In industry, there are several different controllers which can be implemented for power conditioning systems (PCS) such as proportional-resonant (PR), predictive deadbeat (PD), or proportional-integral (PI) controller. But there are not any comparison studies about these controllers. To investigate the differences between the three types of the controllers, this paper presents a comparative study of PR, PI, and PD controllers in a photovoltaic (PV) PCS. These controllers are designed mathematically and simulated for the comparative analysis. The PI controller is designed in the rotating reference (dq) frame. The PR and PD controllers are implemented in the natural (abc) reference frame. The PCS is composed of a DC-DC boost converter and a full bridge inverter. The filter of the PCS is an LCL filter including a passive damping resistor. The parameters of PCS are 3 kW, 25 kHz switching frequency and 220 V-60 Hz grid voltage. The comparison results between these controllers for the grid-connected PCS are clearly shown. The simulation results demonstrate the detailed characteristics of each controller for the PV PCS in order to choose the controller for individual target properly.
DSTATCOM(distribution static compensator) is one of the custom power devices, and protects a distribution line from unbalanced and harmonic current caused by non-linear and unbalanced loads. Researches about DSTATCOM are mainly divided two parts, one is the calculation of compensated current and the other part is the current control. This paper proposes a proportional-resonant-repetitive current controller. Improved performance of instantaneous power compensation has been shown by simulations and experiments.
In this paper, three current controllers for a grid-connected PCS using an LCL filter are compared and analyzed. Current controllers discussed in this paper are linear controllers such as PI (proportional-integral), PR (proportional-resonant), and DB (deadbeat) controller. Both transient and steady state responses of each controller are compared through both simulation and experiment. Although the DB controller has the fastest transient response and the lowest THD in the steady state, the DB controller has two cycles delay of current response in the steady state and has the stability problem which can be occurred due to variation of the system parameters. On the one hand the responses of PR controller are not much different from that of DB controller but the other hand that are not only strong to noise of grid current but also have smaller THD than PI controller. Considering the response time and stability issue of three controllers, the PR controller has the best performance among three controllers and thus can be strongly recommended as a current controller for a grid-connected PCS.
본 논문은 단상 영구자석 동기전동기의 속도 가변형 비례공진 전류제어 기법을 제안한다. 단상 영구자석 동기전동기는 전자기적 특성상 고정자 전류와 역기전력의 위상차에 따른 부토크 및 영토크가 발생하며 센서리스 운전 시 낮은 고정자 저항과 인덕턴스로 인해 과전류 제한이 필요하다. 이러한 조건하에서 전류제어를 위해 3상 교류 전동기에 사용되는 벡터 제어를 이용할 경우, 좌표변환, 역좌표변환 및 가상의 dq축 성분을 생성하는 과정이 필요하다. 하지만, 단상 영구자석 동기전동기의 자기적 특성을 고려하여 제안한 속도 가변형 비례공진 전류제어 기법은 3상 교류 전동기에 사용되는 좌표변환 과정이 필요하지 않다. 본 논문에서는 가변 비례공진 전류제어 기법을 이용하여 안정적인 기동 성능을 확인하며 일정 속도 도달 시 위치 센서 없이 단상 영구자석 동기전동기의 수학적 모델 기반 센서리스 제어로 제안한 전류제어 기법의 효용성을 다수의 실험을 통해 검증하였다.
The main cause of degradation in an unbalanced stand-alone doubly-fed induction generator (DFIG) system is negative sequence components that exist in the generated stator voltages. To eliminate these components, a hybrid current controller composed of a proportional-integral controller and a resonant regulator is developed in this paper. The proposed controller is applied to the rotor-side converter of a DFIG system for the purpose of compensating the negative stator voltage sequences. The proposed current controller is implemented in a single positive rotating reference frame and therefore the controller can directly regulate both the positive and negative sequence components without the need for sequential decomposition of the measured rotor currents. In terms of compensation capability and accuracy, simulations and experimental results demonstrated the excellent performance of the proposed control method when compared to conventional vector control schemes.
There are many types of grid-connected inverter controllers; Synchronous Reference Frame (SRF)-based controller is the most popular methods. SRF-based controller is capable for reducing both of zero-steady state error and phase delay. However, SRF-based controller has a complex algorithm to apply in real application such as digital processor. Resonant controller is also reduced zero-steady state error, but its transfer function has a high order. In this paper, a simple proportional control is applied for grid connected inverter with LCL filter. LCL filter is a third order system. Applying a simple proportional controller is not increased the order of closed loop transfer function. By this technique, the single phase model is easily obtained. To reduce steady state error, proportional gain is set as high as possible, but it may produce instability. To compromise between a minimum steady state error and stability, the single phase model is evaluate through Root Locus and Bode diagram. PSIM simulation is used to verify the analysis.
This paper proposes a novel control strategy for a unified power quality conditioner (UPQC) including a series and a shunt active power filter (APF) to compensate the harmonics in both the distorted supply voltage and the nonlinear load current. In the series APF control scheme, a proportional-integral (PI) controller and a resonant controller tuned at six multiples of the fundamental frequency of the network ($6{\omega}_s$) are performed to compensate the harmonics in the distorted source. Meanwhile, a PI controller and three resonant controllers tuned at $6n{\omega}_s$(n=1, 2, 3) are designed in the shunt APF control scheme to mitigate the harmonic currents produced by nonlinear loads. The performance of the proposed UPQC is significantly improved when compared to that of the conventional control strategy thanks to the effective design of the resonant controllers. The feasibility of the proposed UPQC control scheme is validated through simulation and experimental results.
An improved circulating current suppression control method is proposed in this paper. In the proposed controller, an outer loop of the average capacitor voltage control model is used to balance the sub-module capacitor voltage. Meanwhile, an individual voltage balance controller and an arm voltage balance controller are also used. The DC and harmonic components of the circulating current are separated using a low pass filter. Therefore, a multiple quasi-proportional-resonant (multi-quasi-PR) controller is introduced in the inner loop to eliminate the circulating harmonic current, which mainly contains second-order harmonic but also contains other high-order harmonics. In addition, the parameters of the multi-quasi-PR controller are designed in the discrete domain and an analysis of the stability characteristic is given in this paper. In addition, a simulation model of a three-phase MMC system is built in order to confirm the correctness and superiority of the proposed controller. Finally, experiment results are presented and compared. These results illustrate that the improved control method has good performance in suppressing circulating harmonic current and in balancing the capacitor voltage.
In 3-phase 4-wire inverter, the unbalanced loads cause to increase the neutral current which brings the voltage deviation between the split dc-link capacitors to be larger. In order to solve this problem, a neutral leg is provided additively to the ordinary inverter circuit and the associated control methods are devised. This paper proposes a new neutral-leg controller based on a PR controller and shows relatively good performance even under unbalanced linear loads and nonlinear loads. The proposed control strategy illustrates its effectiveness under the various operating conditions through simulation works.
To track the sinusoidal current under stationary frame and suppress the effects of low-order grid harmonics, the multi-resonant quasi-proportional plus resonant (PR) controller has been extensively used for digitally controlled LCL-type pulse-width modulation (PWM) converters with capacitor-current-feedback active damping. However, designing the controller is difficult because of its high order and large number of parameters. Moreover, the computation and PWM delays of the digitally controlled system significantly affect damping performance. In this study, the delay effect is analyzed by using the Nyquist diagrams and the system stability constraint condition can be obtained based on the Nyquist stability criterion. Moreover, impact analysis of the control parameters on the current loop performance, that is, steady-state error and stability margin, identifies that different control parameters play different decisive roles in current loop performance. Based on the analysis, a simplified controller design method based on the system specifications is proposed. Following the method, two design examples are given, and the experimental results verify the practicability and feasibility of the proposed design method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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