Commande robuste de systèmes photovoltaïques interconnectés au réseau avec convertisseurs multi niveaux
Loading...
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Technology
Abstract
Several grid-connected PV topologies are investigated in this dissertation for low, medium and high power applications. Furthermore, an effective controllers have been proposed for these topologies instead of conventional control strategies. The latter’s suffer from several drawbacks such as bad MPPT tracking, inaccurate grid power control, low grid current quality, hard implementation practically and variable switching frequency. To overcome these drawbacks, a model predictive control (MPC) strategy is proposed to control the power converters
employed in the investigated grid-connected PV topologies. The major drawbacks of MPC strategy are variable inherent switching frequency and computational burden especially in case of high-level inverters. Therefore, these drawbacks are taking into account in the design of proposed controllers. Firstly, an improved control strategy based on fixed switching predictive control strategy for three-phase dual-stage gridconnected PV system is proposed. A variable incremental current step size of an MPPT current oriented loop based on fixed-switching
predictive current control is proposed and employed to control the DC-DC converter. While, a modified VOC based on predictive control strategy and space vector modulation (SVM) is employed to control the DC-AC converter. Afterwards, High-level NPC inverters are employed in grid-connected PV system in order to inject a high produced PV power into the grid with high performance operation. On the other hand, a simple and effective model predictive control (MPC) algorithm is proposed for grid-connected PV system using high-level NPC inverter (sixlevel) that permits to inject the active power generated by the PV system, the reactive power demanded by the grid operator and assure the balance of DC-link capacitor voltages. Then, an optimized model predictive control (O-MPC) is proposed in order to achieve the same performance control provided by the MPC algorithm but with a significant reduction in computational burden. Finally, a topology that divided the large PV array to string modules with individual DC-DC converter connected to a centralized multilevel inverter is investigated in order to overcome the problems resulted by connecting the PV modules as large PV array. Simple and effective controllers for this topology based on finite control set model predictive control (FCS-MPC) strategy is proposed. A voltage oriented maximum power point tracking (VO-MPPT) performed by an FCS-MPCC is applied for each DC-DC converter to draw the maximum power point from each string PV modules. In addition, an FCS-MPC controller is proposed to control the centralized multilevel NPC inverter connected to the grid. The simulation and HIL results validate the proposed control schemes for the investigated grid-connected PV topologies.
Description
تم تقديم العديد من طوبولوجيا الكهروضوئية الموصلة بالشبكة لتطبيقات الطاقة المنخفضة، المتوسطة والعالية إضافة الى اقتراح إستراتيجيات تحكم جديدة بديلا للتقليدية. تعاني استراتيجيات التحكم التقليدية للنظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة المتصل بالشبكة من عدة عيوب مثل: تتبع سيء للنقطة العظمى للطاقة، التحكم الغير دقيق في طاقة الشبكة، الجودة المنخفضة لتيار للتحكم في محولات الطاقة المستخدمة في طوبولوجيا )MPC( الشبكة، التنفيذ الصعب لهذه الإستراتيجيات عمليا والتردد المتغير. للتغلب على هذه العيوب، تم اقتراح استراتيجية تحكم تنبؤية الكهروضوئية الموصلة بالشبكة. تم أخذ بعين الاعتبار في تصميم مخططات التحكم المقترحة العيوب الرئيسية لهذه الإستراتيجية المتمثلة في التردد المتغير والعبء الحسابي، خاصة في حالة العاكسات متعددة المستويات. أولا، تم اقتراح إستراتيجية تحكم محسنة تعتمد على إستراتيجية التحكم التنبئي مع تردد ثابت لنظام الطاقة الكهروضوئية مزدوج مراحل التحويل الموصل )VOC( بالشبكة. إستراتيجية تتبع النقطة الأعظمية بخطوات متغيرة موجهة بمتحكم تنبئ ذو تردد ثابت قد اقترحت وطبقت على مرحلة التحويل الأولى )مستمر-مستمر(. في حين ان تحكم وتطبيقها للتحكم في مرحلة التحول الثانية )مستمر-متناوب(. بعد ذلك، يتم استخدام العاكسات متعددة SVM قد تم تعديلها باستخدام إستراتيجية التحكم التنبئي وتضمين المتجه الفضائي المستويات في النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة من أجل حقن كمية الطاقة الكبيرة المستخرجة من الألواح الشمسية مع أداء عالي. من ناحية أخرى، يتم اقتراح نموذج تحكم تنبئي وفعال لنظام الكهروضوئية الموصلة بالشبكة باستخدام العاكسات متعددة المستويات )ستة مستويات( التي تسمح بحقن الطاقة النشطة المولدة من النظام الكهروضوئي والطاقة المتفاعلة
مناجل تحقيق نفس أداء التحكم التنبئي السابق (O-MPC) المطلوبة من طرف مشغل الشبكة مع ضمان توازن الجهد في المكثفات. بعد ذلك تم اقتراح نموذج محسن لنظام التحكم التنبئي ,الكل متصل بعاكس ،)DC-DC( ولكن مع انخفاض كبير في العبء الحسابي. وأخيرًا، تم تقديم الطوبولوجيا التي تقسم حقل كبير من الألواح الشمسية إلى وحدات صغيرة مع محول مركزي متعدد المستويات للتغلب على المشكلات الناتجة عن توصيل الوحدات الكهروضوئية كحقل كبير. يتم اقتراح وحدات تحكم بسيطة وفعالة لهذا الهيكل القائم على أساس استراتيجية لكل محول )FCS-MPCC( المعتمدة على التحكم التنبئي للتيار )VO-MPPT( يتم تطبيق تتبع جهد أقصى نقطة طاقة بواسطة .)FCS-MPC( التحكم المحدد في نموذج التحكم التنبئي NPC للتحكم في العاكس المركزي متعدد المستويات FCS-MPC لتتبع أقصى نقطة طاقة من كل سلسلة من الوحدات الكهروضوئية. بالإضافة إلى ذلك، يتم اقتراح وحدة تحكم DC-DC تحقق صحة خطط التحكم المقترحة. HIL المتصل بالشبكة. نتائج المحاكاة والتطبيق العملي باستعمال نظام
