A cascaded hybrid multilevel inverter including a reconfiguration technique for low voltage dc distribution applications is proposed in this paper. A PWM generation fault detection and reconfiguration paradigm after an inverter cell fault are developed by using only a single-chip controller. The proposed PWM technique is also modified to reduce switching losses. In addition, the proposed topology can reduce the number of required power switches compared to the conventional cascaded multilevel inverter. The proposed technique is validated by using a 3-kVA prototype. The switching losses of the proposed multilevel inverter are also investigated. The experimental results show that the proposed hybrid inverter can improve system efficiency, reliability and cost effectiveness. The efficiency of proposed system is 97.45% under the tested conditions. The proposed hybrid inverter topology is a promising method for low voltage dc distribution and can be applied for the multiple loads which are required in a data center or telecommunication building.
This paper introduces a shunt active power filter with a small DC bus capacitor by adding additional low-pass filter (LPF). The DC link voltage fluctuation is impressively suppressed with a small value in spite of the low value of DC-link capacitor under the steady-state condition. Consequently, the cost and volume of power converter are significantly reduced thanks to the reduced value of DC-bus capacitor. On the other hand, an indirect control strategy is used to maintain grid-side current when non-linear loads are connected to the system. By using proportional-integral (PI) and modified repetitive controller (RC) in dq0 frame, the calculation time is greatly decreased by 6 times compared with the conventional RC, and the number of measurement devices is also minimized. As a result, the acquired total harmonic distortion (THD) is lower than 2% regardless of the load conditions. Simulation results are carried out in order to verify the effectiveness of the proposed control strategy.
Kim, Jung-Min;Choi, Seong-Chon;Kim, Bum-Jun;Cho, Jin-Ho;Won, Chung-Yuen
Proceedings of the KIPE Conference
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2016.11a
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pp.61-62
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2016
It is the general trend that AC/DC power system topologies with various sources and loads. To control the AC/DC power system, different kind of control system are needed. This paper discusses the parallel operation of single-phase AC/DC converters using a proportional integral (PI) controller and a proportional resonant (PR) controller. The performance of PI and PR controller have been evaluated by simulation.
This paper proposes a new power flow control method for soft-switched, four channel, five level resonant buck dc-dc converters. These converters have two input channels, which can be supplied from sources with identical or different voltages, and four output channels with arbitrary output voltages. They are specially designed to supply multilevel inverters. The design methodology for their power flow control has been developed considering a general case when the input voltages, output voltages and loads can be asymmetrical. A special emphasize is paid to the limitations and restrictions of operation. The theoretical studies are confirmed by numerical simulations and laboratory tests carried out at various operation points. Exploiting the advantages of the newly proposed power control strategy, the converter can supply five level inverters in dc microgrids, active filters, power factor correctors and electric drives. They can also play an interfacing role in renewable energy systems.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.3
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pp.231-237
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2016
Recently, the interest in DC systems to achieve more efficient connection with renewable energy sources, energy storage systems, and DC loads has been growing extensively. DC systems are more advantageous than AC systems because of their low conversion losses. However, the DC-link voltage is variable during operation because of different random effects. This study focuses on DC voltage stabilization applied in stand-alone DC microgrids by means of voltage ranges, power management, and coordination scheme. The quality and stability of the entire system are improved by keeping the voltage within acceptable limits. In terms of optimized control, the maximum power should be tracked from renewable resources during different operating modes of the system. The ESS and VSDG cover the power shortage after all available renewable energy is consumed. Keeping the state of charge of the ESS within the allowed bands is the key role of the control system. Load shedding or power generation curtailment should automatically occur if the maximum tolerable voltage variation is exceeded. PSIM-based simulation results are presented to evaluate the performance of the proposed control measures.
This paper describes a simple control structure and power conditioning system for an indirect vector controlled stand-alone induction generator (IG) used to operate under variable speed. The required reactive power for the IG system is supplied by means of a capacitor bank and a voltage-source PWM converter. Using a capacitor bank to transfer the reactive power to the IG under the rated speed and no-load conditions starts the IG operation and reduces the PWM converter size. The vector control structure for the variable speed IG power conditioning system compensates for changes in the electrical three-phase and DC loads while considering the magnetizing curve of the IG. The vector control structure is developed to regulate the DC link voltage of the PWM converter and the IG output voltage. The experimental and simulated performance results of the IG power conditioning system at various speeds and loads are given and show that this proposed scheme can be used efficiently for a variable speed, wind energy conversion system.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.10a
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pp.285-288
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2012
Since the non-overlapping gate driver used in conventional DC-DC boost converters generates fixed dead-times, the converters suffer from the body-diode conduction loss or the charge-sharing loss. To reduce the efficiency degradation due to these losses, this paper presents a PWM DC-DC boost converter with adaptive dead-time control. In light loads, power switching is also employed to increase the efficiency. The designed DC-DC boost converter can thus achieve high efficiency at wide current range. The proposed DC-DC boost converter has 3.3V output from a 2.5V input with 0.18um technology. It operates at 500KHz and has a maximum power efficiency of 97.8%.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.2
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pp.176-183
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2014
Three-phase four-wire distribution systems are used for both three-phase three-wire loads and single-phase two-wire consumer appliances in South Korea, Myanmar and other countries. Unbalanced load conditions frequently occur in these distribution systems. These unbalanced load conditions cause unbalanced voltages for three-phase and single-phase loads, and increase the loss in the distribution transformer. In this paper, we propose constant DC capacitor voltage control based strategy for the active load balancer (ALB) in the three-phase four-wire distribution systems. Constant DC capacitor voltage control is always used in active power line conditioners. The proposed control strategy does not require any computation blocks of the active and reactive currents on the distribution systems. Balanced source-side currents with a unity power factor are obtained without any calculation block of the unbalanced active and reactive components on the load side. The basic principle of the constant DC capacitor voltage control based strategy for the ALB is discussed in detail and then confirmed by both digital computer simulations using PSIM software and prototype experimental model. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed control strategy for the ALB can balance the source currents with a unity power factor in the three-phase four-wire distribution systems.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.3
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pp.254-259
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2016
Recently, DC distribution systems have become a hot issue because of the increase in digital loads and DC generation systems according to the expansion of renewable energy technologies. To obtain the practical usage of DC electricity, safety should be guaranteed. The main concerns for safety are twofold: one side is human protection against electric shocks, and the other is facility protection from short faults. "Effects of current on human beings and livestock" (IEC 60479) defines a human body impedance model in electric shock conditions that consists of resistive components and capacitive components. Although the human body impedance model properly works in AC electricity, it does not well match with the electric shock behavior in DC electricity. In this study, the contradiction of the human body impedance model defined by IEC 60479 in case of DC electricity is shown through experiments for the human body. From the analysis of experimental results, a novel unified human body impedance model in electric shock conditions is proposed. This model consists of resistive components, capacitive components, and an inductance component. The proposed human impedance model matches well for AC and DC electricity environments in simulation and experiment.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.3
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pp.190-198
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2018
This paper proposes a nonisolated, bidirectional, soft-switching DC - DC converter with PWM plus phase shift (PPS) control. The proposed converter has an input-parallel/output-series configuration and can achieve the interleaving effect and high voltage gains, resulting in decreased voltage ratings in all related devices. The proposed converter can operate under zero-voltage switching (ZVS) conditions for all switches in continuous conduction mode. The power flow of the proposed converter can be controlled by changing the phase shift angle, and the duty is controlled to balance the voltage of four high voltage side capacitors. The PPS control device of the proposed converter is simple in structure and presents symmetrical switching patterns under a bidirectional power flow. The PPS control also ensures ZVS during charging and discharging at all loads and equalizes the voltage ratings of the output capacitors and switches. To verify the validity of the proposed converter, an experimental investigation of a 2 kW prototype is performed in both charging and discharging modes under different load conditions and a bidirectional power flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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