Damping of transient oscillations on the output LC filter of PWM inverters by using a virtual resistor

Dahono, Pekik Argo; Bahar, Y.R.; Sato, Yukihiko; Kataoka, T.

doi:10.1109/peds.2001.975347

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“…The virtual resistors, adopted here, are supplementary algorithms [33], and hence, in practice, they are realized in the generator side converter controller. The winding resistance of the generator can slightly damp power and speed oscillations, but it does not have a significant impact on the damping of local oscillations, and thus, the need for virtual resistors.…”

Section: Pmsg Modelmentioning

confidence: 99%

Damping Local Oscillations of a Direct- Drive PMSG Wind Turbine

Legesse¹,

Saha²,

Carpanen³

2017

IJET

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Abstract-Damping local oscillations is vital in the operation of a direct-drive permanent magnet synchronous generator wind turbine as well as its integration into a grid. Currently, these oscillations are controlled by proportional-integral controllers. This paper proposes the inclusion of virtual resistors to improve the performance of the wind turbine further. Simulation results show that virtual resistors, connected in series to stator windings, have a positive impact on the damping of local oscillations. They significantly reduce the rise and settling times of the rotor speed, electromagnetic torque, active power and reactive power and increase the corresponding damping ratios. In contrast, the ones, connected in parallel to stator windings, have a negative impact on the damping of local oscillations. This indicates that an appropriate selection and connection of virtual resistors improves the dynamic and small-signal performances of a PMSG wind turbine.Keyword-Damping local oscillations, permanent magnet synchronous generator, wind turbine, dynamic performance, small-signal stability, virtual resistors I. INTRODUCTION For the past two centuries, rapidly growing populations and modernization trends have accelerated the demand for energy. Today, the world heavily depends on fossil fuels such as oil, coal, and natural gas for its increasing energy requirements. However, this fossil-fuelled economy is facing challenges including depletion of reserves, global warming, security concerns, and rising cost [1]. In tackling these challenges, much attention is given to the development of renewable energy, among which harnessing wind energy is the cheapest alternative [2,3].Three types of wind energy technologies-squirrel-cage induction generator (SCIG), doubly fed induction generator (DFIG) and permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbines-are widely adopted in the wind industry. Compared to SCIG, DFIG and PMSG are popular for two reasons [4]. Firstly, they offer the opportunity to operate the machine at maximum power for various wind speeds, and secondly, they have less mechanical stress on their shafts. These days, the popular variable-speed wind turbines employed in large-scale wind parks are DFIG wind turbines [5]. Nevertheless, recently, direct-drive PMSG wind turbines are gaining momentum among researchers, engineers and turbine manufacturers for their high efficiency, low power loss and smaller size [6 -11].The integration of wind power into grids is rapidly growing. In some European countries, the level of penetration has reached as high as 21% [12]. However, due to this high penetration and the intermittent nature of the wind, there are concerns such as generation reserve, power system stability and reliability [13]. Furthermore, wind turbines themselves have stability problems, which surely challenge transmission system operators. In large grids, the ability of both local and system-wide power system oscillation damping plays a crucial role [14].A range of efforts have been made to damp local ...

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Section: Pmsg Modelmentioning

confidence: 99%

Damping Local Oscillations of a Direct- Drive PMSG Wind Turbine

Legesse¹,

Saha²,

Carpanen³

2017

IJET

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“…To effectively simulate the real 4Q-LC, the controller parameters in the simulation model are designed to meet the ordinary demands of control system dynamics [24], as well as to make the waveform and harmonic spectrum of I ac to be almost identical to that of the data measured on-site. Fig.…”

Section: A Time Domain Simulationmentioning

confidence: 99%

“…In designing a single 4Q-LC, its controller parameters are always maintained by dynamic performance requirements and stability analysis [24]. Moreover, with regard to HIM, the harmonic performance is an important factor that should be considered in designing controllers.…”

Section: The Significance Of Studying Himmentioning

confidence: 99%

Steady-State Harmonic Domain Matrix-Based Modeling of Four-Quadrant EMU Line Converter

Wang¹,

Wang²,

Agelidis³

et al. 2014

Journal of Power Electronics

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As a non-linear time variant system, the four-quadrant line converter of an electric multiple unit (EMU) was expressed by linear time periodic functions near an operating point and modeled by a steady-state harmonic domain matrix. The components were then combined according to the circuit connection and relations of the feedback control loops to form a complete converter model. The proposed modeling method allows the study of the amplitude of harmonic impedances to explore harmonic coupling. Moreover, the proposed method helps provide a better design for the converter controllers, as well as solves the problem in coordination operation between the EMUs and the AC supply. On-site data from an actual CRH 2 high-speed train were used to validate the modeling principles presented in the paper.

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“…Sua principal vantagem é a não inclusão de perdas adicionais no conversor, pois, trata-se de uma solução obtida por meio do projeto adequado do sistema de controle (DAHONO et al, 2001), (DANNEHL et al, 2010), ), (PARKER et al, 2014a.…”

Section: Amortecimento Da Ressonância Em Filtros Lc E Lclunclassified

“…O amortecimento passivo é uma estratégia simples e de baixo custo, que consiste na inclusão de resistores conectados em série ou paralelo com capacitores ou indutores do filtro (DAHONO et al, 2001). Este tipo de amortecimento pode causar perdas significativas e também a redução da atenuação do filtro para frequências elevadas.…”

Section: Amortecimento Da Ressonância Em Filtros Lc E Lclunclassified

Corrente de fuga em inversores monofásicos sem transformador para conexão de sistemas fotovoltaicos à rede de distribuição de energia elétrica: análise e proposta de filtro passivo integrado de modo comum e diferencial.

Figueredo¹

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A Deus por tudo.Aos meus pais, Aurino e Marilene, meus irmãos, Santiago e Valquiria, por todo o apoio, incentivo e compreensão ao longo dessa trajetória.Aos colegas da PUC-SP, Artur e Sidnei, pela troca de ideias e informações que foram essenciais para o meu ingresso no mestrado.Ao Professor Lourenço Matakas Junior pela oportunidade de realizar este trabalho, pelo apoio, pela orientação, correções e ensinamentos.Aos Professores Wilson Komatsu e Marcelo Gradella Villalva pela participação na banca de qualificação, pela revisão do texto, pelas correções e sugestões. Aos Professores do Laboratório de Eletrônica de Potência da Escola Politécnica da USP(LEP-EPUSP) por proporcionarem as condições para realização deste trabalho.A colega de mestrado Kelly pela ajuda no trabalho experimental e por sua colaboração nos trabalhos desenvolvidos em conjunto.Aos colegas do LEP-EPUSP Bruno, Naji e Fernando pelas contribuições diretas e indiretas para o desenvolvimento deste trabalho.A empresa PHB Eletrônica, os engenheiros Ildo Bet e Paulo Gaidzinski, por permitirem a flexibilização de horário que possibilitou minha participação nas atividades do mestrado.Além disso, agradeço pelo apoio e pela compreensão que tiveram da importância desse processo para minha formação profissional.Aos colegas da PHB Eletrônica pela troca de informações, experiências e aprendizado ao longo dos últimos 15 anos.Ao Rogério pela troca de informações sobre inversores e normas.Ao Yoshio pela ajuda, principalmente, com os componentes magnéticos.A Li Fan Ho pela amizade, incentivo e pensamento positivo.A todos que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho. "Os únicos bens intangíveis são os que acumulamos no cérebro e no coração; quando eles faltam, nenhum tesouro os substitui." José Ingenieros RESUMOEste trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM -Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga.Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado...

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Damping of transient oscillations on the output LC filter of PWM inverters by using a virtual resistor

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Damping Local Oscillations of a Direct- Drive PMSG Wind Turbine

Damping Local Oscillations of a Direct- Drive PMSG Wind Turbine

Steady-State Harmonic Domain Matrix-Based Modeling of Four-Quadrant EMU Line Converter

Corrente de fuga em inversores monofásicos sem transformador para conexão de sistemas fotovoltaicos à rede de distribuição de energia elétrica: análise e proposta de filtro passivo integrado de modo comum e diferencial.

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