The three-phase four-wire shunt active power filter (APF) is an effective method to solve the harmonic problem in three-phase four-wire power systems. In addition, it has two possible topologies, a four-leg inverter and a three-leg inverter with a split-capacitor. There are some studies investigating DC-link voltage control in three-phase four-wire APFs. However, when compared to the four-leg inverter topology, maintaining the balance between the DC-link upper and lower capacitor voltages becomes a unique problem in the three-leg inverter with a split-capacitor topology, and previous studies seldom pay attention to this fact. In this paper, the influence of the balance between the two DC-link voltages on the compensation performance, and the influence of the voltage balance controller on the compensation performance, are analyzed. To achieve the balance between the two DC-link capacitor voltages, and to avoid the adverse effect the voltage balance controller has on the APF compensation performance, a new DC-link voltage balance control strategy for the three-phase four-wire split-capacitor APF is proposed. Representative simulation and experimental results are presented to verify the analysis and the proposed DC-link voltage balance control strategy.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.2
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pp.54-61
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2015
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.
The three-phase four-leg voltage source inverter (VSI) topology can be an interesting option for the three phase-four wire system. With an additional leg, this topology can handle the neutral current, hence the DC link capacitance can be reduced significantly. In this paper the three dimensional space vector modulation (3D SVM) in ${\alpha}{\beta}{\gamma}$ coordinates for the three-phase four-leg VSI is presented. By using the 3D SVM method, the DC link voltage can be reduced by 16% compared with the split DC link capacitor topology and the output distortion can also be reduced under the unbalanced load condition.
The three-phase four-leg voltage source inverter (VSI) topology can be an interesting option for the three phase-four wire system. With an additional leg, this topology can achieve superior performance with unbalanced and/or nonlinear load. This paper proposes a new hybrid controller which combines PI controller and resonant controller in synchronous frame for three phase four leg inverter. The hybrid controller is simple in structure and easy to implement. The performance of proposed controller is verified by the experiments and compared with that of the conventional PI controller.
In this paper, a simplified control algorithm for a three-phase, four-wire unified power quality conditioner (UPQC) is presented to compensate for supply voltage distortions/unbalance, supply current harmonics, the supply neutral current, the reactive power and the load unbalance as well as to maintain zero voltage regulation (ZVR) at the point of common coupling (PCC). The UPQC is realized by the integration of series and shunt active filters (AFs) sharing a common dc bus capacitor. The shunt AF is realized using a three-phase, four leg voltage source inverter (VSI) and the series AF is realized using a three-phase, three leg VSI. A dynamic model of the UPQC is developed in the MATLAB/SIMULINK environment and the simulation results demonstrating the power quality improvement in the system are presented for different supply and load conditions.
This paper presents a novel control strategy for selective compensation of power quality (PQ) problems, depending upon the limited rating of voltage source inverters (VSIs), through a unified power quality conditioner (UPQC) in a three-phase four-wire distribution system. The UPQC is realized by the integration of series and shunt active power filters (APFs) sharing a common dc bus capacitor. The shunt APF is realized using a three-phase, four-leg voltage source inverter (VSI), while a three-leg VSI is employed for the series APF of the three-phase four-wire UPQC. The proposed control scheme for the shunt APF, decomposes the load current into harmonic components generated by consumer and distorted utility. In addition to this, the positive and negative sequence fundamental frequency active components, the reactive components and harmonic components of load currents are decomposed in synchronous reference frame (SRF). The control scheme of the shunt APF performs with priority based schemes, which respects the limited rating of the VSI. For voltage harmonic mitigation, a control scheme based on SRF theory is employed for the series APF of the UPQC. The performance of the proposed control scheme of the UPQC is validated through simulations using MATLAB software with its Simulink and Power System Block set toolboxes.
The three-phase four-leg voltage-source inverter topology is an interesting option for the three-phase four-wire system. With an additional leg, this topology can achieve superior performance under unbalanced and nonlinear load conditions. However, because of the low bandwidth of conventional controllers in high-power inverter applications, the system cannot guarantee a balanced output voltage under the unbalanced load condition. Most of the methods proposed to solve this problem mainly use the multiple synchronous frame method, which requires several controllers and a large amount of computation because of frame transformation. This study proposes a simple hybrid controller that combines proportional-integral (PI) and resonant controllers in the synchronous frame synchronized with the positive-sequence component of the output voltage of the three-phase four-leg inverter. The design procedure for the controller and the theoretical analysis are presented. The performance of the proposed method is verified by the experimental results and compared with that of the conventional PI controller.
Power quality improvement in a three-phase four-wire system is achieved using a new topology of DSTATCOM (distribution static compensator) consisting of a star/delta transformer with a tertiary winding and a three-leg VSC (voltage source converter). This new topology of DSTATCOM is proposed for power factor correction or voltage regulation along with harmonic elimination, load balancing and neutral current compensation. A tertiary winding is introduced in each phase for a delta connected secondary in addition to the star-star windings and this delta connected winding is responsible for neutral current compensation. The dynamic performance of the proposed DSTATCOM system is demonstrated using MATLAB with its Simulink and Power System Blockset (PSB) toolboxes under varying loads. The capacitor supported DC bus of the DSTATCOM is regulated to the reference voltage under varying loads.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.2
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pp.176-183
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2014
Three-phase four-wire distribution systems are used for both three-phase three-wire loads and single-phase two-wire consumer appliances in South Korea, Myanmar and other countries. Unbalanced load conditions frequently occur in these distribution systems. These unbalanced load conditions cause unbalanced voltages for three-phase and single-phase loads, and increase the loss in the distribution transformer. In this paper, we propose constant DC capacitor voltage control based strategy for the active load balancer (ALB) in the three-phase four-wire distribution systems. Constant DC capacitor voltage control is always used in active power line conditioners. The proposed control strategy does not require any computation blocks of the active and reactive currents on the distribution systems. Balanced source-side currents with a unity power factor are obtained without any calculation block of the unbalanced active and reactive components on the load side. The basic principle of the constant DC capacitor voltage control based strategy for the ALB is discussed in detail and then confirmed by both digital computer simulations using PSIM software and prototype experimental model. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed control strategy for the ALB can balance the source currents with a unity power factor in the three-phase four-wire distribution systems.
The current paper presents a novel control strategy of a three-phase, four-wire Unified Power Quality (UPQC) to improve power quality. The UPQC is realized by the integration of series and shunt active power filters (APF) sharing a common dc bus capacitor. The realization of shunt APF is carried out using a three-phase, four-leg Voltage Source Inverter (VSI), and the series APF is realized using a three-phase, three-leg VSI. To extract the fundamental source voltages as reference signals for series APF, a zero-crossing detector and sample-and-hold circuits are used. For the control of shunt APF, a simple scheme based on the real component of fundamental load current (I $Cos{\Phi}$) with reduced numbers of current sensors is applied. The performance of the applied control algorithm is evaluated in terms of power-factor correction, source neutral current mitigation, load balancing, and mitigation of voltage and current harmonics in a three-phase, four-wire distribution system for different combinations of linear and non-linear loads. The reference signals and sensed signals are used in a hysteresis controller to generate switching signals for shunt and series APFs. In this proposed UPQC control scheme, the current/voltage control is applied to the fundamental supply currents/voltages instead of fast-changing APF currents/voltages, thus reducing the computational delay and the required sensors. MATLAB/Simulink-based simulations that support the functionality of the UPQC are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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