Model predictive control of three-phase four-leg bidirectional VSC operating as ac or dc grid former

Autor(es)

Victor Cordeiro de Arruda

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2023-10-19

Membros da banca

José Antenor Pomilio; Tárcio André dos Santos Barros; Tiago Davi Curi Busarello

• Orientador: José Antenor Pomilio; Joel Filipe Guerreiro

Resumo

Neste trabalho, um conversor bidirecional é projetado para operar como formador de rede ou fonte CA ou CC. No caso formador de rede/fonte CC, o conversor drena potência da rede ou fonte CA. Por outro lado, o inversor pode operar como um formador de rede ou fonte CA, drenando potência da fonte ou rede CC. A aplicação prevê uma conexão CA de 220V eficaz de linha, e no lado CC, 380V (bipolar +190V, GND, -190V). Neste quesito, é vantajoso que a tensão CA ou CC esteja com níveis que são suportados pelas fontes universais. Nestes cenários, o formador da rede CC pode operar com índice de modulação elevado, quando está drenando potência da rede CA. O mesmo se aplica para o formador de rede CA drenando potência da fonte ou rede CC. A técnica de controle preditivo possibilita uma resposta rápida, sendo vantajosa para aplicações que requerem índice de modulação elevado. Além disso, a técnica de controle preditivo possibilita robustez mediante a variação de parâmetros. Portanto, esta técnica será selecionada para controlar o formador de rede para ambos os casos, CA e CC, onde para o formador de rede CC, a técnica será utilizada para o controle da corrente do conversor. Será investigada a metodologia de controle a ser aplicada, a modelagem do conversor e a seleção dos parâmetros do filtro. Em relação a análise de estabilidade, será feita a análise considerando a teoria de Lyapunov para ambos os modos de operação, como formador de rede CC ou CA. Resultados experimentais e de simulação serão utilizados para avaliar a performance do sistema quando conectado com cargas lineares ou não lineares no lado CA e com cargas balaceadas e não balaceadas no lado CC. Em relação aos resultados, o sistema mantém o controle das variáveis de interesse de maneira estável para a simulação e resultados em Hardware-In-the-Loop (HIL). No caso dos resultados experimentais, o formador de rede/fonte CA opera de maneira estável, de acordo com o apresentado em simulação e análise teórica. Em relação aos resultados experimentais do formador de rede/fonte CC, o sistema não funcionou adequadamente devido a falha do capacitor do filtro LC ocasionada pela alta distorção produzinda na tensão do ponto de acoplamento comum (PAC). A definição dos valores dos componentes do filtro LC para o conversor em análise utilizando a estratégia de controle preditivo foi publicada no seguinte trabalho: V. C. Arruda, J. F. Guerreiro and J. A. Pomilio, "Design of a FCS MPC-based three-phase four-leg bidirectional VSC for application in ac or dc microgrids," 2023 International Conference on Future Energy Solutions (FES), Vaasa, Finland, 2023, pp. 1-7, doi: 10.1109/FES57669.2023.10182661 (AU)

• Processo FAPESP: 21/10349-7 - Conversor CA-CC trifásico, bidirecional em corrente, operando como formador de rede CA ou CC em microrrede híbrida
• Beneficiário: Victor Cordeiro de Arruda
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado