This paper proposes a simple control strategy based on the discontinuous PWM (DPWM) to balance the DC-link voltage of three-level neutral-point-clamped (NPC) inverter at low modulation index. It introduces new DPWM methods in multi-level inverter and one of them is used for balancing the DC-link voltage. The current flowing in the neutral point of the DC-link causes the fluctuation of the DC-link voltage of the NPC inverter. The proposed DPWM method changes the path and duration time of the neutral point current, which makes the overall fluctuation of the DC-link voltage zero during a sampling time of the reference voltage vector. Therefore, by using the proposed strategy, the voltage of the DC-link can be balanced fairly well and the voltage ripple of the DC-link is also reduced significantly. Moreover, comparing with conventional methods which have to perform the complicated calculation, the proposed strategy is very simple. The validity of the proposed DPWM method is verified by the experiment.
Multi-level inverters are now receiving widespread interest form the industrial drives for high power variable speed applications. Especially, for the high power variable speed applications, a diode clamped multi-level inverter has been widely used. However, it has the inherent problem that the voltage of the link capacitors fluctuates. This paper describes a voltage control scheme effectively to suppress the DC-link potential fluctuation for a diode clamped four-level inverter. The current to flow from/into the each link capacitor is analyzed and the operation limit is obtained when a conventional SVPWM is used. To overcome the operation limit, a modified carrier-based SVPWM is proposed. Various simulation and experiment results are presented to verify the proposed voltage control scheme for DC-link voltage balancing.
This paper applies carrier phase shifted pulse-width modulation (CPS-PWM) to transformerless modular multilevel converters (MMC) to improve the output spectrum. Because the MMC topology is characterized by the double-star connection of six legs consisting of cascaded modular chopper cells with floating capacitors, the balance control of the DC-link capacitor voltage is essential for safe operation. This paper presents a leg-balancing control strategy to achieve DC-link voltage balance under all operating conditions. This strategy based on circulating current decoupling control focused on DC-link balancing between the upper and lower legs in each phase pair by considering the six legs as three independent phase-pairs. Experiments are implemented on a 100-V 3-kVA downscaled prototype. The experimental results show that the proposed leg-balancing control is both effective and practical.
전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.159-164
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1998
This paper proposes a SVPWM (space vector pulse width modulation) strategy for a multi-level voltage source inverter. This strategy is easily implemented as SPWM (sinusoidal pulse width modulation) and has the same DC-link voltage utilization as general SVPWM. The method to keep the voltage balancing of DC-link also is proposed by the analysis model of DC-link voltage fluctuation. The usefulness of the proposed SVPWM is verified through the simulation.
Multilevel active neutral-point-clamped (ANPC) converter combines the advantages of three-level ANPC converter and multilevel flying capacitor (FC) converter. However, multilevel ANPC converter often suffers from capacitor voltage balancing problems. In order to solve the capacitor voltage balancing problems for five-level ANPC converter, phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) is used, which generally provides natural voltage balancing ability. However, the natural voltage balancing ability depends on the load conditions and converter parameters. In order to eliminate voltage deviations under steady-state and dynamic conditions, the active voltage-balancing control (AVBC) methods of floating capacitors and dc-link capacitors based on PS-PWM are proposed. First, the neutral-point current is regulated to balance the neutral-point voltage by injecting zero-sequence voltage. After that, the duty cycles of the redundant switch combinations are adjusted to balance the floating-capacitor voltages by introducing moderating variables for each of the phases. Finally, the effectiveness of the proposed AVBC methods is verified by experimental results.
This paper presents the control algorithm of a single-phase AC/DC/AC PWM converter for the linear compressor of a refrigerator. The AC/DC/AC converter consists of a full-bridge PWM converter for the control of the input power factor and a half-bridge PWM inverter for the control of the single-phase linear compressor. At the DC-link of this topology, two capacitors are connected in series. These DC-link voltages must be balanced for safe operation. Thus, a new control method of DC voltage balancing for the half-bridge PWM inverter is proposed. The balancing algorithm uses the Integral-Proportional controller and inserts the DC-offset current at the Proportional-Resonant current controller of the inverter to solve the DC-link unbalanced voltages between the two capacitors. The proposed algorithm can be easily implemented without much computation and additional hardware circuit. The usefulness of the proposed algorithm is verified through several experiments.
In this paper, we present a new SVPWM strategy for a 3-level inverter. This SVPWM method is easily implemented without switching table like SVPWM. In addition, with proposed method, we can also keep the voltage balancing of DC-link capacitors and guarantee minimum on/off time of the devices. The principle of the proposed SVPWM method is described in detail, and its implementation method is also proposed. The usefulness of the proposed SVPWM method is verified through the simulation using MATLAB/Simulink.
This paper proposes a balancing control of DC-link voltages of a H-bridge multilevel inverter for STATCOM application. Individual DC link voltage is controlled by simply adjusting the d-q voltage reference through a PI controller in each cell while the main controller carries out the reactive power control. The correctness and effectiveness of the method are validated by PSIM simulation with unbalanced load condition data taken from a typical arc furnace load, showing the adverse effects of load unbalance to DC link voltage significantly suppressed.
This paper proposes a DC-link voltage balance controller using the fourth-phase of a three-level neutral-point clamped (NPC) PWM converter with medium vector selection (MVS) PWM for common-mode voltage reduction. MVS PWM makes the voltage reference by synthesizing the voltage vectors that cannot generate common-mode voltage. This PWM method is effective for reducing the EMI noise emitted from converter systems. However, the DC-link voltage imbalance problem is caused by the use of limited voltage vectors. Therefore, in this paper, the effect of MVS PWM on the DC-link voltage of a three-level NPC converter is analyzed. Then a proportional-derivative (PD) controller for the DC-link voltage balance is designed from the DC-link modeling. In addition, feedforward compensation of the neutral point current is included in the proposed PD controller. The effectiveness of the proposed controller is verified by experimental results.
The cascaded multilevel converter is widely adopted to medium/high voltage and high power electronic applications due to the small harmonic components of the output voltage and the facilitation of modularity. In this paper, the operation principle of a T-type H-bridge topology is investigated in detail, and a carrier phase shifted pulse width modulation (CPS-PWM) based control method is proposed for this topology. Taking a virtual five-level waveform achieved by a unipolar double frequency CPS-PWM as the output object, PWM signals of the T-type H-bridge can be obtained by reverse derivation according to its switching modes. In addition, a control method for the T-type H-bridge based cascaded multilevel converter is introduced. Then a single-phase T-type H-bridge cascaded multilevel static var generator (SVG) prototype is built, and a repetitive controller based compound current control strategy is designed with the DC-link voltage balancing control scheme analyzed. Finally, simulation and experimental results validate the correctness and feasibility of the proposed modulation method and control strategy for T-type H-bridge based cascaded multilevel converters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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