고조파 및 고조파 대책에 대하여

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1. 고조파란 무엇인가? 전력 시스템에서 고조파가 발생하는 근본적인 원인은 비선형 부하 때문입니다.전류가 부하를 통과할 때, 인가된 전압과 선형 관계를 이루지 못하면 비정현파 전류가 생성되고, 이로 인해 고조파가 발생합니다.고조파 주파수는 기본파 주파수의 정수배입니다. 프랑스의 수학자 푸리에(M. Fourier)의 분석 원리에 따르면, 어떤 반복되는 파형이든 기본파 주파수와 그 배수인 여러 고조파들을 포함하는 사인파 성분들로 분해될 수 있습니다.고조파는 사인파이며, 각 고조파는 서로 다른 주파수, 진폭, 위상각을 가집니다.고조파는 짝수차와 홀수차로 구분할 수 있습니다. 3차, 5차, 7차와 같이 홀수 번호가 붙은 것은 홀수차 고조파이며, 2차, 4차, 6차, 8차 등은 짝수차 고조파입니다. 예를 들어, 기본파의 주파수가 50Hz일 경우, 2차 고조파의 주파수는 100Hz가 되고, 3차 고조파의 주파수는 150Hz가 됩니다.일반적으로, 홀수 차수 고조파가 일으키는 해악이 짝수 차수 고조파보다 더 많고 크습니다.균형 잡힌 3상 시스템에서는 대칭성 때문에 짝수 차수 고조파가 제거되고, 홀수 차수 고조파만 존재합니다.삼상 정류 부하의 경우, 발생하는 고조파 전류는 6n±1차 고조파입니다. 예를 들어 5, 7, 11, 13, 17, 19 등이 있으며, 인버터는 주로 5차 및 7차 고조파를 생성합니다. ““고조파”라는 용어는 음향학에서 유래했습니다.조화파에 관한 수학적 분석은 18세기와 19세기에 이미 좋은 기반이 마련되었습니다.푸리에 등이 제안한 고조파 분석 방법은 오늘날까지도 널리 사용되고 있다.전력 시스템의 고조파 문제는 1920년대와 1930년대에 이미 사람들의 관심을 끌었습니다.당시 독일에서는 정지형 수은아크 변환기를 사용함으로써 전압 및 전류 파형의 왜곡이 발생했습니다.1945년 J.C. Read가 발표한 변환기 고조파에 관한 논문은 초기 고조파 연구의 고전적인 논문입니다.1950년대와 60년대에 이르러 고압 직류 송전 기술의 발전으로 인해, 변환기가 전력계통의 고조파 문제를 일으킨다는 내용의 많은 논문들이 발표되었습니다.1970년대 이후, 전력전자 기술의 급속한 발전으로 인해 각종 전력전자 장치들이 전력 시스템, 산업, 교통 및 가정에서 점점 더 널리 사용되고 있으며, 고조파로 인한 피해도 날로 심각해지고 있습니다.세계 각국은 고조파 문제에 충분한 관심을 기울이고 있습니다.국제적으로 고조파 문제와 관련된 여러 학술회의가 개최되었으며, 많은 ** 및 국제학술기구들이 전력계통의 고조파와 전기기기에서 발생하는 고조파를 제한하기 위한 기준과 규정을 마련했습니다.고조파 연구의 의의는, 도덕적으로는 고조파의 해악이 매우 심각하기 때문입니다.고조파는 전력의 생산, 송전, 이용 효율을 떨어뜨리고, 전기 기기가 과열되거나 진동과 소음이 발생하게 하며, 절연체를 노화시켜 수명을 단축시키고 심한 경우 고장이나 소손을 일으키기도 합니다.고조파는 전력 시스템에서 국부적인 병렬 공진 또는 직렬 공진을 일으켜 고조파 함량을 증폭시킴으로써 커패시터 등의 장비가 타버리게 할 수 있습니다.고조파는 또한 계전기 보호 및 자동 장치의 오작동을 일으켜 전력 계량에 혼란을 초래합니다.전력 시스템 외부에서는 고조파가 통신 장비와 전자 장비에 심각한 간섭을 일으킵니다. 2. 고조파 억제 전력전자장치 및 기타 고조파 발생원으로 인한 고조파 오염 문제를 해결하기 위해 두 가지 기본적인 접근법이 있다. 하나는 고조파 보상장치를 설치하여 고조파를 보상하는 것으로, 이 방법은 모든 종류의 고조파 발생원에 적용 가능하다；또 다른 방법은 전력전자장치 자체를 개조하여 고조파가 발생하지 않도록 하고, 역률을 1로 제어할 수 있게 하는 것입니다. 물론 이 방법은 주된 고조파 원인이 되는 전력전자장치에만 적용될 수 있습니다. 고조파 보상 장치를 설치하는 전통적인 방법은 LC 조율 필터를 사용하는 것입니다.이 방법은 고조파와 무효전력을 모두 보상할 수 있으며, 구조도 간단하여 오랫동안 널리 사용되어 왔습니다.이 방법의 주요 단점은 보상 특성이 전력망의 임피던스와 운전 상태의 영향을 받아 시스템과 병렬 공진이 쉽게 발생하고, 이로 인해 고조파가 증폭되어 LC 필터가 과부하되거나 심지어 손상될 수 있다는 것입니다.또한, 고정 주파수의 고조파만 보상할 수 있으며, 보상 효과도 그리 이상적이지 않습니다. 3. 무효전력 보상 유효전력에 대해서는 이해하기가 매우 쉽지만, 무효전력을 제대로 이해하는 것은 결코 쉽지 않습니다.정현파 회로에서는 무효전력의 개념이 명확하지만, 고조파가 포함된 경우에는 아직까지 공인된 무효전력의 정의가 존재하지 않습니다.하지만 무효전력이라는 개념의 중요성과 무효보상의 중요성에 대한 인식은 일치합니다. 무효전력 보상에는 기본파 무효전력 보상과 고조파 무효전력 보상이 포함되어야 한다.무효전력은 전력공급시스템과 부하의 운영에 매우 중요합니다.전력 시스템 네트워크 구성요소의 임피던스는 주로 유도성입니다.따라서 대략적으로 말하자면, 유효전력을 전달하기 위해서는 전력을 공급하는 쪽과 받는 쪽의 전압에 위상차가 있어야 하며, 이는 상당히 넓은 범위 내에서 실현될 수 있습니다；무효전력을 송전하기 위해서는 양단 전압에 진폭 차이가 있어야 하는데, 이는 매우 좁은 범위 내에서만 실현될 수 있습니다.대부분의 네트워크 구성요소가 무효전력을 소모할 뿐만 아니라, 대부분의 부하도 무효전력을 소모해야 합니다.네트워크 구성요소와 부하에 필요한 무효전력은 네트워크의 어딘가에서 공급받아야 한다.분명히, 이러한 무효전력을 모두 발전기에서 공급하여 장거리로 전송하는 것은 비합리적이며, 보통은 불가능합니다. 합리적인 방법은 무효전력을 소비해야 하는 곳에서 무효전력을 생성하는 것이며, 이것이 바로 무효전력 보상입니다. 무효전력 보상의 주요 역할은 다음과 같습니다: (1) 전력공급 및 사용 시스템과 부하의 역률을 향상시켜 설비 용량을 줄이고 전력 손실을 감소시킵니다. (2) 수전단 및 전력망의 전압을 안정시켜 전력 공급 품질을 향상시킨다.장거리 송전선로의 적절한 위치에 동적 무효전력 보상 장치를 설치하면 송전 시스템의 안정성을 향상시키고 송전 능력을 높일 수 있다. （3） 전철화 철도 등 3상 부하가 불균형한 경우, 적절한 무효전력 보상을 통해 3상의 유효 및 무효 부하를 균형 있게 할 수 있다.