전력 품질

Electric power quality

전력 품질은 전원 공급 시스템의 전압, 주파수 및 파형이 설정된 사양에 부합하는 정도를 말합니다.양호한 전력 품질은 규정된 범위 내에 유지되는 안정적인 공급 전압, 정격 값에 가까운 일정한 AC 주파수 및 부드러운 전압 곡선 파형(사인파와 유사)으로 정의할 수 있습니다.일반적으로 전력 품질은 콘센트에서 나오는 것과 [1]콘센트에 연결된 부하 간의 호환성으로 간주하는 것이 유용합니다.이 용어는 전기 부하를 구동하는 전력과 부하가 제대로 작동하는 능력을 설명하기 위해 사용됩니다.적절한 전원이 공급되지 않으면 전기 장치(또는 부하)가 오작동하거나 조기에 고장 나거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.전력의 질이 나쁜 방법에는 여러 가지가 있으며, 이러한 품질 저하의 원인도 많이 있습니다.

전력산업은 발전(AC전력), 송전, 그리고 궁극적으로 전력 최종사용자의 구내에 있는 전력계량기에 대한 배전으로 구성된다.그런 다음 전류가 부하에 도달할 때까지 최종 사용자의 배선 시스템을 통과합니다.생산 지점에서 소비 지점으로 전기 에너지를 이동시키는 시스템의 복잡성은 날씨, 발전, 수요 및 기타 요소의 변화와 결합되어 공급의 품질이 저하될 수 있는 많은 기회를 제공한다.

"전원 품질"은 많은 사람들에게 편리한 용어이지만, 실제로 이 용어로 설명되는 것은 전력이나 전류가 아닌 전압의 품질입니다.전력은 단순히 에너지의 흐름이며 부하에 의해 요구되는 전류는 대부분 제어할 수 없습니다.

일부 대형 전기 그리드의 주파수 안정성

서론

전력의 품질은 다음과 같은 일련의 파라미터로 설명할 수 있습니다.

  • 서비스 연속성(전압이 임계값보다 낮거나 초과하여 정전 또는 정전이[2] 발생하는지 여부
  • 전압 진폭의 변화(아래 참조)
  • 과도 전압 및 전류
  • AC 전원용 파형의 고조파 함량

전력 품질을 호환성 문제로 생각하는 것이 종종 유용합니다. 그리드에 연결된 기기가 그리드 상의 이벤트와 호환되는지, 이벤트를 포함하여 그리드에 의해 공급되는 전력이 연결된 장치와 호환되는지 여부.호환성 문제에는 항상 적어도2가지 해결책이 있습니다.이 경우 전원을 청소하거나 기기의 내장해성을 높입니다.

전압 변동에 대한 데이터 처리 장치의 허용 오차는 종종 CBEMA 곡선으로 특징지어지며,[3] 이 곡선은 허용 가능한 전압 변동의 지속 시간과 크기를 제공합니다.

CBEMA 곡선

AC 전압은 유틸리티에 의해 모든 주파수에서 임피던스가 0Ω인 국가 표준(메인의 경우) 또는 시스템 사양(메인에 직접 연결되지 않은 전원 공급의 경우)에 의해 주어진 진폭과 주파수를 갖는 사인파로 공급되는 것이 이상적입니다.

편차

어떠한 실제 전원도 이상적이지 않으며 일반적으로 적어도 다음과 같은 방법으로 벗어날 수 있습니다.

전압

  • 피크 또는 루트 평균 제곱(RMS) 전압의 변동은 기기 유형에 따라 모두 중요합니다.
  • RMS 전압이 0.5 사이클 ~ 1분 동안 공칭 전압을 10 ~ 80% 초과하면 이벤트를 "스웰"이라고 합니다.
  • "딥"(영국 영어의 경우) 또는 "sag"(미국 영어의 경우 두 용어가 동일)는 반대 상황입니다. RMS 전압이 0.5 사이클에서 1분 동안 공칭 전압보다 10 ~ 90% 낮습니다.
  • RMS 전압이 공칭의 90~110% 사이에서 랜덤 또는 반복 변동하면 조명 장비에서 "플리커"라고 불리는 현상이 발생할 수 있습니다.깜박임이란 빛의 레벨이 빠르게 변화하는 것을 말합니다.바람직하지 않은 빛의 깜박임을 일으키는 전압 변동의 특성에 대한 정의는 현재 진행 중인 연구 주제이다.
  • "스파이크", "임펄스" 또는 "서지"라고 불리는 갑작스러운 매우 짧은 전압 증가는 일반적으로 큰 유도 부하가 켜지거나 번개에 의해 더 심각해지면서 발생합니다.
  • "저전압"은 공칭 전압이 1분 [4]이상 90% 미만으로 떨어질 때 발생합니다."브라운아웃"이라는 용어는 최대 출력(밝은 조명)과 정전(전원 없음 – 빛 없음) 사이의 전압 강하를 적절하게 기술합니다.시스템 장애 또는 과부하 시(보통) 가정용 조명에서 최대 밝기를 달성하기 위해 충분한 전력을 사용할 수 없는 경우 일반 백열등이 눈에 띄게 어두워지기 때문입니다.이 용어는 일반적으로 공식적인 정의는 없지만 수요를 줄이거나 시스템 가동 마진을 높이기 위해 유틸리티 또는 시스템 오퍼레이터에 의한 시스템 전압 감소를 설명하기 위해 일반적으로 사용됩니다.
  • "과전압"은 공칭 전압이 1분 [4]이상 110% 이상으로 상승할 때 발생합니다.

빈도수.

  • 주파수의 변화
  • 0이 아닌 저주파 임피던스(부하가 더 많은 전력을 소비하면 전압이 떨어짐)
  • 0이 아닌 고주파 임피던스(부하가 대량의 전류를 요구하다가 갑자기 요구를 멈추면 전원 공급 라인의 인덕턴스로 인해 전압 강하 또는 스파이크가 발생합니다.)
  • 파형 형상의 변화 – 일반적으로 저주파(일반적으로 3kHz 미만)에서는 고조파, 고주파에서는 공통 모드 왜곡 또는 상호 고조파라고 표현됩니다.

파형

  • 전압 및 전류의 진동은 이상적으로는 사인 또는 코사인 함수의 형태를 따르지만, 발생기의 결함이나 부하로 인해 변경될 수 있습니다.
  • 일반적으로 제너레이터는 전압 왜곡을 일으키고 부하는 전류 왜곡을 일으킵니다.이러한 왜곡은 공칭 주파수보다 빠른 진동으로 발생하며 이를 고조파라고 합니다.
  • 이상적인 파형의 왜곡에 대한 고조파의 상대적 기여는 THD(Total Harmonic Distribution)라고 합니다.
  • 고조파는 진동, 윙윙거림, 장비 왜곡, 변압기 손실 및 과열을 일으킬 수 있으므로 파형의 낮은 고조파 함량이 이상적입니다.

이러한 전력 품질의 문제에는 각각 다른 원인이 있습니다.일부 문제는 Shared IT 인프라로 인해 발생합니다.예를 들어, 네트워크상의 장애로 인해 일부 고객에게 영향을 미치는 하향 현상이 발생할 수 있습니다.고장 수준이 높을수록 영향을 받는 수가 증가합니다.한 고객의 사이트에서 문제가 발생하면 같은 서브시스템 상의 다른 모든 고객에게 영향을 주는 일시적인 현상이 발생할 수 있습니다.고조파 등의 문제는 고객 자신의 설치 내에서 발생하며 네트워크에 전파되어 다른 고객에게 영향을 줄 수 있습니다.고조파 문제는 우수한 설계 관행과 잘 입증된 감소 장치의 조합으로 해결할 수 있습니다.

전원 조절

전력조절이란 전력의 품질을 향상시키기 위해 전력을 변경하는 것입니다.

회선에 일시적(일시적) 상태가 있는 경우 UPS(무정전 전원 공급 장치)를 사용하여 주전원을 끌 수 있습니다.단, UPS 유닛의 가격이 저렴할수록 정현파 위에 고주파 및 저진폭 사각파를 가하는 것과 마찬가지로 전력 품질이 저하됩니다.고품질 UPS 장치는 DC로 들어오는 AC 전원을 분해하고 배터리를 충전한 다음 AC 사인파를 재제조하는 이중 변환 토폴로지를 사용합니다.이 재제조된 사인파는 원래 AC 전원 [5]공급보다 품질이 높습니다.

직렬 전압-sag 보상에 동적 전압 레귤레이터(DVR) 및 정적 동기 직렬 보상기(SSC)가 이용된다.

서지 프로텍터 또는 단순 콘덴서 또는 바리스터는 대부분의 과전압 상태로부터 보호할 수 있으며, 피뢰기는 심각한 스파이크로부터 보호할 수 있습니다.

전자 필터는 고조파를 제거할 수 있습니다.

스마트 그리드 및 전력 품질

최신 시스템은 네트워크 전체에 분산된 페이저 측정 유닛(PMU)이라는 센서를 사용하여 전력 품질을 모니터링하고 경우에 따라 자동으로 응답합니다.이러한 스마트 그리드 기능을 사용하면 네트워크 내의 이상 징후를 신속하게 감지하고 자동으로 자가 복구함으로써 전력 품질을 향상시키고 다운타임을 줄이는 동시에 간헐적 전원과 분산형 발전으로부터의 전력을 지원할 수 있습니다.이러한 기능을 사용하지 않으면 전력 품질이 저하됩니다.

압축 알고리즘

전력 품질 압축 알고리즘은 전력 품질 분석에 사용되는 알고리즘입니다.고품질의 전력 서비스를 제공하려면 전력 네트워크를 따라 서로 다른 위치에서 전력 품질(PQ)이라고도 불리는 전기 신호의 품질을 모니터링해야 합니다.전기 유틸리티는 다양한 네트워크 위치의 파형과 전류를 지속적으로 주의 깊게 모니터링하여 정전 및 정전 등 예상치 못한 이벤트의 원인이 무엇인지 파악합니다.이는 환경과 공공안전이 위험한 현장(병원, 하수처리장, 광산 등 기관)에서 특히 중요하다.

과제들

엔지니어는 전력 파형을 읽고 표시하고 파형의 파라미터를 계산하는 다양한 종류의 [6]미터를 사용합니다.예를 들어 다음과 같이 측정합니다.

  • 전류 및 전압 RMS
  • 다상 신호의 파형 간 위상 관계
  • 역률
  • 빈도수.
  • 총 고조파 왜곡(THD)
  • 액티브 파워(kW)
  • 무효 전력(kVAr)
  • 겉보기 전력(kVA)
  • 활성 에너지(kWh)
  • 반응 에너지(kVArh)
  • 겉보기 에너지(kVAh)
  • 더 많은 것

예상치 못한 이벤트를 충분히 모니터링하기 위해, Ribeiro [7]등은 이러한 파라미터를 표시하는 것만으로는 충분하지 않으며 전압 파형 데이터도 항상 캡처할 수 있다고 설명합니다.이는 "병 효과"로 알려진 많은 양의 데이터가 관련되기 때문에 실용적이지 않습니다.예를 들어, 사이클당 32개의 샘플의 샘플링 속도로 초당 1,920개의 샘플이 수집됩니다.전압과 전류 파형을 모두 측정하는 3상 미터의 경우 데이터는 6~8배입니다.최근 몇 년 동안 개발된 보다 실용적인 솔루션은 이벤트가 발생할 때(예를 들어 높은 수준의 전력 시스템 고조파가 감지될 때)에만 데이터를 저장하거나 [8]전기 신호의 RMS 값을 저장하기 위한 대안으로 데이터를 저장합니다.그러나 이 데이터가 문제의 정확한 성격을 판단하기에 항상 충분한 것은 아닙니다.

원시 데이터 압축

Nisenblat [9]등은 관심 이벤트가 식별되었는지 여부에 관계없이 하나 이상의 전력 신호의 파형을 지속적으로 저장할 수 있는 전력 품질 압축 알고리즘(손실 압축 방법과 유사)의 아이디어를 제안한다.PQZip이라고 하는 이 알고리즘은, 통상의 전원 조건하에서, 적어도 1개월, 2개월, 또는 1년의 장기간에 걸쳐 파형을 보존하기에 충분한 메모리를 프로세서에 제공합니다.압축은 신호가 수집될 때 실시간으로 수행됩니다. 압축된 데이터가 모두 수신되기 전에 압축 결정을 계산합니다.예를 들어 하나의 파라미터가 일정하게 유지되고 다른 파라미터가 변동하는 경우 압축결정은 일정데이터에서 관련된 것만 유지하고 모든 변동데이터를 유지합니다.그런 다음 다양한 파형의 주기에 걸쳐 여러 성분의 전력 신호의 파형을 분해합니다.이러한 구성요소 중 적어도 일부의 값을 서로 다른 기간에 걸쳐 개별적으로 압축함으로써 프로세스를 마무리합니다.이 실시간 압축 알고리즘은 샘플링과 독립적으로 실행되며 데이터 갭을 방지하고 일반적인 1000:1 압축률을 가집니다.

집약 데이터 압축

전력 분석기의 일반적인 기능은 특정 간격에 걸쳐 집약된 데이터 아카이브의 생성입니다.일반적으로 IEC/IEEE PQ 표준에 따라 10분 또는 1분 간격이 사용됩니다.이러한 계측기를 조작하는 동안 상당한 아카이브 크기가 생성됩니다.크라우스 외 [10]연구원으로서.렘펠-지브-마코프 체인 알고리즘, bzip 또는 기타 유사한 무손실 압축 알고리즘을 사용하여 이러한 아카이브의 압축률이 유의할 수 있음을 입증했다.실제 전력 품질 아카이브에서 저장된 시계열에 대한 예측 및 모델링을 사용함으로써 일반적으로 후처리 압축의 효율이 더욱 향상됩니다.이러한 단순화된 기술의 조합은 데이터 스토리지와 데이터 획득 프로세스 모두에서 비용 절감을 의미합니다.

표준

공급되는 전력의 품질은 국제 표준과 다른 국가에서 채택된 현지 파생 제품에 명시되어 있습니다.

EN50160은 유럽 표준 전력 품질로 AC 전원의 전압을 정의하는 다양한 파라미터에 대해 허용 가능한 왜곡 한계를 설정합니다.

IEEE-519는 북미 전력 시스템의 가이드라인입니다.이 가이드라인은 "권장 프랙티스"[11]로 정의되며 EN50160과 달리 이 가이드라인에서는 전압뿐만 아니라 전류 왜곡도 언급하고 있습니다.

IEC 61000-4-30은 전력 품질 모니터링을 위한 표준 정의 방법입니다.버전 3(2015)에는 전압 측정에만 관련된 이전 버전과 달리 전류 측정이 포함되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Von Meier, Alexandra (2006). Electric power systems: a conceptual introduction. John Wiley & Sons. p. 1. ISBN 9780470036402.
  2. ^ 에너지 저장소 협회
  3. ^ "Voltage Tolerance Boundary" (PDF). pge.com. Pacific Gas and Electric Company. Retrieved 21 June 2022.
  4. ^ a b Shertukde, Hemchandra Madhusudan (2014). Distributed photovoltaic grid transformers. p. 91. ISBN 978-1482247190. OCLC 897338163.
  5. ^ "Harmonic filtering in a data center? [A Power Quality discussion on UPS design]". DataCenterFix.com. Archived from the original on 2011-07-08. Retrieved 2010-12-14.
  6. ^ Galli; et al. (Oct 1996). "Exploring the power of wavelet analysis". IEEE Computer Applications in Power. IEEE. 9 (4): 37–41. doi:10.1109/67.539845.
  7. ^ Ribeiro; et al. (2001). "An enhanced data compression method for applications in power quality analysis". IECON '01. Nov. 29-Dec. 2, 2001, IEEE, The 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Vol. 1. pp. 676–681. doi:10.1109/IECON.2001.976594.
  8. ^ Ribeiro; et al. (Apr 2004). "An improved method for signal processing and compression in power quality evaluation". IEEE Transactions on Power Delivery. IEEE. 19 (2): 464–471. doi:10.1109/PES.2003.1270480. ISBN 0-7803-7989-6. S2CID 62578540.
  9. ^ US 7415370, Nisenblat, Pol; Broshi, Amir M. & Efrati, Ofir, 2004년 4월 18일 발행, 2006년9월 21일 발행
  10. ^ Kraus, Jan; Tobiska, Tomas; Bubla, Viktor (2009). "Lossless encodings and compression algorithms applied on power quality datasets". CIRED 2009 - 20th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution - Part 1. 20th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution, 8–11 June 2009. pp. 1–4. ISBN 978-1-84919126-5.
  11. ^ "IEEE 519-2014 - IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems". standards.ieee.org. Retrieved 2020-11-16.

문학.

  • Dugan, Roger C.; Mark McGranaghan; Surya Santoso; H. Wayne Beaty (2003). Electrical Power Systems Quality. McGraw-Hill Companies, Inc. ISBN 978-0-07-138622-7.
  • Meier, Alexandra von (2006). Electric Power Systems: A Conceptual Introduction. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0471178590.
  • Heydt, G.T. (1991). Electric Power Quality. Stars in a Circle Publications. Library Of Congress 621.3191. ISBN 978-9992203040.
  • Bollen, Math H.J. (2000). Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions. New York: IEEE Press. ISBN 0-7803-4713-7.
  • Sankaran, C. (2002). Power Quality. CRC Press LLC. ISBN 978-0-8493-1040-9.
  • Baggini, A. (2008). Handbook of Power Quality. Wiley. ISBN 978-0-470-06561-7.
  • Kusko, Alex; Marc Thompson (2007). Power Quality in Electrical Systems. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-147075-9.
  • Chattopadhyay, Surajit; Mitra, Madhuchhanda; Sengupta, Samarjit (2011). Electric Power Quality. Springer Science+Business. ISBN 978-94-007-0634-7.