شبیه‌سازی روش کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل مبدل AFE با بهره‌گیری از مراجع دینامیکی و مقایسه با کنترل مستقیم توان به روش پیش‌بین مبتنی بر مدل
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
ایوب کشوری
1
,
محمدرضا علیزاده پهلوانی
2
*
,
آرش دهستانی کلاگر
3
1 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
3 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
کلید واژه: کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل, کنترل مستقیم توان, مراجع دینامیکی, یکسوساز, AFE,
چکیده مقاله :
در این مقاله، کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل با مجموعه متناهی (FCS-MPC) برای کنترل حلقه‌بسته یکسوساز AFE معرفی شده است. روش پیشنهادی به صورت زمان گسسته عمل می‌کند و نیاز به کنترل‌کننده PI خارجی ندارد. نکته جدید در الگوریتم کنترلی پیشنهادی، نحوه کنترل مراجع دینامیکی می‌باشد. استراتژی کنترل قادر است که مراجع مناسبی را برای توان اکتیو منبعو ولتاژ یکسوشده بر اساس ویژگی‌های ذاتی ساختار AFE، بدون نیاز به کنترل‌کننده PI به صورت فرموله ارائه دهد. در ادامه برای درک بهتر عملکرد، روش کنترل پیشنهادی با کنترل مستقیم توان به روش پیش‌بین مبتنی بر مدل (MPDPC) مقایسه شده است. نتایج به دست آمده با استفاده از نرم‌افزار Matlab/Simulink گویای این است که روش پیشنهادی، ضمن داشتن تمام قابلیت‌های روش MPDPC از جمله ردیابی توان اکتیو و ولتاژ DC و THD جریان پایین، با حذف کنترل‌کننده PI بدون تأثیر بر عملکرد از پایداری بهتر و پاسخ گذرای سریع‌تری برخودار می‌باشد.
In this paper, a finite-control-set model predictive control method is presented for closed loop control of an active front-end rectifier. The method used has a discrete-time function and does not require any additional modulators. The interesting point in the control algorithm is how to control the dynamic references. The control strategy is able to provide proper references for source active power and DC voltage, without the need for additional control loops. In order to better understand the performance, the proposed control method is compared with the model predictive direct power control (MPDPC) method. The results obtained using Matlab/Simulink software show that the proposed method, while having all the capabilities of the MPDPC method, including proper tracking of active power and DC voltage and low current THD, by removing the PI controller and its related disadvantages, it has better stability and faster transient response.
[1] F. Zare, P. Davari, and F. Blaabjerg, "A modular active front-end rectifier with electronic phase shifting for harmonic mitigation in motor drive applications," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 53, no. 6, pp. 5440-5450, Nov./Dec. 2017.
[2] X. Q. Guo, B. Z. Wei, T. Y. Zhu, Z. G. Lu, L. C. Tan, X. F. Sun, and C. J. Zhang, "Leakage current suppression of three-phase flying capacitor PV inverter with new carrier modulation and logic function," IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 3, pp. 2127-2135, Mar. 2018.
[3] X. Q. Guo, J. L. Zhou, R. He, X. Y. Jia, and C. A. Rojas, "Leakage current attenuation of a three-phase cascaded inverter for transformerless grid-connected PV systems," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 65, no. 1, pp. 676-686, Jan. 2018.
[4] H. Yang, Y. Zhang, J. Liang, J. Liu, N. Zhang, and P. D. Walker, "Robust deadbeat predictive power control with a discrete-time disturbance observer for PWM rectifiers under unbalanced grid conditions," IEEE Trans. Power Electron., vol. 34, no. 1, pp. 287-300, Jan. 2019.
[5] Y. Zhang, J. Liu, H. Yang, and S. Fan, "New insights into model predictive control for three-phase power converters," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 55, no. 2, pp. 1973-1982, Mar. 2019.
[6] P. Cortes, J. Rodriguez, P. Antoniewicz, and M. Kazmierkowski, "Direct power control of an AFE using predictive control," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 23, no. 5, pp. 2516-2523, Sept. 2008.
[7] X. Liu, D. Wang, and Z. Peng, "A simplified direct finite-control-set model predictive control for AFEs with DC-Link voltage dynamic reference design," in Proc. 35th Chinese Control Conf., CCC'16, pp. 1934-1768, Chengdu, China, 27-29 Jul. 2016.
[8] K. J. Astrom and T. Hagglund, PID Controllers: Theory, Design and Tuning, 2nd Ed. Research Triangle Park, N.C Instrument Society of America, 1995.
[9] J. Rodriguez and P. Cortes, Predictive Control of Power Converters and Electrical Drives, John Wiley & Sons, 1st Edition, 2012.
[10] R. P. Burgos, E. P. Wiechmann, and J. Holtz, "Complex state-space modeling and nonlinear control of active front-end converters," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 52, no. 2, pp. 363-377, Feb. 2005.
[11] A. N. Rahman, H. J. Chiu, and K. L. Lian, "Enhanced time average model of three phase voltage source converter taking dead-time distortion effect into account," IEEE Access, vol. 9, pp. 23648-23659, 2021.
[12] S. Hwang and J. Kim, "Dead time compensation method for voltage-fed PWM inverter," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 25, no. 1, pp. 1-10, Mar. 2010.
[13] H. Akagi, E. Watanabe, and M. Aredes, Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning, IEEE Press Series on Power Engineering. John Wiley & Sons, Inc. 2007.