Tracking harmonic current quickly and precisely is one of the keys to designing active power filters (APF). In the past, the current state feedback decoupling PI control was an effective means for three-phase systems in the current control of constant voltage constant frequency inverters and high frequency PWM reversible rectifiers. This paper analyzes in detail the limitation of the conventional PI conditioner in the APF application field and presents a novel PI control method. Canceling the delay of one sampling period and the misadjustment for tracking the harmonic current is the key problem of this PI control. In this PI control, the predictive output current value is obtained by a state observer. The delay of one sampling period is remedied in this digital control system by the state observer. The predictive harmonic command current value is obtained by a repetitive predictor synchronously. The repetitive predictor can achieve better predictions of the harmonic current. By this means, the misadjustment of the conventional PI control for tracking the harmonic current is cancelled. The experiment results with a three-level NPC APF indicate that the steady-state accuracy and dynamic response of this method are satisfying when the proposed control scheme is implemented.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제5권1호
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pp.35-42
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2016
Developments in power electronics have enabled the widespread application of Pulse Width Modulation (PWM) inverters, notably for connecting renewable systems to the grid. This study demonstrates that a high-quality power can be achieved using a stand-alone inverter, whereby the comparison between the power quality of the stand-alone inverter with battery storage (off-grid) and the power quality of the utility network is presented. Multi-loop control techniques for a single phase stand-alone inverter are used. A capacitor current control is used to give active damping and enhance the transient and steady state inverter performance. A capacitor current control is cheaper than the inductor current control, where a small current sensing resistor is used. The output voltage control is used to improve the system performance and also control the output voltage. The inner control loop uses a proportional gain current controller and the outer loop is implemented using internal model control proportional-integral-derivative to ensure stability. The optimal controls are achieved by using the Sisotool tool in MATLAB/Simulink. The outcome of the control scheme of the numerical model of the stand-alone inverter has a smooth and good dynamic performance, but also a strong robustness to load variations. The numerical model of the stand-alone inverter and its power quality are presented, and the power quality is shown to meet the IEEE 519-2014. Furthermore, the power quality of the off-grid system is measured experimentally and compared with the grid power, showing power quality of off-grid system to be better than that of the utility network.
Wide band gap semiconductor devices such as SiC MOSFETs are becoming the preferred devices for high frequency and high power density converters due to their excellent performances. However, the proportion of the switching loss that accounts for the whole inverter loss is growing along with an increase of the switching frequency. In view of the third quadrant working characteristics of a SiC MOSFET, synchronous rectification discontinuous pulse-width modulation is proposed (SRDPWM) to further reduce system losses. The SRDPWM has been analyzed in detail. Based on a frequency domain mathematical model, a quantitative mathematical analysis of the harmonic characteristic is conducted by double Fourier transform. Meanwhile, a switching loss model and a conduction loss model of inverter for SRDPWM have been built. Simulation and experimental results verify the result of the harmonic analysis of the double Fourier analysis and the accuracy of the loss models. The efficiencies of the SRDPWM and the SVPWM are compared. The result indicates that the SRDPWM has fewer losses and a higher efficiency than the SVPWM under high switching frequency and light load conditions as a result of the reduced number of switching transitions. In addition, the SRDPWM is more suitable for SiC MOSFET converters.
The development of advanced Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)has enabled high-frequency switching operation and has improved the performance of PWM inverters for motor drive. However, the high rate of dv/dt of IGBT has adverse effects on motor insulation stress. In many motor drive applications, the inverter and motor are separated and it requires long motor feds. The long cable contributes high frequency ringing at the motor terminal and it results in hight surge voltage which stresses the motor insulation. The inverter output filter and RDC snubber are conventional method which can reduce the surge voltage. In this paper, we propose the new low loss snubber to reduce the motor terminal surge voltage. The snubber consists of the series connection of charging/discharging capacitor and the voltage-clamped capacitor. At IGBT turn-off, the snubber starts to operate when the IGBT voltage reaches the voltage-clamped level. Since dv/dt is decreased by snubber operating, the peak level of the surge voltage can be reduced. Also the snubber operates at the IGBT voltage above the voltage-clamped level, the snubber loss is largely reduced comparing with RDC snubber. The proposed snubber enables to reduce the motor terminal surge voltage with low loss.
Han, Yang;Luo, Mingyu;Chen, Changqing;Jiang, Aiting;Zhao, Xin;Guerrero, Josep M.
Journal of Power Electronics
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제16권5호
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pp.1904-1917
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2016
The moving average filter (MAF) is widely utilized to improve the disturbance rejection capability of phase-locked loops (PLLs). This is of vital significance for the grid-integration and stable operation of power electronic converters to electric power systems. However, the open-loop bandwidth is drastically reduced after incorporating a MAF into the PLL structure, which makes the dynamic response sluggish. To overcome this shortcoming, some new techniques have recently been proposed to improve the transient response of MAF-based PLLs. In this paper, a comprehensive performance comparison of advanced MAF-based PLL algorithms is presented. This comparison includes HPLL, MPLC-PLL, QT1-PLL, and DMAF-PLL. Various disturbances, such as grid voltage sag, voltage flicker, harmonics distortion, phase-angle and frequency jumps, DC offsets and noise, are considered to experimentally test the dynamic performances of these PLL algorithms. Finally, an improved positive sequence extraction method for a HPLL under the frequency jumps scenario is presented to compensate for the steady-state error caused by non-frequency adaptive DSC, and a satisfactory performance has been achieved.
A HEV evaluation program, funded by ADEME, was carried out by a group of Laboratories of different specialties in order to evaluate and compare consumption, emission and component technologies of the three first HEVs put on the market (Toyota Prius, Nissan Tino and Honda Insight). This paper presents the results obtained until now. These results show good consumption and emission performance of the tested vehicles compared to conventional ones. The energy management seems to be globally the same for the three vehicles excepting for cold stans where the Insight allows a very earlier stop of the engine compared to the Tino and especially to the Prius. A mapping of the engine consumption of the Prius and the Insight was performed in order to furnish data for the simulation models. The Permanent Magnet motors of the Prius and Tino have different number of pair poles and then different emf at a given speed. The low emf values of the Prius allow operation at high speed with less field weakening control than for the Tino. The inverters of the Prius and the Tino, controlled by a PWM at respectively 5 kHz and 7 kHz switching frequency, are made of IGBTs with high commutation performances.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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