Published January 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Performance-Based Tuning for a Model Predictive Direct Power Control in a Grid-Tied Converter With L-Filter
Creators
- 1. Universidade Federal do ABC
- 2. Universidade Federal do Pará
Description
Model predictive control (MPC) is a powerful and widely used technique to address the control challenges in power converters as the grid interface for renewable energy systems. This technique combines closed-loop control with error and control effort minimization; however, its design is challenging, and we know little about how the controller parameters affect the closed-loop performance of grid-connected voltage source converters. In this study, we applied an MPC direct power control with modulation for a grid-connected power converter with an inductive filter. For the controller design, we proposed an initial set based on the power converter's nominal setup. Then, we define the range of settings to guarantee stability by analyzing the closed-loop poles of the system. The fine-tuning to improve the performance can be identified visually using the performance maps built from simulations of the control system, simultaneously sweeping the time horizons of the predictive model and the weight factors of the cost function. Experimental results on a low-power bench demonstrate the excellent performance of the designed controller, following and even outperforming the classical proportional-integral (PI) controller and other advanced control techniques.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نموذج التحكم التنبئي (MPC) هو تقنية قوية ومستخدمة على نطاق واسع لمعالجة تحديات التحكم في محولات الطاقة كواجهة شبكية لأنظمة الطاقة المتجددة. تجمع هذه التقنية بين التحكم في الحلقة المغلقة وتقليل الخطأ وجهد التحكم ؛ ومع ذلك، فإن تصميمها يمثل تحديًا، ونحن لا نعرف سوى القليل عن كيفية تأثير معلمات وحدة التحكم على أداء الحلقة المغلقة لمحولات مصدر الجهد المتصلة بالشبكة. في هذه الدراسة، طبقنا التحكم المباشر في الطاقة MPC مع التضمين لمحول طاقة متصل بالشبكة مع مرشح حثي. بالنسبة لتصميم وحدة التحكم، اقترحنا مجموعة أولية بناءً على الإعداد الاسمي لمحول الطاقة. بعد ذلك، نحدد نطاق الإعدادات لضمان الاستقرار من خلال تحليل أقطاب الحلقة المغلقة للنظام. يمكن تحديد الضبط الدقيق لتحسين الأداء بصريًا باستخدام خرائط الأداء المبنية من محاكاة نظام التحكم، مع مسح الآفاق الزمنية للنموذج التنبؤي وعوامل الوزن لوظيفة التكلفة في وقت واحد. تُظهر النتائج التجريبية على مقعد منخفض الطاقة الأداء الممتاز لوحدة التحكم المصممة، التي تتبع وحتى تتفوق على وحدة التحكم الكلاسيكية المتكاملة (PI) وتقنيات التحكم المتقدمة الأخرى.Translated Description (French)
Le contrôle prédictif par modèle (MPC) est une technique puissante et largement utilisée pour relever les défis de contrôle dans les convertisseurs de puissance en tant qu'interface réseau pour les systèmes d'énergie renouvelable. Cette technique combine le contrôle en boucle fermée avec la minimisation des erreurs et de l'effort de contrôle ; cependant, sa conception est difficile, et nous savons peu de choses sur la façon dont les paramètres du contrôleur affectent les performances en boucle fermée des convertisseurs de source de tension connectés au réseau. Dans cette étude, nous avons appliqué un contrôle direct de la puissance MPC avec modulation pour un convertisseur de puissance connecté au réseau avec un filtre inductif. Pour la conception du contrôleur, nous avons proposé un ensemble initial basé sur la configuration nominale du convertisseur de puissance. Ensuite, nous définissons la plage de réglages pour garantir la stabilité en analysant les pôles en boucle fermée du système. Le réglage fin pour améliorer la performance peut être identifié visuellement à l'aide des cartes de performance construites à partir de simulations du système de contrôle, balayant simultanément les horizons temporels du modèle prédictif et les facteurs de pondération de la fonction de coût. Les résultats expérimentaux sur un banc de faible puissance démontrent l'excellente performance du contrôleur conçu, suivant et surpassant même le contrôleur proportionnel-intégral (PI) classique et d'autres techniques de contrôle avancées.Translated Description (Spanish)
El control predictivo de modelos (MPC) es una técnica potente y ampliamente utilizada para abordar los desafíos de control en los convertidores de potencia como interfaz de red para sistemas de energía renovable. Esta técnica combina el control de bucle cerrado con la minimización de errores y esfuerzos de control; sin embargo, su diseño es desafiante y sabemos poco sobre cómo los parámetros del controlador afectan el rendimiento de bucle cerrado de los convertidores de fuente de tensión conectados a la red. En este estudio, aplicamos un control directo de potencia MPC con modulación para un convertidor de potencia conectado a la red con un filtro inductivo. Para el diseño del controlador, propusimos un conjunto inicial basado en la configuración nominal del convertidor de potencia. A continuación, definimos el rango de ajustes para garantizar la estabilidad mediante el análisis de los polos de bucle cerrado del sistema. El ajuste fino para mejorar el rendimiento se puede identificar visualmente utilizando los mapas de rendimiento construidos a partir de simulaciones del sistema de control, barriendo simultáneamente los horizontes temporales del modelo predictivo y los factores de peso de la función de coste. Los resultados experimentales en un banco de baja potencia demuestran el excelente rendimiento del controlador diseñado, siguiendo e incluso superando al controlador proporcional-integral (PI) clásico y otras técnicas de control avanzadas.Files
10019260.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:02f4576e6fc48288e84d806678d504c7
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الضبط القائم على الأداء لنموذج التحكم المباشر في الطاقة التنبؤية في محول مرتبط بالشبكة مع فلتر L
- Translated title (French)
- Réglage basé sur les performances pour un modèle de contrôle prédictif direct de la puissance dans un convertisseur en réseau avec filtre en L
- Translated title (Spanish)
- Sintonización basada en el rendimiento para un modelo de control predictivo de potencia directa en un convertidor conectado a la red con filtro en L
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4319996380
- DOI
- 10.1109/access.2023.3237909
References
- https://openalex.org/W2079777378
- https://openalex.org/W2113945797
- https://openalex.org/W2131588967
- https://openalex.org/W2206308318
- https://openalex.org/W2231326616
- https://openalex.org/W2327285523
- https://openalex.org/W2763248505
- https://openalex.org/W2788814203
- https://openalex.org/W2793816164
- https://openalex.org/W2797899447
- https://openalex.org/W2799129801
- https://openalex.org/W2801851729
- https://openalex.org/W2900566463
- https://openalex.org/W2901260459
- https://openalex.org/W2912598048
- https://openalex.org/W2920299241
- https://openalex.org/W2945483482
- https://openalex.org/W2972856971
- https://openalex.org/W2990407147
- https://openalex.org/W2990788382
- https://openalex.org/W2996367287
- https://openalex.org/W2997792252
- https://openalex.org/W2999257712
- https://openalex.org/W3004446643
- https://openalex.org/W3011061984
- https://openalex.org/W3033933693
- https://openalex.org/W3038622962
- https://openalex.org/W3046304795
- https://openalex.org/W3092553147
- https://openalex.org/W3192223605
- https://openalex.org/W3194369974
- https://openalex.org/W4205472852
- https://openalex.org/W4206762033
- https://openalex.org/W4239811576
- https://openalex.org/W4243917683
- https://openalex.org/W4252972744
- https://openalex.org/W4285184584
- https://openalex.org/W65153156