Grid-connected inverters should satisfy a certain level of total harmonic distortion (THD) to meet harmonics standards, such as IEEE 519 and P1547. The output quality of an inverter is typically degraded due to grid voltage harmonics, dead time effects, and the device's turn-on/turn-off delay, which all contribute to increasing the THD value of the output. The use of a harmonic controller is essential to meet the required THD value for inverter output under a distorted grid condition. In this study, an improved feedforward harmonic compensation method is proposed to effectively eliminate low-order harmonics in the inverter current to the grid. In the proposed method, harmonic components are directly compensated through feedforward terms generated by the proportional resonant controller with the grid current in a stationary frame. The proposed method is simple to implement but powerful in eliminating harmonics from the output. The effectiveness of the proposed method is verified through simulation using PSIM software and experiments with a 5 kW single-phase grid-connected inverter.
Closed-loop fiber-optic gyroscope with linear scale factor for a wide dynamic range is demonstrated using a gating process and two-harmonic phase modulation, of which the second harmonic is obtained by a frequency doubler. Also the effects of the second harmonic and duty cycle of gating signal on the linearity of scale factor are estimated theoretically and compared with the measured data. The experimental results show the best linearity of scale factor is about 0.5% within the rotation rate 90.deg./sec. The closed-loop fiber-optic gyroscope with gated two-harmonic phase modulation can be used in the application demanding less sensitive performance and modest scale factor linearity.
Wind power and photovoltaic(PV) generation systems are the fastest growing sources of renewable energy. The nonlinear devices, such as power electronic converter or inverter, of wind power and PV generation systems are the source of harmonics in power systems. The harmonic-related problems can have significant detrimental effects in the power system, such as capacitor heating, data communication interference, rotating equipment heating, transformer heating, relay misoperation and switchgear failure. There is a greater need for harmonic analysis that can properly maintain the power quality. By measuring harmonics of existing wind power and PV generation systems as harmonics modeling, the studies were made to see the harmonic impact of grid-connected wind power and PV generation systems.
Explicit design formulae of liquid column vibration absorber (LCVA) for suppressing harmonic vibration of structures with small inherent structural damping are developed in this study. The developed design formulae are also applicable to the design of a tuned mass damper (TMD) and a tuned liquid column damper (TLCD) for damped structures under harmonic force excitation. The optimum parameters of LCVA for suppressing harmonic vibration of undamped structures are first derived. Numerical searching of the optimum parameters of tuned vibration absorber system for suppressing harmonic vibration of damped structure is conducted. Explicit formulae for these optimum parameters are then obtained by a series of curve fitting techniques. The analytical result shows that the control performance of TLCD for reducing harmonic vibration of undamped structure is always better than that of non-uniform LCVA for same mass and length ratios. As for the effects of structural damping on the optimum parameters, it is found that the optimum tuning ratio decreases and the optimum damping ratio increases as the structural damping is increased. Furthermore, the optimum head loss coefficient is inversely proportional to the amplitude of excitation force and increases as the structural damping is increased. Numerical verification of the developed explicit design expressions is also conducted and the developed expressions are demonstrated to be reasonably accurate for design purposes.
The content of harmonic current increases with an increase in the number of power electronic devices in power grid. When a generator is directly connected to the power grid through a step-up transformer, the influence of the harmonic currents on the generator is inevitable. To study the influences of harmonics on generators, a 24-MW bulb tubular turbine generator is taken as an example in this paper. A 2-D transient electromagnetic field model is established. Through a comparative analysis of the data of experiments and simulations, the correctness of the model is verified. The values of the air gap magnetic density, torque and losses of the generator under various conditions are calculated using the finite element method. Taking the rated condition as a reference, the influence of the harmonic currents on the magnetic flux density is analyzed. It is confirmed that the time harmonic is a key factor affecting the generator performance. At the same time, the effects of harmonic currents on the torque ripple, average torque and eddy current loss of the generator are studied, and the mechanism of the variation of the eddy current loss is also discussed.
Offline inductance identification of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is essential for the design of the closed-loop controller and position observer in sensorless vector controlled drives. On the base of the offline inductance identification method combining direct current (DC) offset and high frequency (HF) voltage injection which is fulfilled at standstill, this paper investigates the inverter nonlinearity effects on the inductance identification while considering harmonics in the induced HF current. The negative effects on d-q axis inductance identifications using HF signal injection are analyzed after self-learning of the inverter nonlinearity characteristics. Then, both the voltage error and the harmonic current can be described. In addition, different cases of voltage error distribution with different injection conditions are classified. The effects of inverter nonlinearities on the offline inductance identification using HF injection are validated on a 2.2 kW interior PMSM drive.
Starting with Hamilton's variational principle, the governing field equations for the steady state response of thin-walled beams under harmonic forces are derived. The formulation captures shear deformation effects due to bending and warping, translational and rotary inertia effects and as well as torsional flexural coupling effects due to the cross section mono-symmetry. The equations of motion consist of four coupled differential equations in the unknown displacement field variables. A general closed form solution is then developed for the coupled system of equations. The solution is subsequently used to develop a family of shape functions which exactly satisfy the homogeneous form of the governing field equations. A super-convergent finite element is then formulated based on the exact shape functions. Key features of the element developed include its ability to (a) isolate the steady state response component of the response to make the solution amenable to fatigue design, (b) capture coupling effects arising as a result of section mono-symmetry, (c) eliminate spatial discretization arising in commonly used finite elements, (d) avoiding shear locking phenomena, and (e) eliminate the need for time discretization. The results based on the present solution are found to be in excellent agreement with those based on finite element solutions at a small fraction of the computational and modelling cost involved.
MM(multimode) PWM(pulse width modulation) Suitable for high performance and harmonic effects minimization of VSI (voltabge source invertetr)-IM (induction motor)drive system is proposed. The approximated optimal, suboptimal and optimal PWM are implemented in the low frequency range, while square wave operation is realized in the hibh frequency range. The pulse width Modulator is capable of generating control signals to a transistorized inverter operating at about 1KHz. All functions except digital comparison have been implemented in softyware making the scheme economical, flexible and reliable. Pulse width modulator is built and tested experimentally. In order to confirm the effectiveness and the reliability of the theoretical proposition, this scheme is applied to 1Hp, Three phase IM. As results, it is concluded that the scheme of MM PWM is superior to other conventional switching scheme through the discussions or analysis carried out on the items such as line-to-line voltage, current and spectrum of current harmonic components observed at the output terminal of inverter, noise level of motor.
The objective of this paper is to study the two dimensional deformation in transversely isotropic thermoelastic medium without energy dissipation due to time harmonic sources using new modified couple stress theory, a continuum theory capable to predict the size effects at micro/nano scale. The couple stress constitutive relationships have been introduced for transversely isotropic thermoelastic medium, in which the curvature tensor is asymmetric and the couple stress moment tensor is symmetric. Fourier transform technique is applied to obtain the solutions of the governing equations. Assuming the deformation to be harmonically time-dependent, the transformed solution is obtained in the frequency domain. The application of a time harmonic concentrated and distributed sources have been considered to show the utility of the solution obtained. The displacement components, stress components, temperature change and couple stress are obtained in the transformed domain. A numerical inversion technique has been used to obtain the solutions in the physical domain. The effects of angular frequency are depicted graphically on the resulted quantities.
Power electronic converters generate the harmonic voltage and current, and these harmonics have the harmful effects on the various components. For example, passive components such as capacitor and inductor, transformer, motor and other components are mainly affected in the power electronic system. Thus, the design and manufacturing of the power converters, which have the harmonic-free or mitigation strategies, are required. In particular, the lifetime and durability of these components are main requirement for enhancing the overall stability of the system. So, in this paper, the harmonics-related problems to the neighbouring components and mitigation research trends are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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