The fundamental small-signal modeling of lithium-ion (Li-ion) batteries and a parameter evaluation approach are investigated in this study to describe the dynamic behaviors of small signals accurately. The main contributions of the study are as follows. 1) The operational principle of the small signals of Li-ion batteries is revealed to prove that the sinusoidal voltage response of a Li-ion battery is a result of a sinusoidal current stimulation of an AC small signals. 2) Three small-signal measurement conditions, namely stability, causality, and linearity, are proved mathematically proven to ensure the validity of the frequency response of the experimental data. 3) Based on the internal structure and electrochemical operational mechanism of the battery, an AC small-signal model is established to depict its dynamic behaviors. 4) A classical least-squares curve fitting for experimental data, referred as Levy's method, are introduced and developed to identify small-signal model parameters. Experimental and simulation results show that the measured frequency response data fit well within reading accuracy of the simulated results; moreover, the small-signal parameters identified by Levy's method are remarkably close to the measured parameters. Although the fundamental and parameter evaluation approaches are discussed for Li-ion batteries, they are expected to be applicable for other batteries.
Modular multilevel converter (MMC)-based high-voltage direct current (HVDC) presents attractive technical advantages and contributes to enhanced system operation and reduced oscillation damping in dynamic MMC-HVDC systems. We propose an advanced small-signal multi-terminal MMC-HVDC based on dynamic phasors and state space for power system stability analysis to enhance computational accuracy and reduce simulation time. In accordance with active and passive network control strategies for multi-terminal MMC-HVDC, the matchable small-signal stability models containing high harmonics and dynamics of internal variables are conducted, and a related theoretical derivation is carried out. The proposed advanced small-signal model is then compared with electromagnetic-transient and traditional small-signal state-space models by adopting a typical multi-terminal MMC-HVDC network with offshore wind generation. Simulation indicates that the advanced small-signal model can successfully follow the electromechanical transient response with small errors and can predict the damped oscillations. The validity and applicability of the proposed model are effectively confirmed.
In this paper, a small signal model for grid-connected inverter with unipolar pulse width modulation method is presented. Small-signal analysis allows to predict the stability and dynamics of the inverter. To regulate output voltage and to achieve power factor correction, inverter has two control loops. Loop gains are useful to identify the stability for multi-loop controlled system. Based on small-signal model, controllers are designed to improve audio susceptibility and output impedance characteristics. Proposed small-signal model and controllers are verified by PSIM simulation and experiments.
A large-signal average model for the controlled on-time boost power factor correction(PFC) circuit is developed and subsequently linearized resulting in a small-signal model for the PFC circuit. Ac analyses are performed using the small-signal model, revealing new results new on small-signal dynamics of the PFC circuit. The analysis results and model predictions are confirmed with experimental measurements on 200W prototype PFC circuit.
Modern power grids are becoming more and more stressed with the load demands increasing continually. Therefore large stressed power systems exhibit complicated dynamic behavior when subjected to small disturbance. Especially, it is needed to analyze special conditions which make small signal stability structure varied according to operating conditions. This paper shows that the relation between small signal stability structure varied according to operating conditions. This paper shows that the relation between small signal stability and operating conditions can be identified well using node-focus point and 1:1 resonance point. Also, the weak point which limits operating range is found by the analysis of resonance condition, and it is shown that reactive power compensation may solve the problem in the weak points. The proposed method is applied to test systems, and the results illustrate its capabilities.
Small-signal modeling and controller design methodology are proposed to improve the dynamics and stability of a DC-DC dual active bridge (DAB) converter. The state-space average method has a limitation when applied to the DAB converter because its state variables are nonlinear and have zero average values in a switching period. Therefore, the small-signal model and the frequency response of the DAB converter are derived and analyzed using a generalized average method instead of conventional modeling methods. The design methodology of a lead-lag controller instead of the conventional proportional-integral controller is also proposed using the derived small-signal model. The accuracy and performance of the proposed small-signal model and controller are verified by simulation and experimental results with a 500 W prototype DAB converter.
최근 추적 레이더는 다양한 환경에서 여러 가지 제약을 받지 않고 운용이 가능한 소형 추적 레이더 개발의 필요성을 확인하였다. 또한 소형 추적 레이더의 성능은 기존 추적 레이더와 동등 이상을 요구한다. 이런 소형 추적 레이더는 기존 추적 레이더의 소형화와 저전력화를 통해 구현할 수 있다. 본 논문에서는 소형 추적 레이더를 위한 신호처리기의 역할과 기능을 정의하고, 소형 추적 레이더를 위한 신호처리기를 구현하기 위해 필요한 디바이스 사용의 최소화를 통한 소형화와 소비 전력의 효율을 높이기 위한 방안을 제안하였다. 소형화에 대한 방안으로 상용 DDC, 통신 controller등의 디바이스 기능을 FPGA에 구현하여 소형 추적 레이더를 위한 신호처리기를 설계하였다. 또한 효율이 좋은 Switching regulator를 사용한 전원부의 설계로 저전력 신호처리기를 설계하였다. 마지막으로 구현한 소형 추적 레이더를 위한 신호처리기의 성능시험과 소형 추적 레이더에 신호처리기를 적용한 도플러 추적 시험, 거리 추적 시험으로 신호처리기를 검증하였다.
최근 소형 추적 레이더는 다양한 환경에서 표적을 획득하고, 추적하여 한 번의 타격으로 표적의 시스템을 무능화 시킬 수 있는 높은 거리해상도를 갖는 소형 밀리미터파 추적 레이더 개발을 요구한다. 높은 거리해상도를 갖는 소형 밀리미터파 추적 레이더는 넓은 대역폭의 신호를 실시간으로 처리하고, 소형 추적 레이더의 성능 요구 조건을 충족할 수 있는 신호처리기의 구현이 필요하다. 본 논문에서는 소형 밀리미터파 추적 레이더의 신호처리기 역할과 기능을 수행할 수 있는 신호처리기를 설계하였다. 소형 밀리미터파 추적 레이더를 위한 신호처리기는 8채널에서 입력되는 OOOMHz의 중심주파수와 OOOMHz 대역폭의 신호를 실시간으로 처리하기를 요구한다. 신호처리기의 요구사항을 만족하기 위해 고성능 프로세서 및 ADC (Analog-to-digital converter) 적용과 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 활용한 DDC (Digital Down Converter), FFT (Fast Fourier Transform) 등의 전처리 연산을 적용하여 신호처리기를 설계하였다. 마지막으로 소형 밀리미터파 추적 레이더를 위한 신호처리기의 성능시험을 통하여 구현한 신호처리기를 검증하였다.
This paper presents a novel close-loop control scheme based on small signal modeling and weighted composite voltage feedback for a three-phase input and single-phase output Matrix Converter (3-1MC). A small non-polar capacitor is employed as the decoupling unit. The composite voltage weighted by the load voltage and the decoupling unit voltage is used as the feedback value for the voltage controller. Together with the current loop, the dual-loop control is implemented in the 3-1MC. In this paper, the weighted composite voltage expression is derived based on the sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) strategy. The switch functions of the 3-1MC are deduced, and the average signal model and small signal model are built. Furthermore, the stability and dynamic performance of the 3-1MC are studied, and simulation and experiment studies are executed. The results show that the control method is effective and feasible. They also show that the design is reasonable and that the operating performance of the 3-1MC is good.
In DC distribution systems, a TAB converter employing multiple transformers is one of the most widely used topologies due to its high power density, modularizability, and cost-effectiveness. However, the conventional control technique for a grid-connected mode in the TAB converter cannot maintain its reliability for an islanding mode under a blackout situation. In this paper, the islanding mode control technique is proposed to solve this issue. To verify the relative stability and dynamic characteristics of the control technique, small-signal models of both the grid connected and the islanding mode are derived. Based on the small-signal models, PI controllers are designed to provide suitable power control. The proposed control technique, the accuracy of small-signal models, and the performance of the controllers are verified by simulations and experiments with a 1-kW prototype TAB converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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