A zero-dimensional direct simulation Monte Carlo(DSMC) model is developed for simulating diatomic gas including vibrational kinetics. The method is applied to the simulation of two systems: vibrational relaxation of a simple harmonic oscillator and translational-rotational-vibrational energy exchange process under heating and cooling. In the present DSMC method, the variable hard sphere molecular model and no time counter technique are used to simulate the molecular collision kinetics. For simulation of diatomic gas flows, the Borgnakke-Larsen phenomenological model is adopted to redistribute the translational and internal energies.
This paper presents a control method for reducing the distortion of the grid current at a grid-connected three-level neutral point clamped (NPC) inverter. The grid current is distorted from the 5th and 7th harmonic components in the stationary frame current also the 6th harmonic component in the synchronous frame current. In this paper, the 6th harmonic component on synchronous frame is controlled by using all-pass filters (APFs) and proportional integral (PI) controllers for distortion of the grid side. When transformed the 6th harmonic component is controlled, the 5th and 7th harmonic components are reduced. The validity of the proposed control method is verified by simulation and experiment results using a 25kW three-level NPC inverter.
This paper proposes a compensation method for the $2^{nd}$-order harmonic of single-phase grid-connected wind power generation systems. Theoretically, a single-phase grid-connected inverter system has no choice but to cause the $2^{nd}$-order harmonic to DC-link voltage. The reference active current is affected by the DC-link voltage. The output current from the reference active current is distorted by the $1^{st}$ and $3^{rd}$-order harmonic. The proposed method can compensate, conveniently, the reference active current with the $2^{nd}$-order harmonic. To reduce the $2^{nd}$-order ripple in the reference active current, proposed method takes a PR controller as a feed-forward compensator. PR controllers can implement selective harmonic compensation without excessive computational requirements; the use of these controllers simplifies the method. Both the simulation and experimental results agree well with the theoretical analysis.
본 논문에서는 단상 전압 소스 인버터 (VSIs)의 강인한 출력 전압 제어를 위한 디지털 제어기 구현과 총 고조파 왜곡(T.H.D.v) 분석을 포함한 시뮬레이션 및 실험 결과를 제시한다. 일반적으로 VSI는 내부 루프의 전류 제어기에 비례 적분(PI) 제어기를 사용하고 외부 루프의 전압 제어기에 비례 공진 (PR) 제어기가 사용된다. 그러나, 비선형 부하에서 여전히 3차, 5차 및 7차와 같은 고차 고조파 왜곡이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 고조파 왜곡을 억제하기 위해 홀수 고조파 주파수에 대한 공진 제어기를 포함한 비례 다중 공진 (PMR) 제어기를 제안한다. VSI 플랜트용 컨트롤러의 주파수 응답을 분석하고 PMR 컨트롤러를 설계합니다. 시뮬레이션을 통해 PI와 PMR을 전압 제어기로 사용할 때 출력 전압의 총 고조파 왜곡 특성을 비교 검증합니다. 선형 및 비선형 하중 조건이 모두 고려되었습니다. 마지막으로 PMR 제어기를 3kW급 VSIs 프로토 타입에 적용하여 그 유효성을 입증하였다.
This paper proposes a new THD reduction algorithm for modular multilevel converters (MMCs) with offset voltage injection operated in nearest level modulation (NLM). High voltage direct current (HVDC) is actively introduced to the grid connection of offshore wind powers, and this paper deals with a voltage generation technique with an MMC for wind power generation. In the proposed method, third harmonic voltage is added for reducing the THD. The third harmonic voltage is adjusted so that each of the pole voltage magnitudes maintains a constant value with a maximum number of (N+1) levels, where N is the number of sub-modules per arm. By using the proposed method, the THD of the output voltage is mitigated without increasing the switching frequency. In addition, the proposed method has advantageous characteristics such as simple implementation. As a part of this study, this paper compares the THD results of the conventional method and the proposed method with offset voltage injection to reduce the THD. In this paper, simulations have been carried out to verify the effectiveness of the proposed scheme, and the proposed method is implemented by a HILS (Hardware in the Loop Simulation) system. The obtained results show agreement with the simulation results. It is confirmed that the new scheme achieved the maximum level output voltage and improved the THD quality.
This paper studies the harmonic characteristics of ship electric propulsion systems and their treatment methods. It also adopts effective measures to suppress and prevent ship power systems from affecting ship operation due to the serious damage caused by harmonics. Firstly, the harmonic characteristics of a ship electric propulsion system are reviewed and discussed. Secondly, aiming at problems such as resonant frequency and filter characteristics variations, resonance point migration, and unstable filtering performances in conventional passive filters, a method for fully tuning of a passive dynamic tunable filter (PDTF) is proposed to realize harmonic suppression. Thirdly, to address the problems of the uncontrollable inductance L of traditional air gap iron core reactors and the harmonics of power electronic impedance converters (PEICs), this paper proposes an electromagnetic coupling reactor with impedance transformation and harmonic suppression characteristics (ECRITHS), with the internal filter (IF) designed to suppress the harmonics generated by PEICs. The ECRITHS is characterized by both harmonic suppression and impedance change. Fourthly, the ECRITHS is investigated. This investigation includes the harmonic suppression characteristics and impedance transformation characteristics of the ECRITHS at the fundamental frequency, which shows the good performance of the ECRITHS. Simulation and experimental evaluations of the PDTF are carried out. Multiple PDTFs can be configured to realize multi-order simultaneous dynamic filtering, and can effectively eliminate the current harmonics of ship electric propulsion systems. This is done to reduce the total harmonic distortion (THD) of the supply currents to well below the 5% limit imposed by the IEEE-519 standard. The PDTF also can eliminate harmonic currents in different geographic places by using a low voltage distribution system. Finally, a detailed discussion is presented, with challenges and future implications discussed. The research results are intended to effectively eliminate the harmonics of ship electric power propulsion systems and to improve the power quality of ship power systems. This is of theoretical and practical significance for improving the power quality and power savings of ship power systems.
During the restoration process of primary restorative transmission system, some over voltages may happen due to nonlinear interaction between unloaded transformers and transmission systems. These over voltages caused by harmonic resonance can be suppressed by inserting damping loads before energizing transformers. But it is very difficult to predict the occurrence possibility of harmonic resonance and complex simulation must be repeated to estimate the sufficient damping loads. This paper presents a damping loads prediction system to prevent harmonic resonance. Detailed analysis of the relationship between harmonic resonance and the amount of damping loads is discussed. The prediction system is developed using a curve fitting and a neural network based on this relationship. A curve fitting used a Gaussian function based on non-linear least square method and multi-layer back-propagation neural network is applied. The system is applied to primary restorative transmission lines in korean power system and the result showed satisfactory performance.
Santos, Claudio H.G.;Ferreira, Reginaldo V.;Silva, Sidelmo Magalhaes;Cardoso Filho, Braz J.
Journal of Power Electronics
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제13권5호
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pp.884-895
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2013
In this paper, the Fourier-based PLL (Phase-locked Loop) is introduced with a new structure, capable of selective harmonic detection in single and three-phase systems. The application of the FB-PLL to harmonic detection is discussed and a new model applicable to three-phase systems is introduced. An analysis of the convergence of the FB-PLL based on a linear model is presented. Simulation and experimental results are included for performance analysis and to support the theoretical development. The decomposition of an input signal in its harmonic components using the Fourier theory is based on previous knowledge of the signal fundamental frequency, which cannot be easily implemented with input signals with varying frequencies or subjected to phase-angle jumps. In this scenario, the main contribution of this paper is the association of a phase-locked loop system, with a harmonic decomposition and reconstruction method, based on the well-established Fourier theory, to allow for the tracking of the fundamental component and desired harmonics from distorted input signals with a varying frequency, amplitude and phase-angle. The application of the proposed technique in three-phase systems is supported by results obtained under unbalanced and voltage sag conditions.
스위칭 모드 전원 공급 장치와 같은 비선형 부하의 증가로, 3상 4선식 배전계통을 채용하는 중성선에 많은 고조파 전류가 흐른다. 중성선은 접지 시스템과 연결되어 있기 때문에 접지 임피던스는 중성선 고조파 전류에 영향을 끼친다고 알려져 있다. 현장에서 실측한 고조파 전류와 전압으로 고조파 해석용 3상 등가 회로를 구성하였다. 실측한 값과 MATLAB으로 시뮬레이션 한 값을 수치와 파형으로 비교 검토하였다. 또한 본 논문에서는 중성선 고조파 전류와 접지 임피던스와의 관계를 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
Nam, Myung Joon;Kim, Jong Hyun;Cho, Kwan-Yuhl;Kim, Hag-Wone;Cho, Younghoon
Journal of Power Electronics
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제17권5호
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pp.1223-1230
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2017
The back emf harmonics of a permanent magnet (PM) synchronous motor is a major source of torque ripple. For torque control applications including column fitted MDPS (motor driven power steering) systems, it is essential to reduce the mechanical vibrations due to torque ripples at low speeds. In this paper, a torque ripple reduction algorithm for interior PM synchronous motors is proposed. The harmonic currents that cancel the $6^{th}$ order torque harmonic are added to the nominal dq currents for MTPA (maximum torque per ampere) operation. The compensated harmonic currents are derived from flux linkage harmonics based on a FFT analysis of the back emf harmonics. Simulation and experimental results verify that the $6^{th}$ order torque harmonic and THD of the torque ripple are reduced by compensating the dq harmonic currents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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