Hardware in the loop simulation of single-phase PWM rectifiers for improved power quality via ASWFA

• Autorzy: Visawaphatradhanadhorn, Soupagorn , Kerdtuad, Paiwan , Chaiamarit, Kunjana

Warianty tytułu

PL

Sprzętowa symulacja pętli jednofazowych prostowników PWM w celu poprawy jakości zasilania poprzez ASWFA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a control approach that utilizes adaptive sliding window Fourier analysis (ASWFA) for single-phase PWM rectifiers. The primary objective is to effectively regulate the output voltage and minimize the ingress of harmonic currents into the utility grid. Through extensive MIL and HIL simulations, the control system demonstrates its efficacy in maintaining voltage regulation, achieving grid synchronization, and managing harmonic currents across various scenarios. The evaluation results affirm the precise control of voltage and regulation of harmonics under different operational conditions. Furthermore, statistical analysis employing box plots provides validation of the control technique's capability to reduce harmonic distortion. The study reveals that only the harmonic groups within the range of 35 ≤ h < 50 exceeded the thresholds prescribed by IEEE Std. 519-2014 for power systems operating at rated voltages between 120 V and 69 kV at the most stringent ISC/IL < 20 requirements. Overall, the proposed control technique presents a viable solution to effectively reduce harmonic distortion.

PL

W artykule przedstawiono podejście do sterowania, które wykorzystuje adaptacyjną analizę Fouriera z przesuwanym oknem (ASWFA) dla jednofazowych prostowników PWM. Głównym celem jest skuteczna regulacja napięcia wyjściowego i zminimalizowanie przedostawania się harmonicznych do sieci elektroenergetycznej. Dzięki obszernym symulacjom MIL i HIL system sterowania demonstruje swoją skuteczność w utrzymywaniu regulacji napięcia, osiąganiu synchronizacji sieci i zarządzaniu prądami harmonicznymi w różnych scenariuszach. Wyniki oceny potwierdzają precyzyjną kontrolę napięcia i regulację harmonicznych w różnych warunkach pracy. Ponadto analiza statystyczna wykorzystująca wykresy pudełkowe zapewnia walidację zdolności techniki sterowania do redukcji zniekształceń harmonicznych. Z przeprowadzonych badań wynika, że tylko grupy harmoniczne z przedziału 35 ≤ h < 50 przekraczały progi określone przez IEEE Std. 519-2014 dla systemów elektroenergetycznych pracujących przy napięciu znamionowym od 120 V do 69 kV przy najbardziej rygorystycznych wymaganiach ISC/IL < 20. Ogólnie rzecz biorąc, proponowana technika sterowania stanowi realne rozwiązanie skutecznej redukcji zniekształceń harmonicznych.

Słowa kluczowe

PL

symulacja sprzętu w pętli; jednofazowy prostownik PWM; ASWFA; zniekształcenie harmoniczne

EN

hardware-in-the-loop simulation; single-phase PWM rectifier; ASWFA; harmonic distortion

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 12
• Strony: 144--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Visawaphatradhanadhorn, Soupagorn

• Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Isan, Khon Kaen Campus. 150 Srichan Road, Muang Khon Kaen,Thailand 40000,

autor

Kerdtuad, Paiwan

• Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Isan, Khon Kaen Campus. 150 Srichan Road, Muang Khon Kaen,Thailand 40000,

autor

Chaiamarit, Kunjana

• Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Isan, Khon Kaen Campus. 150 Srichan Road, Muang Khon Kaen,Thailand 40000,

Bibliografia

• [1] W. Song, S. Wang, C. Xiong, X. Ge, and X. Feng, “Single-phase three-level space vector pulse width modulation algorithm for grid-side railway traction converter and its relationship of carrier-based pulse width modulation,” IET Electrical Systems in Transportation, vol. 4, No. 3, pp. 78–87, Sep. 2014.
• [2] V. Blahnik and J. Talla, “Single-phase synchronization for traction active rectifier,” International Conference on Applied Electronics (AE), Sep. 2016, pp. 23–26.
• [3] H. Komurcugil, N. Altin, S. Ozdemir, and I. Sefa, “An Extended Lyapunov-Function-Based Control Strategy for Single-Phase UPS Inverters,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 7, pp. 3976–3983, Jul. 2015.
• [4] L. Pan and C. Zhang, “Model Predictive Control of a Single-Phase PWM Rectifier for Electric Vehicle Charger,” Energy Procedia, vol. 105, pp. 4027–4033, May 2017.
• [5] D. A. Khaburi and A. Nazempour, “Design and simulation of a PWM rectifier connected to a PM generator of micro turbine unit,” Scientia Iranica, vol. 19, no. 3, pp. 820–828, Jun. 2012.
• [6] A. Mirecki, X. Roboam, and F. Richardeau, “Architecture Complexity and Energy Efficiency of Small Wind Turbines,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 1, pp. 660–670, Feb. 2007.
• [7] B. Singh, B. N. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, A. Pandey, and D. P. Kothari, “A review of single-phase improved power quality AC-DC converters,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 50, no. 5, pp. 962–981, Oct. 2003.
• [8] M. Mansouri, S. Hr. Aghay Kaboli, J. Selvaraj, and N. Abd. Rahim, “A review of single phase power factor correction A.C.- D.C. converters,” IEEE Conference on Clean Energy and Technology (CEAT), Nov. 2013, pp. 389–394.
• [9] A. Belkhiri, “Hardware in the Loop Co-Simulation of an FPGA Based Sine Pulse Width Modulator for Variable Speed AC Drives,” Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 12, pp. 49–54, Dec. 2020.
• [10] A. Rosa, “Integrated PBL and HIL practices for real-time simulations applied in technical and engineering teaching using embedded systems,” Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 1, pp. 48–54, Jan. 2021.
• [11] J. Bauer, “Single-Phase Pulse Width Modulated Rectifier,” Acta Polytechnica, vol. 48, no. 3, Jan. 2008, doi: 10.14311/1025.
• [12] C. L. Phillips and J. Parr, Feedback Control Systems, 5 edition. Boston: Pearson, 2010.
• [13] M. El-Habrouk and M. K. Darwish, “Design and implementation of a modified Fourier analysis harmonic current computation technique for power active filters using DSPs,” IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 148, no. 1, pp. 21–28, Jan. 2001.
• [14] K. Areerak, S. Visawa-Phatra-Dhanadhorn, and S. Sujitjorn, “Hybrid compensation for harmonic and power factor in single-phase AC drive,” International Conference on Circuits, Systems and Signals - Proceedings, pp. 68–73, Jan. 2010.
• [15] K. A. Ivanenko and A. N. Serov, “Zero-Crossing Technique Modification for the Frequency Measurements of Real Power Grids,” IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), Oct. 2020, pp. 106–109.
• [16] E. dos Santos and E. R. da Silva, Advanced Power Electronics Converters: PWM Converters Processing AC Voltages, 1 edition. Hoboken, New Jersey: Wiley-IEEE Press, 2014.
• [17] S. Somkun, P. Sehakul, and V. Chunkag, “Novel control technique of single-phase PWM rectifier by compensating output ripple voltage,” in 2005 IEEE International Conference on Industrial Technology, Dec. 2005, pp. 969–974.
• [18] R. C. Dorf and R. H. Bishop, Modern Control Systems, 13 edition. Hoboken: Pearson, 2016.
• [19] “IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems,” IEEE Std 519-2014 (Revision of IEEE Std 519-1992), pp. 1–29, Jun. 2014.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.12.26