FINITE CONTROL SET MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR RENEWABLE ENERGY CONVERSION SYSTEMS

AGUIRRE MARTÍNEZ, MATÍAS ALEJANDRO

2018

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Control predictivo (MPC por sus siglas en inglés), y en particular MPC de Estadosde Control Finitos (FCS-MPC), ha demostrado características interesantes que la hacenadecuada para múltiples aplicaciones en el ámbito de conversión de potencia. Entre estascaracterísticas están la alta velocidad de control, fácil implementación, facilidad paraincluir objetivos de control no triviales, y la selección automática de las señales de actuación, entre otros. Estas características hacen de FCS-MPC una estrategia de controlatractiva para sistemas de generación de energías renovables, donde la alta velocidad decontrol sobre múltiple objetivos permite una integración mas flexible con la red.Una de las principales desventajas de FCS-MPC hasta ahora es la alta variabilidad dela frecuencia de conmutación en los semiconductores. Esta variabilidad lleva a múltiplesproblemas, tales como altas perdidas por conmutación, estimulación de resonancias indeseadasdebido al amplio espectro de voltaje, y distribución desigual entre los semiconductoresde un dispositivo de conversión. Estos problemas son especialmente relevantesen sistemas de media o alta tensión, donde una baja eficiencia se traduce en perdidas importantes,resultando en altas temperaturas y una rápida degradación de los componenteselectrónicos. En este trabajo dos estrategias son analizadas para abordar estos problemas.La primera propuesta consiste en resolver el problema de frecuencia de conmutaciónvariable. Esto se logra mediante un cambio en los objetivos de control, no abordando elproblema desde la frecuencia, si no a través del periodo de conmutación, siendo bautizadacomo “Period Control”. Para esto, una nueva medición es diseñada, lo que permitea FCS-MPC monitorear y controlar el periodo de conmutación, ademas de cambios en laestructura de control para permitir que esta medición sea efectiva. Algunos elementos dediseño para el factor de peso y la referencia de periodo son estudiado con el fin de simplificarsu implementación. Simulaciones y resultados experimentales son presentados paravalidar la propuesta, además de comparaciones con alternativas previamente propuestaspor la literatura.La segunda propuesta apunta a disponer de esta frecuencia variables con el objeto demejorar el desempeño de control en términos de las perdidas de potencia. Esto se logramediante el uso de una penalización de la conmutación con un peso variable, fortaleciendo este peso para altas corrientes, y relajándolo para corrientes bajas. El desempeño es evaluadomediante una comparación directa entre las perdidas causadas por la conmutación y ladistorción armónica provocada por la reducción de las conmutaciones. Múltiples estrategiasson evaluadas mediante simulación para este peso variables, y son comparadas entreellas y contra estrategias clásicas de reducción de conmutaciones.

CONTROL DE FRECUENCIA||CONTROL PREDICTIVO||ENERGIAS RENOVABLES;