Continuous control set model predictive control applied to modular multilevel converters for drive and wind energy applications
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2023Metadata
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Cárdenas Dobson, Roberto
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Continuous control set model predictive control applied to modular multilevel converters for drive and wind energy applications
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Abstract
El Convertidor Modular Multinivel (MMC) ha ganado atención en aplicaciones de alta
potencia y voltaje medio debido a su modularidad, eficiencia y baja distorsión armónica.
Esta tesis propone tres esquemas de control innovadores basados en el Control Predictivo
de Modelo de Conjunto Continuo (CCS-MPC) para regular las tensiones de los capacitores
del MMC. El primer enfoque utiliza un CCS-MPC de dos etapas para gestionar corrientes
circulantes y controlar fluctuaciones de tensión. El segundo enfoque usa un CCS-MPC de una
sola etapa para regular las tensiones y corrientes simultáneamente. Además, se presenta un
tercer enfoque que implementa un CCS-MPC de un MMC Híbrido con generador sincrónico
de imanes permanentes para energía eólica, asegurando el equilibrio de las tensiones en los
capacitores sin utilizar corrientes circulantes. Estas estrategias mejoran el rendimiento y minimizan
pérdidas del MMC. Además, estas fueron validadas experimentalmente y publicadas
en revistas prestigiosas. Esta investigación también contribuye a otros proyectos relacionados
con el control de convertidores modulares multinivel. In recent years, the Modular Multilevel Converter (MMC) has gained attention for highpower
and medium-voltage applications due to its modularity, efficiency, and low harmonic
distortion. However, achieving optimal MMC operation requires multiple control objectives.
Maintaining capacitor voltage within an acceptable range and reducing circulating current are
key challenges in MMC control. This doctoral thesis proposes three innovative control schemes
based on Continuous Control Set Model Predictive Control (CCS-MPC) to regulate MMC
capacitor voltages. The first approach employs a two-stage CCS-MPC to manage circulating
currents and control voltage fluctuations. The second approach uses a single-stage CCSMPC
to govern voltage oscillations and circulating currents simultaneously. Additionally,
a third approach is presented, implementing CCS-MPC for a Hybrid Modular Multilevel
Converter integrated with a direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator in wind
energy applications. This approach ensures converter energy balance without the need for
circulating currents. The proposed control strategies improve MMC performance, minimise
losses, and have been experimentally validated, with publications in reputable journals. The
research also contributes to other projects related to modular multilevel converter control.
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Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Eléctrica
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