In this paper, carrier-based pulse width modulation (CBPWM), space vector PWM (SVPWM) and reduced switching losses PWM (RSLPWM) for the three-level neutral point clamped (NPC) inverter are introduced. In the case of the neutral point (NP) potential (NPP) offset, an asymmetric disposition PWM (ASPDPWM) strategy is proposed, which can output PWM sequences correctly and suppress the lower order harmonics of the inverter effectively. An NPP balance strategy based on carrier based PWM (CBPWM) is analyzed. A hybrid modulation strategy combining RSLPWM and the NPP balance based on CBPWM is proposed, and hysteresis control is adopted to switch between the two modulation strategies. An experimental prototype of the three-level NPC inverter is built. The effectiveness of the hybrid modulation is verified with a resistance-inductance load and a permanent magnetic synchronous motor (PMSM) load, respectively. The experimental results show that reduced switching losses and an acceptable NPP can be effectively achieved in the hybrid modulation strategy.
This paper presents a single-phase asymmetric half-bridge cascaded multilevel inverter based series active power filter (SAPF) for harmonic voltage compensation. The effect of level number on performance of the proposed SAPF is examined in terms of total harmonic distortion (THD) and system efficiency. Besides, the relationship between the level number and the number of switching device are compared with the other multilevel inverter topologies used in APF applications. The paper is also aimed to demonstrate the capability of the SAPF for compensating harmonic voltages alone, without using a passive power filter (PPF). To obtain the required output voltage, a new switching algorithm is developed. The proposed SAPF with levels of 7, 15 and 31 is used in both simulation and experimental studies and the harmonic voltages of the load connected to the point of common coupling (PCC) is compensated under two different loading conditions. Furthermore, very high system efficiency values such as 98.74% and 96.84% are measured in the experimental studies and all THD values are brought into compliance with the IEEE-519 Standard. As a result, by increasing the level number of the inverter, lower THD values can be obtained even under high harmonic distortion levels while system efficiency almost remains the same.
Kim, Tae-Jin;Park, Sung-Jun;Kim, Cheul-U;Song, Sung-Geun
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.2
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pp.139-148
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2007
In this paper, we proposed the isolated multi-level inverter using 3-phase transformers. It makes possible to use a single DC power source due to employing low frequency transformers. In this inverter, the number of transformer could be reduced comparing with an exiting 3-phase multi-level inverter using single phase transformer. Also, using phase angle control method with switching frequency equal to output fundamental frequency, harmonics component of output voltage and switching losses can be reduced. Finally, we made a prototype inverter to clarify the proposed electric circuit and reasonableness of control signal.
This paper presents a torque ripple reduction technique of direct torque control(DTC) for high power induction motors driven by 3-level inverters with the inverter switching frequency limited around 0.5-1kHz level. It is noted that conventional DTC algorithms to reduce torque ripple are devised for applications with relatively high switching frequency above 2-3kHz. A new DTC algorithms especially for low switching frequency inverter system illustrates relatively reduced torque ripple are devised for applications with relatively high switching frequency above 2-3kHz. Anew DTC algorithm especially for low switching frequency inverter system illustrates relatively reduced torque ripple characteristics Simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed control algorithm
In this paper, analysis of cascaded H-bridge multilevel inverter in DTC-SVM (Direct Torque Control-Space Vector Modulation) based induction motor drive for FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) is presented. Cascaded H-bridge multilevel inverter uses multiple series units of H-bridge power cells to achieve medium-voltage operation and low harmonic distortion. In FCEV, a fuel cell stack is used as the major source of electric power moreover the battery and/or ultra-capacitor is used to assist the fuel cell. These sources are suitable for utilizing in cascaded H-bridge multilevel inverter. The drive control strategy is based on DTC-SVM technique. In this scheme, first, stator voltage vector is calculated and then realized by SVM method. Contribution of multilevel inverter to the DTC-SVM scheme is led to achieve high performance motor drive. Simulations are carried out in Matlab-Simulink. Five-level and nine-level inverters are applied in 3hp FCEV induction motor drive for analysis the multilevel inverter. Each H-bridge is implemented using one fuel cell and battery. Good dynamic control and low ripple in the torque and the flux as well as distortion decrease in voltage and current profiles, demonstrate the great performance of multilevel inverter in DTC-SVM induction motor drive for vehicle application.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.6
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pp.538-548
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2014
This study provides a robust control of a grid-connected three-phase two-level photo voltaic inverter. The introduced control method uses the cascade control strategy to regulate AC-side current and DC-link voltage. A robust controller with integration action is used for the inner-loop AC-side current control, which maximizes the convergence rate using a linear matrix inequality-based optimization design method and eliminates the offset error. The robust controller design method considers the parameter uncertainty set to accommodate parameter mismatch and un-modeled components in the inverter model. An outer-loop proportional-integral controller is used to regulate DC-link voltage with linearization of DC/AC relation. The proposed control strategy is applied to a grid-connected 100 kW photo voltaic inverter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.8
no.2
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pp.99-106
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2003
This paper presents a novel multilevel PWM inverter employing series-connected transformers in order to improve the waveshape of output voltage and to reduce its harmonics. The proposed 11-level inverter consists of three full-bridge inverter modules and their corresponding transformers. Among their inverter modules, one is used as PWM operation and the others as level generation. From a suitable selection of turns ratio of transformer, continuous output voltage levels were generated appearing an integral ratio to input DC source. Because of their series connection of transformers, output filter inductor is not necessary. The operational principles and analysis are explained, and it is compared with a conventional multilevel PWM inverter. The validity of the proposed system Is verified through the experimental results using a prototype.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.2
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pp.99-105
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2014
This paper proposes the reliability improvement of H-Bridge Multi-level (HBM) inverter. This reliability can be implemented through modularization of power circuit, distribution of controller, duplication of controller and communication, and continuous operation method in case of power cell failure for driving medium-voltage & high-power induction motor. It is shown that the modularization and expansion characteristics of the HBM inverter are improved since the individual inverter modules operate more independently when using the proposed concept. Also the fault tolerance is increased by using power cell bypass. The proposed design and control methods are described in detail and the validity of the proposed system is verified experimentally in various industrial fields.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.10
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pp.16-26
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2014
This paper proposes new 13-level inverter topology and DC/DC converter buck-boost structure topology for multilevel, compounding uni-directional and bi-directional switches, and proposes high-efficient multilevel inverter system in which the proposed two PCS(Power Conditioning System) was connected in series. In proposed multilevel inverter of forming a output 13-level phase voltage by using total 18 switching parts, Then bi-directional switch has a characteristic of reducing conduction loss and controlling the reactive power effectively by separating electrically from the neutral point. DC/DC converter for supplying in dependent 3 DC voltage to the proposed multi-level inverter generates 180-degree phase shifted PWM by the symmetrically combined structure of 2 buck-boost converter and twice switching frequency efficiency can be obtained, meanwhile, the converter can step up/down the output voltage and 20% output can be generated comparing the input voltage. This proposed system is verified with the simulation and laboratory test.
A modular three-phase multilevel inverter especially suitable for electrical drive applications has been previously presented. This topology is based on series connection of power cells in which each cell comprised of two inverter legs in series. In this paper, in order to generate the maximum number of voltage levels with reduced number of switches, three algorithms are proposed for determination of the magnitudes of dc voltage sources. In addition, a new hybrid multilevel inverter is proposed that is composed of series connection of the previously presented multilevel inverter and some H-bridges. The proposed topology has been compared with some other presented multilevel inverters. The performance of the proposed multilevel inverter has been verified by simulation and experimental results of a single-phase 39-level multilevel inverter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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