This paper focuses on a systematical and in-depth analysis of the reactive power and soft-switching regions of Dual Active Bridge (DAB) converters with dual-phase-shift (DPS) control to achieve high efficiency in a wide operating range. The key features of the DPS operating modes are characterized and verified by analytical calculation and experimental tests. The mathematical expressions of the reactive power are derived and the reductions of the reactive power are illustrated with respect to a wide range of output power and voltage conversion ratios. The ZVS soft-switching boundary of the DPS is presented and one more leg with ZVS capability is achieved compared with the CPS control. With the selection of the optimal operating mode, the optimal phase-shift pair is determined by performance indices, which include the minimum peak or rms inductor current. All of the theoretical analysis and optimizations are verified by experimental tests. The experimental results with the DPS demonstrate the efficiency improvement for different load conditions and voltage conversion ratios.
A problem with virtual synchronous generator (VSG) systems is that they are difficult to operate stably with photovoltaic (PV) power as the DC side. With this problem in mind, a PV-VSG control strategy considering the dynamic characteristics of the DC side is proposed after an in-depth analysis of the dynamic characteristics of photovoltaic power with a parallel energy-storage capacitor. The proposed PV-VSG automatically introduces DC side voltage control for the VSG when the PV enters into an unstable working interval, which avoids the phenomenon where an inverter fails to work due to a DC voltage sag. The stability of the original VSG and the proposed PV-VSG were compared by a root locus analysis. It is found that the stability of the PV-VSG is more sensitive to the inertia coefficient J than the VSG, and that a serious power oscillation may occur. According to this, a new rotor model is designed to make the inertial coefficient automatically change to adapt to the operating state. Experimental results show that the PV-VSG control strategy can achieve stable operation and maximum power output when the PV output power is insufficient.
In this paper, we modeled the devices used easily in PV system circuits. Simulation tools use PSPICE to enable intuitive electrical circuit simulations. Simulations were also performed on the effects of temperature and spatial radiation that are easy to overlook when using solar cells using modelled libraries. In addition, for full operation of the photovoltaic system, a complete operation system for the DC-DC buck-boost converter and the MPPT(Maximum Power Point Tracking) control system was modeled and simulated to confirm good operation. In order to verify the operation of the simulation, we constructed an actual system with the same conditions in the simulation and experimented. As a result, we proposed a single-phase 3 kW grid-connected solar power converter.
A 3-phase 100m long, 22.9kV class HTS power transmission cable system was developed by Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) and LS cable Ltd. those are participated in the 21st Century Frontier project R&D Program of Korea. It is important to test the DC critical current related with its power capacity before applying to the real power grid. In 1995, several international standards organizations including International Electrotechnical Commission (IEC), decided to unify the use of statistical terms related with 'accuracy' or 'precision' in their standards. It was decided to use the word 'uncertainty' for all quantitative (associated with a number) statistical expressions. In this paper, we measured DC critical current of 22.9kV/50MVA superconducting power cable with several voltage tap and analyzed the uncertainty with these results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.4
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pp.293-302
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2020
This study proposes a triple-loop current control method for the auxiliary power unit of fuel cell trains. The auxiliary power unit of fuel cell trains has a grid-connected function when power is supplied to the utility grid. Moreover, the auxiliary power unit of trains has a 1500 V DC link voltage; thus, PWM frequency cannot be increased to a high frequency. Owing to this low PWM frequency condition, creating a triple-loop design is difficult. In this study, a triple-loop controller is developed for a capacitor voltage controller in standalone mode that operates as an auxiliary power supply for trains and for a grid current controller in grid control mode with an inner capacitor voltage controller. The voltage controller employs an inductor current controller inner loop. To overcome low PWM frequency, a design method for the bandwidth of the capacitor voltage controller considering the bandwidth of the inner inductor current controller is described. The effectiveness of the proposed method is proven using PSIM simulation.
Han, Yang;Luo, Mingyu;Chen, Changqing;Jiang, Aiting;Zhao, Xin;Guerrero, Josep M.
Journal of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.1904-1917
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2016
The moving average filter (MAF) is widely utilized to improve the disturbance rejection capability of phase-locked loops (PLLs). This is of vital significance for the grid-integration and stable operation of power electronic converters to electric power systems. However, the open-loop bandwidth is drastically reduced after incorporating a MAF into the PLL structure, which makes the dynamic response sluggish. To overcome this shortcoming, some new techniques have recently been proposed to improve the transient response of MAF-based PLLs. In this paper, a comprehensive performance comparison of advanced MAF-based PLL algorithms is presented. This comparison includes HPLL, MPLC-PLL, QT1-PLL, and DMAF-PLL. Various disturbances, such as grid voltage sag, voltage flicker, harmonics distortion, phase-angle and frequency jumps, DC offsets and noise, are considered to experimentally test the dynamic performances of these PLL algorithms. Finally, an improved positive sequence extraction method for a HPLL under the frequency jumps scenario is presented to compensate for the steady-state error caused by non-frequency adaptive DSC, and a satisfactory performance has been achieved.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.4
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pp.309-316
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2011
A PLL system has widely used for synchronizing the grid voltage at the grid-connected inverter for supplying power from the PV generation systems. In this paper, a PLL algorithm without both the loop filter and PI controller is suggested for improving the performance of synchronization at the single-phase and three-phase grid connected inverters. In order that the output voltage of a phase detector in the PLL has only a dc voltage, and it approaches to 0 when the synchronization signal is locked to the grid voltage, the feedback signals are determined by using two-phase voltages. After the PLL system with a proportional controller is modelled with the small signal analysis, the stability and steady-state error are investigated. Through the simulation studies and experimental results, the performances of the proposed PLL algorithm are verified.
DC microgrids are considered as prospective systems because of their easy connection of distributed energy resources (DERs) and electric vehicles (EVs), reduction of conversion loss between dc output sources and loads, lack of reactive power issues, etc. These features make them very suitable for future industrial and commercial buildings' power systems. In addition, the bipolar-type dc system structure is more popular, because it provides two voltage levels for different power converters and loads. To keep voltage balanced in such a dc system, a bidirectional dual buck-boost voltage balancer with direct coupling is introduced based on P-cell and N-cell concepts. This results in greatly enhanced system reliability thanks to no shoot-through problems and lower switching losses with the help of power MOSFETs. In order to increase system efficiency and reliability, a novel burst-mode control strategy is proposed for the dual buck-boost voltage balancer. The basic operating principle, the current relations, and a small-signal model of the voltage balancer are analyzed under the burst-mode control scheme in detail. Finally, simulation experiments are performed and a laboratory unit with a 5kW unbalanced ability is constructed to verify the viability of the bidirectional dual buck-boost voltage balancer under the proposed burst-mode control scheme in low-voltage bipolar-type dc microgrids.
Park, Je-Wook;Baek, Seong-Won;Kim, Jang-Mok;Lee, Dong-Choon;Lee, Kyo-Beum
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.457-465
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2011
The fault analysis and detecting algorithm for a 3 phase diode rectifier is proposed. The 3 phase dioderectifier is used for the AC power rectifier of the PWM inverter. The input power or diode faults cause theripples of the DC voltage, degradation of the control performance and life shortening of the DC link capacitor.In this paper, the ripple of the DC voltage is mathematically analyzed for the earth fault of input power andopen circuit fault of the diode, respectively. The fault detection and type of fault can be obtained by comparingthe average DC voltage and the instant DC voltage which is sampled with 6 times of grid frequency. Theproposed method can be easily applicable and doesn't require additional circuit. The experimental and simulationresults are presented to verify the validity of the proposed method.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.13
no.6
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pp.590-596
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2020
In the island areas where system connection with the commercial power grid is difficult, it is quite important to find a method to efficiently manage energy produced with independent microgrids. In this paper, a prosumer management system for P2P power transaction was realized through the testing the power meter and the response rate of the collected data for the power produced in the small-scale microgrids in which hybrid models of solar power and wind power were implemented. The power network of the microgrid prosumer was composed of mesh structure and the P2P power transaction was tested through the power meter and DC power transmitter in the off-grid sites which were independently constructed in three places. The measurement values of the power meter showed significant results of voltage (average): 380V + 0.9V, current (average): + 0.01A, power: 1000W (-1W) with an error range within ±1%. Stabilization of the server was also confirmed with the response rate of 0.32 sec. for the main screen, 2.61 sec. for the cumulative power generation, and 0.11 sec for the power transaction through the transmission of 50 data in real time. Therefore, the proposed system was validated as a P2P power transaction system that can be used as an independent network without transmitted by Korea Electric Power Corporation (KEPCO).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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