Kim, Sun-Pil;Kim, Kuk-hyeon;Lee, Chang-ho;Le, Tuan-Vu
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.1
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pp.111-119
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2022
This paper is about power transfer between heterogeneous systems in zero-energy buildings. Currently, electricity used in buildings, from renewable energy generation power in buildings, consists of alternating current networks. In order to use electricity, alternating current must be converted to direct current, which typically results in a loss of 10%. In order to solve this problem, research is needed to reduce power loss as much as possible by implementing both a DC network and an AC network in a zero-energy building. Therefore, in this paper, an inter-link converter capable of bidirectional power transfer between DC and AC networks applied to zero-energy buildings is developed. The structure of the inter-link converter to be developed was proposed and its feasibility was verified through simulations and experiments.
Due to the high efficiency and compact mechanical structure, direct drive variable speed generators are used for power conversion in wind turbines. The wind energy conversion system (WECS) considered in this paper consists of a permanent magnet synchronous generator (PMSG), uncontrolled rectifier, dc-dc boost converter controlled with maximum power point tracking (MPPT) and adaptive hysteresis controlled voltage source inverter (VSI). For high utilization of the converter's power capability and stabilizing voltage and power flow, constant DC-link voltage is essential. Step and search MPPT algorithm which senses the rectified voltage ($V_{DC}$) alone and controls the same is used to effectively maximize the output power. The adaptive hysteresis band current control is characterized by fast dynamic response and constant switching frequency. With MPPT and adaptive hysteresis band current control in VSI, the DC link voltage is maintained constant under variable wind speeds and transient grid currents respectively.
Single phase converters suffer from ripple power pulsating at twice the line frequency. The ripple power is usually absorbed by a bulky capacitor bank and/or a dedicative LC resonant link, resulting in a low power density and a high cost. An alternative solution is using a dc link active power filter (APF) to direct the pulsating power into another energy-storage component. The main dc link filter capacitor can then be reduced substantially. Based on a mainstream dc APF topology, this paper proposed a new control strategy incorporating both dual-loop control and repetitive control. The circuit parameter design is also re-examined from a control point of view. The proposed APF scheme has better control performance, and is more suited for high power applications since it works in CCM and with a low switching frequency.
In this paper, a capacitors energy strategy based Cascaded H-bridge Converter (CHBC) for steady DC link voltage is proposed, which allow the CHBC to work while DC power fails. The topology of the CHBC is analyzed to construct the proposed strategy. The capacitors energy strategy is deduced based on the principle that the DC link voltage should be steady, the switch state should be smooth and the switch frequency should be normal. Experiments based on a three-module prototype, including static experiment, start experiment and step change experiment, proves the correctness of the strategy. They also verified the excellent fault tolerance ability and good dynamic performance of the proposed strategy.
Due to several advantages of Pulse Width Modulated(PWM) Converter, such as unity power factor with low-harmonics and energy regeneration, PWM converter has been widely used in industrial application. In every application of energy conversion equipment, the design and implementation must be carried out considering performance and cost. High quality with low cost is the best choice for energy conversion equipment. High dc link voltage can reduce inverter and motor side losses and system dimension compare to low dc link voltage. Analog controller can make PWM converter cheaper without considerable degradation of the performance than digital controller. This paper shows the simplified analog controller-for 600V dc link voltage using stationary reference frame control and the simulation results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.59
no.4
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pp.378-383
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2010
Due to the large capacity and low cost, DC link electrolytic capacitors with of energy storage and voltage regulation are used for almost all types of power converter as the DC/AC inverter or DC/DC converter. Electrolytic capacitor, which is the most of the time affected by the aging effect, plays very important role for the power converter system quality and reliability. Therefore, this paper proposes a simple method to estimate the capacitance variation of an electrolytic capacitor in order to analyze the internal characteristic decrease and worn-out state of an electrolytic capacitor. Simulation results by using capacitor storage energy computation show the validity of the proposed capacitance estimation method.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.366-373
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2005
This paper presents two new circuit topologies of the dc busline side active resonant snubber assisted voltage source high frequency link soft switching PWM full-bridge dc-dc power converters acceptable for either utility ac 200V-rms or ac 400V-rms input grid. These high frequency switching dc-dc converters proposed in this paper are composed of a typical voltage source-fed full-bridge PWM inverter, high frequency transformer with center tap, high frequency diode rectifier with inductor input filter and dc busline side series switches with the aid of a dc busline parallel capacitive lossless snubber. All the active switches in the full-bridge arms as well as dc busline snubber can achieve ZCS turn-on and ZVS turn-off transition commutation with the aid of a transformer leakage inductive component and consequently the total switching power losses can be effectively reduced. So that, a high switching frequency operation of IGBTs in the voltage source full bridge inverter can be actually designed more than about 20 kHz. It is confirmed that the more the switching frequency of full-bridge soft switching inverter increases, the more soft switching PWM dc-dc converter with a high frequency transformer link has remarkable advantages for its power conversion efficiency and power density implementations as compared with the conventional hard switching PWM inverter type dc-dc power converter. The effectiveness of these new dc-dc power converter topologies can be proved to be more suitable for low voltage and large current dc-dc power supply as arc welding equipment from a practical point of view.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.2B
no.3
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pp.133-139
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2002
In this paper, a prototype of an active auxiliary quasi-resonant DC link (QRDCL) snubber assisted voltage source bidirectional power converter (AC to DC and DC to AC) operating at zero voltage soft-switching (BVS) PWM nlode is presented for a Battery Energy Storage System (BESS). The operating principle of this QRDCL circuit and multifunctional control-based converter system, including PWM inverter mode in which energy flows from the battery bank to the three-phase utility-grid in addition to an active PWM converter mode in which energy flows from the utility-grid to the battery banks are described respectively by the control implementation on the basis of d-q coordinate plane transformation. The multifunctional operation characteristics of this three-phase ZVS PWM bi-directional converter with QRDCL is demonstrated fer a BESS under the power conditioning and processing schemes of energy supply mode and energy storage mode, and compared with a conventional three-phase hard switching PWM bi-directional converter for a BESS. The effectiveness of the three-phase ZVS PWM hi-directional converter with QRDCL is proven via the simulation analysis.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.2
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pp.145-152
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2013
Electrolytic capacitors used for smoothing DC link voltage is one of the major root causes of fault in power electronic system. The aging of aluminum electrolytic capacitors is expressed by the increase of their equivalent series resistance (ESR) and the reduction of their capacitance. Thus, the proposed technique in this paper is to measure capacitance, by comparing energy loss of DC link capacitors with stator resistor in electric machine. Condition of DC link capacitors can be estimated from the capacitance decrease rate between initial and aged capacitors. The results show that the proposed technique provides an easy, widely applicable and simple low cost solution for detecting dc link capacitor degradation.
본 연구는 Back-to-back 구조의 삼상인버터와 양방향 DC/DC 컨버터로 구성된 전력변환기를 이용하여 신재생에너지 발생원을 효과적으로 계통에 연계하여 스마트 그리드의 강인성을 제고하기 위한 슈퍼캐패시터와 배터리로 구성된 하이브리드 에너지 저장장치의 SOC를 고려한 DC Link 전압 제어를 수행하여 스마트그리드의 최적운영 개념을 제안하고, 타당성 검증을 위해 소프트웨어 시뮬레이션 모델을 개발하여 특성을 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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