Enfoques de control no lineal de varios convertidores de potencia

• Autores: Yunfei Yin
• Directores de la Tesis: Sergio Vázquez (dir. tes.), Jianxing Liu (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 182
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • La explotación y utilización de energías renovables se han convertido en medidas importantes tomadas por países de todo el mundo para resolver la contradicción entre la escasez de energía, el desarrollo económico y el entorno ecológico. Como puente importante y canal de conversión de energía entre la energía renovable y la energía eléctrica, el convertidor de potencia es una forma básica de transformación y control de la energía eléctrica, que desempeña un papel vital en la explotación y utilización de la energía renovable. En las últimas décadas, debido a la importancia tanto de la teoría como de las aplicaciones prácticas, el estudio de los convertidores de potencia se ha convertido en uno de los focos de investigación en el campo de la electrónica de potencia y la automatización. El estudio de las estrategias de control del convertidor de potencia es una importante investigación de estudio del convertidor de potencia. La estrategia de control como núcleo del sistema de control determina directamente el rendimiento dinámico y estático del convertidor de potencia. El sistema convertidor de potencia es un sistema no lineal típico. Sin embargo, la mayoría de las estrategias de control del convertidor de potencia están diseñadas en base a métodos de control de linealización, lo que hace que el sistema de control sea sensible a las variaciones de los parámetros del sistema, a una velocidad de respuesta dinámica lenta y a un rendimiento de estado estable deficiente, etc. Por lo tanto, para mejorar aún más la dinámica y la rendimientos estáticos de los convertidores de potencia, la investigación del uso de métodos de control no lineal para convertidores de potencia es un trabajo desafiante y significativo. Basada en la teoría de control moderna que utiliza enfoques de control no lineal, esta disertación investiga el diseño de estrategias de control no lineal para varios convertidores de potencia típicos. y las principales contribuciones son las siguientes: (1) Se introduce el importante papel de los convertidores de potencia en los sistemas de generación de energía de energía renovable. Luego, se clasifican y resumen las situaciones de investigación internas y externas del diseño de estrategias de control para los diversos convertidores de potencia típicos, donde se brinda el significado teórico y los antecedentes de la aplicación práctica, y se presentan las estructuras de estudio y los contenidos de esta disertación. (2) Se construyen dos modelos de sistema para los convertidores DC-DC Buck, respectivamente, es decir, el modelo de sistema nominal y el modelo de sistema incierto. Basada en el sistema nominal sin tener en cuenta las incertidumbres paramétricas, la estrategia de control adaptativo de bucle único se construye mediante un enfoque de control adaptativo y de retroceso, y la estrategia de control adaptativo de doble bucle se configura mediante un enfoque de control adaptativo y de modo deslizante. Sobre la base del modelo de sistema incierto, la estrategia de control basada en el observador de perturbaciones de bucle único se desarrolla mediante el observador de perturbaciones diseñado y la técnica de control de retroceso, y la estrategia de control basada en el observador de perturbaciones de bucle doble se sintetiza utilizando el observador de perturbaciones diseñado y el método de control de modo deslizante. . (3) Se presenta la estrategia de control de regulación de voltaje y seguimiento de corriente para rectificadores de potencia trifásicos de dos niveles conectados a la red. Mediante el uso de la transformación de Park invariante de potencia, se obtiene un modelo matemático promediado de convertidores de potencia en un marco de referencia síncrono. Luego, se propone una estrategia de control novedosa que utiliza el control y la técnica adaptativos para regular el voltaje de salida del enlace de CC y rastrear una referencia de corriente deseada. Más específicamente, se establece un controlador adaptativo eficiente en el bucle externo para regular el voltaje de salida del enlace de CC en presencia de perturbaciones externas. Un conjunto de controladores están diseñados en el bucle interno para forzar a las corrientes de entrada a seguir sus valores deseados. (4) Se propone una nueva estrategia de control robusta para rectificadores de potencia de tres niveles con sujeción al punto neutro. El esquema de control propuesto consta de tres lazos de control, es decir, lazo de control de seguimiento de potencia instantánea, lazo de regulación de voltaje y lazo de equilibrio de voltaje. Primero, en el bucle de control de seguimiento de potencia, se establece un conjunto de controladores de modo deslizante adaptables para impulsar la potencia activa y reactiva siguiendo sus valores deseados a través de la tecnología de red neuronal de función de base radial. En el bucle de regulación de voltaje, se diseña un controlador adaptativo eficiente pero simple para regular el voltaje de salida del enlace de CC donde la carga se considera una perturbación externa. Además, se desarrolla un controlador compuesto en el bucle de equilibrio de tensión para garantizar tensiones de desequilibrio entre dos condensadores de enlace de CC cercanas a cero, en el que se utiliza un observador de orden reducido para estimar la perturbación sinusoidal mejorando el rendimiento del convertidor. (5) Basado en la técnica de control de modo deslizante de segundo orden, se propone una nueva estrategia de control para rectificadores de potencia trifásicos en condiciones de red desequilibrada para lograr un control cooperativo entre potencia y corriente. En el marco estacionario se obtiene un objetivo de control consolidado que se puede ajustar de manera flexible entre el grado de oscilación en las potencias activa y reactiva y el equilibrio de la corriente trifásica. Basado en la dinámica del convertidor y el objetivo de control, se presenta un esquema de control en un marco en cascada, en el que se aplica un observador adaptativo para estimar la secuencia positiva y negativa del voltaje de la red sin un proceso de filtrado complejo. En el bucle de seguimiento de corriente, se implementa el controlador de corriente del algoritmo de súper torsión junto con el diferenciador de súper torsión para forzar las corrientes a sus referencias, presentando una dinámica rápida y una robustez mejorada. Además, en el bucle de regulación de tensión, se desarrolla un controlador compuesto eficaz para la regulación de la tensión de salida, donde se utiliza un observador de supertorsión para estimar la perturbación de la carga. (6) El problema de la regulación de la tensión de salida de los inversores trifásicos de fuente de tensión filtrada de dos niveles se presenta utilizando un enfoque de control de modo deslizante integral basado en el observador de perturbaciones. Primero, se reformula la dinámica del inversor para facilitar el uso de la estrategia de control propuesta, la cual considera las incertidumbres paramétricas del filtro. Un observador de perturbaciones está diseñado para estimar las incertidumbres paramétricas y las perturbaciones externas. Luego, se establece una superficie de modo deslizante integral considerando el error de seguimiento de voltaje, su integral y las estimaciones de las incertidumbres paramétricas y perturbaciones externas. Se propone un controlador de modo deslizante tal que los sistemas sean robustos a las incertidumbres y perturbaciones admisibles y satisfagan la condición de alcance. La estabilidad del sistema en lazo cerrado se demuestra con base en la teoría de Lyapunov.