Harmonic current mitigation is vital in power distribution networks owing to the inflow of nonlinear loads, distributed generation, and renewable energy sources. The active power filter (APF) is the current electrical equipment that can dynamically compensate for harmonic distortion and eliminate asymmetrical loads. The compensation performance of an APF largely depends on the control strategy applied to the voltage source inverter (VSI). Model predictive control (MPC) has been demonstrated to be one of the effective control approaches to providing fast dynamic responses. This approach covers different types of power converters due to its several advantages, such as flexible control scheme and simple inclusion of nonlinearities and constraints within the controller design. In this study, a finite control set-MPC technique is proposed for the control of VSIs. Unlike conventional control methods, the proposed technique uses a discrete time model of the shunt APF to predict the future behavior of harmonic currents and determine the cost function so as to optimize current errors through the selection of appropriate switching states. The viability of this strategy in terms of harmonic mitigation is verified in MATLAB/Simulink. Experimental results show that MPC performs well in terms of reduced total harmonic distortion and is effective in APFs.
Active power filters (APF) can be employed for harmonic compensation in power systems. In this paper, a fuzzy based method is proposed for identification of probable APF nodes of a radial distribution system. The modified adaptive particle swarm optimization (MAPSO) technique is used for final selection of the APFs size. A combination of Fuzzy-MAPSO method is implemented to determine the optimal allocation and size of APFs. New fuzzy membership functions are formulated where the harmonic current membership is an exponential function of the nodal injecting harmonic current. Harmonic voltage membership has been formulated as a function of the node harmonic voltage. The product operator shows better performance than the AND operator because all harmonics are considered in computing membership function. For evaluating the proposed method, it has been applied to the 5-bus and 18-bus test systems, respectively, which the results appear satisfactorily. The proposed membership functions are new at the APF placement problem so that weighting factors can be changed proportional to objective function.
Park, Jong-Yeon;Lee, Hu-Chan;Lee, Bong-Jin;Choi, Won-Ho
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.6
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pp.292-298
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2006
Because of the high cost for the active power filter, passive filters have been widly used to eliminate harmonic currents of nonlinear load and can also improve the power factor. They are not often optimal filters because the passive filters are designed under the fixed load conditions. In this paper we proposed the method which only the necessary harmonic filters are operated by detecting the various harmonic current components. We presents the new control method of passive filter selection type with the relay control circuit which is consist of analog GIC, comparater, flip-flop and etc. By the experimental results using the proposed system for the rectifier load, we concluded that the researched method is cost effective and the performance is better than the passive filter.
Automatically tuned passive filters can improve power quality to a great extent in power systems. A novel three-phase shunt auto-tuned filter is designed to effectively compensate source current harmonics and to provide reactive power required by the non-linear load, which draws a highly reactive, harmonic-rich current from the supply. An artificial neural network (ANN) based controller selects filter component values in accordance with reactive power requirement and harmonic compensation. Traditional passive filters are permanently connected to the system and draw large amounts of source current even under light load conditions. By using auto-tuned filters, the passive filter components can be controlled according to load variations and, hence, draw only required source currents. The selection is done by the ANN with the help of a properly tuned knowledge base to provide instantaneous compensation using a digital controller.
Medium voltage drive systems driven by high-power multi-level inverters operating at low switching frequency can reduce the switching losses of the power device and increase the output power. Employing subsection synchronous current harmonic minimum pulse width modulation (CHMPWM) technique can maintain the total harmonic distortion of current at a very low level. It can also reduce the losses of the system, improve the system control performance and increase the efficiency of DC-link voltage accordingly. This paper proposes a subsection synchronous CHMPWM approach of active neutral point clamped five-level (ANPC-5L) inverter under low switching frequency operation. The subsection synchronous scheme is obtained by theoretical calculation based on the allowed maximum switching frequency. The genetic algorithm (GA) is adopted to get the high-precision initial values. So the expected switching angles can be achieved with the help of sequential quadratic programming (SQP) algorithm. The selection principle of multiple sets of the switching angles is also presented. Finally, the validity of the theoretical analysis and the superiority of the CHMPWM are verified through both the simulation results and experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.58
no.3
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pp.316-322
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2009
This paper presents an analytical design method of a passive harmonic filter for a three-phase diode rectifier and uses a new transfer function approach in the analysis and design. The transfer function approach derives an analytical formulation of an utility system including passive filters with a basis of Laplace transform and provides a graphical formulation so that a visualized insight into an interaction between individual filter and system response can be attainted. Harmonic impedance, voltage division and current division transfer function are used as a design tool, which makes a calculated filter parameters to satisfy IEEE-519 distortion limits. A simple five-step design procedure is introduced in the filter design, which consists of system analysis, selection of PCC(Point of Common Coupling), filter specification calculation, appropriate filter design for system and filter implementation. Philosophy governing the design procedure is based on a numerical/graphical iterative solution, trial and error with visualization feed-back based on "algebra on the graph". Finally, performance of the designed passive harmonic filter is verified by experiment and shows that 5th, 7th, 9th, 11th and 13th harmonics are decreased within IEEE-519 distortion limits, respectively.
This paper describes how computer simulations can be used to predict harmonic problems before they occur, and evaluate corrective alternatives prior to implementation PTW(Power Tools for Windows) is used for simulations to the real model system. Harmonic load flow studies, voltage/current distortion levels, harmonic frequency scans and filter selection method are analysed through detailed power system simulation.
In this paper, different switching tables proposed for the Direct Torque Controlled (DTC) of a six-phase induction machine are simulated and implemented. A six-phase induction motor has 64 space voltage vectors which result in increased complexity in the selecting of inverters switching. The unsuitable selection of a switching table leads to large harmonics especially at low speed and it also reduces drive efficiency. A six-phase induction machine has large zero sequence harmonic currents of the order $6{\kappa}{\pm}1$. These harmonic currents are varied in various techniques. Decreasing this loss is essential in a six-phase induction machine. The main purpose of this paper is to improve the ST-DTC of six-phase induction machines to reduce the voltage and current harmonics and the torque pulsation. Selecting a suitable method for minimizing these harmonics is very important.
Arslan, Ali Osman;Kurtoglu, Mehmet;Eroglu, Fatih;Vural, Ahmet Mete
Journal of Power Electronics
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v.19
no.4
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pp.922-933
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2019
The arm inductance (AI) of a modular multilevel converter (MMC) affects both the fault and circulating current magnitudes. In addition, it has an impact on the inverter efficiency and harmonic content. In this study, the AI of a three-phase MMC is optimized in a novel way in terms of DC voltage utilization, harmonics and efficiency. This MMC has 10 submodules (SM) per arm and the power circuit topology of the SM is a half-bridge. The optimum AI is adopted and verified in an MMC that has 100 SMs per arm. Then the phase shift (PS) and phase disposition (PD) pulse width modulation (PWM) methods are investigated for better DC voltage utilization, efficiency and harmonics. It is found that similar performances are obtained for both modulation techniques in terms of DC voltage utilization. However, the total harmonic distortion (THD) of the PS-PWM is found to be 0.02%, which is slightly lower than the THD of the PD-PWM at 0.16%. In efficiency calculations, the switching and conduction losses for all of the semiconductor are considered separately and the minimum efficiency of the 100-SM based MMC is found to be 99.62% for the PS-PWM and 99.64% for the PD-PWM with the optimal value of the AI. Simulation results are verified with an experimental prototype of a 6-SM based MMC.
A single phase to three phase power converter with cost effective and simple structure is proposed. The converter consists of rectifier and inverter. The rectifier is composed of a half wave rectifier, a dc link capacitor, and a current limiting inductor, and the inverter is of only two switches with PWM control. For negative sequence operation the inverter output voltage leads the line input by $60^{\circ}$, and for positive sequence operation the inverter output voltage leads by $60^{\circ}$. We can see that positive sequence operation shows higher output voltage, slight harmonic distortion(2%), and better performances such as high efficiency and high power factor. A mathematical model for system analysis is provided, and specifications for selection and control scheme both for start-up and for steady state are analyzed. comparison and operational limits of positive and negative sequence operation are performed, and simulations and experiments are executed to verify the proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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