Optimal switching sequence model predictive control for power electronics

Abstract

En este proyecto de tesis, se propone una estrategia de control predictivo (MPC, por sus siglas en inglés) basada en el concepto de secuencia de conmutación óptima (OSS) recientemente introducido para convertidores de punto neutro enclavado de tres niveles (3L-NPC) conectados a la red eléctrica. La metodología de control propuesta, llamada OSS-MPC en cascada (C-OSS-MPC), considera explícitamente el modulador en su formulación junto con el modelo del sistema. Como se verificó a lo largo de esta tesis, la estrategia C-OSS-MPC está formulada para el control de la corriente o el control directo de la potencia activa/reactiva como variables primarias de control, mientras que el problema del equilibrio de voltaje del enlace CC se resuelve sin utilizar factores de ponderación en un bucle de control interno basado en una novedosa y sencilla estrategia de control MPC. Por lo tanto, la metodología de control propuesta controla de manera óptima tanto el objetivo de control primario como los voltajes de los condensadores de este convertidor de potencia. Bajo esta perspectiva, la dificultad de diseñar el factor de ponderación se evita en este trabajo y el rendimiento del sistema controlado no se ve afectado por un punto de operación particular del convertidor conectado a la red. La estrategia MPC resultante permite operar el convertidor con un espectro armónico predefinido, frecuencia de conmutación fija y una respuesta dinámica rápida y robusta en todo el rango operativo del convertidor de potencia, superando las estrategias MPC existentes en la literatura para los convertidores de potencia. Además, se ha propuesto un nuevo y eficiente algoritmo de optimización para encontrar rápidamente la solución óptima con el fin de hacer posible una implementación en tiempo real de la estrategia de control propuesta. Finalmente, se proporcionan resultados experimentales y de simulación para demostrar la efectividad y el rendimiento de alta calidad de la estrategia de control propuesta, lo que hace que este enfoque de control no solo sea adecuado para las aplicaciones de convertidor de potencia conectado a la red, sino que también para accionamientos eléctricos de alta potencia.