The object of this work is to study an optimal design problem of the proportional load-frequency controller for the single-control area power system. The selfservice power station is still a popular means as a power supplying source on ships or in a certain manufacturing area. The power system of this kind can be formulated as a single control-area system and it attracts a certain academic interest in controlling the system frequency under disturbances. In this paper, the single control-area system is mathematically formulated as a linear, time-invariant system in state-space under certain assumptions. The optimal proportional control law and the realization of the controller in closed loop-version is studied so that the final system designed can attain the system frequency to the nominal stationing value after the small load-disturbance. As in general cases of optimal design problems, the performance index is assumed to be quadratic in states and the control effort, and the infinite time control process is assumed in this work. The final control system realized depicts certain improvements in case study; in stability, transient responses and in steady-state frequency deviation, even though the steady state error did not attain the zero value.
This paper proposes a new approach of Field Programmable Gate Array (FPGA) controlled digital implementation of shunt active power filter (SAPF) under steady state and dynamic operations. Typical implementations of SAPF uses microprocessor and digital signal processor (DSP) but it limited for complex algorithm structure, absence of feedback loop delays and their cost can be exceed the benefit they bring. In this paper, the hardware resources of an FPGA are configured and implemented in order to overcome conventional microcontroller or digital signal processor implementations. This proposed FPGA digital implementation scheme has very less execution time and boosts the overall performance of the system. The FPGA controller integrates the entire control algorithm of an SAPF, including synchronous reference frame transformation, phase locked loop, low pass filter and inverter current controller etc. All these required algorithms are implemented with a single all-on chip FPGA module which provides freedom to reconfigure for any other applications. The entire algorithm is coded, processed and simulated using Xilinx 12.1 ISE suite to estimate the advantages of the proposed system. The coded algorithm is also defused on a single all-on-chip Xilinx Spartan 3A DSP-XC3SD1800 laboratory prototype and experimental results thus obtained match with simulated counterparts under the dynamic state and steady state operating conditions.
In this paper a new single-stage ac-dc converter with high frequency isolation and low components count is introduced. The proposed converter is constructed using two interleaved boost circuits in the grid side and non-regulating full bridge in the DC side. An optimized switching is implemented on the two interleaved boost circuits resulting in a ripple-free grid current without a ripple cancellation network; hence very small filter inductors are used. A simple and reliable closed-loop control system is easily implemented, since the phase-shift angle is the only independent variable. Moreover, current imbalance is avoided in the presented topology without current control loop in each phase. The proposed charger charges the battery with a sinusoidal-like current instead of a constant direct current. ZVS turn on of all switches is achieved throughout the operation in both directions of power flow without any additional components.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.3
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pp.169-180
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2019
Grid codes for grid-connected inverters are essential considerations for bulk grid systems. In particular, a low-voltage ride-through (LVRT) function, which can contribute to the grid system's stabilization with the occurrence of voltage sag, is required by such inverters. However, when the grid voltage is under zero-voltage condition due to a grid accident, a zero-voltage ride-through (ZVRT) function is required. Grid-connected inverters typically have phase-locked loop (PLL) control to synchronize the phase of the grid voltage with that of the inverter output. In this study, the LVRT regulations of Germany, the United States, and Japan are analyzed. Then, three major PLL methods of grid-connected single-phase inverters, namely, notch filter-PLL, dq-PLL using an active power filter, and second-order generalized integrator-PLL, are reviewed. The proposed PLL method, which controls inverter output under ZVRT condition, is suggested. The proposed PLL operates better than the three major PLL methods under ZVRT condition in the simulation and experimental tests.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.5
no.1
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pp.35-42
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2016
Developments in power electronics have enabled the widespread application of Pulse Width Modulation (PWM) inverters, notably for connecting renewable systems to the grid. This study demonstrates that a high-quality power can be achieved using a stand-alone inverter, whereby the comparison between the power quality of the stand-alone inverter with battery storage (off-grid) and the power quality of the utility network is presented. Multi-loop control techniques for a single phase stand-alone inverter are used. A capacitor current control is used to give active damping and enhance the transient and steady state inverter performance. A capacitor current control is cheaper than the inductor current control, where a small current sensing resistor is used. The output voltage control is used to improve the system performance and also control the output voltage. The inner control loop uses a proportional gain current controller and the outer loop is implemented using internal model control proportional-integral-derivative to ensure stability. The optimal controls are achieved by using the Sisotool tool in MATLAB/Simulink. The outcome of the control scheme of the numerical model of the stand-alone inverter has a smooth and good dynamic performance, but also a strong robustness to load variations. The numerical model of the stand-alone inverter and its power quality are presented, and the power quality is shown to meet the IEEE 519-2014. Furthermore, the power quality of the off-grid system is measured experimentally and compared with the grid power, showing power quality of off-grid system to be better than that of the utility network.
The One Pass Method (OPM) previously presented for the identification of single input single output systems is used to estimate the parameters of a Decentralized Control System (DCS). The OPM is a linear and therefore a simple estimation method. All of the calculations are performed in one pass, and no initial parameter guess, iteration, or powerful search methods are required. These features are of interest especially when the parameters of multi input-output model are estimated. The benefits of the OPM are revealed by comparing its results against those of two recently published methods based on pulse testing. The comparison is performed using two databases from the literature. These databases include single and multi input-output process transfer functions and relevant disturbances. The closed loop responses of these processes are roughly captured by the previous methods, whereas the OPM gives much more accurate results. If the parameters of a DCS are estimated, the OPM yields the same results in multi or single structure implementation. This is a novel feature, which indicates that the OPM is a convenient and practice method for the parameter estimation of multivariable DCSs.
Ko, Jun-Seok;Yeo, Yeong-Koo;Ha, Seong-Mun;Lim, Jung-Woo;Ko, Du-Seok;Hong Kang
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.35
no.5
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pp.46-52
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2003
In this work we developed the closed-loop model of a paper machine during grade change with the intention to provide a reliable dynamic model to be used in the model-based grade change control scheme. During the grade change, chemical and physical characteristics of paper process change with time. It is very difficult to represent these characteristics on-line by using physical process models. In this work, the wet circulation part and the drying section were considered as a single process and closed-loop identification technique was used to develop the grade change model. Comparison of the results of numerical simulations with mill operation data demonstrates the effectiveness of the model identified.
In this paper, QFT robust control strategy is proposed to improve stability of power systems in the presence of parametric uncertainty. The basic idea in QFT is to convert design specifications of a closed loop system and plant uncertainties into robust stability and performance bounds on the open loop transmission of the nominal system and then to design a controller by using the gain-phase loop sharing technique. The robustness of the QFT controller has been investigated on a single machine infinite bus model by nonlinear simulations.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.10a
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pp.468-473
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2004
This paper deal with basic concept of Hardware In the Loop System(HILS) for hydraulic excavator. Hydraulic excavator has many nonlinearities because of P-Q diagram, dead zone and saturation of valve, single acting cylinder, heavy manipulator. So, actual test is needed when new component or control algorithm is developed but many restrictions exist. Hydraulic circuit of excavator is too complex to model mathematically but dynamic equation of manipulator has made good progress in previous studies. Basic concept of HILS and AMESim model of hydraulic components is contained in this paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1833-1844
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2004
A controller is proposed for the robust backstepping control of a class of nonlinear multiple-input multiple-output (MIMO) systems which can be converted to a strict feedback form. The proposed robust backstepping control scheme follows a systematic procedure for the design of control laws and uses time delay estimation (TDE) to estimate the uncertainties such as parameter variations, unknown disturbances, and unmodeled dynamics, etc. The proposed controller can be also applied to nonlinear MIMO systems with unmatched uncertainties. Stability analysis of the closed-loop system which contains the plant and the proposed controller is also studied and hereby a sufficient stability condition for the closed-loop system is proposed. The simulation results show that the control scheme works well with uncertainties and the proposed stability condition is valid. The controller is experimentally verified on a single-link flexible arm to show the effectiveness of the proposed scheme in the complicated systems with uncertainties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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