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전력 전자 기술의 광범위한 적용으로 인해 전력망에서 비선형 부하의 비율이 날로 증가하고 있습니다. 이로 인해 고조파 오염이 전력 품질, 장비 안전 및 시스템 안정 운영에 영향을 미치는 핵심 문제가 되었습니다.
고조파 완화의 목적은 전력 시스템에서 비선형 부하에 의해 생성된 고조파 전류와 전압을 제거하거나 억제하여 전원 공급이 국가 표준을 준수하고 장비 수명을 연장하도록 하는 것입니다. 다음은 고조파 위험, 주요 고조파 완화 솔루션, 다양한 솔루션 비교 및 구현 권장 사항의 네 가지 측면에서 자세히 설명합니다.
부하 측의 고조파 전류는 변류기(CT)를 통해 실시간으로 수집됩니다. 그런 다음 컨트롤러는 고조파와 위상이 반대이고 진폭이 동일한 보상 전류를 계산 및 생성하여 전력망에 주입함으로써 고조파를 상쇄합니다. 이를 통해 0–2kHz 범위 내의 모든 차수 고조파에 대한 동적 보상이 가능하며, THDi를 5% 미만으로 낮춥니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 완전한 고조파 완화, 다양한 차수의 고조파를 동시에 필터링 가능, 복잡하고 가변적인 부하 시나리오에 적응 | 더 높은 비용 |
| 빠른 응답 시간, 100 μs 미만으로 보상 완료, 동적으로 변화하는 고조파 추적 가능 | 전력 전자 부품에 의존하여 수동 필터에 비해 고장률이 높음 |
| 무효 전력 보상 기능 및 3상 평형 기능을 갖추어 전체 전력 품질 향상 | 설치 및 시운전이 복잡하며, 현장 고조파 데이터를 기반으로 매개변수를 설정하는 전문가가 필요 |
병원 MRI 장비, 전자제품 제조 공장의 단결정로, 데이터 센터 또는 VFD가 밀집된 자동화 생산 라인과 같은 고정밀, 고신뢰성 애플리케이션에 적합합니다.
Sikes의 해당 제품 시리즈: APF 능동형 전력 필터
라인 리액터는 가변 주파수 드라이브(VFD)의 입력 측에 직렬로 연결됩니다. 전원 측 임피던스를 증가시켜 정류기 회로에서 발생하는 고조파 전류를 억제하고, 또한 그리드 전압의 급격한 변화가 VFD에 미치는 영향을 완화합니다. 일반적으로 임피던스 계수가 3%–5%인 리액터를 사용하면 입력 전류의 총 고조파 왜곡(THDi)을 약 35%에서 약 20%로 줄일 수 있습니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 간단한 구조, 비용 효율적 | 5차 및 7차와 같은 저차 고조파만 억제; 고주파 고조파 저감 효과는 제한적 |
| 설치가 용이하고 추가 시운전 불필요, 입력 회로에 직접 직렬 연결 가능 | 고조파를 완전히 제거할 수 없으며 THDi를 10%~20%로만 낮춰 고정밀 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 어려움 |
| 무효 전력 보상을 제공하여 입력 측 역률을 0.9 이상으로 개선 | 일정 전압 강하를 유발하며, 전부하 시 약 3%~5%의 전압 손실 발생 — 계통 마진을 고려해야 함. |
경미한 고조파 오염이 있는 소형 또는 중형 부하 시나리오에 적합합니다. 예를 들어 팬, 펌프 등에 사용되는 범용 VFD 시스템 또는 복잡한 시나리오에서의 전처리 단계로 사용됩니다.
Sikes의 해당 제품 시리즈: ACL 입력 필터
리액터와 커패시터로 구성된 동조 회로는 특정 고조파 차수에 대해 낮은 임피던스 경로를 제공하여 고조파 전류를 전력망이 아닌 필터 분기로 유도합니다. 일반적인 구성은 5차 및 7차 이중 동조 필터로, 각각 해당 고조파 차수를 필터링할 수 있습니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 선택성이 높아 특정 고조파 차수에 대해 90% 이상의 저감 효율 | 사전 설정된 고조파 차수만 필터링하며, 비특성 고조파에 대한 저감 성능이 낮음 |
| 안정적인 작동, 능동 부품 없음, 낮은 고장률, 10년 이상의 수명 | 전력 계통과 공진이 발생하기 쉬우며, 계통 임피던스 및 필터 파라미터의 정밀한 계산 필요 |
| 적당한 비용, 낮은 유지보수 요구 사항 — 정기적인 먼지 제거 및 정전 용량 값 테스트만 필요 | 상대적으로 크기가 커서 배전 공간을 일부 차지함 |
야금, 시멘트 등 산업 분야의 고전력 VFD 시스템과 같이 안정적인 고조파 특성을 가진 산업 시나리오에 적합합니다. 입력 리액터와 함께 사용하여 저감 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
Sikes의 해당 제품 시리즈: OSK 5% 고조파 필터, OSK 10% 고조파 필터, PHF 5% 고조파 필터, PHF 10% 고조파 필터, PIHF 고조파 필터, HFI 고조파 필터
| 솔루션 | 라인 리액터 | 수동 고조파 필터 | 능동 고조파 필터 |
|---|---|---|---|
| 저감 효율 | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| 비용 효율성 | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★☆☆☆☆ |
| 적용 시나리오 | 소형 또는 중형 일반 부하 | 고전력 고정 고조파 부하 | 고정밀 동적 부하 |
| 설치 | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ |
| 유지보수 | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ |
| SIKES 시리즈 | ACL | OSK, PIHF, PHF, HFI | APF |
