Avanços em sistemas de transmissão multi-terminais hvdc: controles não-lineares para conversores modulares multiníveis.

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Oliveira, Guacira Costa de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Conversores elétricos; Estabilidade de Lyapunov; Lyapunov theory; MMC average bilinear model; Modelo médio bilinear de MMC; Modular multilevel converter; Nonlinear control; Sistemas não lineares
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-05042021-093627/

O conversor multinível modular é o tópico de interesse amplo e atual no contexto de aplicações de sistemas de transmissão de corrente contínua de alta tensão. Essa topologia é adequada para várias aplicações, como resultado de menores perdas de chaveamento, devido à menor frequência de comutação dos IGBTs, baixa distorção harmônica na corrente alternada, estrutura modular que permite escalabilidade na construção e manutenção prática. No entanto, é necessária uma estratégia de controle mais complexa para controlar a corrente circulante, para compensar o desequilíbrio de tensão entre as pernas e o equilíbrio de tensão dos sub-módulos, de forma a manter constantes as tensões dos capacitores dos sub-módulos. Esta tese apresenta dois controles não-lineares para conversores MMC, capazes de controlar correntes circulantes e a energia no conversor. O primeiro é projetado seguindo a teoria bilinear baseada no controle de feedback quadrático. O segundo controlador proposto é desenvolvido usando a teoria de Lyapunov, fortemente baseada em técnicas singular perturbation e feedback linearization. Para ambos, é definida uma prova matemática de sua estabilidade, baseada na teoria de Lyapunov. Este resultado fornece estabilização assintotica para as três fases MMC. O uso de uma função de Lyapunov implica uma verificação formal da estabilidade e uma região explícita de atração para o modelo considerado. Ambas as técnicas de controle são desenvolvidas por meio de um modelo médio bilinear e a robustez e o desempenho são verificados por meio de um modelo chaveado de conversores MMC nas simulações do Matlab Simscape Electrical. A avaliação inclui variações de referência de potência ativa e reativa, condições de desequilíbrio da rede, incertezas de parâmetros e até uma comparação com um controlador PI. Além disso, para os controladores não lineares, são estudados: o efeito do controle de ganho na dinâmica do sistema e no desempenho do controlador em caso de alteração no ponto de operação. As principais contribuições da tesesão os dois algoritmos distintos de controle não-linear, baseados em um modelo matemático bilinear, projetados para conversores MMC; Ambos os algoritmos são capazes de controlar o equilíbrio de corrente circulante e a energia do conversor; Há uma análise formal de estabilidade pela teoria de Lyapunov para esse sistema; e uma vez que os controles propostos não se baseiam em um modelo linearizado, uma vasta região de operação é alcançável.