This paper presents a novel analysis, design, and implementation of a battery charging three-phase high frequency semi-controlled power converter feasible for plug-in hybrid electric vehicles. The main advantages of the proposed topology include high efficiency; due to lower power losses and reduced number of switching elements, high output power density realization, and reduced passive component ratings proportionally to the frequency. Additional advantages also include grid economic utilization by insuring unity power factor operation under different possible conditions and robustness since short-circuit through a leg is not possible. A high but acceptable total harmonic distortion of the generator currents is introduced in the proposed topology which can be viewed as a minor disadvantage when compared to traditional boost rectifiers. A hysteresis control algorithm is proposed to achieve lower current harmonic distortion for the rectifier operation. The rectifier topology concept, the principle of operation, and control scheme are presented. Additionally, a dc-dc converter is also employed in the rectifier-battery connection. Test results on 50-kHz power converter system are presented and discussed to confirm the effectiveness of the proposed topology for PHEV applications.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.2
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pp.82-90
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2015
This paper proposes an efficient bi-directional DC/DC converter topology using multi-phase interleaved method for power storage system. The proposed converter topology is used for a power storage system using a vanadium redox flow battery(VRFB) and is configured to enable bidirectional power flow for charging and discharging of VRFB. Proposed DC/DC converter of the 4 leg method is reduced to 1/4 times the rating of the reactor and the power semiconductor device so can be reduce the system size. Also, proposed topology is obtained the effect of four times the switching frequency as compared to the conventional converter in each leg with a 90 degree phase shift 4 leg method. This can suppress the reduction of the life of the secondary battery because it is possible to reduce the current ripple in accordance with the charging and discharging of VRFB and may increase the efficiency of the entire system. In this paper, it proposed bidirectional high-efficiency DC/DC converter topology Using multi-phase interleaved method and proved the validity through simulations and experiments.
Faloustsos et al.[1,2] showed successfully that the power-laws describe the heavy-tailed distributions of the AS level Internet topology properties such as node degree. This result allows us to represent the characteristics of AS-level Internet topology using some power-law exponents with elegant and simple. In this paper, we obtained the power-law exponents of the domestic AS-level Internet topology properties - the node degree, the number of pairs within hops, and eigenvalues of the graph - based on the valley-free BGP routing policy. We used the real data sets from UCLA IRL laboratory, and showed that these power-laws fit the real data pretty well resulting in correlation coefficient of 90.7%, 96.5%, and 97%, respectively. In particular, rounding the effective diameter to three, approximately 91% of the pairs of nodes are within this distance; that is, we might conclude our topology is pretty well organized.
The efficient electric power demand management in electric power supply industry is currently being changed by distributed generation. Meanwhile, small-scale distributed generation systems using renewable energy are being constructed worldwide. Several small-scale renewable distributed generation systems, which can supply electricity to the grid at peak load of the grid as per policy such as demand response programs, could help in the stability of the electric power demand management. In this case, the power quality of the small-scale renewable distributed generation system is more significant. Low prices of power semiconductors and multilevel inverters with high power quality have been recently investigated. However, the conventional multilevel inverter topology is unsuitable for the small-scale renewable distributed generation system, because the number of devices of such topology increases with increasing output voltage level. In this paper, a single-phase multilevel inverter based on H-bridge, with DC_Link divided by bi-directional switches, is proposed. The proposed topology has almost half the number of devices of the conventional multilevel inverter topology when these inverters have the same output voltage level. Double Fourier series solution is mainly used when comparing PWM output harmonic components of various inverter topologies. Harmonic components of the proposed multilevel inverter, which have been analyzed by double Fourier series, are compared with those of the conventional multilevel inverter. An inverter prototype is then developed to verify the validity of the theoretical analysis.
Diab, Hatem Yassin;Marei, Mostafa Ibrahim;Tennakoon, Sarath B.
Journal of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.1743-1751
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2016
The increasing demand for high voltage DC grids resulting from the continuous installation of offshore wind farms in the North Sea has led to the concept of multi-terminal direct current (MTDC) grids, which face some challenges. Power (current) flow control is a challenge that must be addressed to realize a reliable operation of MTDC grids. This paper presents a reduced switch count topology of a current flow controller (CFC) for power flow and current limiting applications in MTDC grids. A simple control system based on hysteresis band current control is proposed for the CFC. The theory of operation and control of the CFC are demonstrated. The key features of the proposed controller, including cable current balancing, cable current limiting, and current nulling, are illustrated. An MTDC grid is simulated using MATLAB/SIMULINK software to evaluate the steady state and dynamic performance of the proposed CFC topology. Furthermore, a low power prototype is built for a CFC to experimentally validate its performance using rapid control prototyping. Simulation and experimental studies indicate the fast dynamic response and precise results of the proposed topology. Furthermore, the proposed controller offers a real solution for power flow challenges in MTDC grids.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.6
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pp.469-475
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2017
Using impedance matching techniques as a way to increase system power transferability in capacitive wireless power transmission has been widely investigated in conventional studies. However, these techniques tend to increase the circuit volume and thus counterbalance the advantage of the simplicity in the energy link structure. In this paper, a compact circuit topology with one leakage-enhanced transformer is proposed in order to minimize the circuit volume for the capacitive power transfer system. This topology achieves a reactive compensation, and the system quality factor value can be reduced by the turn ratio. As a result, this topology not only reduces the overall system volume but also minimizes the voltage stress of the link capacitor. An optimal design guideline for the leakage-enhanced transformer is also presented. The advantages of the proposed scheme over the conventional method in terms of power efficiency and circuit volume are revealed through an analytic comparison. The feasibility of applying the new topology is also verified by conducting 50 W hardware tests.
In this paper, a new symmetric multilevel inverter is proposed. A simple structure for the cascaded multilevel inverter topology is also proposed, which produces a high number of levels with the application of few power electronic devices. The symmetric multilevel inverter can generate 2n+1 levels with a reduced number of power switches. The basic unit is composed of a single and double source unit (SDS-unit). The application of this SDS-unit is for reducing the number of power electronic components like insulated gate bipolar transistors, freewheeling diodes, gate driver circuits, dc voltage sources, and blocked voltages by switches. Various new algorithms are recommended to determine the magnitude of dc sources in a cascaded structure. Furthermore, the proposed topology is optimized for different goals. The proposed cascaded structure is compared with other similar topologies. For verifying the performance of the proposed basic symmetric and cascaded structure, results from a computer-based MATLAB/Simulink simulation and from experimental hardware are also discussed.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.4
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pp.229-236
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2019
This study proposes a DC-DC converter topology of solid-state transformer for low-voltage DC distribution. The proposed topology consists of a voltage balancer and bipolar DC-DC converter. The voltage and current equations are obtained on the basis of switching states to design the controller. The open-loop gain of the controller is achieved using the derived voltage and current equations. The controller gain is selected through the frequency analysis of the loop gain. The inductance and capacitance are calculated considering the voltage and current ripples. The prototype is fabricated in accordance with the designed system parameters. The proposed topology and designed controller are verified through simulation and experiment.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.6
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pp.419-427
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2019
Several multilevel converter topologies have been proposed and compared. The three-level (3L) neutral-point-clamped (NPC) topology is promising and widely accepted. However, this topology suffers from uneven loss distribution among switches due to its fixed switching strategy. The 3L active NPC (ANPC) topology, which exhibits improved loss distribution profile, was proposed to address this disadvantage. The 3L T-NPC topology, a hybrid configuration of 2L and 3L NPC topologies, was introduced to address not only the loss distribution problem but also the reduction in the number of switches. In the present research, the application of these three topologies in PMSG-based medium-voltage wind turbines was investigated. The power devices considered were 10 kV IGCTs. Performance was evaluated in terms of a power loss of 10 kV IGCT for each NPC topology, which is a crucial indicator of thermal behavior, reliability, cost, and lifetime of any converter. The comparison was performed using ABB make 10 kV IGCT 5SHY17L9000 and the simulation tool PLECS.
In this paper, a low cost bridgeless interleaved power factor correction topology for electric vehicle charger application is proposed. With the proposed topology the number of switches, inductors, current sensors and associated circuits can be reduced, thereby reducing the cost of the system as compared to the conventional bridgeless PFC circuit. The reduced input current ripple by the proposed interleaved topology makes it suitable for high power applications such as electric vehicle chargers since it can reduce the size of the inductor core and the Electro Magnetic Interference (EMI) problem. In the proposed topology only one current sensor is required. All the boost inductor currents can be reconstructed by sampling the output current and used to control the input current. Therefore the typical problem caused by the unequal current gain of each current sensor inherently does not exist in the proposed topology. In addition the current sharing between converters can be achieved more accurately and the high frequency distortion is decreased. The performance of the proposed converter is verified by the experimental results with a prototype of 6.6kW bridgeless interleaved PFC circuit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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