This study analyzes the mathematical relationship between DC-link voltage and system parameters for shunt active power filters (APFs). Analysis and mathematical deduction are used to determine the required minimum DC-link voltage for APF. A novel adaptive DC-link voltage controller for the three-phase four-wire shunt APF is then proposed. In this controller, the DC-link voltage reference value will be maintained at the required minimum voltage level. Therefore, power consumption and switching loss will effectively decrease. The DC-link voltage can also adaptively yield different DC-link voltage levels based on different harmonic currents and grid voltage levels and thus avoid the effects of harmonic current and grid voltage fluctuation on compensation performance. Finally, representative simulation and experimental results in a three-phase four-wire center-split shunt APF are presented to verify the validity and effectiveness of the minimum DC-link voltage design and the proposed adaptive DC-link voltage controller.
This study investigates the inherent influence of a DC-link voltage controller on both DC-link voltage control and the compensation performance of a three-phase, four-wire shunt active power filter (APF). A nonlinear variable-parameter DC-link voltage controller is proposed to satisfy both the dynamic characteristic of DC-link voltage control and steady-state compensation performance. Unlike in the conventional fixed-parameter controller, the parameters in the proposed controller vary according to the difference between the actual and the reference DC-link voltages. The design procedures for the nonlinear voltage controller with variable parameters are determined and analyzed so that the proposed voltage controller can be designed accordingly. Representative simulation and experimental results for the three-phase, four-wire, center-spilt shunt APF verify the analysis findings, as well as the feasibility and effectiveness of the proposed DC-link voltage controller.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.9
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pp.1297-1305
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2015
This paper proposes a power feedforward technique for the performance improvement of DC-link voltage control in the dynamic voltage restorer (DVR). The DC-link Voltage is able to be unstable for an instant owing to any change in the load and voltage sag. The distortion of the DC-link voltage leads to the negative influence on the performance of DVR. To mitigate the distortion of the DC-link voltage, the power feedforward component is calculated by the load power and the grid voltage, and then it is added to the reference current of the conventional DC-link voltage controller. By including output power feedforward component on the DC-link controller, the DC-link voltage can settle down more quickly than when the conventional DC-link voltage controller applied. The proposed technique was validated through the simulation and experimental results.
This paper proposes a DC-link voltage balance controller using the fourth-phase of a three-level neutral-point clamped (NPC) PWM converter with medium vector selection (MVS) PWM for common-mode voltage reduction. MVS PWM makes the voltage reference by synthesizing the voltage vectors that cannot generate common-mode voltage. This PWM method is effective for reducing the EMI noise emitted from converter systems. However, the DC-link voltage imbalance problem is caused by the use of limited voltage vectors. Therefore, in this paper, the effect of MVS PWM on the DC-link voltage of a three-level NPC converter is analyzed. Then a proportional-derivative (PD) controller for the DC-link voltage balance is designed from the DC-link modeling. In addition, feedforward compensation of the neutral point current is included in the proposed PD controller. The effectiveness of the proposed controller is verified by experimental results.
The three-phase four-wire shunt active power filter (APF) is an effective method to solve the harmonic problem in three-phase four-wire power systems. In addition, it has two possible topologies, a four-leg inverter and a three-leg inverter with a split-capacitor. There are some studies investigating DC-link voltage control in three-phase four-wire APFs. However, when compared to the four-leg inverter topology, maintaining the balance between the DC-link upper and lower capacitor voltages becomes a unique problem in the three-leg inverter with a split-capacitor topology, and previous studies seldom pay attention to this fact. In this paper, the influence of the balance between the two DC-link voltages on the compensation performance, and the influence of the voltage balance controller on the compensation performance, are analyzed. To achieve the balance between the two DC-link capacitor voltages, and to avoid the adverse effect the voltage balance controller has on the APF compensation performance, a new DC-link voltage balance control strategy for the three-phase four-wire split-capacitor APF is proposed. Representative simulation and experimental results are presented to verify the analysis and the proposed DC-link voltage balance control strategy.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.2
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pp.94-100
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2018
Generally, in a single-phase energy storage system (ESS) for households, AC ripple component with twice the fundamental frequency exists inevitably in the DC link voltage of single-phase PCS. In the grid-connected mode of a single-phase inverter, the AC ripple component in the DC link voltage causes low-order harmonics on grid-side current that deteriorates power quality on an AC grid. In this work, a control system adopting a feedforward controller is established to eliminate the AC ripple interference on the DC link side. Optimal battery nominal voltage design method is also proposed by considering the voltage loss and AC ripple voltage on DC link side in a single-phase ESS. Finally, the control system and battery nominal voltage design method are verified through simulations and experiments.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.4
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pp.281-285
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2018
An isolated feedback method for measuring the inverter DC-link voltage is proposed. This method provides a simple and economical solution to inverter control systems that use a flyback converter as a controller power supply. In the proposed method, data on the DC-link voltage are acquired when the primary side voltage appears on the secondary side of the flyback transformer, thereby eliminating the need to adopt an extra signal isolation method. To solve the non-synchronization problem between the flyback converter switching and main controller sampling, the external interrupt function of the micro-controller is used as a trigger signal for the A/D conversion.
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 fundamental digital control of utility-connected PV inverter are presented with detailed analysis and simulation and experimental results. PLL controller using virtual two phase detector, current controller of DC-DC converter, dc link voltage controller and inverter current controller are discussed. The novel PLL controller using virtual two phase detector can detect the information of utility voltage instantaneously and is not sensitive to the noise. Current controller of DC-DC converter, dc link voltage controller and inverter current controller are the conventional methods. We have constructed utility-Connected PV Inverter and applied to those controllers. The simulation and experimental results demonstrate an excellent performance in the single-phase grid-connected operation.
This paper presents a high-efficiency power conditioning system (PCS) for grid-connected photovoltaic (PV) modules. The proposed PCS consists of a step-up DC-DC converter and a single-phase DC-AC inverter for the grid-connected PV modules. A soft-switching step-up DC-DC converter is proposed to generate a high DC-link voltage from the low PV module voltage with a high-efficiency. A DC-link voltage controller is presented for constant DC-link voltage regulation. A half-bridge inverter is used for the single-phase DC-AC inverter for grid connection. A grid current controller is suggested to supply PV electrical power to the power grid with a unity power factor. Experimental results are obtained from a 180 W grid-connected PV module system using the proposed PCS. The proposed PCS achieves a high power efficiency of 93.0 % with an unity power factor for a 60 Hz / 120 Vrms AC power grid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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