Modular multilevel converters (MMCs) have emerged as the most promising topology for high and medium voltage applications for the coming years. However, one particular negative characteristic of MMCs is the existence of circulating current, which contains a dc component and a series of low-frequency even-order ac harmonics. If not suppressed, these ac harmonics will distort the arm currents, increase the power loses, and cause higher current stresses on the semiconductor devices. Repetitive control (RC) is well known due to its distinctive capabilities in tracking periodic signals and eliminating periodic errors. In this paper, a novel circulating current control scheme base on RC is proposed to effectively track the dc component and to restrain the low-frequency ac harmonics. The integrating function is inherently embedded in the RC controller. Therefore, the proposed circulating current control only parallels the RC controller with a proportional controller. Thus, conflicts between the RC controller and the traditional proportional integral (PI) controller can be avoided. The design methodologies of the RC controller and a stability analysis are also introduced. The validity of the proposed circulating current control approach has been verified by simulation and experimental results based on a three-phase MMC downscaled prototype.
High speed electric trains have nonlinear loads including converters and inverters for the control synchronous motors. Harmonic field measurements have shown that the harmonic contents of a waveform varies with time. Direct application of the harmonic assessment to the snapshot measurements would result in ambiguous conclusions depending on which instant is sampled. A cumulative probabilistic approach is the most commonly used method to solve time varying harmonics. This paper provides an in depth analysis on harmonics field measurement of the high speed electric train loads, harmonics assessment by the international harmonic standards IEC 61000-3-6 and IEEE Std. 519-1992, and harmonics simulation using EDSA program for the case study.
An HTS DC power cable is expected to perfectly eliminate transmission loss caused by resistance. However, when the HTS DC power cable is applied to the power system, loss of the HTS DC power cable is generated due to harmonics caused by HVDC converter. We designed and analyzed the HTS DC power cable with a critical current of 1 kA to investigate the loss characteristics using a finite element method package. In this paper, the loss characteristics caused by harmonics in the HTS DC power cable were analyzed according to order and magnitude of harmonics. Based on the analysis results, the critical current of HTS DC power cable considered with the rated current could be determined to minimize the capacity of cooling system for the design the HTS DC power cable.
본 논문에서는 단상 전원의 위상 및 주파수 검출을 위해 전차원 상태관측기를 이용한 가상 2상 방식의 단상 위상고정루프(PLL: Phase Locked Loop) 제어기를 제안한다. 기존의 방식은 전원단에 주입된 저차 고조파를 완벽하게 제거하지 못하여 전체 PLL 시스템에 영향을 주게 된다. 제안된 알고리즘은 전차원 상태관측기를 사용하여 기본파와 고조파를 분리하고 고조파 성분을 효과적으로 제거 및 검출하여 기본파 성분만을 발생한다. 그리고 가상 발생신호 및 기존 입력신호를 함께 제어함으로써 기존방식보다 정상상태 오차를 감소시킬 수 있다. 모의실험결과 및 실제실험결과를 통하여 설계한 제어기에 의해 발생된 주파수가 실제값에 수렴하였으며 정상상태 추정 특성이 향상됨을 검증하였다. 또한 고조파 성분이 효과적으로 제거되고 기본파 성분만을 출력하는 것을 확인하였다.
This paper proposes a simplified and efficient control scheme for Unified Power Quality Conditioner (UPQC) based on three-level (NPC) inverter capable to mitigate source current harmonics and compensate all voltage disturbances perturbations such us, voltage sags, swells, unbalances and harmonics. The UPQC is designed by the integration of series and shunt active filters (AFs) sharing a common dc bus capacitor. The dc voltage is maintained constant using proportional integral voltage controller. The shunt and series AF are designed using a three-phase three-level (NPC) inverter. The synchronous reference frame (SRF) theory is used to get the reference signals for shunt and the power reactive theory (PQ) for a series APFs. The reference signals for the shunt and series APF are derived from the control algorithm and sensed signals are injected in tow controllers to generate switching signals for series and shunt APFs. The performance of proposed UPQC system is evaluated in terms of power factor correction and mitigation of voltage, current harmonics and all voltage disturbances compensation in three-phase, three-wire power system using MATLAB-Simulink software and SimPowerSystem Toolbox. The simulation results demonstrate that the proposed UPQC system can improve the power quality at the common connection point of the non-linear load.
In this paper, we study a series active power filter to compensate current harmonics and unbalanced source voltages. Conventional control methods for compensating unbalanced source voltages use source voltages to calculate compensation voltages, and in addition use load voltages to regulate load voltages. But the proposed control method uses load voltage to compensate unbalanced source voltages and regulate load voltages. And we propose a control method to reduce current harmonics which can calculate compensation voltages directly from source currents and load voltages. By well-matched operation of two control methods, the series active power filter can compensate current harmonics, unbalanced source voltages, and regulate load voltages. We compose a combined system of the series active power filter and parallel passive filters to confirm a validity of proposed control methods. The results from experiments are presented to demonstrate effectiveness of the proposed method.
KIEE International Transactions on Power Engineering
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제5A권2호
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pp.138-143
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2005
During faults, the voltage and current signals available to the relay are affected by the decaying dc component and harmonics. In order to make appropriate and accurate decisions, most of the relaying algorithms require the fundamental frequency phasor information that is immune to decaying dc effect and harmonics. The conventional Fourier ph as or estimation algorithm is affected by the presence of decaying-exponential transients in the fault signal. This paper presents a modified Fourier algorithm, which effectively eliminates the decaying dc component and the harmonics present in the fault signal. The decaying dc parameters are estimated by means of an out-of-band filtering technique. The decaying dc offset and harmonics are removed by means of a simple computational procedure that involves the design of two sets of Orthogonal digital OFT filters tuned at different frequencies and by creating three off-line look-up tables. The technique was tested for different decay rates of the decaying dc component. It was also compared with the conventional mimic plus the full cycle OFT algorithm. The results indicate that the proposed technique has a faster convergence to the desired value compared to the conventional mimic plus OFT algorithms over a wide range of decay rates. In all cases, the convergence to the desired value was achieved within one cycle of the power system frequency.
인공위성은 주차궤도(parking orbit)에서 최종궤도(final orbit)에 진입시키기 위해서는 많은 연료가 소모되고 또한 잔여 연료는 위성의 수명을 좌우하므로 궤도전이에 사용되는 연료의 효율을 극대화시키기 위한 한 가지 일환으로 지구의 비대칭 중력장이 궤도전이에 미치는 효과에 대하여 연구해 보았다. 주차궤도는 매우 낮은 고도에 위치하고 있으므로 지구의 비대칭 중력은 주차궤도로부터 최종궤도로 진입하기 위한 전이궤도(transfer orbit)에 비교적 커다란 영향을 미친다. 이러한 영향을 알아보기 위해 6가지 궤도요소 중에서 위성의 고도에 직접 관련이 있는 궤도의 이심률과 반장경의 변화를 토대로 위성의 고도와 속도의 변화량을 알아보았다. 그 결과 전이궤도의 원지점은 비대칭 중력장의 섭동으로 인해 고도가 증가하게 되고, 고도가 증가함에 따라 원지점에서의 속도는 감소하게 된다. 따라서 지구 비대칭 중력을 고려했을 경우에는 그렇지 않은 경우보다 연료의 소모가 적은 것으로 나타났다.
Vahedi, Hani;Kiapi, Alireza Alizadeh;Bina, Mohammad Tavakoli;Al-Haddad, Kamal
Journal of Power Electronics
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제13권1호
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pp.170-176
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2013
Power converters produce a vast range of harmonics, subharmonics and interharmonics. Harmonics analyzing tools based on the Fast Fourier Transform (FFT) assume that only harmonics are present and the periodicity intervals are fixed, while these periodicity intervals are variable and long in the presence of interharmonics. Using FFT may lead to invalid and undesired results due to the above mentioned issues. They can also lead to problems such as frequency blending, spectral leakage and the picket-fence effect. In this paper, the group-harmonic weighting (GHW) approach has been presented to identify the interharmonics in a power system. Afterwards, a modified GHW has been introduced to calculate the proper bandwidth for analyzing the various values of interharmonics. Modifying this method leads to more precise results in the FFT of a waveform containing inter harmonics especially in power systems with a fundamental frequency drift or frequency interference. Numerical simulations have been performed to prove the efficiency of the presented algorithm in interharmonics detection and to increase the accuracy of the FFT and the GWH methods.
Modern AC electric car has PWM(Pulse Width Modulation) -controlled converters, which give rise to higher harmonics. The current harmonics injected from AC electric car is propagated through power feeding circuit. As the feeding circuit is a distributed constant circuit composed of RLC, the capacitance of the feeding circuit and the inductance on the side of power system cause a parallel resonance and a magnification of current harmonics at a specific frequency. The magnified current harmonics usually brings about various problems. That is, the current harmonics makes interference in the adjacent lines of communications and the railway signalling system. Furthermore, in case it flows on the side of power system, not only overheating and vibration at the power capacitors but also wrong operation at the protective devices can occur. Therefore, the exact assessment of the harmonic current flow must be undertaken at design and planning stage for the electric traction systems. From these point of view, this study presents an approach to model and to analyse traction power feeding system focused on the amplification of harmonic current. The proposed algorithm is applied to a standard AT(Auto-transformer)-fed test system in which electric car with PWM-controlled converters is running.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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