22374

بهبود عملكرد مبدل‌هاي چندسطحي ماژولار به‌وسيله كنترل پيش‌بين

كارشناسي ارشد

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

1396

1399/06/01

دكتر داود عرب خابوري

برق

مبدل‌هاي چندسطحي ماژولار با توجه به مزاياي فراوانشان نظير بهبود كيفيت توان ولتاژ خروجي، كاهش تنش ولتاژي كليد‌هاي قدرت، ساختار ماژولار، سادگي قابليت ارتقا به سطوح ولتاژي بالاتر و ...، براي كاربرد‌هايي نظير سيستم‌هاي HVDC، كنترل محركه‌هاي الكتريكي توسعه يافته‌اند. بااين‌وجود، يكي از مشكلات اساسي اين مبدل‌ها، پيچيدگي كنترل آن‌ها مي‌باشد. دليل اين امر، وجود جنبه‌هاي مختلف كنترلي نظير كنترل جريان خروجي، حذف جريان گردشي، متعادل‌سازي ولتاژ بازوها و نيز متعادل‌سازي ولتاژ خازن سلول‌هاست. در اين پايان‌نامه، يك روش كنترلي مبتني بر ايده روش كنترل پيش‌بين براي كنترل ارائه مي‌شود كه علاوه بر رفع معايب روش‌هاي كنترلي سنتي، ضعف روش كنترلي پيش‌بين در زمينه حجم بالاي محاسبات را نيز به نحو قابل توجهي بهبود مي‌دهد. روش ارائه‌شده مبتني بر ايده روش ميرانوش است. در روش ميرانوش ، در هر لحظه از زمان سعي مي‌شود ولتاژ مرجع اينورتر به‌نحوي تعيين شود كه اختلاف خروجي آينده و مرجع دل‌خواه برابر با صفر شود. تعيين مرجع ولتاژ مناسب بر اساس مدل گسسته سيستم صورت مي‌گيرد. در روش ارائه‌شده در اينجا كنترل جريان خروجي و كنترل جريان گردشي به‌عنوان اهداف خروجي در نظر گرفته‌شده و بر اساس اين دو هدف، مراجع ولتاژ بازو‌هاي بالايي و پاييني هر فاز MMC توسط روش ميرانوش تعيين مي‌شود. سپس با انجام محاسبات مناسب، تعداد سطوح تقريبي بازوهاي بالايي و پاييني بر اساس ولتاژ‌هاي مرحله قبل تعيين مي‌شود. پس از اين مرحله با توجه به وجود زمان لازم براي انجام محاسبات، مجدداً يك مرحله روش پيش‌بين اجراشده و سطوح دقيق موردنياز براي بازوهاي بالايي و پاييني تعيين مي‌شود. لازم به توضيح است كه در روش ارائه‌شده در هر زمان نمونه‌برداري تنها 4 حالت براي هر فاز بررسي‌شده و درمجموع 12 حالت براي سه‌فاز بررسي مي‌شود. مزيت اساسي روش ارائه‌شده آن است كه تعداد حالات موردبررسي مستقل از تعداد سلول‌ها و برابر با 4 به ازاي هر فاز خواهد بود. درنهايت و براي توليد پالس‌هاي كليدزني بايد از الگوريتم متعادل‌سازي ولتاژ سلول‌ها استفاده شود. در فصل آخر پايان‌نامه، عملكرد روش ارائه‌شده از طريق شبيه‌سازي از جنبه‌هاي گوناگون بررسي مي‌شود.

1399/06/12

Performance improvement of modular mulitlvel converter using model predivctive control

8/22/2020 12:00:00 AM

Modular Multilevel Converters (MMC) are well-developed options for various applications such as HVDC systems and electrical drives, due to their several advantages like improved output power quality, reduced voltage stress on the power semiconductors, common mode voltage decrease, modular structure, and etc. . However, one on the main issues related to this topology, is its complicated control structure. The reason behind this is existence of various control aspects such as output current control, elimination of circulating current control, and balancing of arm and also cell capacitor voltages. In this thesis, a novel control scheme is proposed for MMC based on the Model Predictive Control (MPC) concept, which not only solves the drawbacks of the conventional control approaches, but also notably improves the MPC method regarding its huge computational burden. The proposed method is developed based on the deadbeat approach principles. In the deadbeat approach, the reference voltage of the inverter is determined at every instance in a way that the difference between the future control variable and its reference value tends to become zero. The calculation of the reference voltage is conducted based on the discrete system model. In the proposed method in this work, output current control and elimination of the circulating current are considered as the primary control goals and based on these, the reference voltages of upper and lower arms of each phase of MMC is calculated. Next, by conducting some simple calculation, the approximate voltage levels of the upper and lower arms are determined based on those voltage references. After this, since there is notable free time for conducting calculations, the MPC approach is performed in order to determine the exact voltage levels. It should be noted that only four different combinations of the upper and lower voltage levels are examined for each phase and this value will be 12 for the three phase case. The main advantage of the proposed method is the independency of the examined states from the cell numbers. Finally, a voltage balancing stage is performed in order to determine the switching states based on the optimum voltage levels. In the last part of the report, different aspects of the proposed method are verified by conducting simulations in the MATLAB/Simulink environment.