This paper investigates the droop control-based real and reactive power load sharing with a virtual inductor when the line impedance between inverter and Point of Common Coupling (PCC) is partly and unequally resistive in high-capacity systems. In this paper, the virtual inductor method is applied to parallel inverter systems with resistive and inductive line impedance. Reactive power sharing error has been improved by applying droop control after considering each line impedance voltage drop. However, in high capacity parallel systems with large output current, the reference output voltage, which is the output of droop controller, becomes lower than the rated value because of the high voltage drop from virtual inductance. Hence, line impedance voltage drop has been added to the droop equation so that parallel inverters operate within the range of rated output voltage. Additionally, the virtual inductor value has been selected via small signal modeling to analyze stability in transient conditions. Finally, the proposed droop method has been verified by MATLAB and PSIM simulation.
This paper presents a control strategy for distributed systems, which can be used in islanded microgrids. The control strategy is based on the droop method, which uses locally measured feedback to achieve load current sharing. Instead of the traditional droop method, an improved one is implemented. A virtual inductor in the synchronous frame for three-phase inverters is proposed to deal with the coupling of the frequency and the amplitude related to the active and reactive power. Compared with the traditional virtual inductor, the proposed virtual inductor is not affected by high frequency noises because it avoids differential calculations. A model is given for the distributed generation system, which is beneficial for the design of the droop coefficients and the value of the virtual inductor. The effectiveness of the proposed control strategy is verified by simulation and experiment results.
Kim, Donghwan;Jung, Kyosun;Lim, Kyungbae;Choi, Jaeho
Journal of Power Electronics
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제16권1호
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pp.38-47
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2016
This paper presents DG based droop controlled parallel inverter systems with virtual impedance considering the unequal resistive-inductive combined line impedance condition. This causes a reactive power sharing error and dynamic performance degradation. Each of these drawbacks can be solved by adding the feedforward term of each line impedance voltage drop or injecting the virtual inductor. However, if the line impedances are high enough because of the long distance between the DG and the PCC or if the capacity of the system is large so that the output current is very large, this leads to a high virtual inductor voltage drop which causes reductions of the output voltage and power. Therefore, the line impedance voltage drops and the virtual inductor and resistor voltage drop compensation methods have been considered to solve these problems. The proposed method has been verified in comparison with the conventional droop method through PSIM simulation and low-scale experimental results.
A digital current control scheme using virtual d-q transformation for a boost single-phase power factor correction (PFC) converter is proposed. The use of virtual d-q transformation in single-phase power converters is known to improve current control performance. However, the conventional virtual d-q transformation-based digital current control scheme cannot be directly applied to the boost single-phase PFC converter because the current and average voltage waveforms of the inductor used in the converter are not sinusoidal. To cope with this problem, this study proposes a virtual sinusoidal signal generation method that converts the current and average voltage waveform of the inductor into a sinusoidal waveform synchronized with the grid. Simulation and experimental results are provided to show that the virtual d-q transformation-based digital current control is successfully applied to the boost single-phase PFC converter with the aid of the proposed virtual sinusoidal signal generation method.
This paper investigates the droop control of parallel inverters for an islanded mode of microgrid. Frequency and voltage droop control is one of power control and load demand sharing methods. However, although the active power is properly shared, the reactive power sharing is inaccurate with conventional method due to the unequal line impedances and the power coupling of active - reactive power. In order to solve this problem, an improved droop method with virtual inductor concept and a voltage and current controller properly designed have been considered and analyzed through the PSiM simulation. The performance of improved droop method is analyzed in not only low-voltage line but also medium voltage line.
Interaction among multiple grid-connected inverters has a negative impact on the stable operations and power quality of a power grid. The interrelated influences of inverter inductor-capacitor-inductor filters constitute a high-order power network, and consequently, excite complex resonances at various frequencies. This study first establishes a micro-grid admittance matrix, in which inverters use deadbeat control. Multiple resonances can then be evaluated via modal analysis. For the active damping method applied to deadbeat control, the sampling frequency and the stable domain of the virtual damping ratio are also presented by analyzing system stability in the discrete domain. Simulation and experimental results confirm the efficiency of modal analysis and stable domain calculation in multi-inverter grid-connected systems.
LCL filters are widely used in high-order harmonics attenuation of output currents in grid-connected inverters. However, output currents of grid-connected inverters with LCL filters can become unstable because of the resonance of the filters. Given that the characteristics of output currents in inverters mostly depend on filter performance, the exact analysis of filters by considering parasitic components is necessary for both harmonics attenuation and current control. LCL filters have three or four parasitic components: the series and/or parallel resistance of the filter capacitor and the series resistance of the two filter inductors. Most studies on LCL filters have focused on the parasitic components of the filter capacitor. Although several studies have addressed the parasitic components of the filter inductor at the inverter side, no study has yet investigated the concurrent effects of series resistance in both filter inductors in detail. This paper analyzes LCL filters by considering series resistance in both filter inductors; it proposes an active damping method based on the virtual series resistance of LCL filters. The performance of the proposed active damping is then verified through both simulation and experiment using Hardware-in-the-Loop Simulator(HILS).
Proportional capacitor-current-feedback active damping (AD) is a common damping method for the resonance of LCL-type grid-connected inverters. Proportional capacitor-current-feedback AD behaves as a virtual resistor in parallel with the capacitor. However, the existence of delay in the actual control system causes impedance in the virtual resistor. Impedance is manifested as negative resistance when the resonance frequency exceeds one-sixth of the sampling frequency ($f_s/6$). As a result, the damping effect disappears. To extend the system damping region, this study proposes a virtual resistor-inductor-capacitor (RLC) AD method. The method is implemented by feeding the filter capacitor current passing through a band-pass filter, which functions as a virtual RLC in parallel with the filter capacitor to achieve positive resistance in a wide resonance frequency range. A combination of Nyquist theory and system close-loop pole-zero diagrams is used for damping parameter design to obtain optimal damping parameters. An experiment is performed with a 10 kW grid-connected inverter. The effectiveness of the proposed AD method and the system's robustness against grid impedance variation are demonstrated.
Grid unbalanced faults can cause core saturation of power transformer and produce lower-order harmonics. These issues increase the electrical stress of power electronic devices and can cause a tripping of an entire HVDC system. In this paper, based on the positive-sequence and negative-sequence impedance model of a VSC-HVDC system as seen from the point of common connection (PCC), the resonance problem is analyzed and the factors determining the resonant frequency are obtained. Furthermore, to suppress over-voltage and over-current during resonance, a novel method using a virtual harmonic resistor is proposed. The virtual harmonic resistor emulates the role of a resistor connected in series with the commutating inductor without influencing the active and reactive power control. Simulation results in PSCAD/EMTDC show that the proposed control strategy can suppress resonant over-voltage and over-current. In addition, it can be seen that the proposed strategy improves the safety of the VSC-HVDC system under unbalanced faults.
복합 성분으로 구성 되어 있는 선로임피던스 하에서 인버터 병렬 운전을 위한 드룹 제어 방식을 다루고 있다. 드룹 제어 방식은 선로 임피던스가 복합 성분으로 구성되어 있는 경우 유무효 전력의 분담에 있어서 여러 가지 이유로 오차를 발생시킨다. 이러한 오차에 대한 대책으로 가상 임피던스의 적용은 전력 간섭성분 제어로 전력 분담의 오차는 해결되었다. 하지만 대전류가 흐르는 대용량 시스템에서는 가상 임피던스로 인한 전압 강하가 커지게 되므로 설정한 유효전력을 추종하지 못하게 된다. 본 논문에서는 위의 사항을 고려하여 복합 성분으로 구성 되고 불평형인 선로임피던스와 하에서 유무효전력 분담을 개선하고자 하였으며 제안한 드룹 제어 방식을 기존의 방식과 비교 하였다. 제안한 드룹 제어 방식의 전력 분담은 PSIM과 실험을 통해 검증되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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