Predictive current control offers the potential for achieving more precise current control with a minimum of distortion and harmonic noise. However, the predictive method is difficult to implement and has a greater computational burden. This paper introduces a theoretical analysis and experimental verification for an improved predictive current control technique applied to single phase grid connected voltage source inverters (VSI). The proposed technique has simple calculations. An ATmega1280 microcontroller board is used to implement the proposed technique for a simpler and cheaper control system. To enhance the current performance and to obtain a minimum of current THD, an improved tri-level PWM switching strategy is proposed. The proposed switching strategy uses six operation modes instead of four as in the traditional strategy. Simulation results are presented to demonstrate the system performance with the improved switching strategy and its effect on current performance. The presented experimental results verify that the proposed technique can be implemented using fixed point 8-bit microcontroller to obtain excellent results.
In this study, a modified ripple correlation control (RCC) maximum-power point-tracking (MPPT) algorithm is proposed for a single-stage single-phase voltage source inverter (VSI) on a grid-connected photovoltaic system (GCPVS). Unlike classic RCC methods, the proposed algorithm does not require high-pass and low-pass filters or the increment of the AC component filter function in the voltage control loop. A simple arithmetic mean function is used to calculate the average value of the photovoltaic (PV) voltage, PV power, and PV voltage ripples for the MPPT of the RCC method. Furthermore, a high-accuracy and high-precision MPPT is achieved. The performance of the proposed algorithm for the single-stage single-phase VSI GCPVS is investigated through simulation and experimental results.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제3권4호
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pp.433-445
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2014
Single phase voltage source converter (VSC) is an important power electronic converter (PEC), including single-phase voltage source inverter (VSI), single-phase voltage source rectifier (VSR), single-phase active power filter (APF) and single-phase grid-connection inverter (GCI). As the fundamental part of large scale PECs, single-phase VSC has a wide range of applications. In the paper, as first, on the basis of the concept of the discontinuous pulse-width modulation (DPWM) for three-phase VSC, a new DPWM of single-phase VSR is presented by means of zero-sequence component injection. Then, the transformation from stationary frame (abc) to rotating frame (dq) is designed after reconstructing the other orthogonal current by means of one order all-pass filter. Finally, the presented DPWM based single-phase VSR is established analyzed and simulated by means of MATLAB/SIMULINK. In addition, the DPWMs presented by D. Grahame Holmes and Thomas Lipo are discussed and simulated in brief. Obviously, the presented DPWM can also be used for single-phase VSI, GCI and APF. The simulation results show the validation of the above modulation algorithm, and the DPWM based single-phase VSR has reduced power loss and increased efficiency.
A two stage ac drive configuration consisting of a single-phase line commutated rectifier and a three-phase voltage source inverter (VSI) is very common in low and medium power applications. The deterministic pulse width modulation (PWM) methods like sinusoidal PWM (SPWM) could not be considered as an ideal choice for modern drives since they result mechanical vibration and acoustic noise, and limit the application scope. This is due to the incapability of the deterministic PWM strategies in sprawling the harmonic power. The random PWM (RPWM) approaches could solve this issue by creating continuous harmonic profile instead of discrete clusters of dominant harmonics. Insufficient filtering at dc link results in the amplitude distortion of the input dc voltage to the VSI and has the most significant impact on the spectral errors (difference between theoretical and practical spectra). It is obvious that the sprawling effect of RPWM undoubtedly influenced by input fluctuation and the discrete harmonic clusters may reappear. The influence of dc link fluctuation on harmonics and their spreading effect in the VSI remains invalidated. A case study is done with four different filter capacitor values in this paper and results are compared with the constant dc input operation. This paper also proposes an ingenious RPWM, a ripple dosed sinusoidal reference-random carrier PWM (RDSRRCPWM), which has the innate capacity of suppressing the effect of input fluctuation in the output than the other modern PWM methods. MATLAB based simulation study reveals the fundamental component, total harmonic distortion (THD) and harmonic spread factor (HSF) for various modulation indices. The non-ideal dc link is managed well with the developed RDSRRCPWM applied to the VSI and tested in a proto type VSI using the field programmable gate array (FPGA).
In this paper, a buck DC-DC bridge converter is used as a power factor correction (PFC) converter for feeding a voltage source inverter (VSI) based permanent magnet brushless DC motor (PMBLDCM) drive. The front end of the PFC converter is a diode bridge rectifier (DBR) fed from single phase AC mains. The PMBLDCM is used to drive the compressor of an air conditioner through a three-phase voltage source inverter (VSI) fed from a variable voltage DC link. The speed of the air conditioner is controlled to conserve energy using a new concept of voltage control at a DC link proportional to the desired speed of the PMBLDC motor. Therefore, VSI operates only as an electronic commutator of the PMBLDCM. The current of the PMBLDCM is controlled by setting the reference voltage at the DC link as a ramp. The proposed PMBLDCM drive with voltage control-based PFC converter was designed and modeled. The performance is simulated in Matlab-Simulink environment for an air conditioner compressor load driven through a 3.75 kW, 1500 rpm PMBLDC motor. To validate the effectiveness of the proposed speed control scheme, the evaluation results demonstrate improved efficiency of the complete drive with the PFC feature in a wide range of speed and input AC voltage.
Tumbelaka, Hanny H.;Borle, Lawrence J.;Nayar, Chemmangot V.;Lee, Seong-Ryong
Journal of Power Electronics
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제9권3호
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pp.365-376
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2009
In this paper, the implementation of a three-phase shunt active power filter is presented. The filter is essentially three independent single-phase current-controlled voltage source inverters (CC-VSI) with a common DC bus. The CC- VSI is operated to directly control the AC grid current to be sinusoidal and in phase with the grid voltage without detecting the load currents. The APF consists of a current control loop, which shapes the grid currents to be sinusoidal and a voltage control loop, which regulates the active power balance of the system. The experimental results indicate that the active filter is able to handle predominantly the harmonics, as well as the unbalance and reactive power, so that the grid currents are sinusoidal, in phase with the grid voltages and symmetrical.
This paper proposes a new harmonic elimination PWM (HEPWM) scheme for voltage source inverters (VSI) based on the curve fittings of certain polynomials functions. The resulting equations to calculate the switching angle of the HEPWM require only the addition and multiplication processes; therefore any number of harmonics to be eliminated and the fundamental amplitude of the pole switching waveform (NP1) can be controlled on-line. An extensive angle error analysis is carried out to determine the accuracy of the algorithm in comparison to the exact solution. To verify the workability of the technique, an experimental single phase VSI is constructed. The algorithm is implemented on a VSI using a 16-bit microprocessor. The results obtained from the test rig are compared to the theoretical prediction and the results of the MATLAB simulations.
This paper proposes a stand alone type single-phase fuel cells micro-source with a voltage sag compensator for compensating the ac output voltage variations (sag or swell) of micro-source. The proposed micro-source is consist of a PEM(polymer electrolyte membrane) fuel cells simulator, a full bridge de converter, a 60Hz PWM(pulse width modulation) VSI(voltage source inverter), and a voltage sag compensator. Voltage sag compensator is similar to the configuration of hybrid series active power filter, and it is directly connected to micro-source through the injection transformer. Compensation algorithm of a voltage sag compensator adopts a single phase p-q theory. Effectiveness of the proposed the system is verified by the PSIM(power electronics simulation tool) simulation in the steady state and transient state which the proposed system is able to simultaneously compensate the harmonic current and source voltage sag or swell.
Conventionally, in order to reduce the ac components of the dc-link capacitors of the two-level Half-Bridge Voltage Source Inverter (HB-VSI), high dc-link capacitances are required. This necessitates the employment of short-lifetime and bulky electrolytic capacitors. In this paper, an analysis for the performance of low dc-link capacitances-based HB-VSI is presented to elucidate its ability to generate an enhanced fundamental output voltage magnitude without increasing the voltage rating of the involved switches. This feature is constrained by the load displacement factor. The introduced enhancement is due to the ac components of the capacitors' voltages. The presented approach can be employed for multi-phase systems through using multi single-phase HB-VSI(s). Mathematical analysis of the proposed approach is presented in this paper. To ensure a successful operation of the proposed approach, a closed loop current controller is examined. An expression for the critical dc-link capacitance, which is the lowest dc-link capacitance that can be employed for unipolar capacitors' voltages, is derived. Finally, simulation and experimental results are presented to validate the proposed claims.
본 논문은 최대전력점추적을 하는 PV 시스템을 이용한 점핑시스템 구동을 위한 단상유도전동기의 벡터제어를 제시한다. 펌핑시스템은 벡터제어에 의한 원심 펌프를 구동하는 가변속 단상유도전동기를 사용한다. DC-DC 컨버터를 이용한 MPPT는 다양한 일사량에 따라 최대 전력을 추적하기 위해 듀티 사이클을 제어한다. 듀티 사이클은 자속을 발생시키는 전류($i_{ds}$)와 직접적인 관계가 있다. 벡터제어 인버터는 CC-VSI를 사용한다. 시뮬레이션 결과는 일사량 변화에 따른 전압($V_{dq}$), 전류($I_{dq}$), 전동기 속도, 토크 등의 성능 및 특성을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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