For grid-connected LCL-filtered inverters, the inverter-side current can be used as the control object with one current sensor for both LCL resonance damping and over-current protection, while the grid-voltage feedforward or harmonic resonant compensator is used for suppressing low-order grid current harmonics. However, it was found that the grid current harmonics were high and often beyond the standard limitations with this control. The limitations of the inverter-side current control in suppressing low-order grid current harmonics are analyzed through inverter output impedance modeling. No matter which compensator is used, the maximum magnitudes of the inverter output impedance at lower frequencies are closely related to the LCL parameters and are decreased by increasing the control delay. Then, to improve the grid current quality without complicating the control or design, this study proposes designing the filter capacitance considering the current harmonic constraint and using a PWM mode with a short control delay. Test results have confirmed the limitation and verified the performance of the improved approaches.
This study provides a robust control of a grid-connected three-phase two-level photo voltaic inverter. The introduced control method uses the cascade control strategy to regulate AC-side current and DC-link voltage. A robust controller with integration action is used for the inner-loop AC-side current control, which maximizes the convergence rate using a linear matrix inequality-based optimization design method and eliminates the offset error. The robust controller design method considers the parameter uncertainty set to accommodate parameter mismatch and un-modeled components in the inverter model. An outer-loop proportional-integral controller is used to regulate DC-link voltage with linearization of DC/AC relation. The proposed control strategy is applied to a grid-connected 100 kW photo voltaic inverter.
Under high grid impedance conditions, it is difficult to guarantee the stability of grid-connected inverters with an LCL filter designed based on ideal grid conditions. In this paper, the theoretical basis for output impedance calculation is introduced. Based on the small-signal model, the d-d channel closed-loop output impedance models adopting the converter-side current control method and the grid-side current control method are derived, respectively. Specifically, this paper shows how to simplify the stability analysis which is usually complemented based on the generalized Nyquist stability criterion (GNC). The stability of each current-controlled grid-connected system is analyzed via the proposed simplified method. Moreover, the influence of the LCL parameters on the stability margin of grid-connected inverter controlled with converter-side current is studied. It is shown that the stability of grid-connected systems is fully determined by the d-d channel output admittance of the grid-connected inverter and the inductive component of the grid impedance. Experimental results validate the proposed theoretical stability analysis.
전력전자 풀파워 컨버터 기반의 직접 구동 영구자석 동기 풍력발전 그리드 연계 시스템의 토폴로지를 기반으로 풍력터빈 모델과 그리드 측 인버터 모델을 연구하고, 기계측 정류기 제어 기반의 전류 및 속도 이중 폐쇄 루프 전략과 전류 및 전압 이중 폐쇄 루프를 기반으로 한 그리드 측 인버터 제어 전략을 설계하여 2레벨 연속 이중 폐쇄 루프 완전 제어 전략을 구현했다. MATLAB/Simulink를 이용하여 시스템 시뮬레이션 모델을 구축하였고, 풍속이 단계별로 변할 때의 장치의 동작을 시뮬레이션하였으며, 그리드 전압의 동일한 위상과 양호한 정현파 특성을 갖는 그리드 연결 전류를 출력하였다. 연결된 시스템이 안정적이고 효율적으로 실행되었다. 시뮬레이션 결과 모델의 타당성과 합리성, 제어 전략의 정확성과 타당성을 검증하였다.
This paper proposes the control method of MPPT(maximum power point tracking) for the wind energy generation system using the duty ratio control of boost type DC-DC converter. For a lower cost and a higher reliability, the wind and the generator velocity sensors are removed. MPPT control is implemented by changing the duty ratio of the boost converter. Chain rule is applied by using each function. The grid side inverter is controlled to regulate unity power factor. The proposed control method was analyzed mathematically and verified by the computer simulation using PSIM.
This study proposes a grid voltage estimation scheme without a phase delay in the voltage-sensorless control of a grid-connected inverter to enhance its economic feasibility, such as manufacturing cost and system complexity. The proposed scheme estimates grid voltages using a disturbance observer (DOB)-based current controller to control the grid-connected inverter without grid-side voltage sensors. The proposed voltage-sensorless control scheme can be applied successfully to grid-connected inverters, which should be operated with synchronization to the grid, considering the phase angle of the grid can be effectively detected through estimating the grid voltages by DOB. However, a problem associated with the phase delay in estimated grid voltages remains because the DOB has dynamic behavior similar to low-pass filter. Hence, the estimated grid voltages are compensated by a phase lead compensator to overcome the limitation. The effectiveness of the proposed control and estimation schemes is proven through simulations and experiments using a 2 kVA prototype inverter.
태양 에너지는 재생 가능하고 오염이 없는 특성으로 바람직한 에너지 원이다. 계통에 이용하기 위해서는 dc-dc 컨버터와 계통 연계 do-ac 인버터가 필요하다. dc-dc 컨버터는 태양광 시스템이 높은 dc전압에 동작하기 위하여 필요하고, 인버터는 계통에 연결하기 위하여 필요한 전압과 주파수를 만들어 내는데 필요하다. 본 논문에서는 첫째로 단상 계통 연계 인버터에서 전류 루프 전달 함수가 유도되고, 둘째로 컨버터 측에서 컨덕턴스 증가 방식의 MPPT 방식이 제안하여 인버터 측에 최대 전력을 공급하는데 있다. 시뮬레이션 결과가 계통에서 태양광 인버터 시스템의 성능과 특성을 보여준다.
This paper proposes an LCL-filter design for space vector pulse width modulation (SVM) in grid-connected three-phase inverter systems. Although there are a several studies in progress, the existing methods are erroneous because they do not focus on the other switching methods. This paper presents the design methodology for an LCL-filter that is optimized for SVM switching operations. The design procedure for the LCL-filter is presented step-by-step. The inverter-side inductor was determined by an analysis of the ripple components, mathematically. Based on the reactive power absorption ratio, the filter capacitor was determined. The grid-side inductor was determined by the ripple attenuation factor of the output current. Experimental results verify the validity of the design method for the LCL-filter.
This paper presents a control method for reducing the distortion of the grid current at a grid-connected three-level neutral point clamped (NPC) inverter. The grid current is distorted from the 5th and 7th harmonic components in the stationary frame current also the 6th harmonic component in the synchronous frame current. In this paper, the 6th harmonic component on synchronous frame is controlled by using all-pass filters (APFs) and proportional integral (PI) controllers for distortion of the grid side. When transformed the 6th harmonic component is controlled, the 5th and 7th harmonic components are reduced. The validity of the proposed control method is verified by simulation and experiment results using a 25kW three-level NPC inverter.
This paper proposes a design method of LCL-filter for a grid-connected three-phase inverter using a discontinuous PWM (DPWM) method. When using a DPWM method, many harmonic voltages are generated in the inverter output compared to a continuous PWM (CPWM) method. Therefore, an optimized grid-connected filter design is required for a DPWM method. The proposed design method provides generalized formula to design accurate LCL-filter without trial and error procedures. An inverter side inductance is designed by analyzing the current ripple injected to the grid. The Optimized parameters of LCL-filter can be designed by analyzing the total harmonic distortion (THD) and the ripple attenuation factor of the output current. The proposed LCL filter design method is demonstrated by simulation and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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