Optimal space vector modulation for packed U-cell converter
| Autor: | Schuetz, Dimas Alã |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Pinheiro, Humberto, Grigoletto, Felipe Bovolini, Carnielutti, Fernanda de Morais |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
| Popis: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES This master’s dissertation proposes space vector modulation strategies for the Five-Levels Packed U-Cell converter with optimization on the commutation number and balance of the floating capacitors by use a cost function. Initially, the converter three-phase topology and their commutation states are presented, from which the redundant states are highlighted. In sequence, some concepts of the main modulation strategies for multilevel converters are present and the discontinuous modulation strategies features are introduced. Based on the discontinuous modulation features, it is proposed the definition of the reference vector for the space vector modulation so that, when mapped to the 3D space vector diagram, it remains clamped to one face for a certain time period. As a result, it is possible to decompose the 3D space vector diagram in 2D planes, make the search of the reference nearest vectors easier. Furthermore, the space vector diagram representation in the abc coordinates do not present redundancies in the converter phase-to-phase voltages space, reducing the algorithm computational effort. In this way, switching sequence definition ways are proposed in order to minimize the number of phase voltages transitions between two adjacent vectors, and result in output voltages with half-wave symmetry. Starting from the Packed U-Cell converter redundancies, the distance about the last implemented vector is calculated as well as the error between the medium current reference for balance the capacitor voltages, given by PI controllers, and the prediction current that flows across these capacitors for each redundant state, remembering the Model Predictive Control technique. By the proposed cost function, composed by the above mentioned parcels, it is selected the redundancy that presents the least cost. The proposed modulation strategies performance is analyzed by simulation and experimental results, considering the connection cases of the Packed U-Cell converter with a resistive-inductive load. Based on the obtained results, comparative analyses with previous proposed modulation strategies for this converter are presented, showing advantages in terms of commutations number and better performance of harmonic distortion values in the output voltages. Esta dissertação de mestrado propõe estratégias de modulação vetorial para o conversor Packed U-Cell de cinco níveis com otimização no número de comutações dos interruptores de potência e equilíbrio das tensões dos capacitores flutuantes, por meio da utilização de uma função custo. Inicialmente, são apresentadas a topologia trifásica e as etapas de operação do conversor, a partir das quais são destacados os estados redundantes do mesmo. Em sequência, são expostos alguns conceitos das principais estratégias de modulação para conversores multiníveis, além de uma contextualização acerca das estratégias de modulação descontínuas. Com base nas características da modulação descontínua, é proposta a definição do vetor de referência para a estratégia de modulação vetorial que, quando mapeado ao diagrama vetorial tridimensional, permanece grampeado em uma das extremidades por um determinado período de tempo. Como resultado, torna-se possível decompor o diagrama vetorial tridimensional em planos bidimensionais, simplificando a busca pelos vetores mais próximos da referência. Além disso, a representação do diagrama vetorial em coordenadas abc não apresenta redundâncias no espaço das tensões de fase do conversor, reduzindo o esforço computacional do algoritmo. Nesse sentido, são propostas formas de definição das sequências de comutação com o intuito de minimizar o número de transições nas tensões de fase, entre vetores adjacentes, e resultar em formas de onda das tensões de saída com simetria de meia onda. A partir das redundâncias do conversor Packed U-Cell, calculam-se a distância em relação ao último vetor implementado e o erro entre a referência de corrente média para manter a tensão dos capacitores flutuantes equilibradas, obtida através de controladores do tipo proporcional-integral (PI), e a predição de corrente que flui através destes capacitores para cada um dos estados redundantes, lembrando a técnica de controle por modelo preditivo. Através da função custo proposta, composta pelas parcelas supracitadas, é realizada a escolha da redundância que apresenta o menor custo. O desempenho das estratégias de modulação propostas é avaliado através de resultados de simulação e experimentais, considerando os casos de conexão do conversor Packed U-Cell com uma carga resistivo-indutiva. Baseado nos resultados obtidos, análises comparativas em relação à estratégias de modulação anteriormente propostas a este conversor são apresentadas, indicando vantagens em termos de número de comutações e performance superior nas taxas de distorção harmônica das tensões de saída. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|