19 research outputs found
A novel dual-leg DC-DC converter for wide range DC-AC conversion
No full textThis paper proposes DC–AC Dual-leg dual-stage Conversion (DDC) and DC–AC Direct single-stage conversions (DSC). Conventional energy conversion system has only two-stage conversion, so it has some drawbacks such as huge power loss, less conversion range and lower power rating. So direct conversion, dual-leg step-up and step-up conversions are the solutions to get wide voltage conversion efficiently. The proposed converter can perform the power conversion from battery DC supply into AC with 1:1 ratio, step-up AC, and step-down AC in both directions. Also, it can perform rectifier operation from grid AC supply into DC with 1:1 ratio, step-down DC, and step-up DC. Step-up, step-down and ideal operations are possible within a single circuit; its operation is similar to solid-state DC–AC/AC–DC transformer. The ideal operation, Step-down to Step-up conversion and Step-up to Step-down conversion are possible on both sides, so this converter can handle a wide range of voltage. Power distribution is achieved with voltage regulation between battery/DC-load and AC-load/grid using the proposed control strategy with proper modulation. A prototype model of a 2-kW power rating validates the advantages and feasibility of the proposed methodology
Investigation of efficient multilevel inverter for photovoltaic energy system and electric vehicle applications
No full textIntroduction. This research presents a simple single-phase pulse-width modulated 7-level inverter topology for renewable system which allows home-grid applications with electric vehicle charging. Although multilevel inverters have appealing qualities, their vast range of application is limited by the use of more switches in the traditional arrangement. As a result, a novel symmetrical 7-level inverter is proposed, which has the fewest number of unidirectional switches with gate circuits, providing the lowest switching losses, conduction losses, total harmonic distortion and higher efficiency than conventional topology. The novelty of the proposed work consists of a novel modular inverter structure for photovoltaic energy system and electric vehicle applications with fewer numbers of switches and compact in size. Purpose. The proposed system aims to reduce switch count, overall harmonic distortions, and power loss. There are no passive filters required, and the constituted optimizes power quality by producing distortion-free sinusoidal output voltage as the level count increases while reducing power losses. Methods. The proposed topology is implemented with MATLAB/Simulink, using gating pulses and various pulse-width modulation methodologies. Moreover, the proposed model also has been validated and compared to the hardware system. Results. Total harmonic distortion, number of power switches, output voltage, current, power losses and number of DC sources are investigated with conventional topology. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely beneficial for implementing photovoltaic-based stand-alone multilevel inverter and electric vehicle charging applications
Encapsulated 3Ø converter for power loss minimization in a grid-connected system
No full textA newly designed DC–AC three phase bidirectional converter (DATBC) with an encapsulated DC–DC converter (EDC) for the energy storage system (ESD) is analysed and investigated in this research paper. By using encapsulated or embedded or hidden DC–DC converter a stable and constant DC bus is developed between the encapsulated DC–DC converter and DC–AC three phase bidirectional converter. The proposed converter is entirely different from the traditional dual-stage DC–AC converter, because it takes less than 20% of power used for the DC–AC conversion process. So, this reduced power consumption increases efficiency to a considerable value. A new control technique for zero sequence has been adopted components are inserted in the modulating signal based on carrier pulse width modulation (CPWM). Working principle, implementation and characteristics of the DC–AC three phase bidirectional converter are analysed. Effectiveness and feasibility of the developed converter are examined with a proto-type model
Fault analysis in the 5-level multilevel NCA DC–AC converter
No full textThe existing neutral clamped active inverter has common mode voltage with the high frequency which can reduce the severity with less voltage gain. The traditional active neutral point clamped (APC) DC–AC converter maintains great common mode voltage with high-frequency (CMV-HF) reduction capability so, it has limited voltage gain. The paper presents a new 5-level active neutral point clamped DC–AC converter that can change voltage step-up in a single-stage inversion. In the suggested design, a common ground not only reduces the CMV-HF but also improves DC link voltage use. Compared with the traditional two-stage 5-level APC DC–AC converter, the proposed design has lower voltage stresses and greater uniformity. While improving the overall efficiency, the suggested clamped DC–AC converter saves three power switches and a capacitor. Modelling and actual tests have proven the suggested active neutral point clamped inverter’s overall operation, efficacy and achievability. The proposed circuit is finally tested with fault clearance capability
Performance investigations of five-level reduced switches count Η-bridge multilevel inverter
No full textIntroduction. This research paper describes a simple five-level single-phase pulse-width modulated inverter topology for photovoltaic grid applications. Multilevel inverters, as opposed to conventional two-level inverters, include more than two levels of voltage while using multiple power switches and lower-level DC voltage levels as input to produce high power, easier, and less modified oscillating voltage. The H-bridge multilevel inverter seems to have a relatively simple circuit design, needs minimal power switching elements, and provides higher efficiency among various types of topologies for multi-level inverters that are presently accessible. Nevertheless, using more than one DC source for more than three voltage levels and switching and conduction losses, which primarily arise in major power switches, continue to be a barrier. The novelty of the proposed work consists of compact modular inverter configuration to connect a photovoltaic system to the grid with fewer switches. Purpose. The proposed system aims to decrease the number of switches, overall harmonic distortions, and power loss. By producing distortion-free sinusoidal output voltage as the level count rises while lowering power losses, the constituted optimizes power quality without the need for passive filters. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with gating pulses and various pulse width modulation technique. Results. With conventional topology, total harmonic distortion, power switches, output voltage, current, power losses, and the number of DC sources are investigated. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for deploying photovoltaic-based stand-alone multilevel inverters in grid applications.Вступ. У цій дослідницькій статті описується проста топологія п’ятирівневого однофазного інвертора із широтно-імпульсною модуляцією для фотоелектричних мереж. Багаторівневі інвертори, на відміну від звичайних дворівневих інверторів, включають більше двох рівнів напруги при використанні кількох перемикачів потужності та рівнів постійної напруги нижчого рівня на вході для створення більш потужної, простішої і менш модифікованої коливальної напруги. Багаторівневий інвертор з H-мостом, мабуть, має відносно просту схему, вимагає мінімальної кількості елементів, що перемикають, і забезпечує більш високу ефективність серед різних типів топологій багаторівневих інверторів, які доступні в даний час. Тим не менш, використання більше одного джерела постійного струму для більш ніж трьох рівнів напруги, а також втрати на перемикання та провідність, які в першу чергу виникають в основних силових перемикачах, як і раніше, залишаються перешкодою. Новизна запропонованої роботи полягає у компактній модульній конфігурації інвертора для підключення фотоелектричної системи до мережі з меншою кількістю перемикачів. Мета. Пропонована система спрямована на зменшення кількості перемикачів, загальних гармонічних спотворень та втрат потужності. Створюючи синусоїдальну вихідну напругу без спотворень у міру збільшення рівня та одночасно знижуючи втрати потужності, перетворювач оптимізує якість електроенергії без необхідності використання пасивних фільтрів. Методи. Запропонована топологія реалізована в MATLAB/Simulink з використанням стробуючих імпульсів та різних методів широтно-імпульсної модуляції. Результати. За традиційної топології досліджуються загальні гармонічні спотворення, силові ключі, вихідна напруга, струм, втрати потужності та кількість джерел постійного струму. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для розгортання автономних багаторівневих інверторів на фотоелектричній основі у мережних додатках
Mitigation of harmonics for five level multilevel inverter with fuzzy logic controller
No full textIntroduction. The advantages of a high-power quality waveform and a high voltage capability of multilevel inverters have made them increasingly popular in recent years. These inverters reduce harmonic distortion and improve the voltage output. Realistically speaking, as the number of voltage levels increases, so does the quality of the multilevel output-voltage waveform. When it comes to industrial power converters, these inverters are by far the most critical. Novelty. Multilevel cascade inverters can be used to convert multiple direct current sources into one direct current. These inverters have been getting a lot of attention recently for high-power applications. A cascade H-bridge multilevel inverter controller is proposed in this paper. A change in the pulse width of selective pulse width modulation modulates the output of the multilevel cascade inverter. Purpose. The total harmonic distortion can be reduced by using filters on controllers like PI and fuzzy logic controllers. Methods. The proposed topology is implemented with MATLAB/Simulink, using gating pulses and pulse width modulation methodology and fuzzy logic controllers. Moreover, the proposed model also has been validated and compared to the hardware system. Results. Total harmonic distortion, number of power switches, output voltage and number of DC sources are analyzed with conventional topologies. Practical value. The proposed topology has been very supportive for implementing photovoltaic based multilevel inverter, which is connected to large demand in grid and industry
Reactive power optimization in distribution systems considering load levels for economic benefit maximization
No full textIntroduction. The need for electrical energy has been increased sharply due to hasty growth in industrials, social and economic improvements. From the previous studies, it has been agreed that almost 13 % of the total power generated is wasted as heat loss at distribution level. It has been extensively recognized that the node voltage profile along the distribution system can be enhanced under steady state power transfer controlled by proper reactive power compensation. Capacitors have been acknowledged as reactive power compensating device in distribution systems to achieve technical and economical benefits. Novelty of this work is the application of Archimedes optimization algorithm for reactive power optimization in distribution systems so as to obtain an improved solution and also a real 94-bus Portuguese network and modified 12-bus network has been taken and validated for three different load levels which are totally new. Purpose of the proposed work is to maximize the economic benefit by reducing the power loss and capacitor purchase cost at three different load conditions subject to satisfaction of equality and inequality constraints. Methods. The economic benefit has been validated using Archimedes optimization algorithm for three load levels considering three distribution systems. Results. The computational outcomes indicated the competence of the proposed methodology in comparison with the previously published works in power loss minimization, bus voltage enhancement and more economical benefit and proved that the proposed methodology performs well compared to other methods in the literature
Enhancing off-grid wind energy systems with controlled inverter integration for improved power quality
No full textIntroduction. Off-grid wind energy systems play a pivotal role in providing clean and sustainable power to remote areas. However, the intermittent nature of wind and the absence of grid connectivity pose significant challenges to maintaining consistent power quality. The wind energy conversion system plays a central role in tapping renewable energy from wind sources. Operational parameters such as rotor and stator currents, output voltages of rectifiers and converters, and grid phase voltage variations are crucial for stable power generation and grid integration. Additionally, optimizing power conversion output through voltage gain analysis in boost converters is essential. Moreover, ensuring electricity quality via total harmonic distortion reduction in inverters is vital for grid compatibility. Goal. Enhancing the power quality of grid-integrated wind energy conversion systems. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with optimized control strategies for enhancing power quality in off-grid wind energy systems. Results. Control strategies with a grid-connected wind energy conversion system yields substantial improvements in power quality. This includes effectively mitigating voltage fluctuations and harmonics, resulting in smoother operation and reduced disturbances on the grid. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for off grid-integrated wind system. References 18, table 1, figures 11.Вступ. Автономні вітроенергетичні системи грають ключову роль у забезпеченні екологічно чистої та сталої електроенергії віддалених районів. Однак переривчастий характер вітру та відсутність підключення до мережі створюють значні проблеми для підтримки сталої якості електроенергії. Система перетворення енергії вітру відіграє важливу роль у використанні відновлюваної енергії з джерел вітру. Робочі параметри, такі як струм ротора та статора, вихідна напруга випрямлячів і перетворювачів, а також коливання фазної напруги мережі, є вирішальними для стабільного виробництва електроенергії та інтеграції в мережу. Також важлива оптимізація вихідної потужності за допомогою аналізу посилення напруги в підвищувальних перетворювачах. Забезпечення якості електроенергії за рахунок зменшення повного гармонійного спотворення в інверторах є життєво важливим для сумісності з мережею. Мета. Підвищення якості електроенергії інтегрованих в мережу систем перетворення енергії вітру. Методи. Запропонована топологія реалізована в MATLAB/Simulink з оптимізованими стратегіями керування для підвищення якості електроенергії у автономних вітроенергетичних системах. Результати. Стратегії керування за допомогою підключеної до мережі системи перетворення енергії вітру дають суттєві покращення якості електроенергії. Це включає в себе ефективне послаблення коливань напруги та гармонік, що призводить до більш плавної роботи та зменшення завад у мережі. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для автономної інтегрованої вітрової системи. Бібл. 18, табл. 1, рис. 11
Power quality enhancement of grid-integrated solar photovoltaic system with unified power quality conditioner
No full textIntroduction. To enhance the quality of power and ensure a consistent electricity supply, this study proposes the utilization of a unified power quality conditioner (UPQC) system integrated with solar photovoltaic (PV) technology. The innovation involves single DC-link connecting back-to-back voltage-compensating components arranged in series and shunt, forming the PV-UPQC. The shunt compensator utilizes energy from a PV array to address harmonics in the load current. The objective is to mitigate voltage dips and spikes by injecting voltage that is either in phase with or out of phase with the common coupling point through a series compensator. The method combines the benefits of generating renewable energy to enhance electrical quality. The goal of the paper is the power quality enhancement of grid-integrated solar PV system. The novelty of the proposed work consists of enhancement of grid-integrated solar PV system with UPQC. The purpose of integrating a UPQC into a grid-connected solar PV system is to enhance power quality by mitigating issues such as voltage fluctuations, harmonics and reactive power imbalance. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with grid-integrated solar PV system with UPQC. Results. Integrating UPQC with a grid-connected solar PV system yields substantial improvements in power quality. This includes effectively mitigating voltage fluctuations and harmonics, resulting in smoother operation and reduced disturbances on the grid. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for grid-integrated solar PV system with UPQC applications. References 15, table 2, figures 9.Вступ. Для підвищення якості електроенергії та забезпечення безперебійного електропостачання пропонується використовувати систему уніфікованого стабілізатора якості електроенергії (UPQC), інтегровану із сонячною фотоелектричною (PV) технологією. Інновація включає одиночну лінію постійного струму, що з’єднує зустрічно-паралельні компоненти компенсації напруги, розташовані послідовно, і шунт, утворюючи PV-UPQC. Шунтуючий компенсатор використовує енергію від масиву PV батарей для усунення гармонік струму навантаження. Мета полягає в тому, щоб пом’якшити провали та стрибки напруги шляхом подачі напруги, яке або збігається по фазі із загальною точкою з’єднання, або не збігається по фазі з нею через послідовний компенсатор. Метод поєднує переваги генерації відновлюваної енергії підвищення якості електроенергії. Метою статті є підвищення якості електроенергії інтегрованої в мережу сонячної фотоелектричної системи. Новизна запропонованої роботи полягає у покращенні інтегрованої у мережу сонячної PV системи за допомогою UPQC. Метою інтеграції UPQC у мережеву сонячну PV систему є підвищення якості електроенергії за рахунок пом’якшення таких проблем, як коливання напруги, гармоніки та дисбаланс реактивної потужності. Методи. Запропонована топологія реалізована у MATLAB/Simulink з інтегрованою в мережу сонячною PV системою з UPQC. Результати. Інтеграція UPQC із підключеною до мережі сонячною PV системою дає суттєве покращення якості електроенергії. Це включає ефективне пом’якшення коливань напруги і гармонік, що призводить до більш плавної роботи і зменшення перешкод в мережі. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для інтегрованої в мережу сонячної PV системи із застосуваннями UPQC. Бібл. 15, табл. 2, рис. 9
