본 논문에서는 전동기 구동장치를 선정하여 리액터 용량 및 종류, 부하의 크기에 따라 고조파 왜형률 변화추이를 검토하여 선박 및 해양플랜트에 적용 가능한 최적의 용량선정 근거를 마련하였다. AC라인 리액터와 DC링크 리액터는 가변주파수 구동장치 입력전류의 고조파를 크게 저감시키는 역할을 하며, 동일한 효과를 얻기 위한 DC링크 리액터의 인덕턴스가 AC라인 리액터 인덕턴스의 약 1.7배가 되어야 한다는 것을 시뮬레이션을 통하여 고찰하였다. 소프터웨어 PSIM을 활용하여 각 상황에 따른 전류 고조파 왜형률을 분석하였다.
This paper studies the harmonic characteristics of ship electric propulsion systems and their treatment methods. It also adopts effective measures to suppress and prevent ship power systems from affecting ship operation due to the serious damage caused by harmonics. Firstly, the harmonic characteristics of a ship electric propulsion system are reviewed and discussed. Secondly, aiming at problems such as resonant frequency and filter characteristics variations, resonance point migration, and unstable filtering performances in conventional passive filters, a method for fully tuning of a passive dynamic tunable filter (PDTF) is proposed to realize harmonic suppression. Thirdly, to address the problems of the uncontrollable inductance L of traditional air gap iron core reactors and the harmonics of power electronic impedance converters (PEICs), this paper proposes an electromagnetic coupling reactor with impedance transformation and harmonic suppression characteristics (ECRITHS), with the internal filter (IF) designed to suppress the harmonics generated by PEICs. The ECRITHS is characterized by both harmonic suppression and impedance change. Fourthly, the ECRITHS is investigated. This investigation includes the harmonic suppression characteristics and impedance transformation characteristics of the ECRITHS at the fundamental frequency, which shows the good performance of the ECRITHS. Simulation and experimental evaluations of the PDTF are carried out. Multiple PDTFs can be configured to realize multi-order simultaneous dynamic filtering, and can effectively eliminate the current harmonics of ship electric propulsion systems. This is done to reduce the total harmonic distortion (THD) of the supply currents to well below the 5% limit imposed by the IEEE-519 standard. The PDTF also can eliminate harmonic currents in different geographic places by using a low voltage distribution system. Finally, a detailed discussion is presented, with challenges and future implications discussed. The research results are intended to effectively eliminate the harmonics of ship electric power propulsion systems and to improve the power quality of ship power systems. This is of theoretical and practical significance for improving the power quality and power savings of ship power systems.
직류전동기는 속도제어가 간단하고, 출력 토크특성이 우수한 장점으로 윈치나 카고 펌프 모터 등으로 선박에서 많이 사용되었으며, 전기추진선박이 도입된 초기에는 선박용 추진전동기로도 적용되었다. 하지만 브러시와 정류기와 같은 기계적 정류장치의 단점으로 인해 최근에는 직류전동기와 전기적인 특성은 매우 유사하지만 기계적인 정류장치를 설치하지 않고 반도체 소자를 이용한 전자적인 정류장치를 사용하는 브러시리스 직류전동기의 사용이 증가하고 있다. 기존의 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 인버터 시스템은 2상여자방식을 사용하므로 역기전력파형이 사다리꼴모양으로 되며, 이로인해 전류가 흐르는 권선이 바뀌는 상전류 전환 구간에서 고조파와 토크리플이 발생하게 된다. 이러한 고조파와 토크리플을 저감하기 위한 다양한 방안이 연구되어 발표되었으며, 본 연구에서는 전력분석프로그램을 이용하여 브러시리스 직류전동기의 구동회로에 비례적분 속도전류제어기 알고리즘을 구현한 Cascaded H-Bridge 멀티레벨 인버터를 적용하였다. 모델링한 브러시리스 직류전동기의 시뮬레이션을 통해 제안하는 전동기의 구동방식을 적용하는 경우에 기존의 구동방식에 비해 전동기 입력측 전압파형 개선과 고조파 및 토크리플이 현저히 저감되는 결과를 확인할 수 있었다.
This paper describes an effort to develop a simulator of Active Power Filter (APF) by three dimentional(3-D) space current co-ordinate. System current is represented by 3-D vector composed of three current components - active, reactive and distorted. %THD (%Total Harmonics Distortion) can be converted to height-angle of system current vector and power factor can be defined on 3-D space current co-ordinate without loss of generality. Current of APF and power system can be analyzed by 3-D visualization of current vector trajectory. So, the computer simulation results show that the proposed method by 3-D space current co-ordinate make up for disadvantages of performance evaluation on time / frequency domain.
This paper presents the on-line current controller tuning method of grid-connected inverter using PSO(particle swarm optimization) technique for minimizing the harmonic current. Synchronous frame PI current regulator is commonly used in most distributed generation. However, due to the source voltage distortion, specially in weak AC power system, current may contain large harmonic components, which increase THD(total harmonic distortion) and deteriorates power quality. Therefore, some tuning method is necessary to improve response of current controller. This paper used the PSO technique to tune the current regulator and through simulation and experiments, usefulness of the tuning method has been verified. Especially in simulating the tuning process, ASM(average switching model) of inverter is used to shorten execution time.
This paper deals with the performance analysis of static compensator (STATCOM) based voltage regulator for selfexcited induction generators (SEIGs) supplying balanced/unbalanced and linear/ non-linear loads. In practice, most of the loads are linear. But the presence of non-linear loads in some applications injects harmonics into the generating system. Because an SEIG is a weak isolated system, these harmonics have a great effect on its performance. Additionally, SEIG's offer poor voltage regulation and require an adjustable reactive power source to maintain a constant terminal voltage under a varying load. A three-phase insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter (CC- VSI) known as STATCOM is used for harmonic elimination. It also provides the required reactive power an SEIG needs to maintain a constant terminal voltage under varying loads. A dynamic model of an SEIG-STATCOM system with the ability to simulate varying loads has been developed using a stationary d-q axes reference frame. This enables us to predict the behavior of the system under transient conditions. The simulated results show that by using a STATCOM based voltage regulator the SEIG terminal voltage can be maintained constant and free from harmonics under linear/non linear and balanced/unbalanced loads.
In this paper, the development of a cost-effective active power filter/uninterruptible power supply (APF/UPS) system with seamless mode transfer is described. The proposed scheme employs a pulse-width-modulation (PWM) voltage-source inverter and has two operational modes. First, when the source voltage is normal, the system operates as an APF, which compensates for the harmonics and power factor while boosting the DC-link voltage to be ready for the disturbance, without an additional DC charging circuit. A simple algorithm to detect the load current harmonics is also proposed. Second, when the source voltage is out of the normal range (owing to sag, swell, or outage), it operates a UPS, which controls the output voltage constantly by discharging the DC-link capacitor. Furthermore, a seamless transfer method for the single-phase inverter between the APF mode and the UPS mode is also proposed, in which an IGBT switch with diodes is used as a static bypass switch. Dissimilar to a conventional SCR switch, the IGBT switch can implement a seamless mode transfer. During the UPS operation, when the source voltage returns to the normal range, the system operates as an APF. The proposed system has good transient and steady-state response characteristics. The APF, charging circuit, and UPS systems are implemented in one inverter system. Finally, the validity of the proposed scheme is investigated with simulated and experimental results for a prototype APF/UPS system rated at 3 kVA.
In recent years, the induction machines are increasingly being used as self-excited induction generators (SEIG). This generator is especially widely employed for small-scale power plants driven by renewable energy sources. The application of power electronic components in the induction generator control (IGC) and the loading of SEIG using nonlinear loads will generate harmonic currents. This paper analyzes the propogation of harmonic currents on the SEIG with nonlinear loads. Transfer function method in the frequency domain is used to calculate the gain and phase angle of each harmonic current component which are generated by a nonlinear loads. Through the superposition approach, this method has also been used to analyze the propagation of harmonic currents from nonlinear load to the stator windings. The simulation for the propagation of harmonic currents for a 4 pole, 1.5 kW, 50Hz, 3.5A, Y-connected, rotor-cage SEIG with energy-saving lamps, have provided results almost the same with the experiment. It can prove that the validity of the proposed models and methods. The study results showed that the propagation of harmonic currents on the stator windings rejects high order harmonics and attenuates low order harmonics, consequently THDI diminish significantly on the stator windings.
Power transformers are applied throughout the power system to connect systems of different voltage to one another. Since a ratio differential relay offers high sensitivity in detection of internal faults in power transformers, it is widely used in the main protection system. The use of nonlinear devices such as rectifiers and other devices utilizing solid state switching have been increased in industry during recent years. For nonlinear loads, the load current is not proportional to the instantaneous voltage. This situation creates harmonic distortion on the system. The harmonic could differential relay misoperation if not recognized. This paper aims at analyzing and probing into the influences of harmonics on a ratio differential relay for power transformer protection.
Power quality has always been a concern of power engineers. Certainly an argument can be successfully made that most parts of power engineering have the ultimate objective to improve power quality. AC motors were widely used in industrial and domestic applications. Generally, AC motors were of two types: Induction and Synchronous motors. In motor many parameters like different load cycling, switching, working in hot weather and unbalances creates harmonics which creates major reasons for temperature rise of the motors. Due to high peak value of voltage, harmonics can weaken insulation in cables, windings and capacitors and different electronic components. Higher value of harmonics increase the motor current and decrease the power factor which will reduce the life time of the motor and increase the overall rating of all electrical equipments. Harmonics reduction of all the motors in India will save more power. Coating of windings of the motor with nano fillers will reduce the amount of harmonics in the motor. Based on the previous project works, actions were taken to use the enamel filled with various nano fillers for the coating of the windings of the different AC motors. Ball mill method was used to convert the micro particles of Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2 and ZnO into nano particles. SEM, TEM and XRD were used to augment the particle size of the powder. The synthesized nano powders were mixed with the enamel by using ultrasonic vibrator. Then the enamel mixed with the nano fillers was coated to the windings of the several AC motors. Harmonics were measured in terms of various indices like THD, VHD, CHD and DIN by using Harmonic analyzer. There are many other measures and indices to describe power quality, but none is applicable in all cases and in many instances, these indices may hide more than they show. Sometimes power quality indices were used as a basis of comparison and standardization. The efficiency of the motors was increased by 5 – 10 %. The thermal withstanding capacity of the motor was increased by 5º to 15º C. The harmonics of the motors were reduced by 10 – 50%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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