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.
Ramirez, Fernando Arturo;Arjona, Marco A.;Hernandez, Concepcion
Journal of Power Electronics
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v.17
no.2
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pp.533-541
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2017
This paper presents a novel Parameter-Independent Fictive-Axis (PIFA) approach for the Voltage-Oriented Control (VOC) algorithm used in grid-tied single-phase inverters. VOC is based on the transformation of the single-phase grid current into the synchronous reference frame. As a result, an orthogonal current signal is needed. Traditionally, this signal has been obtained from fixed time delays, digital filters or a Hilbert transformation. Nevertheless, these solutions present stability and transient drawbacks. Recently, the Fictive Axis Emulation (FAE) VOC has emerged as an alternative for the generation of the quadrature current signal. FAE requires detailed information of the grid current filter along with its transfer function for signal creation. When the transfer function is not accurate, the direct and quadrature current components present steady-state oscillations as the fictive two-phase system becomes unbalanced. Moreover, the digital implementation of the transfer function imposes an additional computing burden on the VOC. The PIFA VOC presented in this paper, takes advantage of the reference current to create the required orthogonal current, which effectively eliminates the need for the filter transfer function. Moreover, the fictive signal amplitude and phase do not change with a frequency drift, which results in an increased reliability. This yields a fast, linear and stable system that can be installed without fine tuning. To demonstrate the good performance of the PIFA VOC, simulation and experimental results are presented.
Tumbelaka, Hanny H.;Borle, Lawrence J.;Nayar, Chemmangot V.;Lee, Seong-Ryong
Journal of Power Electronics
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v.9
no.3
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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.
Optically isotropic liquid crystal (LC) mixture such as blue-phase LC and nanostructured LC composites exhibit the advantages of fast response time, high contrast ratio and wide-viewing angle due to the induced birefringence along the horizontal electric field. Utilizing this mixture, a novel single cell gap in-plane switching-type polymer-stabilized blue-phase transflective liquid crystal display by embedding the nanowire grid polarizer as a polarization-dependent reflective polarizer in the R region is proposed. This device can be used as a normal black mode without any quarter-wave plate or patterned in-cell phase retarder. Moreover, the transmittance is identical to the reflectance so that it will be suitable for single gamma driving. Detailed electro-optic performances, such as voltage-dependent light efficiency and viewing angle of the proposed device configuration, are investigated.
Grid-interactive power converters are normally synchronized with the grid using phase-locked loops (PLLs). The performance of the PLLs is affected by the non-ideal conditions in the sensed grid voltage such as harmonics, frequency deviations and the dc offsets in single-phase systems. In this paper, a single-phase PLL is presented to mitigate the effects of these non-idealities. This PLL is based on the popular second order generalized integrator (SOGI) structure. The SOGI structure is modified to eliminate the effects of input dc offsets. The resulting SOGI structure has a high-pass filtering property. Hence, this PLL is termed as a high-pass generalized integrator based PLL (HGI-PLL). It has fixed parameters which reduces the implementation complexity and aids in the implementation in low-end digital controllers. The HGI-PLL is shown to have the lowest resource utilization among the SOGI based PLLs with dc cancelling capability. Systematic design methods are evolved leading to a design that limits the unit vector THD to within 1% for given non-ideal input conditions in terms of frequency deviation and harmonic distortion. The proposed designs achieve the fastest transient response. The performance of this PLL has been verified experimentally. The results agree with the theoretical prediction.
Based on the inherent relationship between dc-bus voltage and grid feeding active power, two dc-bus voltage regulators with different references are adopted for a grid-connected PV inverter operating in both normal grid voltage mode and low grid voltage mode. In the proposed scheme, an additional dc-bus voltage regulator paralleled with maximum power point tracking controller is used to guarantee the reliability of the low voltage ride-through (LVRT) of the inverter. Unlike conventional LVRT strategies, the proposed strategy does not require detecting grid voltage sag fault in terms of realizing LVRT. Moreover, the developed method does not have switching operations. The proposed technique can also enhance the stability of a power system in case of varying environmental conditions during a low grid voltage period. The operation principle of the presented LVRT control strategy is presented in detail, together with the design guidelines for the key parameters. Finally, a 3 kW prototype is built to validate the feasibility of the proposed LVRT strategy.
An, Hyun-Sung;Lee, Wujong;Mun, Byung-Ho;Park, Il-Kyu;Jung, Seon-Yong;Kim, Youngroc;Cha, Hanju
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.84-90
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2013
This paper explains control methods of single-phase grid connected battery charger. Charging mode is control by Constant Current - Constant Voltage method and discharging mode is controlled by active-reactive power control method. Current control method is based on the synchronous reference frame(SRF) PI controller, and the second harmonic of battery current is compensated by an added L-C resonant circuit. Feasibility of the proposed control methods is verified through experiment with a prototype of 5kW single-phase grid connected battery charger.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.2
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pp.166-174
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2017
This study proposes a compensation method for the dead-time effects on a single-phase grid-connected inverter. Dead time should be considered in the pulse-width modulation gating signals to prevent the simultaneous conduction of switching devices, considering that a switching device has a finite switching time. Consequently, the output current of the grid-connected inverter contains odd-numbered harmonics because of the dead time and the nonlinear characteristics of the switching devices. The effects of dead time on output voltage and current are analyzed in this study. A new compensation algorithm based on second-order generalized integrator is also proposed to reduce the dead-time effect. Simulation and experimental results validate the effectiveness of the proposed compensation algorithm.
This paper proposes a new fault isolation methodology for a smart protective device which plays an agent role on the smart grid distribution system with the distributed generation. It, by itself, determines accurately whether its protection zone is fault or not, identifies the fault zone and separates the fault zone through the exchange of fault information such as the current information and the voltage information with other protective devices using bi-directional communication capabilities on the smart grid distribution system. The heuristic rules are obtained from the structure and electrical characteristics determined according to the location of the fault and DG (Distributed Generation) when faults such as single-phase ground fault, phase-to-phase short fault and three-phase short fault occur on the smart grid distribution system with DG.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.4
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pp.309-316
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2011
A PLL system has widely used for synchronizing the grid voltage at the grid-connected inverter for supplying power from the PV generation systems. In this paper, a PLL algorithm without both the loop filter and PI controller is suggested for improving the performance of synchronization at the single-phase and three-phase grid connected inverters. In order that the output voltage of a phase detector in the PLL has only a dc voltage, and it approaches to 0 when the synchronization signal is locked to the grid voltage, the feedback signals are determined by using two-phase voltages. After the PLL system with a proportional controller is modelled with the small signal analysis, the stability and steady-state error are investigated. Through the simulation studies and experimental results, the performances of the proposed PLL algorithm are verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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