Analysis of two level and three level inverters

The power electronics device which converts DC power to AC power at required output voltage and frequency level is known as inverter. Inverters can be broadly classified into single level inverter and multilevel inverter. Multilevel inverter as compared to single level inverters have advantages like minimum harmonic distortion, reduced MI/RFI generation and can operate on several voltage levels. A multi-stage inverter is being utilized for multipurpose applications, such as active power filters, static var compensators and machine drives for sinusoidal and trapezoidal current applications. The drawbacks are the isolated power supplies required for each one of the stages of the multiconverter and it’s also lot harder to build, more expensive, harder to control in software. This project aims at the simulation study of three phase single level and multilevel inverters. The role of inverters in active power filter for harmonic filtering is studied and simulated in MATLAB/SIMULINK. Firstly, the three phase system with non-linear loads are modeled and their characteristics is observed . Secondly, the active power filters are modeled with the inverters and suitable switching control strategies ( PWM technique) to carry out harmonic elimination

Distributed photovoltaic systems: Utility interface issues and their present status. Intermediate/three-phase systems

The interface issues between the intermediate-size Power Conditioning Subsystem (PCS) and the utility are considered. A literature review yielded facts about the status of identified issues

Distributed photovoltaic systems: Utility interface issues and their present status

Major technical issues involving the integration of distributed photovoltaics (PV) into electric utility systems are defined and their impacts are described quantitatively. An extensive literature search, interviews, and analysis yielded information about the work in progress and highlighted problem areas in which additional work and research are needed. The findings from the literature search were used to determine whether satisfactory solutions to the problems exist or whether satisfactory approaches to a solution are underway. It was discovered that very few standards, specifications, or guidelines currently exist that will aid industry in integrating PV into the utility system. Specific areas of concern identified are: (1) protection, (2) stability, (3) system unbalance, (4) voltage regulation and reactive power requirements, (5) harmonics, (6) utility operations, (7) safety, (8) metering, and (9) distribution system planning and design

Solid-state transformers in locomotives fed through AC lines: A review and future developments

One of the most important innovation expectation in railway electrical equipment is the replacement of the on-board transformer with a high power converter. Since the transformer operates at line-frequency (i.e., 50 Hz or 16 2/3 Hz), it represents a critical component from weight point of view and, moreover, it is characterized by quite poor efficiency. High power converters for this application are characterized by a medium frequency inductive coupling and are commonly referred as Power Electronic Transformers (PET), Medium Frequency Topologies or Solid-State Transformers (SST). Many studies were carried out and various prototypes were realized until now, however, the realization of such a system has some difficulties, mainly related to the high input voltage (i.e., 25 kV for 50 Hz lines and 15 kV for 16 2/3 Hz lines) and the limited performance of available power electronic switches. The aim of this study is to present a survey on the main solutions proposed in the technical literature and, analyzing pros and cons of these studies, to introduce new possible circuit topologies for this application

Onduleur quasi-Z-source pour un système de traction de véhicules électriques à sources multiples : contrôle et gestion

Abstract: Power electronics play a fundamental role and help to achieve the new goals of the automobiles in terms of energy economy and environment. The power electronic converters are the key elements which interface their power sources to the drivetrain of the electric vehicle (EV). They contribute to obtaining high efficiency and performance in power systems. However, traditional inverters such as voltage-source, current-source inverters and conventional two-stage inverters present some conceptual limitations. Consequently, many research efforts have been focused on developing new power electronic converters suitable for EVs application. In order to develop and enhance the performance of commercial multiple sources EV, this dissertation aims to select and to control the impedance source inverter and to provide management approaches for multiple sources EV traction system. A concise review of the main existing topologies of impedance source inverters has been presented. That enables to select QZSI (quasi-Z-source inverter) topology as promising architectures with better performance and reliability. The comparative study between the bidirectional conventional two-stage inverter and QZSI for EV applications has been presented. Furthermore, comparative study between different powertrain topologies regarding batteries aging index factors for an off-road EV has been explored. These studies permit to prove that QZSI topology represents a good candidate to be used in multi-source EV system. For improving the performance of QZSI applied to EVs, optimized fractional order PI (FOPI) controllers for QZSI is designed with the ant colony optimization algorithm (ACO-NM) to obtain more suitable aging performance index values for the battery. Moreover, this thesis proposes a hybrid energy storage system (HESS) for EVs to allow an efficient energy use of the battery for a longer distance coverage. Optimized FOPI controller and the finite control set model predictive controller (FCS-MPC) for HESS using bidirectional QZSI is applied for the multi-source EV. The flux-weakening controller has been designed to provide a correct operation with the maximum available torque at any speed within current and voltage limits. Simulation investigations are performed to verify the topologies studied and the efficacity of the proposed controller structure with the bidirectional QZSI. Furthermore, Opal-RT-based real-time simulation has been implemented to validate the effectiveness of the proposed HESS control strategy. The results confirm the EV performance enhancement with the addition of supercapacitors using the proposed control configuration, allowing the efficient use of battery energy with the reduction of root-mean-square value, the mean value, and the standard deviation by 57%, 59%, and 27%, respectively, of battery current compared to the battery-only based inverter.L'électronique de puissance joue un rôle fondamental et contribue à atteindre les nouveaux objectifs de l'automobile en termes d'économie d'énergie et d'environnement. Les convertisseurs d’électroniques de puissance sont considérés comme les éléments clés qui interfacent leurs sources d'alimentation avec la chaîne de traction du véhicule électrique (VE). Ils contribuent à obtenir une efficacité et des performances élevées dans les systèmes électriques. Cependant, les onduleurs traditionnels tels que les onduleurs à source de tension, les onduleurs à source de courant et les onduleurs conventionnels à deux étages qui constituent les onduleurs les plus couramment utilisés, présentent certaines limitations conceptuelles. Par conséquent, de nombreux efforts de recherche se sont concentrés sur le développement de nouveaux convertisseurs d’électroniques de puissance adaptés à l'application aux véhicules électriques. Afin de développer et d'améliorer les performances des VEs à sources multiples commerciales, cette thèse vise à sélectionner, contrôler l'onduleur à source impédante et fournit une approche de gestion pour l'application du système de traction du VE à sources multiples. Une revue concise des principales topologies existantes d'onduleur à source impédante a été présentée. Cela a permis de sélectionner la topologie de l’onduleur quasi-Z-source (QZS) comme architectures prometteuses pouvant être utilisées dans les véhicules électriques, avec de meilleures performances et de fiabilité. L'étude comparative entre l'onduleur bidirectionnel conventionnel à deux étages et de celui à QZS pour les applications du VE a été présentée. En outre, une étude comparative entre différentes topologies de groupes motopropulseurs concernant les facteurs d'indice de vieillissement des batteries pour une application du VE hors route a été explorée. Ces études ont permis de prouver que la topologie de l’onduleur QZS représente une bonne topologie candidate à utiliser dans un système de VE à sources multiples. Pour améliorer les performances de l’onduleur QZS appliquées aux véhicules électriques, des contrôleurs PI d'ordre fractionnaire (PIOF) optimisés pour l’onduleur QZS sont conçus avec l'algorithme de colonies de fourmis afin d'obtenir des valeurs d'indice de performance de vieillissement plus appropriées pour la batterie. De plus, cette thèse propose un système de stockage d'énergie hybride (SSEH) pour le VE afin de permettre une utilisation efficace de l'énergie de la batterie pour une couverture de distance plus longue et une extension de son autonomie. L’optimisation du contrôleur PIOF et du contrôleur par modèle prédictif d'ensemble de contrôle fini (CMP-ECF) pour l’onduleur QZS bidirectionnel a été appliqué au VE à sources multiples avec des approches de gestion appuyées par des règles. Le contrôleur d'affaiblissement de flux magnétique du moteur a été conçu pour fournir un fonctionnement correct avec le couple maximal disponible à n'importe quelle vitesse dans les limites de courant et de tension. Des investigations et des simulations sont effectuées pour vérifier les différentes topologies étudiées et l'efficacité de la structure de contrôleur proposée avec l’onduleur QZS bidirectionnel. De plus, une simulation en temps réel basée sur Opal-RT a été mise en œuvre pour valider l'efficacité de la stratégie de contrôle SSEH proposée. Les résultats confirment l'amélioration des performances du VE avec l'ajout d'un supercondensateur utilisant la configuration du contrôle proposée, permettant une utilisation efficace de l'énergie de la batterie avec une réduction de la valeur moyenne quadratique, de la valeur moyenne et de l'écart type de 57%, 59% et 27%, respectivement, du courant de la batterie par rapport à l'onduleur connecté directement à la batterie