COM_GRUPO_PROYECTO_TITULO CONTROL DE SISTEMAS CON ENTRADAS DISCRETAS. APLICACION A CONVERTIDORES ELECTRONICOS DE POTENCIA
COM_GRUPO_PROYECTO_ABREVIADO COSDIN
Management area Project
Start 30/12/2016
Abstract Resumen: Los convertidores de potencia multinivel se han ido estableciendo como una de las mejores opciones para las conversiones de energía eléctrica necesarias en numerosas aplicaciones industriales incluyendo diversos tipos de generación renovable así como las redes eléctricas inteligentes. Estos convertidores presentan múltiples ventajas como, entre otras, capacidad de suministrar mayores niveles de potencia y mayor calidad de las tensiones e intensidades senoidales generadas con baja distorsión armónica. Los algoritmos de control de los convertidores es un aspecto crucial puesto ya que un buen diseño permite no sólo que el comportamiento sea aceptable sino que se pueden conseguir convertidores con mejores prestaciones como son el aumento de la eficiencia o la mejora de la calidad de la señal eléctrica de entrada o de salida.También permite el uso de nuevas topologías con mejores prestaciones pero que necesitan algoritmos de control más complejos. Sin embargo, el control de estos convertidores tiene características que aumentan la complejidad del diseño. A la necesidad de utilizar tiempos de muestreo bastante restrictivos hay que añadir el hecho de que las señales de control suelen tener un carácter discreto, como es el caso de la apertura o cierre de los elementos de conmutación. Esto hace que estos sistemas incluyan señales continuas y discretas (además de la usual consideración del muestreo en tiempo discreto). Frecuentemente (aunque no únicamente) se suelen utilizar modelos dinámicos promediados en el diseño de controladores que generan señales de actuación continuas. Es por ello que es preciso una etapa de discretización (usualmente denominada modulación) para la decisión del valor instantáneo de las señales de control discretas. En este proyecto se pretende obtener nuevas técnicas de diseño de controladores para este tipo de sistemas, avanzando en dos líneas de investigación relacionadas con la existencia de señales de control discretas: por un lado se combinará el uso de nuevas técnicas de modulación para modelos promediados con algoritmos de optimización en la etapa de discretización de la señal de control calculada como señal continua. La segunda línea, que evita el uso de modelos promediados, es la consideración del carácter híbrido del sistema (con dinámicas continuas y discretas) con lo que se utilizarán modelos dinámicos híbridos y se obtendrán nuevos algoritmos de control basados en la teoría de sistemas dinámicos híbridos. Existen pocos antecedentes de estas dos líneas de investigación y solamente con aplicaciones a convertidores sencillos con escasa complejidad. En este proyecto se pretenden aplicar a un convertidor de una complejidad importante disponible en el centro del subproyecto 1. Se trata de un convertidor trifásico NPC de cinco niveles de 12kW y 800V de continua, diseñado y montado en el proyecto del que es continuación el que se solicita. Este tipo de convertidor, del que existen muy pocos prototipos en el mundo con potencias similares, no está aún implantado en la industria a pesar del éxito de su versión de tres niveles. Las razones de la poca implantación están relacionadas con la dificultad de su control incluyendo el balance de tensiones entre los condensadores. Esto hace que este banco de pruebas sea una excelente aplicación de las técnicas que se desarrollarán en el proyecto con un importante impacto potencial en el desarrollo de nuevos productos. Abstract: Multilevel electronic power converters have been gaining ground as one of the best options for electric power conversion. High performance conversion is needed in numerous industrial application such as renewable energy supply and electrical smartgrids. This type of converters enjoy multiple advantages, such as the ability to supply higher power levels of magnitude, better waveform quality, and less harmonic distortion when generating sinusoidal voltage and current waves, among others. Control algorithms for power converters are a fundamental asset, as their design allows not only acceptable behaviour, but improved performance metrics such as increased efficiency or better waveform quality in inputs and outputs. They also imply the possibility of deploying new topologies with enhanced properties but requiring more complex control strategies. However, controlling this type of converters comes at the cost of increased algorithm complexity. Added to the need of restrictive sampling times, we encounter the requirement of using discrete input signals, as happens with the opening and closing of switched devices. This implies the inclusion of discrete variables in the model, as well as the usual consideration of discrete-time sampling. Typically, discrete signal are not taken into account in initial stages of the design procedure. Instead, averaged dynamical models are preferred, giving way to continuous control actions. In a subsequent stage, discretization is taken into account, and specific strategies must be devised in order to produce, with discrete signals, the averaged values required by the continuous-valued action signals computed in the first stage. These strategies are known as modulation schemes, and the whole design procedure turns out to be hierarchical due to the separation of both phases. In this project we aim at creating new controller design techniques for this type of system, advancing in two discrete-input based research lines. On the one hand, we will combine, in the stage of discretization of the control signals calculated as continuous valued, the use of new modulation techniques for averaged models with optimization algorithms. The second line, which departs from the hierarchical model, is based on the consideration of the hybrid nature of the system (with mixed continuous and discrete dynamics), uses hybrid dynamical models and aims at creating new control algorithms based on hybrid system theory. There are few available previous results in these two research lines, and they have been applied only to small converters with little complexity. In this project, we seek to apply them to a converter with important complexity, available in the labs of subproject 1. It is a NPC three-phase five-level converter of 12kW and 800V dc output, designed and built in the project that we are seeking to continuate here. This type of converter, of which there are few prototypes available in the world today, is not yet widely used in industry, regardless of the success of the three-level version. The reason for this are to be found in the difficulty of designing control algorithms, stemming from the need of balancing the capacitor voltages. This implies makes the developed prototype an excellent opportunity to apply the techniques that will be developed in the project, with an important impact in the launching of new products.
Funding body AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION
Amount 54450.00 €
Unit Optimization and Control of Distributed Systems
IP/CO IP

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