HVDC 고조파 필터

필터의 정의

HVDC 고조파 필터는 컨버터가 만든 고조파를 흡수하는 설비다.

이 필터는 컨버터가 소비하는 무효전력도 함께 공급한다.

시험에서는 설치 목적, 기기 영향, 필터 분류가 반복해서 출제된다.

구성과 원리

필터는 콘덴서와 리액터를 직렬로 묶은 회로다.

특정 차수 h에서 임피던스가 가장 작아져 고조파 전류가 필터로 흐른다.

h는 고조파 차수, L은 인덕턴스, C는 커패시턴스, R은 저항이다.

교류측과 직류측 필터

필터는 설치 위치에 따라 교류측과 직류측으로 나뉜다.

교류측 필터는 컨버터 교류 모선에 설치되어 11·13차를 주로 맡는다.

직류측 필터는 직류 극과 중성선 사이에서 12차 고조파를 억제한다.

능동형 필터는 응답이 빠르지만 설비비가 높다.

계산 예제

60Hz 계통에서 11차 고조파를 흡수하는 필터를 계산해 보자.

공진 주파수를 660Hz로 맞추고 공식에 대입하면 커패시턴스가 구해진다.

계산 결과 C는 약 5.8 μF다. 수 μF 수준이라 고압 필터 규모로 상식 범위다.

이 값은 출발점일 뿐이므로 실제 설계에서는 계통 임피던스와 함께 검토한다.

기기 영향과 시험 포인트

고조파가 기기에 미치는 영향은 크게 세 가지로 정리된다.

콘덴서와 직렬 리액터는 과열되고, 보호계전기는 오동작할 수 있다.

통신에는 유도장해가 생긴다. 그래서 설계에서는 공진 회피가 핵심이다.

정리

정리하자. HVDC 필터는 고조파를 억제하고 무효전력을 함께 공급한다.

교류측 필터는 11·13차, 직류측 필터는 12차를 주로 흡수한다.

고조파 공진은 계통 임피던스와 필터 사이에서 생기므로 반드시 검토한다.

앞에서 낸 문제의 정답은 11·13차다.