The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.6
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pp.538-541
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2016
This paper proposes an LCL-filter design for space vector pulse width modulation (SVM) in grid-connected three-phase inverter systems. Although there are a several studies in progress, the existing methods are erroneous because they do not focus on the other switching methods. This paper presents the design methodology for an LCL-filter that is optimized for SVM switching operations. The design procedure for the LCL-filter is presented step-by-step. The inverter-side inductor was determined by an analysis of the ripple components, mathematically. Based on the reactive power absorption ratio, the filter capacitor was determined. The grid-side inductor was determined by the ripple attenuation factor of the output current. Experimental results verify the validity of the design method for the LCL-filter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.7
no.5
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pp.490-498
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2002
In this paper, a design method of LCL filter at the AC input side of a voltage source PWM converter is proposed. Effective method to prevent pollution of the utility caused by high frequency current ripple is to use a AC input LCL filter, The C elements in the filter provide a low impedance path for the high frequency component, preventing them from entering the utility. The resistors In series with the capacitors are used for damping the resonance in the filter The design examples are shown and the validity of the proposed design method is verified through the PSIM simulation.
An inductor-capacitor-inductor (LCL) filter are widely adapted in grid-connected inverter applications. In this paper, the harmonic attenuations of the LCL filter are quantitatively analyzed, and then the design optimization of two inductance values, which are related on a cost and a size, is illustrated. Based on the design optimization, the LCL filter employing a Symmetric Geometry is proposed. Through the equivalent circuit analysis of the proposed LCL filter, the operating characteristics and validity are presented in detail. In addition, simple proportional-integral (PI) current controller suitable for the LCL Filter is designed to mitigate the resonance problem. From simulation results, it is seen that the proposed LCL filter and control method have a sufficient attenuation and stability for the high frequency distortions and load variations.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.103-109
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2013
The conventional LCL filter design method of the utility interactive inverter considers only harmonics attenuation of the current injected to the grid. However, in case of utility-interactive inverter with critical load the voltage quality of the critical load should also be considered for LCL filter design. Also, considering cost and volume of LCL filters. it is important to have minimum values of inductance and capacitance as far as the harmonic standards are satisfied. In this paper a LCL filter design method is proposed to satisfy not only the harmonic standards of the grid current during the grid-connected mode but the voltage quality of the critical load during grid-connected mode and stand-alone mode. With the proposed method optimized values of LCL filters could be obtained by applying weighting factor to voltage ripple across the critical load, inductor volume, amount of reactive current and system bandwidth.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.2
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pp.261-270
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2021
In this study, the design methodology of LCL filter for grid-connected three-phase inverter was studied. First, the advantages and disadvantages of applying typical filter structures as a filter for grid connection of a three-phase inverter were analyzed. Next, filter design methodologies for grid connection of a three-phase inverter were analyzed, and an effective filter design methodology was determined to satisfy the harmonic requirements in grid connection. In order to verify the effectiveness of the design methodology, EMTP models such as a three-phase inverter, a three-phase LCL filter, and a performance evaluation system to evaluate the performance of the designed filter were developed using EMTP-RV. Next, an LCL filter was designed for an application example of a three-phase inverter, and the waveforms of the output voltage and outage current of the three-phase inverter were checked through EMTP-RV simulation work. In particular, the validity of the design methodology was verified by confirming that the magnitude of the current ripple was reduced to a limited magnitude through waveform analysis of the output current.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.3
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pp.419-427
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2016
This paper proposes a design method of LCL-filter for a grid-connected three-phase inverter using a discontinuous PWM (DPWM) method. When using a DPWM method, many harmonic voltages are generated in the inverter output compared to a continuous PWM (CPWM) method. Therefore, an optimized grid-connected filter design is required for a DPWM method. The proposed design method provides generalized formula to design accurate LCL-filter without trial and error procedures. An inverter side inductance is designed by analyzing the current ripple injected to the grid. The Optimized parameters of LCL-filter can be designed by analyzing the total harmonic distortion (THD) and the ripple attenuation factor of the output current. The proposed LCL filter design method is demonstrated by simulation and experimental results.
This paper proposes a design scheme for an LCL-filter used for the three-parallel operation of the power converters in high-capacity wind turbines. The designs of the power devices and grid connected filter are difficult due to the high level voltages and currents in huge-capacity wind turbines. To solve these problem, this paper presents three-parallel operation and LCL-filter design techniques optimized by parallel operation. Furthermore, the design of an inverter side inductance of the LCL-filter is discussed in detail considering the switching modulation method. Simulation and experimental results demonstrate the validity of the designed filter and wind turbines.
Park, Joon Young;Kim, Seok-Min;Seo, SeungGyu;Park, Seong-Soo;Lee, Kyo-Beum
Journal of IKEEE
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v.21
no.2
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pp.105-114
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2017
This paper proposes a design method of an LCL-filter for grid-tied three-level inverter systems. The demand for three-phase PWM inverters in applications such as wind or solar power generation systems has been increase in recent years. To reduce harmonic components caused by switching operation, such inverters are connected to the grid via an LCL filter. Although there are research results for designing LCL-filter, the modulation method should be fully considered to make the filter perform desired cancellation ability with minimized size. This paper presents the design methodology for an LCL-filter that is optimized for SVM switching operations. The simulation and experimental results verify the validity of the LCL-filter designed with proposed method in this paper.
In recent years, several LCL filter design methods for different converter topologies have been published, many of which use analytical expressions to calculate the ideal converter AC voltage harmonic spectrum. This paper presents the LCL filter design methodology but the focus is on presentation and validation of the non-iterative filter design method for a grid-connected three-phase two-level PWM-VSC. The developed method can be adapted for different converter topologies and PWM algorithms. Furthermore, as a starting point for the design procedure, only the range of PWM carrier frequencies is required instead of an exact value. System nonlinearities, usually omitted from analysis have a significant influence on VSC AC voltage harmonic spectrum. In order to achieve better accuracy of the proposed procedure, the system nonlinear model is incorporated into the method. Optimal filter parameters are determined using the novel cost function based on higher frequency losses of the filter. An example of LCL filter design for a 40 kVA grid-connected PWM-VSC has been presented. Obtained results have been used to construct the corresponding laboratory setup and measurements have been performed to verify the proposed method.
Zhang, Yu;Xue, Mingyu;Li, Minying;Kang, Yong;Guerrero, Josep M.
Journal of Power Electronics
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v.14
no.5
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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