Shi, Kai;Xu, Peifeng;Wan, Zengqiang;Bu, Feifei;Fang, Zhiming;Liu, Rongke;Zhao, Dean
Journal of Power Electronics
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제16권4호
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pp.1455-1468
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2016
This paper presents a grid-connected dual stator-winding induction generator (DWIG) wind power system suitable for wide wind speed ranges. The parallel connection via a unidirectional diode between dc buses of both stator-winding sides is employed in this DWIG system, which can output a high dc voltage over wide wind speed ranges. Grid-connected inverters (GCIs) do not require booster converters; hence, the efficiency of wind energy utilization increases, and the hardware topology and control strategy of GCIs are simplified. In view of the particularities of the parallel topology and the adopted generator control strategy, we propose a novel excitation-capacitor optimization solution to reduce the volume and weight of the static excitation controller. When this excitation-capacitor optimization is carried out, the maximum power tracking problem is also considered. All the problems are resolved with the combined control of the DWIG and GCI. Experimental results on the platform of a 37 kW/600 V prototype show that the proposed DWIG wind power system can output a constant dc voltage over wide rotor speed ranges for grid-connected operations and that the proposed excitation optimization scheme is effective.
계통 연계 형 양방향 PCS 기술은 분산 형 신재생 에너지 스마트 그리드를 구현하기 위한 기술이며, 방대한 스마트 그리드 시스템 중 태양광 모듈로부터 수집된 전력 및 상용 계통전원을 이용하여 상시 전력을 충전하였다가 필요시 저장된 전력을 저압 계통 측으로 방출할 수 있도록 하는 하이브리드형 에너지 저장 장치이다. 이를 위해 MPPT 기능이 포함된 PV입력 전력변환기와 배터리 충·방전을 위한 양방향 전력변환기 및 DC Link 전압을 3상 380V AC 계통으로 출력하고 필요할 경우 계통전력을 AC/DC변환하여 양방향 DC/DC컨버터를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 인버터로 구성된 3개의 전력변환기 구조를 갖는 PCS를 설계 및 개발하였다. 현재 이 시스템을 정전 및 화재사고에 취약한 제주의 사이트에 적용하여 실증 및 운영하고 있다.
Islanding phenomenon of utility-connected photovoltaic power conditioning systems(PV PCS) can cause a variety of problems and must be prevented. If the real and reactive power supplied by PV PCS are closely matched to those of load, islanding detection by passive methods becomes difficult. The active frequency drift(AFD) method, called the frequency bias method, enables islanding detection by forcing the frequency of the voltage in the islanding to drift up or down. In this paper, non-detection zone(NDZ) of AFD is analyzed for the islanding detection method of utility-connected PV PCS by the simulation software tool PSIM.
For grid-connected LCL-filtered inverters, dual-loop current control with an inner-loop active damping (AD) based on capacitor current feedback is generally used for the sake of current quality. However, existing studies on capacitor current feedback AD with a control delay do not reveal the mathematical relation among the dual-loop stability, capacitor current feedback factor, delay time and LCL parameters. The robustness was not investigated through mathematical derivations. Thus, this paper aims to provide a systematic study of dual-loop current control in a digitally-controlled inverter. At first, the stable region of the inner-loop AD is derived. Then, the dual-loop stability and robustness are analyzed by mathematical derivations when the inner-loop AD is stable and unstable. Robust design principles for the inner-loop AD feedback factor and the outer-loop current controller are derived. Most importantly, ensuring the stability of the inner-loop AD is critical for achieving high robustness against a large grid impedance. Then, several improved approaches are proposed and synthesized. The limitations and benefits of all of the approaches are identified to help engineers apply capacitor current feedback AD in practice.
Ashraf, Muhammad Noman;Khan, Reyyan Ahmad;Choi, Woojin
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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pp.71-73
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2019
The output current of the Grid Connected Inverter (GCI) can be polluted with harmonics mainly due to i) dead time in switches, ii) non-linearity of switches, iii) grid harmonics, and iv) DC link fluctuation. Therefore, it is essential to design the robust Harmonic Compensation (HC) technique for the improvement of output current quality and fulfill the IEEE 1547 Total harmonics Distortion (THD) limit i.e. <5%. The conventional harmonic techniques often are complex in implementation due to their i) additional hardware needs, ii) complex structure, iii) difficulty in tuning of parameters, iv) current controller compatibility issues, and v) higher computational burden. In this paper, to eliminate the harmonics from the GCI output current, a novel Digital Lock-In Amplifier (DLA) based harmonic detection is proposed. The advantage of DLA is that it extracts the harmonic information accurately, which is further compensated by means of PI controller in feed forward manner. Moreover, the proposed HC method does not require additional hardware and it works with any current controller reference frame. To show the effectiveness of the proposed HC method a 5kW GCI prototype built in laboratory. The output current THD is achieved less than 5% even with 10% load, which is verified by simulation and experiment.
Inverters are widely used in distributed power generation and other applications. However, their lack of inertia and variable impedance may cause system instability and power transfer inaccuracy. This paper proposes a control scheme for a single phase voltage-controlled inverter with some grid-friendly characteristics. The proposed control algorithm enables the inverter to function as a voltage source with an inner output impedance in both the islanded and grid-connected modes. Virtual inertia and rotor equations are embedded in the PLL part. Thus, the frequency stability can remain. The inner output impedance can be adjusted freely, which helps to accurately decouple and transmit the output active and reactive power. The proposed inverter operates like a traditional synchronous generator. Simulations and experiments are designed and carried out to verify the proposed control strategy.
The rising popularity of renewable energy sources resulted in development of the units of higher rated powers. As a result of the limited power handling capacity of individual devices, paralleling is the choice to increase the equipment rating, while keeping the THD of the current at the PCC within the agency specified standards. And their typical power circuit configuration limits the stress on individual devices to an appreciable extent. The main scope of this paper is the analysis of filter structure in paralleling inverter system's operation. Simulation results are shown to verify the theoretical analysis.
본 논문은 계통과 연계하여 운전하거나 계통사고시나 의도적인 단독 운전이 필요한 경우 계통과 분리하여 운전하기 위한 UPQC(Unified Power Quality Conditioner)를 기반으로 하는 인버터를 제안한다. UPQC 기반의 인버터는 계통 연계시에 과전압, 저전압 등의 계통 전압의 변동이 발생 했을 시 이를 보상하여 부하에 전달되는 전력의 품질을 유지 할수 있다. UPQC의 개념에 대하여 설명하고, 계통 연계시의 전압 보상, 단독 운전시의 시퀀스에 대하여 설명하고, 이를 시뮬레이션을 통해 검증한다.
태양 에너지는 재생 가능하고 오염이 없는 특성으로 바람직한 에너지 원이다. 계통에 이용하기 위해서는 dc-dc 컨버터와 계통 연계 do-ac 인버터가 필요하다. dc-dc 컨버터는 태양광 시스템이 높은 dc전압에 동작하기 위하여 필요하고, 인버터는 계통에 연결하기 위하여 필요한 전압과 주파수를 만들어 내는데 필요하다. 본 논문에서는 첫째로 단상 계통 연계 인버터에서 전류 루프 전달 함수가 유도되고, 둘째로 컨버터 측에서 컨덕턴스 증가 방식의 MPPT 방식이 제안하여 인버터 측에 최대 전력을 공급하는데 있다. 시뮬레이션 결과가 계통에서 태양광 인버터 시스템의 성능과 특성을 보여준다.
For maintaining a reliable and secure power system, this paper describes the design and implement of a single-phase grid-connected inverter with an enhanced phase-locked loop (PLL) and excellent power control performance. For designing the enhanced PLL and power regulator, a full-bridge voltage-controlled inverter (VCI) is investigated. When the grid frequency deviates from its reference values, the output frequency of the VCI is unstable with an oscillation of 2 doubling harmonics. The reason for this oscillation is analyzed mathematically. This oscillation leads to an injection of harmonics into the grid and even causes an output active power oscillation of the VCI. For eliminating the oscillation caused by a PLL, an oscillation compensation method is proposed. With the proposed method, the VCI maintains the original PLL control characteristics and improves the PLL robustness under grid frequency deviations. On the basis of the above analysis, a power regulator with the primary frequency and voltage modulation characteristics is analyzed and designed. Meanwhile, a small-signal model of the power loops is established to determine the control parameters. The VCI can accurately output target power and has primary frequency and voltage modulation characteristics that can provide active and reactive power compensation to the grid. Finally, simulation and experimental results are given to verify the idea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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