This paper proposes a compensation algorithm for reducing a specific ripple component on synchronous reference frame phase locked loop (SRF-PLL) in grid-tied single-phase inverters. In general, SRF-PLL, which is based on all-pass filter to generate virtual voltage, is widely used to estimate the grid phase angle in a single-phase system. In reality, the estimated grid phase angle might be distorted because the phase difference between actual and virtual voltages is not 90 degrees. That is, the phase error is caused by the difference between cut-off frequency of all-pass filter and grid frequency under grid frequency variation. Therefore, the effects on phase angle and output current attributed to the phase error are mathematically analyzed in this paper. In addition, the proportional resonant (PR) controller is adapted to reduce the effects of phase error. The validity of the proposed algorithm is verified through several simulations and experiments.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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제23권4호
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pp.231-239
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2018
The phase-locked loop (PLL) is widely used in grid-tie inverter applications to achieve a synchronization between the inverter and the grid. However, its performance deteriorates when the grid voltage is not purely sinusoidal due to the harmonics and the frequency deviation. Therefore, a high-performance PLL must be designed for single-phase inverter applications to guarantee the quality of the inverter output. This paper proposes a simple method that can improve the performance of the PLL for the single-phase inverter under a non-sinusoidal grid voltage condition. The proposed PLL can accurately estimate the fundamental frequency and theta component of the grid voltage even in the presence of harmonic components. In addition, its transient response is fast enough to track a grid voltage within two cycles of the fundamental frequency. The effectiveness of the proposed PLL is confirmed through the PSIM simulation and experiments.
Khan, Reyyan Ahmad;Ashraf, Muhammad Noman;Choi, Woojin
Proceedings of the KIPE Conference
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전력전자학회 2017년도 추계학술대회
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pp.7-8
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2017
The Phase-Locked Loop (PLL) is widely used in grid-tie inverter applications to achieve the synchronization between the inverter and the grid. However, its performance is deteriorated when the grid voltage is not pure sinusoidal due to the harmonics and the frequency deviation. Therefore it is important to design a high performance phase-locked loop (PLL) for the single phase inverter applications to guarantee the quality of the inverter output. In this paper a simple method to improve the performance of the PLL for the single phase inverter is proposed. The proposed PLL is able to accurately estimate the fundamental frequency component of the grid voltage even in the presence of harmonic components. In additional its transient response is fast enough to track a change in grid voltage within two cycles of the fundamental frequency. The effectiveness of the proposed PLL is confirmed through the PSIM simulation and experiments.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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제29권10호
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pp.73-82
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2015
This paper proposes an ripple reduction algorithm and analyzes the effects of offset and scale errors generated by voltage sensor while measuring grid voltage in grid-tied single-phase inverters. Generally, the grid-connected inverter needs to detect the phase angle information by measuring grid voltage for synchronization, so that the single-phase inverter can be accurately driven based on estimated phase angle information. However, offset and scale errors are inevitably generated owing to the non-linear characteristics of voltage sensor and these errors affect that the phase angle includes 1st harmonic component under using SRF-PLL(Synchronous Reference Frame - Phase Locked Loop) system for detecting grid phase angle. Also, the performance of the overall system is degraded from the distorted phase angle including the specific harmonic component. As a result, in this paper, offset and scale error due to the voltage sensor in single-phase grid connected inverter under SRF-PLL is analyzed in detail and proportional resonant controller is used to reduce the ripples caused by the offset error. Especially, the integrator output of PI(Proportional Integral) controller in SRF-PLL is selected as an input signal of the proportional resonant controller. Simulation and experiment are performed to verify the effectiveness of the proposed algorithm.
The paper presents a novel phase locked loop(PLL) control method for robust three-phase thyristor dual converters under sag, notch, and phase loss conditions. This method is applied to three line to line voltages of grid to derive three phase angle errors from three separated single-phase PLLs. They can substitute for abnormal phase to guarantee the synchronization in the various grid fault conditions. The performance of novel PLL with moving average method is verified through simulations.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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제28권11호
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pp.68-76
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2014
This paper presents an offset error compensation algorithm for the accurate phase angle of the grid voltage in single-phase grid-connected inverters. The offset error generated from the grid voltage measurement process cause the fundamental harmonic component with grid frequency in the synchronous reference frame phase lock loop (PLL). As a result, the grid angle is distorted and the power quality in power systems is degraded. In addition, the dq-axis currents in the synchronous reference frame and phase current have the dc component, first and second order ripples compared with the grid frequency under the distorted grid angle. In this paper, the effects of the offset and scaling errors are analyzed based on the synchronous reference frame PLL. Particularly, the offset error can be estimated from the integrator output of the synchronous reference frame PLL and compensated by using proportional-integral controller. Moreover, the RMS (Root Mean Square) function is proposed to detect the offset error component. The effectiveness of the proposed algorithm is verified through simulation and experiment results.
High-performance Phase-Locked Loops (PLLs) are critical for grid synchronization in grid-tied power electronic applications. In this paper, a new single-phase All Digital Phase-Locked Loop (ADPLL) is proposed. It features fast transient response and good robustness under distorted grid conditions. It is designed for Field Programmable Gate Array (FPGA) implementation. As a result, a high sampling frequency of 1MHz can be obtained. In addition, a new OSG is adopted to track the power frequency, improve the harmonic rejection and remove the dc offset. Unlike previous methods, it avoids extra feedback loop, which results in an enlarged system bandwidth, enhanced stability and improved dynamic performance. In this case, a new parameter optimization method with consideration of loop delay is employed to achieve a fast dynamic response and guarantee accuracy. The Phase Detector (PD) and Voltage Controlled Oscillator (VCO) are realized by a Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) algorithm and a Direct Digital Synthesis (DDS) block, respectively. The whole PLL system is finally produced on a FPGA. A theoretical analysis and experiments under various distorted grid conditions, including voltage sag, phase jump, frequency step, harmonics distortion, dc offset and combined disturbances, are also presented to verify the fast dynamic response and good robustness of the ADPLL.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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제64권7호
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pp.1005-1011
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2015
This paper proposes the DC offset compensation algorithm with fast response to the sensed grid voltage in the single-phase grid connected inverter. If the sensor of the grid voltage has problems, the DC offset of the grid voltage can be generated. This error must be resolved because the DC offset can generate the estimated grid frequency error of the phase-locked loop (PLL). In conventional algorithm to compensate the DC offset, the DC offset is estimated by integrating the synchronous reference frame d-axis voltage during one period of the grid voltage. The conventional algorithm has a drawback that is a slow dynamic response because monitoring the one period of the grid voltage is required. the proposed algorithm has fast dynamic response because the DC offset is consecutively estimated by transforming the d-axis voltage to synchronous reference frame without monitoring one cycle time of the grid voltage. The proposed algorithm is verified from PSIM simulation and the experiment.
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.
Small distributed generation units are usually connected to the main electric grid through single-phase voltage source inverters. Grid operating conditions such as voltage and frequency are not constant and can fluctuate within the range values established by international standards. Furthermore, the requirements in terms of power factor correction, total harmonic distortion, and reliability are getting tighter day by day. As a result, the implementation of reliable and efficient control algorithms, which are able to adjust their control parameters in response to changeable grid operating conditions, is essential. This paper investigates the configuration topology and control algorithm of a single-phase inverter with the purpose of achieving high performance in terms of efficiency as well as total harmonic distortion of the output current. Accordingly, a Second Order Generalized Integrator with a suitable Phase Locked Loop (SOGI-PLL) is the basis of the proposed current and voltage regulation. Some practical issues related to the control algorithm are addressed, and a solution for the control architecture is proposed, based on resonant controllers that are continuously tuned on the basis of the actual grid frequency. Further, intentional islanding operation is investigated and a possible procedure for switching from grid-tied to islanding operation and vice-versa is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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