A 3 kW grid-tied PV inverter with Gallium nitride high-electron mobility transistor (GaN HEMT) for domestic commercialization was developed using boost converter and full-bridge inverter with LCL filter topology. Recently, many GaN HEMTs are manufactured as surface mount packages because of their lower parasitic inductance characteristic than standard TO (transistor outline) packages. A surface mount packaged GaN HEMT releases heat through either top or bottom cooling method. IGOT60R070D1 is selected as a key power semiconductor because it has a top cooling method and fairly low thermal resistances from junction to ambient. Its characteristics allow the design of a 3 kW inverter without forced convection, thereby providing great advantages in terms of easy maintenance and high reliability. 1EDF5673K is selected as a gate driver because its driving current and negative voltage output characteristics are highly optimized for IGOT60R070D1. An LCL filter with passive damping resistor is applied to attenuate the switching frequency harmonics to the grid-tied operation. The designed LCL filter parameters are validated with PSIM simulation. A prototype of 3 kW PV inverter with GaN HEMT is constructed to verify the performance of the power conversion system. It achieved high power density of 614 W/L and peak power efficiency of 99% for the boost converter and inverter.
This paper presents a simulation model and analysis of grid-tied wind turbine generator with batteries using the PSCAD/EMTDC software. The modeled system is consist of two inverters and one bidirectional DC/DC converter. These inverter are to capture the maximum active power under varying wind conditions and to keep the DC-Link voltage magnitude at a specific level. And the bidirectional DC/DC converter makes battery charging or discharging depend on power gap between wind turbine output and local load. Aerodynamic models are applied for a wind turbine blade simulator.
This paper presents a simulation model and results of experiment about analysis of grid-tied wind turbine generator with batteries. The system consists of two inverters and a bidirectional DC/DC converter. These inverters are to capture the maximum active power under varying wind conditions and to keep the DC-link voltage magnitude at a specific level. And the bidirectional DC/DC converter makes battery charging or discharging depend on power gap between wind turbine output and local load.
This paper proposes a high-efficiency DC-DC converter with improved dynamic response characteristics for modular photovoltaic power conversion. High power efficiency is achieved by reducing switching power losses of the DC-DC converter. The voltage stress of power switches is reduced at primary side. Zero-current switching of output diodes is achieved at secondary side. A modified proportional and integral controller is suggested to improve the dynamic responses of the DC-DC converter. The performance of the proposed converter is verified based on a 200 [W] modular power conversion system including the grid-tied DC-AC inverter. The proposed DC-DC converter achieves the efficiency of 97.9 % at 60 [V] input voltage for a 200 [W] output power. The overall system including DC-DC converter and DC-AC inverter achieves the efficiency of 93.0 % when 200 [W] power is supplied into the grid.
This paper describes the development of a 500W DC/DC converter for use with a thermoelectric module(TEM). A thermoelectric device is a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are electrically connected in series and thermally connected in parallel. There is a feature that an electromotive force is generated by making a temperature difference between both surfaces of a thermoelectric element. This feature can be used as a renewable power source without the need for fossil energy. The proposed converter boosts the low generation voltage of the thermoelectric element to secure the voltage for the grid connection. This converter is a combination of a resonant converter for boosting and a boost-converter for output voltage control. This structure has an advantage that a voltage can be stepped up at a high efficiency and precise output voltage control is possible. We carry out simulations and experiments to verify the validity.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제18권2호
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pp.103-110
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2017
The number of applications of solar photovoltaic (PV) systems in power generation grids has increased in the last decade because of their ability to generate efficient and reliable power in a variety of low installation in domestic applications. Various PV converter topologies have therefore emerged, among which the modular multilevel converter (MMC) is very attractive due to its modularity and transformerless features. The modeling and control of the MMC has become an interesting issue due to the extremely large expansion of PV power plants at the residential scale and due to the power quality requirement of this application. This paper proposes a novel control method of MMC which is used to directly integrate the photovoltaic arrays with the power grid. Traditionally, a closed loop control has been used, although circulating current control and capacitors voltage balancing in each individual leg have remained unsolved problem. In this paper, the integration of model predictive control (MPC) and traditional closed loop control is proposed to control the MMC structure in a PV grid tied mode. Simulation results demonstrate the efficiency and effectiveness of the proposed control model.
현재 신재생에너지 발전원은 계속 증가되고 있으며, 발전기의 용량 또한 점점 증가하고 있다. 늘어나는 신재생에너지 발전원에 의해 계통 연계의 중요성이 증대되고 있고 아울러 계통에서 발생할 수 있는 여러 가지 사고로 인한 발전기의 PCS의 고장에 대한 문제 또한 중요해지고 있다. 본 논문에서는 신재생발전원의 용량이 증가함에 따라서 각 스위치의 전기적 스트레스를 줄일 수 있는 3-level NPC 타입의 컨버터회로를 기반으로 이중 전류 제어기를 이용하였고, 계통 사고시에도 강인한 위상 추종 특성을 가지는 DDSRF(Decoupled Double Synchronous Reference Frame 이하 DDSRF)방식의 PPL을 채택하여 시뮬레이션을 진행하였다. 현재 계통의 사고에 의한 사고전압은 ABC 분류에 의해서 크게 A~G 타입으로 나타내고 있다. 본 논문에서는 각 타입별 사고전압의 불평형 지수(Imbalance Factor, 이하 IF)에 따른 중성점 전류의 고조파 성분을 분석하여 도식화 하고자 한다. 이는 계통사고 발생 시 계통연계형 컨버터의 제어 및 계통탈락 여부에 활용 할 수 있을 것으로 예상된다.
본 논문에서는 계통 전압 사고 상황에서 계통 연계형 풍력 발전 시스템이 만족시켜야 할 LVRT(Low Voltage Ride Through) 동작 모의 및 동특성을 분석하였다. 제작한 시뮬레이터는 유도전동기를 이용한 풍력터빈 모델과 영구자석 동기 발전기 그리고 컨버터와 인버터로 구성된 Back to Back Converter를 통해 계통과 연계되는 구조를 가지고 있다. 계통과 연계되는 부분에 슬라이닥스와 변압기 그리고 IGBT를 이용해 계통의 사고를 모의할 수 있는 계통 전압사고 모의 장치를 제작하여 연결하였으며, 이 계통 전압사고 모의 장치는 A, B, C 각 상을 독립적으로 제작해 다양한 계통사고를 모의할 수 있도록 구성하였다. 하드웨어 시뮬레이터와 제안된 계통 전압 사고 모의 장치 분석을 위해 PSCAD/EMTDC 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션을 실시하였고 하드웨어 실험을 통해 그 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 디지털 제어방식의 DC-DC컨버터를 이용한 계통연계형 전력변환기를 제안한다. 제안하는 전력변환기는 3상 전류형 능동클램프 DC-DC컨버터와 계통연계형 3상 인버터로 구성되어 있다. 제안하는 전력변환기의 동작을 분석하기 위해 PSCAD/EMTDC를 이용하여 연료전지의 출력 동특성을 나타내는 모델과 제안하는 전력변환기의 모델을 개발하였다. 시뮬레이션모델의 검증이 가능한 하드웨어장치의 기본설계를 실시하였다. 제안하는 전력변환기는 정격출력에서 저전압특성을 갖는 연료전지를 전력계통에 고효율로 연계하는데 유용할 것으로 보인다.
This paper describes a droop control method for the autonomous operation of DC distribution system using distributed generations and energy storage. The method suppress the circulating current, and each unit could be controlled autonomously without communication system. Detailed model of wind power generation, photo-voltaic generation, fuel-cell generation and battery was implemented with the user-defined model of PSCAD/EMTDC software that is coded with C-language. The simulation and experimental results confirms that the proposed DC distribution system make it feasible to provide power to the load stably and verify effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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