This paper presents a new space vector modulation (SVM) method for indirect matrix converters (IMCs) to reduce commonmode voltage as well as minimize output current ripple in a high voltage transfer ratio. In the proposed SVM, the three-vector modulation scheme is used in the rectifier stage, while the nonzero state modulation technique, where the three nearest active vectors are selected to synthesize the desired output voltage, is applied to inverter stage to reduce the CMV. The proposed SVM method can significantly reduce the output current ripple and common-mode voltage of the IMC without any extra hardware. Simulated results are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed SVM method.
This paper proposes the model predictive control with space vector modulation (SVM) method for current control of voltage-source inverter. Unlike the conventional method using a limited number of voltage vectors by switching states, the proposed method can consider various voltage vectors to identify the optimized voltage vector. The various voltage vectors are obtained by subdividing existing voltage vectors. The optimized voltage vector that minimizes the cost function is selected and applied to the inverter by using the SVM. The various voltage vectors and SVM reduce current ripples in the output AC side of the inverter compared with the conventional method. The effectiveness and performance of the proposed method are verified through simulation and experiment with a three-phase two-level voltage-source grid-connected inverter.
In this paper, some crucial performance characteristics related to the operational reliability of the post-fault Pulse Width Modulated (PWM) rectifiers, such as line current harmonic distortion, Common Mode Voltage (CMV), and current stress on the capacitors, are fully investigated. The aforementioned performance characteristics of post-fault rectifiers are highly dependent on the utilized space vector modulation (SVM) schemes, which are also examined. Detailed analyses of the three most commonly used SVM schemes for post-fault PWM rectifiers are provided, revealing the major differences in terms of the zero vector synthesis approaches. To compare the performances of the three SVM schemes, the operating principles of a post-fault rectifier are presented with various SVM schemes. Using analytical and numerical methods in the time domain, the performances of the line current distortion, common mode voltage and capacitor current are evaluated and compared for each SVM scheme. The proposed analysis demonstrates that the zero vector synthesis approaches of the considered methods have significant impacts on the performance characteristics of rectifiers. In addition, the advantages and disadvantages of the proposed SVM schemes are discussed. The experimental results verify the effectiveness and validity of the proposed analysis.
The cascaded H Bridge (CHB) multilevel inverter (MLI) is popular among the classical MLI topologies due to its modularity and reliability. Although space vector modulation (SVM) is the most suitable modulation scheme for MLIs, it has not been used widely in industry due to the higher complexity involved in its implementation. In this paper, a simple and novel generalized SVM algorithm is proposed, which has both reduced time and space complexity. The proposed SVM involves the generalization of both the duty cycle calculation and switching sequence generation for any n-level inverter. In order to generate the gate pulses for an inverter, a generalized switch matrix (SM) for the CHB inverter is also introduced, which further simplifies the algorithm. The algorithm is tested and verified for three-phase, three-level and five-level CHB inverters in simulations and hardware implementation. A comparison of the proposed method with existing SVM schemes shows the superiority of the proposed scheme.
Torque ripple content and variable switching frequency operation of conventional direct torque control (DTC) are reduced by the integration of space vector modulation (SVM) into DTC. Integration of space vector modulation to conventional direct torque control known as SVM-DTC. It had been more frequently used method in renewable energy and machine drive systems. In this paper, SVM-DTC is used to control the rotor side converter (RSC) of a wind driven doubly-fed induction generator (DFIG) because of its advantages such as reduction of torque ripples and constant switching frequency operation. However, flux and torque ripples are still dominant due to distorted current waveforms at different operations of the wind turbine. Therefore, to smoothen the torque profile a Neural Network Controller (NNC) based SVM-DTC has been proposed by replacing the PI controller in the speed control loop of the wind turbine controller. Also, stability analysis and simulation study of DFIG using process reaction curve method (RRCM) are presented. Validation of simulation study in MATLAB/SIMULINK environment of proposed wind driven DFIG system has been performed by laboratory developed prototype model. The proposed NNC based SVM-DTC yields superior torque response and ripple reduction compared to other methods.
In this paper, an approach to reduce the common-mode voltage and to eliminate narrow pulse for implemented AC-DC matrix converters is presented. An improved space vector modulation (SVM) strategy is developed by replacing the zero space vectors with suitable pairs of active ones. Further, while considering the commutation time, the probability of narrow pulse in the conventional and proposed SVM methods are derived and compared. The advantages of the proposed scheme include: a 50% reduction in the peak value of the common-mode voltage; improved input and output performances; a reduction in the switching loss by a reduced number of switching commutations and a simplified implementation via software. Experimental results are presented to demonstrate the correctness of the theoretical analysis, as well as the feasibility of the proposed strategy.
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.
배전급 STATCOM(Distribution-network STATic synchronous COMpensator)에 적용 가능한 공간 벡터 변조 (Space Vector Modulation, SVM) 기법을 이용한 히스테리시스 전류제어기를 제안하였다. 히스테리시스 전류제어기는 빠른 응답 특성, 쉬운 구현, 파라미터 변화에 대한 둔감성 등 많은 장점에도 불구하고 높은 스위칭 주파수와 제한되지 않는 전류 오차 때문에 스위칭 주파수에 영향을 받는 배전급 STATCOM 전류제어기로는 적합하지 않았다. 또한 전압 벡터의 인가방식에서도 뚜렷한 근거가 없어 전류오차가 제한되지 않았다. 이에 본 논문에서는 구역판별기, SVM, 그리고 외부와 내부 히스테리시스 제어기를 이용하여 높은 스위칭 주파수를 저감하고 특정 밴드 내에서 전류 오차를 줄인 개선된 SVM 기반의 히스테리시스 전류제어기를 제안하고 모의실험을 통해 제안한 기법의 유효성을 입증하였다.
Rashag, Hassan Farhan;Koh, S.P.;Abdalla, Ahmed N.;Tan, Nadia M.L.;Chong, K.H.
Journal of Power Electronics
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제13권3호
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pp.369-380
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2013
Direct torque control based on space vector modulation (SVM-DTC) protects the DTC transient merits. Furthermore, it creates better quality steady-state performance in a wide speed range. The modified method of DTC using SVM improves the electrical magnitudes of asynchronous machines, such as minimizing the stator current distortions, the stator flux with electromagnetic torque without ripple, the fast response of the rotor speed, and the constant switching frequency. In this paper, the proposed method is based on two new control strategies for direct torque control with space vector modulation. First, fuzzy logic control is used instead of the PI torque and a PI flux controller to minimizing the torque error and to achieve a constant switching frequency. The voltages in the direct and quadratic reference frame ($V_d$, $V_q$) are achieved by fuzzy logic control. In this scheme, the switching capability of the inverter is fully utilized, which improves the system performance. Second, the close loop of stator flux estimation based on the voltage model and a low pass filter is used to counteract the drawbacks in the open loop of the stator flux such as the problems saturation and dc drift. The response of this new control strategy is compared with DTC-SVM. The experimental and simulation results demonstrate that the proposed control topology outperforms the conventional DTC-SVM in terms of system robustness and eliminating the bad outcome of dc-offset.
In this paper, analysis of cascaded H-bridge multilevel inverter in DTC-SVM (Direct Torque Control-Space Vector Modulation) based induction motor drive for FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) is presented. Cascaded H-bridge multilevel inverter uses multiple series units of H-bridge power cells to achieve medium-voltage operation and low harmonic distortion. In FCEV, a fuel cell stack is used as the major source of electric power moreover the battery and/or ultra-capacitor is used to assist the fuel cell. These sources are suitable for utilizing in cascaded H-bridge multilevel inverter. The drive control strategy is based on DTC-SVM technique. In this scheme, first, stator voltage vector is calculated and then realized by SVM method. Contribution of multilevel inverter to the DTC-SVM scheme is led to achieve high performance motor drive. Simulations are carried out in Matlab-Simulink. Five-level and nine-level inverters are applied in 3hp FCEV induction motor drive for analysis the multilevel inverter. Each H-bridge is implemented using one fuel cell and battery. Good dynamic control and low ripple in the torque and the flux as well as distortion decrease in voltage and current profiles, demonstrate the great performance of multilevel inverter in DTC-SVM induction motor drive for vehicle application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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