This paper describes experimental analysis of UPQC, which is composed of cascaded H-bridges and single-phase multi-winding transformers. The operational characteristic was analyzed through experimental works with a scaled model, and simulations with PSCAD/EMTDC. The UPQC proposed in this paper can be directly connected to the distribution line without series injection transformers. It has flexibility to expand the operation voltage by increasing the number of H-bridge modules. The analysis results can be utilized to design the actual UPQC system applicable for the actual distribution system.
Cascaded H-Bridge multi-level inverters can be implemented through the series connection of single-phase modular power bridges. In recent years, multi-level inverters are becoming increasingly popular for high power applications due to its improved harmonic profile and increased power ratings. This paper presents a control method for balancing the dc-link voltage and ride-through enhancement, a modified pulse width-modulation Compensation algorithm of cascaded H-bridge multi-level inverters. During an under-voltage protection mechanism, causing the system to shut down within a few milliseconds after a power interruption in the main input sources. When a power interruption occurs finish, if the system is a large inertia restarting the load a long time is required. This paper suggests modifications in the control algorithm in order to improve the sag ride-through performance of ac inverter. The new proposed strategy recommends maintaining the DC-link voltage constant at the nominal value during a sag period, experimental results are presented.
Qi, Chen;Tu, Pengfei;Wang, Peng;Zagrodnik, Michael
Journal of Power Electronics
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제17권1호
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pp.76-87
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2017
Finite-set predictive current control (FS-PCC) is advantageous for power converters due to its high dynamic performance and has received increasing interest in multilevel inverters. Among multilevel inverter topologies, the cascaded H-bridge (CHB) inverter is popular and mature in the industry. However, a main drawback of FS-PCC is its large computational burden, especially for the application of CHB inverters. In this paper, an FS-PCC method based on a deadbeat solution for three-phase zero-common-mode-voltage CHB inverters is proposed. In the proposed method, an inverse model of the load is utilized to calculate the reference voltage based on the reference current. In addition, a cost function is directly expressed in the terms of the voltage errors. An optimal control actuation is selected by minimizing the cost function. In the proposed method, only three instead of all of the control actuations are used for the calculations in one sampling period. This leads to a significant reduction in computations. The proposed method is tested on a three-phase 5-level CHB inverter. Simulation and experimental results show a very similar and comparable control performance from the proposed method compared with the traditional FS-PCC method which evaluates the cost function for all of the control actuations.
본 논문에서는 양방향 스위치를 가지는 기존의 5-레벨 인버터를 직렬 결합하여 다수의 출력 전압 레벨을 형성할 수 있는 멀티레벨 인버터 구조를 제안한다. 무엇보다도 제안된 회로의 입력 전압원 크기를 5의 배수로 구성함으로서 보다 많은 수의 레벨을 생성시킬 수 있다. 동일한 수의 출력 전압 레벨 형성시 기존의 Cascaded H-bridge cell 방식보다 스위칭 소자를 줄일 수 있어 시스템 크기, 비용, 전력 손실을 저감시킬 수 있는 장점을 가진다. 두 대의 5-레벨 인버터를 직렬 결합함으로써 25-레벨의 출력전압을 생성시킬 수 있는 인버터에 대한 특성을 분석하고 시뮬레이션과 실험을 통해 타당성을 검증한다.
The multi-level inverters are highly efficient for high-power and medium-voltage AC driving applications, such as high-speed railway systems and renewable energy resources, because such inverters generate lower total harmonic distortion (THD) and electromagnetic interface (EMI). Lower switching stress occurs on switching devices compared with conventional two-level inverters. Depending on the multi-level inverter topology, the required components and number of switching devices are different, influencing the overall efficiency. Comparative studies of multi-level inverters based on loss analysis and output characteristic are necessary to apply multi-level inverters in high-power AC conversion systems. This paper proposes a theoretical loss analysis method based on piecewise linearization of characteristic curves of power semiconductor devices as well as loss analysis and output performance comparison of five-level neutral-point clamped, flying capacitor inverters, and high-level cascaded H-bridge multi-level inverters.
The static synchronous compensator (STATCOM) of cascaded H-bridge configuration accompanying multiple separate DC sides is inherently subject to the problem of uneven DC voltages. These DC voltages in one leg can be controlled by adjusting the AC-side output voltage of each cell inverter, which is proportional to the active power. However, when the phase current is extremely small, large AC-side voltage is required to generate the active power to balance the cell voltages. In this study, an alternative zero-sequence current injection method is proposed, which facilitates effective cell balancing controllers at no load, and has no effect on the power grid because the injected zero sequence current only flows within the STATCOM delta circuit. The performance of the proposed method is verified through simulation and experiments.
Individual DC voltage balance problem is an inherent issue for cascaded H-bridge (CHB) based converter. When the CHB-based static synchronous compensator (STATCOM) is operating at zero current mode, the software-based individual DC voltage balancing control techniques may not work because of the infinitesimal output current. However, the different power losses of each cell would lead to the individual DC voltages unbalance. The uneven power losses on the local supplied cell-controllers (including the control circuit and drive circuit) would especially cause the divergence of individual DC voltages, due to their characteristic as constant power loads. To solve this problem, this paper proposes an adaptive voltage balancing module which is designed in the cell-controller board with small size and low cost circuits. It is controlled to make the power loss of the cell a constant resistance load, thus the DC voltages are balanced in zero current mode. Field test in a 10kV STATCOM confirms the performance of the proposed method.
본 논문은 포워드-플라이백 컨버터와 태양광 단일 전원 비대칭 다단식 H-bridge 다중 레벨 인버터를 적용한 태양광 전력 조절 시스템에 관한 논문이다. 이는 기존에 연구되었던 대칭형 다단식 H-Brdige 다중 레벨 인버터나 플라이백 컨버터를 사용한 태양광 전력 조절 시스템의 단점을 보완 한 것이다. 대칭형 다단식 멀티 레벨 인버터는 각 H-Bridge 구조 마다 독립된 전원이 필요하지만, 포워드-플라이백(Foward-Flyback) 컨버터를 접목시켜 단일 태양광 전원으로 하나의 다단식 H-Brdige 인버터를 구성 할 수 있고, 또한 기존의 플라이백 컨버터를 포워드-플라이백 컨버터로 대체 하면서 기존 대비 대용량 설비가 용이하고 효율적인 태양광 전력 조절 시스템을 설계 할 수 있다. 제안한 시스템의 가능성을 확인하기 위하여, PSIM 시뮬레이션을 통해 계통 연계형 1kW급 태양광 시스템의 최대 전력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking)와 인버터의 $V_{dc}$ 전압 제어를 확인하였다.
본 논문은 스마트 그리드의 핵심 설비중 하나인 반도체 지능형 변압기의 시스템 구성과 이에 필요한 PWM 컨버터의 PWM 생성 방식에 관한 논문으로, 반도체 지능형 변압기의 경우 입력단이 수전계통에 직접 접속되기 때문에 고전압을 견딜 수 있는 방식으로 구성되어야 하고 이를 위해서는 다단 연결방식의 PWM 컨버터의 구성이 필수적이다. 종래의 PWM 생성 방식의 경우 지령전압의 크기에 따라서 각 단별 스위칭 부하가 균등하게 분포되지 않기 때문에 이를 해결하기 위한 복잡한 리던던시를 스위칭 패턴에 추가해야 했으나, 본 논문에서 제안하는 방식의 경우 부하의 분담이 자동적으로 이루어지기 때문에 그러한 부담없이 시스템을 구성하는 것이 가능하다.
In this paper, an efficient switching pattern to equalize the size of transformer is proposed for a multi-level inverter employing cascaded transformers. It is based on the prior selected harmonic elimination PWM(SHEPWM) method. Because the maximum magnetic flux imposed on each transformer becomes exactly equal each to each, all transformers can be designed with the same size regardless of their position. Therefore, identical full-bridge inverter units can be utilized, thus improving modularity and manufacturability. The fundamental idea of the proposed switching pattern is illustrated and the analyzed theoretically. The validity of the proposed switching strategy is verified by experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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