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.
This paper proposes an active frequency with a positive feedback in the d-q frame anti-islanding method suitable for a robust phase-locked loop (PLL) algorithm using the FFT concept. In general, PLL algorithms for grid-connected PV PCS use d-q transformation and controllers to make zero an imaginary part of the transformed voltage vector. In a real grid system, the grid voltage is not ideal. It may be unbalanced, noisy and have many harmonics. For these reasons, the d-q transformed components do not have a pure DC component. The controller tuning of a PLL algorithm is difficult. The proposed PLL algorithm using the FFT concept can use the strong noise cancelation characteristics of a FFT algorithm without a PI controller. Therefore, the proposed PLL algorithm has no gain-tuning of a PI controller, and it is hardly influenced by voltage drops, phase step changes and harmonics. Islanding prediction is a necessary feature of inverter-based photovoltaic (PV) systems in order to meet the stringent standard requirements for interconnection with an electrical grid. Both passive and active anti-islanding methods exist. Typically, active methods modify a given parameter, which also affects the shape and quality of the grid injected current. In this paper, the active anti-islanding algorithm for a grid-connected PV PCS uses positive feedback control in the d-q frame. The proposed PLL and anti-islanding algorithm are implemented for a 250kW PV PCS. This system has four DC/DC converters each with a 25kW power rating. This is only one-third of the total system power. The experimental results show that the proposed PLL, anti-islanding method and topology demonstrate good performance in a 250kW PV PCS.
In this paper, a simple control method for two-stage utility grid-connected photovoltaic power conditioning systems (PCS) is proposed. This approach enables maximum power point (MPP) tracking control with post-stage inverter current information instead of calculating solar array power, which significantly simplifies the controller and the sensor. Furthermore, there is no feedback loop in the pre-stage converter to control the solar array voltage or current because the MPP tracker drives the converter switch duty cycle. This simple PCS control strategy can reduce the cost and size, and can be utilized with a low cost digital processor. For verification of the proposed control strategy, a 2.5kW two-stage photovoltaic grid-connected PCS hardware which consists of a boost converter cascaded with a single-phase inverter was built and tested.
This paper presents research on low-voltage microgrids to maintain a continuous power supply to critical loads on grid-connected islands in Korea. The low-voltage microgrids of this paper focused on that changes public office buildings into uninterrupted microgrids by autonomous operation. For this, a microgrid controller (MGC) and a power conditioning system (PCS) that allow a seamless transfer between grid-connected and grid-isolated operation are proposed. The proposed PCS operates with a silicon controlled rectifier (SCR) switch and employs a simple structure. It supplies power continuously without operators through a coordinated operation between MGC and PCS. In addition, proposed MG has a schedule operation for minimizing electricity charges and provides ancillary services that enable the utilization of resources according to the operation purpose of utility distribution networks. To demonstrate the uninterrupted low-voltage microgrid proposed in this study, a microgrid was implemented and tested in a public office building in Anjwa Island, Jeollanam-do in Korea. A seamless, autonomous operation history, despite system disturbances, was obtained through a long-term demonstration of operation. The results showed that the proposed microgrid technology can be used to achieve energy resilience in grid-connected island areas.
본 논문에서는 진동수주형(OWC: Oscillating Water Column) 파력발전시스템을 위한 30kW 급 계통연계형 PCS(Power Conversion System)을 다룬다. 해양에너지 중 파력 발전은 삼면이 바다인 반도의 특성을 지닌 한국에 적용하기 적합하고 연안재해 시 파력 발전기가 방파제 역할을 하여 피해를 감소시킬 수 있고, 다른 해상 발전과 개발 대상 적지가 일치하므로 통합하여 효율을 증대 시킬 수 있다. 파력발전 방식은 작동 원리에 따라 가동 물체형과 진동수주형, 월파형 등 여러 형태로 구분하며, 설치 형태에 따라 고정식과 부유식으로 구분된다. 본 논문에서는 구조적으로 안정되고 터빈과 발전기의 유지 보수가 비교적 쉬운 진동수주형을 채택하여, 파력발전용 30kW 계통연계형 PCS 토폴로지 및 모델을 제안하고 계통에 안정적으로 전압을 공급할 수 있는 DC link 전압 제어 등 계통연계 시 필요한 제어방법에 대해 설명하였다. 또한 이를 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다.
Grid-connected photovoltaic generator system requires high performance PCS(Power Conditioning System) according to the standard of 'Distributed Generation Grid-Connected Technology Standards'. This paper presents the MPPT control method which improves output efficiency through fast tracking to the maximum power point of PV and a reduced self-excited vibration. Secondly, in this paper DVR function was applied to PCS to compensate the voltage sag frequently happening for a power system. The proposed PCS control is analyzed and compared to conventional PCS operating characteristic, the various insolation and loads, and voltage sag condition through PSIM tool. It proves the utility.
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.
Currently the variety of governmental business support and research for supplying solar energy have been actively progressed. As of now, however, There are no practical testing infrastructures of grid-connected photovoltaic system which test performance of solar power facility in domestic. Therefore, in KEPRI, there is in progress construction of practical testing ground of 500 kW class grid-connected PV System for developing the evaluation of the performance technology including the Module, PCS, and etc, that is the important instrument of the PV System, in Gochang area. It analyzed the site creation work for constructing the practical testing ground and new construction of control room and the unit standards, specifications and capacity of required equipment. For the system detailed design, configuration, instrument-specific parameters established, power generation predictions of Array Type and the components of testing ground are needed to build.
A significant number of renewable energy systems have been connected to the grids as supplement power source. The renewable energy systems require control algorithm to maintain the power-supply reliability and quality. This paper proposes a novel control algorithm for smart Power Conditioning System (PCS) with harmonics and reactive power compensation. The smart PCS is used to feed Photovoltaic (PV) power to utility and compensate harmonics and reactive power at the same time. The experimentation is carried out on the proposed grid-connected PV generation system, and controlled by digital signal processor. The grid-connected PV generation system injects PV energy into the grid and performs as Active Filter (AF) and Static Synchronous Compensator (STATCOM) without additional devices. The experiment results show that the proposed control algorithm is effective for smart PCS with harmonics and reactive power compensation.
The DC link of Grid-Connected 3-Phase 3-Level T-type Photovoltaic PCS (PV-PCS) consists of two series connected capacitors for using their neutral voltage. The mismatch between two capacitor characteristics and transient states happened in load change cause the imbalance of neutral voltage. As a result, PV-PCS performance is degraded and the system becomes unstable. In this paper, a mathematical model for analyzing the imbalance of neutral voltage is derived and a compensation method using offset voltage is proposed, where offset voltage adjusts the applying time of P-type and N-type small vectors. The validity of the proposed methods is verified by simulation and experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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