In this paper, the generation of a reference current and voltage signal based on a Kalman filter is offered for a 3-phase 4wire UPQC (Unified Power Quality Conditioner). The performance of the UPQC is improved with source voltages that are distorted due to harmonic components. Despite harmonic and frequency variations, the Kalman filter is capable enough to determine the amplitude and the phase angle of load currents and source voltages. The calculation of the first state is sufficient to identify the fundamental components of the current, voltage and angle. Therefore, the Kalman state estimator is fast and simple. A Kalman based control strategy is proposed and implemented for a UPQC in a distribution system. The performance of the proposed control strategy is assessed for all possible source conditions with varying nonlinear and linear loads. The functioning of the proposed control algorithm with a UPQC is scrutinized and validated through simulations employing MATLAB/Simulink software. Using a FPGA SPATRAN 3A DSP board, the proposed algorithm is developed and implemented. A small-scale laboratory prototype is built to verify the simulation results. The stated control scheme for the UPQC reduces the following issues, voltage sags, voltage swells, harmonic distortions (voltage and current), unbalanced supply voltage and unbalanced power factor under dynamic and steady-state operating conditions.
Grid unbalanced faults can cause core saturation of power transformer and produce lower-order harmonics. These issues increase the electrical stress of power electronic devices and can cause a tripping of an entire HVDC system. In this paper, based on the positive-sequence and negative-sequence impedance model of a VSC-HVDC system as seen from the point of common connection (PCC), the resonance problem is analyzed and the factors determining the resonant frequency are obtained. Furthermore, to suppress over-voltage and over-current during resonance, a novel method using a virtual harmonic resistor is proposed. The virtual harmonic resistor emulates the role of a resistor connected in series with the commutating inductor without influencing the active and reactive power control. Simulation results in PSCAD/EMTDC show that the proposed control strategy can suppress resonant over-voltage and over-current. In addition, it can be seen that the proposed strategy improves the safety of the VSC-HVDC system under unbalanced faults.
Hirachi, K.;Matsumoto, K.;Ishitobi, M.;Ishibashi, M.;Nakaoka, M.
Proceedings of the KIPE Conference
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1998.10a
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pp.724-729
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1998
In general, a single-phase current-fed PWM inverter using IGBTs has some unique advantages for small scale distributed utility-interactive power supply system as compared with voltage-fed PWM inverter. In particular, this is more suitable and acceptable for a non-isolated type utility-interactive power conditioner, which is going to be widely used for residential solar photovoltaic (PV) power generation system in Japan. However, this current-fed PWM inverter has a significant disadvantage. The output current of this inverter includes large harmonic contents when the inductance of smoothing reactor in its DC side is not large enough to eliminate its current ripple components of this inverter. In order to overcome this problem, a new conceptual pulse area modulation scheme for this inverter is introduced in difference with conventional PWM strategy. This paper presents a new effective control implementation of this PV power conditioner which is able to reduce the harmonic component in the output current produced by the single-phase current-fed PWM inverter even when the ripple current in the smoothing DC reactor is relatively large. The operating principle of the proposed control strategy introdued for this inverter system is described, and its simulation results are evaluated and discussed herein.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.1
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pp.27-36
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2007
This paper proposes a current control scheme of the PWM converters under nonideal source voltage conditions such as unbalance and distortion. For the distorted source voltage, the harmonic current controllers are introduced to the conventional current controller. These control loops can eliminate the 5th and 7th order harmonics which are hardly to be done by using filters. For the unbalanced source voltage, a negative sequence current controller is introduced either to reduce the DC-link voltage ripples or to eliminate the source current unbalance. Experimental results show the validity of the proposed control scheme.
This paper studies the harmonic characteristics of ship electric propulsion systems and their treatment methods. It also adopts effective measures to suppress and prevent ship power systems from affecting ship operation due to the serious damage caused by harmonics. Firstly, the harmonic characteristics of a ship electric propulsion system are reviewed and discussed. Secondly, aiming at problems such as resonant frequency and filter characteristics variations, resonance point migration, and unstable filtering performances in conventional passive filters, a method for fully tuning of a passive dynamic tunable filter (PDTF) is proposed to realize harmonic suppression. Thirdly, to address the problems of the uncontrollable inductance L of traditional air gap iron core reactors and the harmonics of power electronic impedance converters (PEICs), this paper proposes an electromagnetic coupling reactor with impedance transformation and harmonic suppression characteristics (ECRITHS), with the internal filter (IF) designed to suppress the harmonics generated by PEICs. The ECRITHS is characterized by both harmonic suppression and impedance change. Fourthly, the ECRITHS is investigated. This investigation includes the harmonic suppression characteristics and impedance transformation characteristics of the ECRITHS at the fundamental frequency, which shows the good performance of the ECRITHS. Simulation and experimental evaluations of the PDTF are carried out. Multiple PDTFs can be configured to realize multi-order simultaneous dynamic filtering, and can effectively eliminate the current harmonics of ship electric propulsion systems. This is done to reduce the total harmonic distortion (THD) of the supply currents to well below the 5% limit imposed by the IEEE-519 standard. The PDTF also can eliminate harmonic currents in different geographic places by using a low voltage distribution system. Finally, a detailed discussion is presented, with challenges and future implications discussed. The research results are intended to effectively eliminate the harmonics of ship electric power propulsion systems and to improve the power quality of ship power systems. This is of theoretical and practical significance for improving the power quality and power savings of ship power systems.
We present a two-stage inverter with high step-up conversion ratio engaging modified finite-set Model Predictive Control (MPC) for utility-integrated photovoltaic (PV) applications. The anticipated arrangement is fit for low power PV uses, the calculated efficiency at 150 W input power and 19 times boosting ratio was around 94%. The suggested high-gain dc-dc converter based on Cockcroft-Walton multiplier constitutes the first-stage of the offered structure, due to its high step-up ability. It can boost the input voltage up to 20 times. The 3S current-source inverter constitutes the second-stage. The 3S current-source inverter hires three semiconductor switches, in which one is functioning at high-frequency and the others are operating at fundamental-frequency. The high-switching pulses are varied in the procedure of unidirectional sine-wave to engender a current coordinated with the utility-voltage. The unidirectional current is shaped into alternating current by the synchronized push-pull configuration. The MPC process are intended to control the scheme and achieve the subsequent tasks, take out the Maximum Power (MP) from the PV, step-up the PV voltage, and introduces low current with low Total Harmonic Distortion (THD) and with unity power factor with the grid voltage.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.8
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pp.1291-1296
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2017
Single-phase and three-phase load can be used together in 3-phase 4-wire system. Single-phase and three-phase loads can be classified as linear loads without harmonics and nonlinear with harmonics. Single-phase linear loads are linear loads such as lamps and heat, and single-phase nonlinear loads are power converters such as rectifiers. It is recommended that the distribution of loads in the 3-phase, 4-wire distribution lines be evenly distributed within a certain range. However, harmonic currents generated in a nonlinear load flow on the neutral line and affect the phase current magnitude. The difference in the magnitude of the individual phase current due to the influence of the harmonic current present in the neutral line can produce a difference in current and load unbalance. In this study, current unbalance ratio and load unbalance ratio which can occur when a combination of linear and nonlinear loads are applied to 3-phase 4-wire distribution line are calculated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.7
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pp.1166-1173
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1997
Due to progress in manufacturing techniques, the performance of the harmonic drive has been improved but not sufficiently. One of the important problems which the current harmonic drive has is that while there is the potential for having a wider tooth contact area, the total number of teeth engaged simultaneously is still small. This is mainly due to the involute tooth profile. Hence, in this study, the cycloid-type tooth profile is developed to improve this problem. This paper represents the design methodology and performance evaluation f the cycloid-type harmonic drive. Cycloide tooth profile was derived by analyzing geometry of the tooth engagement and the contact mechanisms of the tooth which were examined and analyzed by load analysis. The stress due to elastic deformation of a flexspline was also obtained by approximate formula and computer analysis. Finally, the cycloid-type harmonic drive with 1:100 speed ratio was manufactured and the performance of the harmonic drive was evaluated.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.58
no.3
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pp.316-322
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2009
This paper presents an analytical design method of a passive harmonic filter for a three-phase diode rectifier and uses a new transfer function approach in the analysis and design. The transfer function approach derives an analytical formulation of an utility system including passive filters with a basis of Laplace transform and provides a graphical formulation so that a visualized insight into an interaction between individual filter and system response can be attainted. Harmonic impedance, voltage division and current division transfer function are used as a design tool, which makes a calculated filter parameters to satisfy IEEE-519 distortion limits. A simple five-step design procedure is introduced in the filter design, which consists of system analysis, selection of PCC(Point of Common Coupling), filter specification calculation, appropriate filter design for system and filter implementation. Philosophy governing the design procedure is based on a numerical/graphical iterative solution, trial and error with visualization feed-back based on "algebra on the graph". Finally, performance of the designed passive harmonic filter is verified by experiment and shows that 5th, 7th, 9th, 11th and 13th harmonics are decreased within IEEE-519 distortion limits, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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