• Journal of Power Electronics
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• v.14 no.6
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• pp.1178-1188
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• 2014

This study proposes a finite-state model predictive controller to regulate the load current and balance the DC-link capacitor voltages of a four-leg neutral-point-clamped converter. The discrete-time model of the converter, DC-link, inductive filter, and load is used to predict the future behavior of the load currents and the DC-link capacitor voltages for all possible switching states. The switching state that minimizes the cost function is selected and directly applied to the converter. The cost function is defined to minimize the error between the predicted load currents and their references, as well as to balance the DC-link capacitor voltages. Moreover, the current regulation performance is improved by using a two-step prediction horizon. The feasibility of the proposed predictive control scheme for different references and loads is verified through real-time implementation on the basis of dSPACEDS1103.

• Journal of Power Electronics
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• v.15 no.1
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• pp.190-201
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• 2015

This paper uses the switching function approach to present a simple state model of the Vienna-type rectifier. The approach introduces the relationship between the DC-link neutral point voltage and the AC side phase currents. A novel direct power control (DPC) strategy, which is based on the sliding mode control (SMC) for Vienna I rectifiers, is developed using the proposed power model in the stationary ${\alpha}-{\beta}$ reference frames. The SMC-based DPC methodology directly regulates instantaneous active and reactive powers without transforming to a synchronous rotating coordinate reference frame or a tracking phase angle of grid voltage. Moreover, the required rectifier control voltages are directly calculated by utilizing the non-linear SMC scheme. Theoretically, active and reactive power flows are controlled without ripple or cross coupling. Furthermore, the fixed-switching frequency is obtained by employing the simplified space vector modulation (SVM). SVM solves the complicated designing problem of the AC harmonic filter. The simplified SVM is based on the simplification of the space vector diagram of a three-level converter into that of a two-level converter. The dwelling time calculation and switching sequence selection are easily implemented like those in the conventional two-level rectifier. Replacing the current control loops with power control loops simplifies the system design and enhances the transient performance. The simulation models in MATLAB/Simulink and the digital signal processor-controlled 1.5 kW Vienna-type rectifier are used to verify the fast responses and robustness of the proposed control scheme.

• Journal of Power Electronics
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• v.13 no.6
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• pp.939-954
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• 2013

The Direct Torque Control (DTC) technique for Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) is receiving increased attention due to its simplicity and robust dynamic response when compared with other control techniques. The classical switching table based DTC results in large flux and torque ripples in the motors. Several studies have been reported in the literature on classical DTC. However, there are only limited studies that actually discuss or evaluate the classical DTC. This paper proposes, novel switching table / DTC methods for PMSMs to reduce torque ripples. In this paper, two DTC schemes are proposed. The six sector and twelve sector methodology is considered in DTC scheme I and DTC scheme II, respectively. In both DTC schemes a simple modification is made to the classical DTC structure. The two level inverter available in the classical DTC is eliminated by replacing it with a three level Neutral Point Clamped (NPC) inverter. To further improve the performance of the proposed DTC scheme I, the available 27 voltage vectors are allowed to form different groups of voltage vectors such as Large - Zero (LZ), Medium - Zero (MZ) and Small - Zero (SZ), where as in DTC scheme II, all of the voltage vectors are considered to form a switching table. Based on these groups, a novel switching table is proposed. The proposed DTC schemes are comparatively investigated with the classical DTC and existing literatures through theory analysis and computer simulations. The superiority of the proposed DTC method is also confirmed by experimental results. It can be observed that the proposed techniques can significantly reduces the torque ripples and improves the quality of current waveform when compared with traditional and existing methods.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.11a
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• pp.213-214
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• 2011

본 논문은 계통연계형 3-레벨 NPC 인버터 시스템의 중성점 전압 불평형 제어기법을 제안한다. 3-레벨 NPC 인버터는 직류단 커패시터를 2개로 나누어 사용하기 때문에 두 커패시터간의 전압차이가 발생할 수 있으며 이는 출력전류의 왜곡을 야기한다. 본 논문에서는 복잡한 모델링을 통한 제어기 설계나 공간 벡터 전압 변조 방법의 변형 없이 간단하게 시간오프셋을 추가하여 N형과 P형의 small 전압 벡터의 인가시간을 조절함으로써 중성점 전압 불평 형을 제어하고, 복잡한 계산 없이 적절한 시간오프셋을 구한다. 10kW급 계통연계 3-레벨 NPC 인버터 모델을 기반으로 수행된 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제안하는 제어기법의 타당성을 보인다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.11a
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• pp.209-210
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• 2011

본 논문은 3레벨 NPC 인버터의 중성점 전위 변동 시 퍼지제어기를 이용한 중성점 전위 제어 방법을 제안한다. 오프셋 전압을 퍼지제어기의 입력으로 하여 공간벡터의 스위칭 타이밍의 조절변수를 출력함으로써 기존의 오프셋 전압의 복잡한 수학적 모델링 없이 쉽고 간단하게 중성점 전압을 제어한다. 제안하는 제어기법의 우수성을 보이기 위하여 10kW급 계통연계 3-레벨 NPC인버터 모델을 기반으로 시뮬레이션을 수행하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.356-357
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• 2011

3-레벨 중성점 다이오드 클램프 (NPC) 인버터는 우수한 토폴로지로 알려져 있지만 구조적으로 중성점 전위가 변동하는 문제가 내제하고 있다. 본 논문에서는 3-레벨 NPC 인버터 중 성점 전압의 변동을 제어하기 위해 중성점 전류의 예측을 활용한 간단한 제어 기술이 제안되었다. 제안된 방법은 한 샘플링 앞선 시점의 중성점 전류를 예측하고 중성점 평형 요소를 포함하는 오프셋 전압(Voffset)을 이용하여 중성점 전압을 제어 한다. 중성점 전위 변동은 간단히 제어할 수 있고 제안된 중성점 전압 제어의 유효함은 시뮬레이션 결과를 통해 입증하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 1998.07f
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• pp.1963-1965
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• 1998

In this paper, a new simplified configuration for a multi-level PWM inverter is proposed. The proposed inverter consists of an auxiliary circuit with one switching device, and 3 phase full-bridge inverter. The proposed inverter, in spite of reduction of the switching devices, offers characteristics similar to the NPC(Neutral - point - clamped)- PWM inverter. Also, since the reduction of the switching devices, the control strategy is simplified. And switching loss is reduced. In addition to, it is possible that reliable DC level voltage than former multi-level inverter. And load power application is same to conventional NPC-PWM inverter. The performance of the system is verified by simulation. In this paper, show the simulation result of the single phase full bridge inverter application.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2014.07a
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• pp.211-212
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• 2014

기존의 단방향 동작만 고려한 인버터에서 반송파 기반 PWM 방식의 중성점 전압 제어기법을 양방향 동작의 인버터에 그대로 적용할 경우 역방향 동작에서 중성점 전압이 오히려 벌어지는 문제가 있다. 본 논문에서는 구현이 간단한 반송파 기반 PWM 방식의 중성점 전압 제어기법을 양방향 인버터에 적용하여 인버터의 전류 방향에 상관없이 하나의 제어기로 구현된 제어기법을 제안한다. 제안하는 기법은 양방향 모드전환 시에도 끊김없는 제어가 가능하고 초기 동작과 무부하 동작에서도 중성점 전압의 불평형을 제거할 수 있다. 양방향 T-type 인버터를 제작하여 본 논문에서 제안한 제어기법을 검증 하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2014.07a
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• pp.205-206
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• 2014

본 논문은 불평형 계통 조건하에 LCL필터를 사용한 3레벨 NPC 인버터의 모델링과 정지 좌표계에서 전류의 정상분과 역상분을 동시에 제어하여 인버터 시스템을 안정적으로 동작시키는 방법을 제안한다. 또한 본 논문은 NPC 인버터가 가지는 태생적인 문제점인 중성점 전압 밸런싱 문제를 간단히 계산 된 옵셋전압을 이용하여 해결한다. 제안된 방법은 시뮬레이션 결과를 통하여 타당성을 검증하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2014.07a
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• pp.486-487
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• 2014

본 논문은 멀티레벨 인버터를 이용한 무정전 전원장치 시스템 (UPS; Uninterruptible Power Supply)의 신뢰성 향상을 위한 중성점 전압 불평형 제어 기법을 제안한다. 무정전 전원장치 시스템 (UPS)은 불평형 부하조건 시 직류단에 전압 불평형이 발생되며 이는 출력 전류의 왜곡을 일으켜, 민감한 부하에 손상을 입힐 수 있다. 제안한 제어기는 커패시터 전압 측정을 통해 시간오프셋을 추정한 후 공간 벡터 변조 방식의 변형 없이 중성점 전압 불평형을 제어하여, 직류단의 전압을 평형상태로 유지한다. 또한, 100kW급 UPS 시스템 시뮬레이션 검증을 통해 제어기의 타당성을 입증하였다.