This paper presents the design and realization of a digital PV simulator with a Push-Pull Forward (PPF) circuit based on the principle of modular hardware and configurable software. A PPF circuit is chosen as the main circuit to restrain the magnetic biasing of the core for a DC-DC converter and to reduce the spike of the turn-off voltage across every switch. Control and I/O interface based on a personal computer (PC) and multifunction data acquisition card, can conveniently achieve the data acquisition and configuration of the control algorithm and interface due to the abundant software resources of computers. In addition, the control program developed in Matlab/Simulink can conveniently construct and adjust both the models and parameters. It can also run in real-time under the external mode of Simulink by loading the modules of the Real-Time Windows Target. The mathematic models of the Push-Pull Forward circuit and the digital PV simulator are established in this paper by the state-space averaging method. The pole-zero cancellation technique is employed and then its controller parameters are systematically designed based on the performance analysis of the root loci of the closed current loop with $k_i$ and $R_L$ as variables. A fuzzy PI controller based on the Takagi-Sugeno fuzzy model is applied to regulate the controller parameters self-adaptively according to the change of $R_L$ and the operating point of the PV simulator to match the controller parameters with $R_L$. The stationary and dynamic performances of the PV simulator are tested by experiments, and the experimental results show that the PV simulator has the merits of a wide effective working range, high steady-state accuracy and good dynamic performances.
전력 관리 시스템인 PMS는 선박 통합 제어 시스템에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 액화 천연가스선의 PMS를 검증하기 위해서 실시간 HIL 시뮬레이션을 구현한다. 시뮬레이터는 터빈 발전기 디젤발전기, 차단기, 주요 3상 부하로 구성되고, 이들 모델은 MATLAB/Simulink로 구현한다. 더불어 FPGA 기반 제어 콘솔과 메인 스위치보드를 구축하여 선박에 탑재 되어 있는 LNGC PMS 제어 환경을 모사 한다. PMS 기능 검증을 위해 LNGC 내 주요 전력소모원 대비 두 가지 전력 분배 모드를 테스트 케이스로 수행한다. 그 결과 본 연구에서 제안한 시스템은 PMS 시뮬레이터로써 시운전 테스트뿐만 아니라 오류 주입 검증용으로 사용될 것이다.
본 논문에서는 DUT(Device Under Test) 및 PHIL(Power Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이터의 스위칭 주파수 비 및 PWM 위상차에 의하여 발생할 수 있는 문제를 분석하였다. 또한, DUT 인버터의 PWM 특성을 고려한 디지털 필터를 적용하여 PHIL 시뮬레이터의 운전 영역을 확대하였다. 디지털 필터는 DUT 스위칭 주파수의 고조파 성분만을 선택적으로 제거하여 PHIL 스위칭 주파수에 무관하게 일정한 시뮬레이션 결과를 생성할 수 있다. 분석한 내용과 디지털 필터의 변경으로 인한 PHIL 시뮬레이터의 특성은 다양한 조건에서 시행된 실험을 통하여 검증하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권6호
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pp.582-588
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2013
고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고성능과 신뢰성을 확보하기 위해 온도제어기가 설계되어야 하고 시스템에 적용하기 전 제어기의 성능이 검증되어야 한다. 본 연구에서는 많은 비용과 시간을 필요로하는 전통적인 제어기 성능 검증 방식 대신에 Hardware-In-the-Loop Simulation 방식을 활용한 성능 검증 시스템을 개발하였고 고체산화물형 연료전지 시스템에 대한 온도제어기의 성능을 검증하였다.
Almost domestic power plants are being operated by foreign distributed control system. Many korean power plants are being operated over their lifetime so they need to be retrofitted. So we are developing the distributed control system to solve this problem by our own technique. The simulator was already made to verify the reliability of the algorithms. The unit loop function tests of all algorithms were finished in the actual distributed control system for installation of power plant and their results were satisfactory. The unit loop function tests are for each unit equipment algorithm. So the total operation tests will be made with all algorithms together in the actual distributed control system to be applied to power plant. When the verification through all tests is finished, algorithms with hardware will be scheduled to be installed and operated in the actual power plant. This research result will contribute to the safe operation of the deteriorated power plant and korean electric power supply as well as domestic technical progress. This entire processes and results for the development are written for the example of boiler feedwater master algorithm out of all algorithms in this paper.
배전계통에서의 과전류 및 이상 전압 현상은 전력설비에 부담을 줄 뿐만 아니라 수용가에 치명적인 피해를 입힐 수 있다. 그로 인해 실시간 배전계통 시뮬레이터를 활용하여 신속한 고장처리와 정전구간 축소 및 고장복구를 통한 전력공급의 신뢰도를 높이는 배전자동화 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 디지털 시뮬레이터를 이용한 배전계통 모의시스템은 고가의 설비로 시스템 구축에 제약이 있고 실 배전계통을 통한 검증 또한 불가능하다. 본 논문에서는 배전계통 디지털 시뮬레이터의 계통해석결과를 기반으로 배전자동화용 단말장치와의 연동을 통해 실시간 시뮬레이션 및 기능검증이 가능한 시스템을 개발하였다. 제안한 시스템의 효용성은 실험을 통해 검증하였다.
For OBC (On-Board Charger) and LDC (Low DC-DC Converter) used as essential power conversion systems of PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), system performance is required as well as reliability, which is need to protect the vehicle and driver from various faults. While current development processor is sufficient for embodying functions and verifying performance in normal state during development of prototypes for OBC and LDC, there is no clear method of verification for various fault situations that occur in abnormal state and for securing stability of vehicle base, unless verification is performed by mounting on an actual vehicle. In this paper, a CCM (Charger Converter Module) was developed as an integrated structure of OBC and LDC. In addition, diverse fault situations that can occur in vehicles are simulated by a simulator to artificially inject into power conversion system and to test whether it operates properly. Also, HILS (Hardware-in-the-Loop Simulation) is carried out to verify whether LDC is operated properly under power environment of an actual vehicle.
Solar array simulator (SAS) is a special DC power supply that regulates the output voltage or current to emulate characteristics of photovoltaic (PV) panels. Especially, the control of SAS is a challenging task due to the nonlinearity in the output curve, which is dependent on irradiance as well as temperature and is determined by panel materials. Conventionally, both current-mode control and voltage-mode control should be alternated by partitioning the operating curve into multiple sections, which is not only for the measurement noise problem with the feedback sensing but also for the control stability issue near the maximum power point. However, the occurrence of transition among different controllers may deteriorate the overall performance. To eliminate the mode transitions, a novel single controller scheme has been introduced in this paper, where the reference operating projection technique enables simple, smooth and numerically stable control. Theoretical consideration on the loop stability issue is discussed and the performance is verified experimentally for the emulation of a PV panel data in view of stability and response speed.
Electronic control units (ECUs) are currently popular, and have evolved further towards the high-end application of autonomous vehicles in the automotive industry. Such digital technologies have also become widespread, in agriculture and construction equipment. Likewise, transmission control of high-speed tracked vehicles is based on the transmission control unit (TCU), performing complex gear change control functions, and diagnostic algorithms (a TCU's self-diagnostic and reporting capability of malfunction data through CAN communication). Since all functions of TCU are implemented by embedded-software, it is hardly possible to analyze specifications by reverse engineering. In this paper a real-time transmission simulator adaptable to TCU is presented, for analysis of diagnosis algorithm and standards. Signal simulation circuits are deliberately designed considering electrical characteristics of TCU inputs and various analysis tools, such as analog input auto scan function, and global output enable switch, are implemented in software. Test results from hardware-in-the-loop simulator verify tolerance time for each error, as well as cause of fault, error reset conditions.
Analysis and verification of reactive power compensator (RPC) for ITER pulsed power electric network (PPEN) are described in this paper. The RPC system is rated for a nominal power of 250 Mvar necessary to comply with the allowable reactive power limit value from the grid 200 Mvar. This system is currently under construction and is based on static var compensation technology with a thyristor-controlled reactor and a harmonic filter. The RPC minimizes reactive power from grid using prediction of reactive power consumption of AC-DC converters. The feasibility of the reactive power compensation was verified by assembling a real controller and implementing ITER PPEN in the real time digital simulator for the hardware-in-loop facility. When maximum reactive power is reached, grid voltage is stabilized and maximum reactive power decreased from 120 Mvar to 40 Mvar via the reactive power prediction method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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