This study proposes a new islanding detection method that uses the phase shift of feed-forward voltage and evaluates the performance of an existing method and the proposed method when the grid frequency changes within the allowable range under steady-state conditions. The investigated existing method, which is slip mode frequency shift (SMS), uses current phase shift to detect islanding. The SMS method supplies reactive current to the grid under this condition, but the proposed method does not generate additional reactive power because it does not depend on the current control loop. The performance in steady-state grid condition is evaluated through simulations and experiments.
Zhang, Yu;Xue, Mingyu;Li, Minying;Kang, Yong;Guerrero, Josep M.
Journal of Power Electronics
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제14권5호
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pp.1047-1056
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2014
In most grid-connected inverters (GCI) with an LCL filter, since the design of both the LCL filter and the controller is done separately, considerable tuning efforts have to be exerted when compared to inverters using an L filter. Consequently, an integrated co-design of the filter and the controller for an LCL-type GCI is proposed in this paper. The control strategy includes only a PI current controller and a proportional grid voltage feed-forward controller. The capacitor is removed from the LCL filer and the design procedure starts from an L-type GCI with a PI current controller. After the PI controller has been settled, the capacitor is added back to the filter. Hence, it introduces a resonance frequency, which is identified based on the crossover frequencies to accommodate the preset PI controller. Using the proposed co-design method, harmonic standards are satisfied and other practical constraints are met. Furthermore, the grid voltage feed-forward control can bring an inherent damping characteristic. In such a way, the good control performance offered by the original L-type GCI and the sharp harmonic attenuation offered by the latter designed LCL filter can be well integrated. Moreover, only the grid current and grid voltage are sensed. Simulation and experimental results verify the feasibility of the proposed design methodology.
This study develops a digital control scheme with power factor correction for a front-end converter in an electric vehicle battery charger. The front-end converter acts as the boost-type switching-mode rectifier. The converter assumes the two roles of the battery charger, which include power factor control and robust charging performance. The proposed control scheme consists of a charging control algorithm and a grid current control algorithm. The scheme aims to obtain unity input power factor and robust performance. Based on the linear average model of the converter, a constant-current constant-voltage charging control algorithm that passes through only one proportional-integral controller and a current feed-forward path is proposed. In the current control algorithm, we utilized a second band pass filter, a single-phase phase-locked loop technique, and a duty-ratio feed-forward term to control the grid current to be in phase with the grid voltage and achieve pure sinusoidal waveform. Simulations and experiments were conducted to verify the effectiveness of the proposed control scheme, both simulations and experiments.
Voltage feed-forward control (VFFC) is widely used in LCL-type grid-tied inverters due to its advantages in terms of disturbance rejection performance and fast dynamic response. However, VFFC may worsen the stability of inverters under weak grid conditions. It is revealed in this paper that a large phase-lag in the low-frequency range is introduced by VFFC, which reduces the phase margin significantly and leads to instability. To address this problem, a novel virtual-impedance-based control, where a phase-lead is introduced into the low-frequency area to compensate for the phase lag caused by VFFC, is proposed to improve system stability. The proposed control is realized with a high-pass filter, without high-order-derivative components. It features easy implementation and good noise immunity. A detailed design procedure for the virtual impedance control is presented. Both theoretical analysis and experimental results verify the effectiveness of the control proposed.
In this paper, a voltage controller for the seamless transition of a grid-connected inverter for ESS is proposed. The single-phase inverter is operated as a current controller when the grid is connected and as a voltage controller in the stand-alone mode when the grid is disconnected. Generally, in the case of grid recovery, the overcurrent may flow into the system because of the mismatch phase between the inverter output and grid voltages. The proposed controller resolves the overcurrent problem through phase delay problems with initial value feed-forward control of the integrator when the grid voltage is restored. The effects of the control method are simulated through PSIM, and the usefulness of the control method is verified through experiments.
Kim, Kiryong;Shin, Dongsul;Lee, Jaecheol;Lee, Jong-Pil;Yoo, Dong-Wook;Kim, Hee-Je
Journal of Power Electronics
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제15권4호
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pp.1066-1073
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2015
This paper proposes a control strategy based on the frequency detection method, comprising a current control and a feed-forward voltage control loop, is proposed for grid-interactive power conditioning systems (PCS). For continuous provision of power to critical loads, PCS should be able to check grid outages instantaneously. Hence, proposed in the present paper are a frequency detection method for detecting abnormal grid conditions and a controller, which consists of a current controller and a feedforward voltage controller, for different operation modes. The frequency detection method can detect abnormal grid conditions accurately and quickly. The controller which has current and voltage control loops rapidly helps in load voltage regulation when grid fault occurs by changing reference and control modes. The proposed seamless transfer control strategy is confirmed by experimental results.
Jian-gong, Zhang;Jian-ben, Liu;Shao-jun, Dai;Qiao-fu, Chen;Jun-jia, He
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권5호
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pp.2062-2069
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2015
In the series hybrid active power filter (SHAPF) with magnetic flux compensation (MFC), the system current oscillate in the experimental results when adding the same phase harmonic current command in current control block. This condition endangers the security of the SHAPF. Taking the digit period average arithmetic as example, this paper explains the inter-harmonics current oscillation in the experiment. The conclusion is that the SHAPF is unstable to the inter-harmonics current in theory. Limited by the capacity of the inverter, the system current and the inverter output current do not increase to infinite. At last, some methods are proposed to solve this problem. From the practical viewpoint, the voltage feed-forward control is easy to achieve. It can suppress the current oscillation problems, and also improve the filtering effect. The feasibility of the methods is validated by both the emulation and experiment results.
Grid-connected inverters (GCIs) with an LCL output filter have the ability of attenuating high-frequency (HF) switching ripples. However, by using only grid-current control, the system is prone to resonances if it is not properly damped, and the current distortion is amplified significantly under highly distorted grid conditions. This paper proposes a synchronous reference frame equivalent proportional-integral (SRF-EPI) controller in the αβ stationary frame using the parallel virtual resistance-based active damping (PVR-AD) strategy for grid-interfaced distributed generation (DG) systems to suppress LCL resonance. Although both a proportional-resonant (PR) controller in the αβ stationary frame and a PI controller in the dq synchronous frame achieve zero steady-state error, the amplitude- and phase-frequency characteristics differ greatly from each other except for the reference tracking at the fundamental frequency. Therefore, an accurate SRF-EPI controller in the αβ stationary frame is established to achieve precise tracking accuracy. Moreover, the robustness, the harmonic rejection capability, and the influence of the control delay are investigated by the Nyquist stability criterion when the PVR-based AD method is adopted. Furthermore, grid voltage feed-forward and multiple PR controllers are integrated into the current loop to mitigate the current distortion introduced by the grid background distortion. In addition, the parameters design guidelines are presented to show the effectiveness of the proposed strategy. Finally, simulation and experimental results are provided to validate the feasibility of the proposed control approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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