A parallel control strategy in capacity proportion frequency allocation mode for shunt active power filters (APFs) is proposed to overcome some of the difficulties in high power applications. To improve the compensation accuracy and overall system stability, an improved selective harmonic current control based on multiple synchronous rotating reference coordinates is presented in a single APF unit, which approximately implements zero steady-state error compensation. The combined decoupling strategy is proposed and theoretically analyzed to simplify selective harmonic current control. Improved selective harmonic current control forms the basis for multi-APF parallel operation. Therefore, a parallel control strategy is proposed to realize a proper optimization so that the APFs with a larger capacity compensate more harmonic current and the ones with a smaller capacity compensate less harmonic current, which is very practical for accurate harmonic current compensation and stable grid operation in high power applications. This is verified by experimental results. The total harmonic distortion (THD) is reduced from 29% to 2.7% for a typical uncontrolled rectifier load with a resistor and an inductor in a laboratory platform.
Moeini, Amirhossein;Iman-Eini, Hossein;Najjar, Mohammad
Journal of Power Electronics
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제17권1호
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pp.106-114
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2017
In this paper, the Selective Harmonic Mitigation-PWM (SHM-PWM) method is used in single-phase and three-phase Cascaded H-Bridge (CHB) inverters in order to fulfill different power quality standards such as EN 50160, CIGRE WG 36-05, IEC 61000-3-6 and IEC 61000-2-12. Non-equal DC link voltages are used to increase the degrees of freedom for the proposed SHM-PWM technique. In addition, it will be shown that the obtained solutions become continuous and without sudden changes. As a result, the look-up tables can be significantly reduced. The proposed three-phase modulation method can mitigate up to the 50th harmonic from the output voltage, while each switch has just one switching in a fundamental period. In other words, the switching frequency of the power switches are limited to 50 Hz, which is the lowest switching frequency that can be achieved in the multilevel converters, when the optimal selective harmonic mitigation method is employed. In single-phase mode, the proposed method can successfully mitigate harmonics up to the 50th, where the switching frequency is 150 Hz. Finally, the validity of the proposed method is verified by simulations and experiments on a 9-level CHB inverter.
This paper presents a simple approach for the selective harmonic elimination (SHE) of multilevel inverter based on the transistor-clamped H-bridge (TCHB) family. The SHE modulation is derived from the sinusoidal voltage-angle equal criteria corresponding to the optimized switching angles. The switching angles are computed offline by solving transcendental non-linear equations characterizing the harmonic contents using the Newton-Raphson method to produce an optimum stepped output. Simulation and experimental tests are conducted for verification of the analytical solutions. An Altera DE2 field-programmable gate array (FPGA) board is used as the digital controller device in order to verify the proposed SHE modulation in real-time applications. An analysis of the voltage total harmonic distortion (THD) has been obtained for multiple output voltage cases. In terms of the THD, the results showed that the higher the number of output levels, the lower the THD due to an increase number of harmonic orders being eliminated.
In this paper, an efficient LP method ofr discrete harmonic spectra is proposed and discussed. A new efficient LP method is a combination of recursive and frequency selective LP. While the recursive LP provides better spectral matching in spectral hills, frequency selective LP eliminates numerical instability and improves spectral matching when the harmonics are confined in the low frequncy region. The proposed LP method is applied to the HILN coder. Simulation results using a verification model(VM) software for real audio signals show a definite trend of significant improvement.
n this paper, an efficient LP method for discrete harmonic spectra is proposed and discussed. A new efficient LP method is a combination of recursive and frequency selective LP. While the recursive LP provides better spectral matching in spectral hill, frequency selective LP eliminates numerical instability and improves spectral matching when the harmonics are confined in the low frequency region. The proposed LP method is applied to the HILN coder. Simulation results using a verification model(VM) software for real audio signals show a definite trend of significant improvement.
Maheswaran, D.;Rajasekar, N.;Priya, K.;Ashok kumar, L.
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권3호
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pp.944-951
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2015
Pulse Width Modulation (PWM) techniques are increasingly employed for PWM inverter fed induction motor drive. Among various popular PWM methods used, Selective Harmonic Elimination PWM (SHEPWM) has been widely accepted for its better harmonic elimination capability. In addition, using SHEPWM, it is also possible to maintain better voltage regulation. Hence, in this paper, an attempt has been made to apply Bacterial Foraging Algorithm (BFA) for solving selective harmonic elimination problem. The problem of voltage harmonic elimination together with output voltage regulation is drafted as an optimization task and the solution is sought through proposed method. For performance comparison of BFA, the results obtained are compared with other techniques such as derivative based Newton-Raphson method, and Genetic Algorithm. From the comparison, it can be observed that BFA based approach yields better results. Further, it provides superior convergence, reduced computational burden, and guaranteed global optima. The simulation results are validated through experimental findings.
Golshan, Farzad;Abrishamifar, Adib;Arasteh, Mohammad
Journal of Power Electronics
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제17권4호
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pp.914-922
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2017
Multilevel converters have attracted a lot of attention in recent years. The efficiency parameters of a multilevel converter such as the switching losses and total harmonic distortion (THD) mainly depend on the modulation strategy used to control the converter. Among all of the modulation techniques, the selective harmonic elimination (SHE) method is particularly suitable for high-power applications due to its low switching frequency and high quality output voltage. This paper proposes a new expression for the SHE problem in five-level converters. Based on this new expression, a simple analytical method is introduced to determine the feasible modulation index intervals and to calculate the exact value of the switching angles. For each selected harmonic, this method presents three-level or five-level waveforms according to the value of the modulation index. Furthermore, a flowchart is proposed for the real-time implementation of this analytical method, which can be performed by a simple processor and without the need of any lookup table. The performance of the proposed algorithm is evaluated with several simulation and experimental results for a single phase five-level diode-clamped inverter.
Instead of extracting every selected harmonic component, the current reference of selective active power filter (APF) can be also obtained by filtering out the fundamental component from distorted load current for computation efficiency. This type of mixed current reference contains kinds of harmonic components and easily involves noises. In this condition, selective harmonic compensation must be realized by the current controller. With regard that selectivity is the most significant feature of controller, this paper presents specific comparison analysis between two types of resonant controllers: proportional-resonant (PR) controller and vector-resonant (VR) controller. The comparison analysis covers the relations, performances, and stability of both controllers. Analysis results conclude that the poorer selectivity of the PR controller could be relatively improved, but limitations from system stability make the improvement hardly realized. By contrast, the VR controller exhibits excellent selectivity and is more suitable for selective APF with mixed current reference. Experimental results from laboratory prototype validate the reasonability of analysis. And the features of each resonant controller are concluded.
This paper presents a novel reconfigurable selective harmonic elimination technique to control harmonics over a wide range of Modulation Indexes (MI) in Multi-Level Inverter (MLI). In the proposed method, the region of the MI is divided into various sectors and expressions are formulated with different switching patterns for each of the sectors. A memetic BBO-MAS (Biogeography Based Optimization - Mesh Adaptive direct Search) optimization algorithm is proposed for solving the Selective Harmonic Elimination - Pulse Width Modulation (SHE-PWM) technique. An experimental prototype is developed using a Field Programmable Gate Array (FPGA) and their FFT spectrums are analyzed over a wide range of MI using a fluke power logger. Simulation and experimental results have validated the performance of the proposed optimization algorithms and the reconfigurable SHE-PWM technique. Further, the sensitivity of the harmonics has been analyzed considering non-integer variations in the magnitude of the input DC sources.
Golshan, Farzad;Abrishamifar, Adib;Arasteh, Mohammad
Journal of Power Electronics
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제18권6호
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pp.1650-1658
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2018
Multilevel converters are being widely used in medium-voltage high-power applications including motor drive systems, utility power transmission, and distribution systems. Selective harmonic elimination (SHE) is a well-known modulation method to generate high quality output voltage waveforms. This paper presents a new simple practical method for generating a generalized five-level waveform without selected low order harmonics. This method is based on a phase-shifted expression for the SHE problem, which can analytically calculate the exact values of switching angles and the feasible modulation index range for three-level and five-level waveforms. The proposed method automatically determines the number of transitions between levels and generates proper output waveform without solving complex trigonometric equations. Due to the simplicity of the computational burden, the real-time implementation of the proposed algorithm can be performed by a simple processor. Simulation and experiment results verify the correctness and effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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