Resonant (P+RES) controller applied to voltage source inverter with minimum DC link capacitor

Voltage source inverters use large electrolytic capacitors in order to decouple the energy between the utility and the load, keeping the DC link voltage constant. Decreasing the capacitance reduces the distortion in the inverter input current but this also affects the load with low-order harmonics and generate disturbances at the input voltage. This paper applies the P+RES controller to solve the challenge of regulating the output current by means of controlling the magnitude of the current space vector, keeping it constant thus rejecting harmonic disturbances that would otherwise propagate to the load. This work presents a discussion of the switching and control strategy. © 2011 IEEE.

Power flow optimization for grid connected inverter using evolutionary algorithm and additional control loop

In this work it is proposed to validate an evolutionary tuning algorithm in plants composed by a grid connected inverter. The optimization aims the tuning of the slopes of P-Ω and Q-V curves so that the system is stable, damped and minimum settling time. Simulation and experimental results are presented to prove the feasibility of the proposed approach. However, experimental results demonstrate a compromising effect of grid frequency oscillations in the active power transferring. In addition, it was proposed an additional loop to compensate this effect ensuring a constant active power flow. © 2011 IEEE.

A comparative study of MPPT strategies and a novel singlephase integrated buck-boost inverter for small wind energy conversion systems

This paper presents the analysis of some usual MPPT (Maximum Power Point Tracking) strategies intended for small wind energy conversion (up to 1kW) based on permanent magnet synchronous generators (PMSG), considering the stand-alone application for a novel buck-boost integrated inverter. Each MPPT method is analytically introduced and then it is simulated using MatLab/Simulink considering standard conditions of wind and also commercially available turbines and generators. The extracted power in each case is compared with the maximum available power, so the tracking factor is calculated for each method. Thus, the focus is on the application to improve the efficiency of stand-alone wind energy conversion systems (WECS) with battery chargers and AC load supplied by inverter. Therefore, for this purpose a novel single phase buck-boost integrated inverter is introduced. Finally, the main experimental results for the introduced inverter are presented. © 2011 IEEE.

Three-phase tri-state integrated boost inverter with special space vector and dq0 control

This paper presents a three-phase integrated inverter suitable for stand-alone and grid-connected applications. Furthermore, the utilization of the special features of the tri-state coupled with the new space vector modulation allows the converter to present an attractive degree of freedom for the designing of the controllers. Additionally, the control is derived through dq0 transformation, all the system is described and interesting simulation results are available to confirm the proposal. © 2012 IEEE.

Robust control applied to power flow control in single-phase inverter with LCL filter, using droop control and D-stability

This paper proposes a new methodology to control the power flow between a distributed generator (DG) and the electrical power distribution grid. It is used the droop voltage control to manage the active and reactive power. Through this control a sinusoidal voltage reference is generated to be tracked by voltage loop and this loop generates the current reference for the current loop. The proposed control introduces feed-forward states improving the control performance in order to obtain high quality for the current injected to the grid. The controllers were obtained through the linear matrix inequalities (LMI) using the D-stability analysis to allocate the closed-loop controller poles. Therefore, the results show quick transient response with low oscillations. Thus, this paper presents the proposed control technique, the main simulation results and a prototype with 1000VA was developed in the laboratory in order to demonstrate the feasibility of the proposed control. © 2012 IEEE.

A single-phase single-stage buck-boost inverter intended for low power alternative energy conversion systems: Analysis, design and experimentation

This paper presents the operational analysis of the single-phase integrated buck-boost inverter. This topology is able to convert the DC input voltage into AC voltage with a high static gain, low harmonic content and acceptable efficiency, all in one single-stage. Main functionality aspects are explained, design procedure, system modeling and control, and also component requirements are detailed. Main simulation results are included, and two prototypes were implemented and experimentally tested, where its results are compared with those corresponding to similar topologies available in literature. © 2012 IEEE.

Micro-inverter for integrated grid-tie PV module using resonant controller

Two-stage isolated converters for photovoltaic (PV) applications commonly employ a high-frequency transformer on the DC-DC side, submitting the DC-AC inverter switches to high voltages and forcing the use of IGBTs instead of low-voltage and low-loss MOSFETs. This paper shows the modeling, control and simulation of a single-phase full-bridge inverter with high-frequency transformer (HFT) that can be used as part of a two-stage converter with transformerless DC-DC side or as a single-stage converter (simple DC-AC inverter) for grid-connected PV applications. The inverter is modeled in order to obtain a small-signal transfer function used to design the PResonant current control regulator. A high-frequency step-up transformer results in reduced voltage switches and better efficiency compared with converters in which the transformer is used on the DC-DC side. Simulations and experimental results with a 200 W prototype are shown. © 2012 IEEE.

Three-phase tri-state buck-boost integrated inverter

This paper presents a three-phase integrated inverter suitable for stand-alone and/or grid-connected applications. The usage of the special features of the tri-state coupled with the special space vector modulation allows the inverter to present an attractive degree of freedom for the controllers' design, i.e. input and output can be controlled independently. Additionally all controllers are based on dq0 transformation, the system are described and interesting simulation results are available to confirm the proposal. Finally, this paper presents experimental evaluations of the inverter feeding a three-phase stand-alone load confirming the remarkable features of the decoupling control. © 2013 IEEE.

Micro-inverter for integrated grid-tie photovoltaic module using resonant controller

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Realizzazione e collaudo di un inverter di media tensione per prove su formette

L’introduzione massiccia dell’elettronica di potenza nel campo degli azionamenti elettrici negli ultimi decenni ha sostanzialmente rivoluzionato la tipologia di alimentazione dei motori elettrici. Da un lato ciò ha migliorato la qualità del controllo della velocità, ma dall’altro ha aggravato le sollecitazioni che gli isolanti delle macchine devono sopportare. Si è infatti passati da tecniche di controllo tradizionali, che consistevano nell’alimentare i motori in alternata direttamente con la rete sinusoidale a 50 Hz (o a 60 Hz), ad alimentazioni indirette, cioè realizzate interponendo tra la rete e la macchina un convertitore elettronico (inverter). Tali dispositivi operano una conversione di tipo ac/dc e dc/ac che permette, come nella modulazione Pulse Width Modulation (PWM), di poter variare la frequenza di alimentazione della macchina, generando una sequenza di impulsi di larghezza variabile. Si è quindi passati dalle tradizionali alimentazioni con forme d’onda alternate sinusoidali a forme di tensione impulsive e ad elevata frequenza, cioè caratterizzate da rapidi fronti di salita e di discesa (dell’ordine di qualche kV/µs). La natura impulsiva di queste forme d’onda ha aggravato la sollecitazione elettrica a cui sono sottoposti i materiali impiegati per l’isolamento dei conduttori degli avvolgimenti delle macchine. E’ importante notare che l’utilizzo dei dispositivi elettronici, che ormai si trovano sparsi nelle reti di bassa tensione, assorbono correnti ad elevato contenuto armonico sul lato di prelievo, hanno quindi un effetto distorcente che altera l’andamento sinusoidale della rete stessa. Quindi, senza opportuni filtri, anche tutte le altre utenze connesse nelle vicinanze, dimensionate per alimentazioni sinusoidali di tipo tradizionale, possono risentire di queste distorsioni armoniche. Per tutti questi motivi è sorta la necessità di verificare l’adeguatezza dei tradizionali isolamenti ad essere in grado di sopportare le sollecitazioni che derivano dall’utilizzo di convertitori elettronici. In particolare, per i motori elettrici tale interrogativo è stato posto in seguito al verificarsi di un elevato numero di guasti inaspettati (precoci), probabilmente imputabile alla diversa sollecitazione elettrica applicata ai materiali. In questa tesi ci si è occupati della progettazione di un inverter di media tensione, che verrà impiegato per eseguire prove sugli avvolgimenti di statore di motori (formette), al fine di condurre successivamente uno studio sull’invecchiamento dei materiali che compongono gli isolamenti. Tale inverter è in grado di generare sequenze di impulsi con modulazione PWM. I parametri caratteristici delle sequenze possono essere modificati in modo da studiare i meccanismi di degradazione in funzione della tipologia delle sollecitazioni applicate. Avendo a che fare con provini di natura capacitiva, il cui isolamento può cedere durante la prova, il sistema deve essere intrinsecamente protetto nei confronti di tutte le condizioni anomale e di pericolo. In particolare deve essere in grado di offrire rapide ed efficaci protezioni per proteggere l’impianto stesso e per salvaguardare la sicurezza degli operatori, dato l’elevato livello delle tensioni in gioco. Per questo motivo è stata pensata un’architettura di sistema ad hoc, in grado di fronteggiare le situazioni anomale in modo ridondante. E’ infatti stato previsto l’inserimento di un sistema di controllo basato sul CompactRIO, sul quale è stato implementato un software in grado di monitorare le grandezze caratteristiche del sistema e le protezioni che affiancheranno quelle hardware, realizzate con dispositivi elettronici. I dispositivi elettronici di protezione e di interfacciamento sono stati studiati, implementati e simulati con PSpice, per poi essere successivamente dimensionati e realizzati su schede elettroniche, avvalendosi del software OrCAD. La tesi è strutturata come segue: - Il primo capitolo tratta, in maniera generale, i motori asincroni trifase, gli inverter e l’invecchiamento dei sistemi isolanti, con particolare interesse alle sollecitazioni meccaniche, termiche ed elettriche nel caso di sollecitazioni impulsive; - Il secondo capitolo riguarda il sistema realizzato nel suo complesso. Inizialmente verrà descritto lo schema elettrico generale, per poi analizzare più nello specifico le varie parti di cui il sistema è composto, come l’inverter di media tensione, il generatore di media tensione, la scheda di disaccoppiamento ottico, la scheda di controllo del generatore di media tensione, la scheda OCP; - Il terzo capitolo descrive le lavorazioni meccaniche eseguite sulle scatole contenti i rami di inverter, la realizzazione delle fibre ottiche e riporta le fasi di collaudo dell’intero sistema. Infine, verranno tratte le conclusioni.

Studio e simulazione di un inverter di tipo Z per veicoli elettrici

Studio e simulazione di un inverter di tipo Z in grado di innalzare il valore della tensione fornita dalla sorgente fino alla tensione richiesta al carico. L'inverter Z-source può essere utilizzato convenientemente nell'azionamento di un veicolo elettrico, in particolare ad idrogeno.

Analysis and Implementation of Multiphase-Multilevel Inverter for Open-Winding Loads

Research work carried out in focusing a novel multiphase-multilevel ac motor drive system much suitable for low-voltage high-current power applications. In specific, six-phase asymmetrical induction motor with open-end stator winding configuration, fed from four standard two-level three-phase voltage source inverters (VSIs). Proposed synchronous reference frame control algorithm shares the total dc source power among the 4 VSIs in each switching cycle with three degree of freedom. Precisely, first degree of freedom concerns with the current sharing between two three-phase stator windings. Based on modified multilevel space vector pulse width modulation shares the voltage between each single VSIs of two three-phase stator windings with second and third degree of freedom, having proper multilevel output waveforms. Complete model of whole ac motor drive based on three-phase space vector decomposition approach was developed in PLECS - numerical simulation software working in MATLAB environment. Proposed synchronous reference control algorithm was framed in MATLAB with modified multilevel space vector pulse width modulator. The effectiveness of the entire ac motor drives system was tested. Simulation results are given in detail to show symmetrical and asymmetrical, power sharing conditions. Furthermore, the three degree of freedom are exploited to investigate fault tolerant capabilities in post-fault conditions. Complete set of simulation results are provided when one, two and three VSIs are faulty. Hardware prototype model of quad-inverter was implemented with two passive three-phase open-winding loads using two TMS320F2812 DSP controllers. Developed McBSP (multi-channel buffered serial port) communication algorithm able to control the four VSIs for PWM communication and synchronization. Open-loop control scheme based on inverse three-phase decomposition approach was developed to control entire quad-inverter configuration and tested with balanced and unbalanced operating conditions with simplified PWM techniques. Both simulation and experimental results are always in good agreement with theoretical developments.

Studio di tecniche di modulazione per inverter a tensione impressa in azionamenti con macchina asincrona esafase asimmetrica

Modellizzazione della macchina asincrona esafase asimmetrica mediante i vettori di spazio trifase. Determinazione delle trasformazioni esafase dallo studio del campo magnetico rotante. Modellizzazione della macchina asincrona esafase asimmetrica mediante i vettori di spazio esafase. Studio dell’inverter esafase e delle relative tecniche di modulazione. Definizione del modello Simulink dell’azionamento. Studio del ripple della corrente di carico.

Studio e realizzazione di un inverter trifase a tre livelli

Lo scopo di questa tesi è lo studio e la realizzazione di una specifica tipologia di inverter, l’inverter trifase a tre livelli di tipo Cascaded. Il primo capitolo descrive l’inverter a due livelli e quello multilivello, evidenziandone gli aspetti peculiari e le possibili applicazioni. Il secondo capitolo affronta nello specifico l’inverter a trifase a tre livelli, per il quale, nel terzo capitolo, ne è descritta una realizzazione pratica, costruita presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna. Nel quarto capitolo vengono presentate alcune prove sperimentali effettuate sul sistema reale.