This paper presents a novel switching voltage model and an offset-based pulse width modulation (PWM) scheme for multilevel inverters with unbalanced DC sources. The switching voltage model under a DC voltage imbalance will be formulated in general form for multilevel neutral-point-clamped topologies. Analysis of the reference switching voltages from active and non-active switching voltage components in abc coordinates can enable voltage implementation for an unbalanced DC-source condition. Offset voltage is introduced as an indispensable variable in the switching voltage model for multilevel voltage-source inverters. The PWM performance is controlled through the design of two offset components in a subsequence. One main offset may refer to the common mode voltage, and the other offset restricts its effect on the quality of PWM control in related DC levels. The PWM quality can be improved as the switching loss is reduced in a discontinuous PWM mode by setting the local offset, which is related to the load currents. The validity of the proposed algorithm is verified by experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.4
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pp.332-341
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2014
A cascaded H-bridge multi-level STATCOM(STATic synchronous COMpensator), which is composed of many cell inverters with independent dc-sources, generates inevitably dc-side voltage unbalance among phases when it compensates unbalanced load. It comes from the difference of flowing active power in each phase when this compensator makes negative-sequence current to eliminate the unbalance of source-side current. However, this unbalance can be controlled by injecting zero-sequence current which is decoupled with grid currents, so the compensator can work well during this balancing process. Both a feedback control algorithm, which produces zero-sequence current proportional to dc-side voltage unbalance within each phase, and a feedforward control algorithm, which makes zero-sequence current directly from the compensator's negative-sequence current, were proposed. The dc-side voltage of each phase can be controlled stably by these proposed algorithms in both steady-state and transient, so the compensator can have fast response to satisfy control performance under rapid changing load. These balancing controllers were implemented and verified via simulation and experiment.
In this paper, the generation of a reference current and voltage signal based on a Kalman filter is offered for a 3-phase 4wire UPQC (Unified Power Quality Conditioner). The performance of the UPQC is improved with source voltages that are distorted due to harmonic components. Despite harmonic and frequency variations, the Kalman filter is capable enough to determine the amplitude and the phase angle of load currents and source voltages. The calculation of the first state is sufficient to identify the fundamental components of the current, voltage and angle. Therefore, the Kalman state estimator is fast and simple. A Kalman based control strategy is proposed and implemented for a UPQC in a distribution system. The performance of the proposed control strategy is assessed for all possible source conditions with varying nonlinear and linear loads. The functioning of the proposed control algorithm with a UPQC is scrutinized and validated through simulations employing MATLAB/Simulink software. Using a FPGA SPATRAN 3A DSP board, the proposed algorithm is developed and implemented. A small-scale laboratory prototype is built to verify the simulation results. The stated control scheme for the UPQC reduces the following issues, voltage sags, voltage swells, harmonic distortions (voltage and current), unbalanced supply voltage and unbalanced power factor under dynamic and steady-state operating conditions.
This paper presents a neutral point deviation compensating control algorithm applied to a 3-level NPC converter under generalized unbalanced ac input conditions. The neutral point deviation is analyzed with a focus on the current flowing out of or into the neutral point of the dc-link in 3-level NPC converter. The model of neutral point deviation and neutral current are also constructed. The positive and negative sequence components of the pole voltages and ac input currents are employed to accurately explain the behavior of 3-level NPC converter and its impact on neutral point deviation. This paper includes the harmonic characteristic of neutral point current under various imbalance AC operating conditions.
The three-phase diode rectifier with a capacitive filter is highly sensitive to line voltage unbalance, and may cause significantly unbalanced line currents even under slightly unbalanced voltage condition. This paper presents an analysis of this 'unbalance amplification' effect for an ideal rectifier circuit without ac-and dc-side inductors. The voltage unbalance is modeled by introducing a deviation voltage superimposed on balanced three-phase line voltages. With proper approximations, closed-form expressions for symmetrical components of the line current and current unbalance factor are derived in terms of the voltage unbalance factor, filter reactance, and load current. The validity of analytical predictions is confirmed by simulation.
In this paper, a novel control scheme compensating source voltage unbalance and harmonic currents for hybrid active power filters is proposed, where no low/high-pass filters are used in compensation voltage composition. The phase angle and compensation voltages for source harmonic current and unbalanced voltage components are derived from the positive sequence component of the unbalanced voltage set, which is simply obtained by using digital all-pass filters. Since a balanced set of the source voltage obtained by scaling the positive sequence components is used as reference values for source current and load voltage, it is possible to eliminate the necessity of low/high-pass filters in the reference generation. Therefore the control algorithm is much simpler and gives more stable performance than the conventional method. In addition, the source harmonic current is eliminated by compensating for the harmonic voltage of the load side added to feedback control of the fundamental component.
This paper presents a simplified modulation strategy for the three-leg VSI fed two-winding induction motor. The strategy provides independent unbalanced voltage control for the main and auxiliary windings. This make the motor can be reversed rotation through the range of motor speed operation without limitation of voltage boost of the auxiliary winding. To study the advantages of the proposed drive, the experimental results such as voltage stresses, hysteresis band of the currents in locus, and also acoustic noise levels of the three-leg VSI are compared with those of the conventional two-leg topology. The results obviously show that the proposed technique achieves superior performance compared with the traditional scheme in case of dramatic increase of DC bus utilization, effective reduction of harmonic voltages content, and also significant enhancement of motor efficiency.
High voltage direct current transmission based on modular multilevel converter (MMC-HVDC) is one of the most promising power transmission technologies. In this study, the mathematical characteristics of MMC-HVDC are analyzed in a synchronous rotational reference frame. A hybrid current vector controller based on proportional integer plus resonant is used to uniformly control the DC and double-base frequency AC currents under unbalanced grid voltage conditions. A corresponding voltage dependent current order limiter is then designed to solve the overcurrent problems that may occur. Moreover, the circulating current sequence components are thoroughly examined and controlled using a developed circulating current suppressor. Simulation results verify the correctness and effectiveness of the proposed control schemes.
The control method of Thyristor-controlled Reactor(TCR) is described in this paper for compensating the poor power factor, unbalanced and/or nonlinear load. Also, auxiliary controller such as DC current and power-factor controller is described. The reference current of TCR is calculated from the active and reactive current components for each of the positive and negative sequence components in the load currents. This reactive power control technique was verified by Matlab Simulink and 33Kvar TCR simulator, and will be used in 4.3Mvar TCR system, which will be installed next year at R-Tech Co., located in Po-Hang.
This paper introduces a control algorithm for 3-phase 4-wire series active power filter This control algorithm compensates harmonics and neutral line currents which are generated by balanced or unbalanced nonlinear loads. The advantage of this control algorithm is direct extraction of compensation voltage references. Therefor calculation time is shorten and the performance of series active power filter is improved. Compensation principle of the proposed control algorithm is presented in detail. Experimental results are shown to verify the effectiveness of tile proposed control algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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