고조파 장해를 방지하기 위해 설치하는 수동필터와 능동필터의 특징 비교

 

고조파 장해를 방지하기 위해 설치하는 수동필터와 능동필터의 특징 비교

 

 

 

1. 서론

 

전기 시스템에서 고조파 장해는 전력 품질을 저하시키고, 장비의 오작동 및 손상을 초래할 수 있는 중요한 문제입니다. 이를 방지하기 위해 수동필터와 능동필터를 설치하는 방법이 일반적으로 사용됩니다.

 

2. 수동필터 (Passive Filter)

 

수동필터는 인덕터(L)와 커패시터(C)의 수동 소자들을 조합하여 고조파를 차단하거나 감소시키는 방식입니다.

구조의 간단함: 수동필터는 RLC 소자의 조합으로 구성되며, 구조가 비교적 단순합니다.
특정 주파수 타겟팅: 특정 고조파 주파수(주로 5차, 7차 등)를 목표로 설계되어 해당 고조파를 효과적으로 제거합니다.
비용 효과적: 초기 설치 비용이 낮고, 유지보수가 간단하며 장기간 운영 시 경제적입니다.
전력 손실: 필터 소자에 의한 저항 성분으로 인해 일부 전력 손실이 발생할 수 있습니다.
고정 특성: 주파수 특성이 고정되어 있어 부하 변화에 따른 고조파 변동에 유연하게 대응하지 못합니다.
신뢰성: 단순한 구조로 인해 신뢰성이 높고, 고장이 적습니다.

 

 

3. 능동필터 (Active Filter)

 

능동필터는 전력전자 소자와 제어 알고리즘을 사용하여 실시간으로 고조파를 감지하고 보상하는 방식입니다.

고성능: 다양한 고조파 주파수 대역을 실시간으로 감지하고 보상할 수 있어, 고조파 제거 효과가 뛰어납니다.
적응성: 부하의 변화에 실시간으로 대응하여 고조파를 보상할 수 있습니다.
복잡한 구조: IGBT, MOSFET 등의 전력전자 소자와 DSP 등의 제어 시스템이 필요하여 구조가 복잡합니다.
높은 설치비용: 초기 설치 비용이 높고, 유지보수 비용도 상대적으로 많이 소요됩니다.
정밀 제어: 실시간 고조파 분석 및 보상을 통해 매우 정밀한 고조파 제어가 가능합니다.
다기능: 고조파 보상 외에도 무효전력 보상, 전압 변동 보상 등의 전력 품질 개선 기능을 제공할 수 있습니다.

 

 

4. 결론

 

수동필터와 능동필터는 각각의 장단점이 있으며, 설치 환경과 요구 사항에 따라 적절히 선택해야 합니다. 수동필터는 경제적이고 신뢰성이 높으며 특정 주파수의 고조파 제거에 효과적입니다. 반면, 능동필터는 고성능의 실시간 고조파 보상과 다기능 전력 품질 개선 기능을 제공하지만, 초기 설치 및 유지보수 비용이 높습니다. 따라서 고조파 장해 방지를 위해서는 시스템의 요구 사항과 예산을 종합적으로 고려하여 적합한 필터를 선택하는 것이 중요합니다.

 

 

5. 출처

 

Muhammad H. Rashid, "Power Electronics: Circuits, Devices & Applications," Pearson.
Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design," Wiley.
Akagi, H., "Active Harmonic Filters," Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 12, pp. 2128-2141, Dec. 2005.
Peng, F. Z., "Harmonic sources and filtering approaches," IEEE Industry Applications Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 18-25, Jul/Aug 2001.
한국전기기술인협회 자료.