Análise comparativa teórica e experimental das estratégias de controle preditivo baseado em modelo do tipo FCS aplicadas a conversores estáticos

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Main Author: Comarella, Breno Ventorim
Publication Date: 2023
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Download full: http://repositorio.ufes.br/handle/10/17203
Summary: With the increasing use of power converters for various modern purposes, for example distributed generation and electrification of vehicles, the importance of studying power converters becomes increasingly relevant. One of the topics of great importance, and which has been the subject of a great deal of research, is the control of such converters, which has evolved over the years from the traditional Proportional Integral (PI) analogue control to modern strategies such as Model Predictive Control (MPC). This work proposes a theoretical and experimental (from the point of view of deployment the control in a physical controller) comparative study of some of the main MPC strategies. Within the MPC control, the subdivision that operates with a Finite Control Set (FCS) is considered a better option for the control of power converters and is the target of this study that will compare three of the main FCS control strategies. The first, called Optimal Switching Vector (OSV-MPC), is the simplest and most intuitive to implement, but it produces a variable switching frequency at the output. The second, Modulated Model Predictive Control (M2PC), and the third, Optimal Switching Sequence (OSS-MPC), are more modern strategies that produce a fixed switching frequency while maintaining most of the advantages of OSV-MPC. The three studied strategies will be described in detail and steady-state and transient comparisons will be made to produce a benchmark of the strategies. The experimental tests will be carried out on a hardware-in-the-loop (HIL) platform through the implementation of the control strategies in the Digital Signal Processor (DSP) F28379D from Texas Instruments with the real time simulator Typhoon HIL402 emulating a three-phase two-level voltage source inverter (VSI) connected to the grid through an inductive filter.
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This work proposes a theoretical and experimental (from the point of view of deployment the control in a physical controller) comparative study of some of the main MPC strategies. Within the MPC control, the subdivision that operates with a Finite Control Set (FCS) is considered a better option for the control of power converters and is the target of this study that will compare three of the main FCS control strategies. The first, called Optimal Switching Vector (OSV-MPC), is the simplest and most intuitive to implement, but it produces a variable switching frequency at the output. The second, Modulated Model Predictive Control (M2PC), and the third, Optimal Switching Sequence (OSS-MPC), are more modern strategies that produce a fixed switching frequency while maintaining most of the advantages of OSV-MPC. The three studied strategies will be described in detail and steady-state and transient comparisons will be made to produce a benchmark of the strategies. The experimental tests will be carried out on a hardware-in-the-loop (HIL) platform through the implementation of the control strategies in the Digital Signal Processor (DSP) F28379D from Texas Instruments with the real time simulator Typhoon HIL402 emulating a three-phase two-level voltage source inverter (VSI) connected to the grid through an inductive filter.Com o aumento do uso de conversores de potência para as diversas finalidades modernas, por exemplo geração distribuída e eletrificação dos veículos, a importância de se estudar conversores de potência se torna cada vez mais relevante. Um dos tópicos de grande importância, e que vem sendo alvo de grande pesquisa, é o controle de tais conversores, que evoluiu ao longo dos anos passando do tradicional controle analógico Proporcional Integral (PI) para estratégias modernas como o Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC). Este trabalho propõe o estudo comparativo teórico e experimental (da ótica da implantação em controlador físico do controle) de algumas das principais estratégias de MPC. Dentro do controle MPC, a subdivisão que atua com um Conjunto de Controle Finito (FCS) é considerada uma opção melhor para o controle de conversores de potência e é a que será alvo deste estudo que comparará três das principais estratégias de controle FCS. A primeira, denominada Vetor de Chaveamento Ótimo (OSV-MPC), é a mais simples e intuitiva de implementar mas produz uma frequência de chaveamento variável na saída. A segunda, Controle Preditivo Baseado em Modelo Modulado (M2PC), e a terceira, Sequência de Chaveamento Ótima (OSS-MPC), são estratégias mais modernas que produzem uma frequência de chaveamento fixa mantendo a maior parte das vantagens do OSV-MPC. As três estratégias estudadas serão descritas detalhadamente e comparações em regime permanente e transitório serão feitas para produzir um benchmark das estratégias. Os testes experimentais serão realizados em plataforma hardware-in-the-loop (HIL) através da implementação das estratégias de controle no Processador Digital de Sinais (DSP) F28379D da Texas Instruments com o simulador de tempo real Typhoon HIL402 emulando um inversor trifásico fonte de tensão (VSI) de dois níveis conectado à rede através de um filtro indutivo.Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia ElétricaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaEncarnação, Lucas Frizerahttps://orcid.org/0000000261627697http://lattes.cnpq.br/5578918284508758Santos, Walbermark Marques dosCamargo, Renner SartórioCarletti, DanielComarella, Breno Ventorim2024-05-30T01:42:44Z2024-05-30T01:42:44Z2023-07-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17203porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-12-09T22:14:09Zoai:repositorio.ufes.br:10/17203Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-12-09T22:14:09Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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