.06.25
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

This paper proposes a variable passive harmonic filter for reduction and improvement of harmonics and power factor of single-phase uninterruptible power supply(UPS) with full bridge rectifier. Recently, UPSs have excellent harmonic and power factor operation characteristics by applying 2-level or more levels of power conversion methods. On the other hand, the single-phase UPS of the full bridge rectifier seriously causes the third, fifth, and seventh harmonics, and the power factor reduction on the grid side. Therefore, we present a variable passive harmonic filter for eliminating (2n+1) order harmonics and improving the power factor generated by the full bridge rectifier operation. In order to evaluate the performance of the proposed variable harmonic filter, the its validity is verified by various simulations and experiments.

본 논문에서는 정류 브리지 다이오드를 갖는 단상 무정전전원장치의 전원측 고조파 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안한다. 2레벨 이상의 전력변환방식을 적용한 무정전전원장치는 전원측 고조파 및 역률 특성이 우수한 반면, 전 브리지 방식의 무정전전원장치는 전원측에 제 3고조파, 제 5고조파, 제 7고조파 및 역률 저하를 심각하게 야기한다. 이에 따라 단상 전 브리지 동작에 의해 야기된 (2n+1)차 고조파 제거 및 역률 개선을 위한 가변형 고조파 필터를 제안하고자 한다. 제안한 가변형 고조파 필터의 성능을 평가하기 위해 다양한 시뮬레이션과 실험을 진행하여 타당성을 검증하였다.

Keywords

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Fig. 1. Power factor Improvement of the series reactor and the condenser. 그림 1. 직렬리액터와 콘덴서군의 역률 개선

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Fig. 2. Harmonics occurrence and shift in a three-phase three-wire transformer. 그림 2. 3상 3선식 변압기에서의 고조파 발생 및 이동

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Fig. 3. Harmonics occurrence and shift in a three-phase four-wire transformer. 그림 3. 3상 4선식 변압기에서의 고조파 발생 및 이동

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Fig. 4. Single-phase UPS system configuration with full bridge rectifier. 그림 4. 전파 정류회로를 갖는 단상 UPS 시스템 구성도

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Fig. 5. Simplified equivalent circuit of grid side with LLC filter. 그림 5. LLC 필터를 갖는 간략화된 전원측 등가회로

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Fig. 6. Equivalent circuit for single-phase full bridge rectifier circuit. 그림 6. 단상 전파 정류회로의 등가회로

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Fig. 7. Simulation block diagram with a LLC filter. 그림 7. LLC 필터를 갖는 시뮬레이션 블록도

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Fig. 8. Waveforms of LLC filter for reducing 3rd harmonic component, (a) FFT result of phase current, (b) waveforms of phase current, grid voltage and DC link voltage. 그림 8. 3차 고조파 제거를 위한 LLC필터의 시뮬레이션 결과, (a) 상전류의 FFT 결과, (b) 상전류, 계통전압 및 직류단 전압의 파형

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Fig. 9. Waveforms of LLC filter for reducing 5th harmonic component, (a) FFT result of phase current, (b) waveforms of phase current, grid voltage and DC link voltage. 그림 9. 5차 고조파 제거를 위한 LLC필터의 시뮬레이션 결과, (a) 상전류의 FFT 결과, (b) 상전류, 계통전압 및 직류단 전압의 파형

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Fig. 10. Experimental setup. 그림 10. 실험 장치

Table 1. Simulation results before and after the filter. 표 1. 필터 전/후의 시뮬레이션 결과

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Table 2. Test results according to load conditions. 표 2. 부하조건에 따른 실험 결과

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