Inverters are widely used in distributed power generation and other applications. However, their lack of inertia and variable impedance may cause system instability and power transfer inaccuracy. This paper proposes a control scheme for a single phase voltage-controlled inverter with some grid-friendly characteristics. The proposed control algorithm enables the inverter to function as a voltage source with an inner output impedance in both the islanded and grid-connected modes. Virtual inertia and rotor equations are embedded in the PLL part. Thus, the frequency stability can remain. The inner output impedance can be adjusted freely, which helps to accurately decouple and transmit the output active and reactive power. The proposed inverter operates like a traditional synchronous generator. Simulations and experiments are designed and carried out to verify the proposed control strategy.
V2G (Vehicle to Grid) technology for an EV (Electric Vehicle) has been assumed as so promising in a near future for its useful energy resource concept but still yet to be developed around the world for specific service purposes through various R&BD projects. Basically, V2G returns power stored in vehicle at a cheaper or unused time to the grid at more expensive or highly peaked time, and is accordingly supposed to provide such roles like peak shaving or load levelling according to customer load curve, frequency regulation or ancillary reserves, and balancing power fluctuation to grid from the weather-sensitive renewable sources like wind or solar generations. However, it has recently been debated over its prominent usage as diffusing EVs and the required charging/discharging infrastructure, partially for its addition of EV ownership costs with more frequent charging/discharging events and user inconvenience with a relative long-time participation in the previously engaged V2G program. This study suggests that a Korean DR (Demand Response) service integrated V2G system especially based upon a dynamic charge/pause/discharge scheme newly proposed to ISO/IEC 15118 rev. 2 can deal with these concerns with more profitable business model, while fully making up for the additional component (ex. battery) and service costs. It also indicates that the optimum economic, environmental, and grid impacts can be simulated for this V2G-DR service particularly designed for EV aggregators (V2G service providers) by proposing a specific V2G engagement program for the mediated DR service providers and the distributed EV owners.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.6
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pp.1255-1260
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2011
In this paper, we study on the reliability of Very High-rate Power Line Communication (VH-PLC) for Smart Grid, so that the resultant data rate is over 400Mbps at a physical layer. Firstly, reviewing the research trend of the PLC, we discuss the required techniques for supporting the Smart Grid. Considering a pre-specification with the value of several parameters, we investigate a multi-carrier modulation technique to overcome limitations of higher rate transmission under power line channel environments. Then, we propose a system specification of the VH-PLC in the sense of enhancing two features. One is resolving the problem of the co-existence of the deployed high-speed PLC according to the published standardization of KS X 4600-1 in Korea. The other is getting better performance on the grid adopting the diverse element techniques, such as multi-carrier modulation, a subcarrier utilization mode, a variable rate LDPC (Low Density Parity Check) code, and a time and frequency diversity technique. Further, a simulation tool, composed of an Event-Driven simulator and a Time-Driven simulator, is developed for the purpose of verifying the system performance and continuously cross-checking the test bench signal of the proposed VH-PLC system.
A single-stage AC-AC converter has been designed for a wind energy conversion system (WECS) that eliminates multistage operation and DC-link filter elements, thus resolving size, weight, and reliability issues. A simple switching strategy is used to control the switches that changes the variable-frequency AC output of an electrical generator to a constant-frequency supply to feed into a distributed electrical load/grid. In addition, a modified random sinusoidal pulse width modulation (RSPWM) technique has been developed for the designed converter to make the overall system more efficient by increasing generating power capacity and reducing the effects of inter-harmonics and sub-harmonics generated in the WECS. The technique uses carrier and reference waves of variable switching frequency to calculate the firing angles of the switches of the converter so that the three-phase output voltage of the converter is very close to a sine wave with reduced THD. A comparison of the performance of the proposed RSPWM technique with the conventional SPWM demonstrated that the power generated by a turbine in the proposed approximately increased by 5% to 10% and THD reduces by 40% both in voltage and current with respect to conventional SPWM.
Due to the high efficiency and compact mechanical structure, direct drive variable speed generators are used for power conversion in wind turbines. The wind energy conversion system (WECS) considered in this paper consists of a permanent magnet synchronous generator (PMSG), uncontrolled rectifier, dc-dc boost converter controlled with maximum power point tracking (MPPT) and adaptive hysteresis controlled voltage source inverter (VSI). For high utilization of the converter's power capability and stabilizing voltage and power flow, constant DC-link voltage is essential. Step and search MPPT algorithm which senses the rectified voltage ($V_{DC}$) alone and controls the same is used to effectively maximize the output power. The adaptive hysteresis band current control is characterized by fast dynamic response and constant switching frequency. With MPPT and adaptive hysteresis band current control in VSI, the DC link voltage is maintained constant under variable wind speeds and transient grid currents respectively.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.334-345
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2009
Pumped storage power plants are playing a significant role in the contribution to the stabilization of an electrical grid, above all by stable operation and fast reaction to sudden load respectively frequency changes. Optimized efficiency and smooth running characteristics both in pump and turbine operation, improved stability for synchronization in turbine mode, load control in pump mode operation and also short reaction times may be achieved using adjustable speed power units. Such variable speed power plants are applicable for high variations of head (e.g. important for low head pump-turbine projects). Due to the rapid development of power semiconductors and frequency converter technology, feasible solutions can be provided even for large hydro power units. Suitable control strategies as well as clear design criteria contribute significantly to the optimal usage of the pump turbine and motor-generators. The SIMSEN tool for dynamic simulations has been used for comparative investigations of different configurations regarding the power converter topology, types of semiconductors and types of motor-generators including the coupling to the hydraulic system. A brief overview of the advantages & disadvantages of the different solutions can also be found in this paper. Using this approach, a customized solution minimizing cost and exploiting the maximum usage of the pump-turbine unit can be developed in the planning stage of new and modernization pump storage projects.
30kW electrical power conversion system is delveloped for the variable speed wind turbine system. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and frequency of generator output vary according to the wind speed, a dc/dc boosting chopper is utilized to maintain constant dc link voltage. Grid connection type PWM inverter supply currents into the utility line by regulating the dc link voltage. The active power is controlled by q-axis current which the reactive power can be controlled by d-axis current reference change. The phase angle of utility voltage is detected using s/w PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. This scheme gives a low cost power solution for variable speed WECS.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.1
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pp.8-16
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2012
Fixed speed wind turbine generators system that uses induction generator as a wind generator has the stability problem similar to a synchronous generator. On the other hand, doubly fed induction generator (DFIG) has the flexibility to control its real and reactive powers independently while being operated in variable speed mode. This paper focuses on a scheme where IG is stabilized by using DFIG during grid fault. In that case, DFIG will be heavily stressed and a remedy should be found out to protect the frequency converter as well as to allow the independent control of real and reactive powers without loosing the synchronism. For that purpose, a crowbar protection switch or DC-link protecting device can be considered. This paper presents a comparative study between two protective schemes, a crowbar circuit connected across the rotor of the DFIG and a protective device connected in the DC-link circuit of the frequency converter. Simulation analysis by using PSCAD/EMTDC shows that both schemes could effectively protect the DFIG, but the latter scheme is superior to the former, because of less circuitry involved.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.82-87
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2003
Nuclear fuel with a big slenderness ratio is susceptible to flow-induced vibration under very severe conditions of high temperature, high flow and exposure to irradiation in nuclear reactor. The fuel assembly should, therefore, be designed to escape any resonance due to the vibration during the reactor operation, in particular, in case of the design changes. In addition, the amplitudes due to the grid vibration, the fuel rod vibration and the fuel assembly vibration should be minimized to reduce the grid-to-rod fretting wear. Fuel assembly vibration tests in air at room temperature and in water at high temperature have been performed to investigate fuel vibration behaviors. The frequency and damping during the test in air have been compared to those in water. Through the hydraulic test, the advanced assembly has been evaluated not to be susceptible to any resonance. In addition, the test data from the tests can be used to make fuel model and to evaluate grid-to-rod fretting wear.
Kim, Do-Yun;Lee, Jung-Hyo;Lee, Yong-Seok;Jung, Doo-Yong;Jung, Yong-Chae;Won, Chung-Yuen
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.17
no.2
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pp.158-165
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2012
In this paper, the test bed using three-phase PWM converter connected with single phase inverter in series is set up to configure an active AC electric load. Since the two topologies, three-phase PWM converter and single-phase inverter, can be operated bidirectionally, the system not only re-generates surplus power to grid but also prevents power dissipation. However, the construction of system has a drawback. That is, ripple components two times of inverter operation frequency occur at DC-Link due to cascade connection, it can be cause of three phase unbalance Since the operational characteristic of the active AC electric load, the power frequency entered into the electric load can be varied, and the ripple of DC-Link is changed as well. In this paper, the three-phase PWM converter using a variable notch filter is proposed, and the reduction of three-phase current unbalance is presented. the validity of the proposed PWM converter using a variable notch filter is verified by the simulation and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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