Nghiên ứu phương pháp điều khiển dự báo cho các bộ nghịch lưu đa mức

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -  -- - HOÀNG THÀNH NAM NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO CÁC BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC RESEARCH ON MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR MULTILEVEL CONVERTERS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm công bố chung với cán b ộ hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Cáckết luận án trung thực, chưa công b ố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án Trần Duy Trinh HÀ NỘI-2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205251821000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -  -- - HOÀNG THÀNH NAM NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO CÁC BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC RESEARCH ON MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR MULTILEVEL CONVERTERS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm DẪN KHOA công bố chung với cán b ộ hướng dNGƯỜI ẫn khoa hHƯỚNG ọc đồ ng nghi ệp HỌC đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Cáckết luận án trung thực, chưa công b ố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án Trần Duy Trinh PGS TS TRẦN TRỌNG MINH HÀ NỘI-2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận cơng trình riêng tơi, tơi tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS TS Trần Trọng Minh Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Để hoàn thành luận văn sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận văn TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Điều khiển biến đổi đa mức cầu H nối tầng đặt nhiều vấn đề số lượng module tăng nên nhiều theo số mức Bằng cấu trúc điều khiển thơng thường mạch vịng điều khiển phức tạp Phương pháp điều khiển dự báo FCS-MPC dựa tính tốn tối ưu hàm mục tiêu (cost funcion) không gian hữu hạn trạng thái làm việc cho phép xây dựng nên hệ thống điều khiển có cấu trúc đơn giản hơn, lược bỏ khâu điều chế PWM, đưa đến ứng dụng thực tế Đối tượng nghiên c ứu Nghiên cứu phương pháp điều khiển dự báo dựa không gian hữu hạn trạng thái làm việc sơ đồ nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng Sau áp dụng thuật tốn điều khiển cho ứng dụng nghịch lưu nối lưới điều khiển động không đồng Trong khuân khổ luận văn này, tính đắn thuật tốn điều khiển dự báo FCS-MPC kiểm chứng thông qua mơ hình mơ phần mềm Matlab-Simulink Đóng góp khoa học luận văn Đưa thuật tốn điều khiển dự báo FCS-MPC cho biến đổi mức cấu trúc cầu H nối tầng với số bước tính hai bước, giúp bù thời gian trễ q trình tính tốn, đo lường, deadtime, v.v… triển khai thực nghiệm Thuật toán lựa chọn tập hợp vector liền kề giúp giảm đáng kể khối lượng tính tốn tối ưu hóa hàm mục tiêu THESIS OVERVIEW Problem statement Control multilevel converters such as cascaded H-Bridge multilevel converters pose many problems as the number of module increases By the conventional control strategies, the control loops will be very complex The finite control set model predictive control (FCS-MPC) control strategies is based on cost function optimization in the finite number of switch states This could allow the control system to be simpler structure, the system does not need a modulator, can be led to practical applications Object of the study The FCS-MPC control strategy for three-phase CHB multilevel converter is studied in this thesis It is applied in grid-connected CHB as DC-AC converter for isolated DC sources such as PV panels generating power to gird and an IM driver application Within the framework of the thesis, the correctness of the MPC algorithm will be verified through Matlab-Simulink software My contributions Proposal FCS-MPC control strategy for three-phase CHB seven level, predictive horizon at two-steps compensate delay time The subset of adjacent vector state (SAVS) method is proposed to reduce computational when optimizing cost function Acknowledgments Acknowledgments First of all, I would like to express sincere thanks to my supervisor: Assos Prof Tran Trong Minh for his constant encouragement and guidance He has walked me through all the stages of the work of my Master of Science project The work in this thesis is based on research carried out at the Institute for Control Engineering and Automation (ICEA), Hanoi University of Science and Technology (HUST) I would like gratitude ICEA as well as the financial support provided by the National project number: KC.05.03/16-20, “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống khắc phục nhanh cố tăng/giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải” and: ĐTĐLCN.44/16, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ truyền động servo xoay chiều ba pha” Contents Contents Acknowledgments Contents List of figures List of tables List of abbreviations Overview FCS-MPC for CHB multilevel converter 1.1 Three-phase CHB multilevel converter 1.1.1 Structure of a three-phase CHB multile vel converter 1.1.2 Modulation techniques 1.2 Modeling of three-phase CHB multilevel converter 11 1.3 FCS-MPC control strategy 14 FCS-MPC for gird-connected three-phase CHB 17 2.1 FCS-MPC for grid-connected formulation 17 2.1.1 Discrete-time model predictive current co ntrol 18 2.1.2 Cost funcion o ptimization and vector state selection .19 2.1.3 Subset of adjacent vector state 20 2.2 Current reference generation 21 2.3 Simulation results 22 2.4 Conclusion 24 FCS-MPC based current control of an IM 25 3.1 Mathematic al model of an IM 25 3.2 FCS-MPC for IM formulation .25 3.2.1 The required signal estimation 27 3.2.2 Discrete-time model predictive current .27 3.2.3 Cost funcion o ptimization and vector state selection .28 3.3 Simulation results 28 3.4 Co nclusion 31 Contents Summary and future works 32 References 33 Appendix A Simulation FCS-MPC for a gird-connected details 35 A.1 Simulation model .35 A.2 MPC algorithm function 36 Appendix B Simulation FCS-MPC for an IM details 37 B.1 Simulation model 37 B.2 MPC algorithm function .38 Appendix C List of publications 40 List of figures List of figures Figure 1.1 H-Bridge switch state Figure 1.2 Three-phase CHB seven level converter Figure 1.3 SPWM multicarrier strategy Figure 1.4 Space vector for three-phase CHB three level 10 Figure 1.5 H-Bridge converter .11 Figure 1.6 Vector state in CHB seve n level converter 13 Figure 1.7 Classification of MPC strategies applied to po wer converter .14 Figure 1.8 FCS-MPC block diagram 15 Figure 2.1 Block diagram of FCS-MPC gird-connected 17 Figure 2.2 Vector state for CHB seve n level three-phase 20 Figure 2.3 Simulation results of the proposed FCS-MPC 23 Figure 2.4 FFT analysis output current (phase A) .24 Figure 3.1 Block diagram of FCS-MPC for IM .26 Figure 3.2 Simulation results of output current and voltage 29 Figure 3.3 Simulation results of the proposed FCS-MPC 30 Figure 3.4 FFT analysis output current (phase A) .31 Figure A.1 Simulation o verview of FCS-MPC for a grid-connected 35 Figure A.2 FCS-MPC controller in subsystem 36 Figure B.1 Simulation o verview of FCS-MPC for an IM 37 Figure B.2 FCS-MPC in subsystem .38 List of tables List of tables Table 1.1 Switch state H-Bridge converter 11 Table 1.2 Level state CHB seven le vel converter 12 Table 2.1 Simulation FCS-MPC for grid connected parameters .22 Table 3.1 Simulation FCS-MPC for IM parameters 28