Multi-Level Converter with Predictive Control for Power Conditioning

Abstract

A estabilidade de tensão e o controlo do factor de potência são dois pontos-chave na operação em regime permanente dos sistemas eléctricos. O static synchronous compensator e o seu sistema de controlo podem ser usados para melhorar o desempenho do sistema energia. Neste trabalho é usado um controlador preditivo com uma nova abordagem de geração de referências e que permite compensar a potência reactiva necessária para manter um fator de potência escolhido no final da linha de transmissão. Os resultados da simulação demonstram que a estratégia de controlo proposta melhora o fator de potência e estabiliza a tensão no final da linha de transmissão. Para avaliar o desempenho do método de controlo proposto, foi simulada uma rede de distribuição de 10kV. Para testar experimentalmente o desempenho do método de controlo proposto, foi construído um protótipo de um conversor trifásico Neutral-Point-Clamped de cinco níveis. O teste experimental foi realizado num nível de tensão inferior, com 130V. Para se ter uma melhor base de comparação foi simulado um sistema mais próximo do realizado experimentalmente. Os resultados obtidos são muito semelhantes, mas não tão perfeitos como nos testes feitos no primeiro sistema simulado (rede de distribuição de 10kV). Isto pode ser justificado pelo elevado tempo de amostragem que teve de ser usado para que o processador de sinal digital pudesse computar toda a informação, mas também pode ser justificado pelas baixas correntes com que o sistema foi testado.

Voltage stability and power factor control are two key points in the steady-state operation of electrical systems. The static synchronous compensator and its control system can be used to improve the performance of the energy system. In this work, a predictive controller model with a new reference generation approach is used. It compensates the reactive power required to maintain a chosen power factor at the end of the transmission line. To evaluate the performance of the proposed control method, a 10kV distribution network was examined in simulation. Simulation results demonstrate that the proposed control strategy improves the power factor and stabilize the voltage at the Point of Common Coupling. The results of the simulation also demonstrate that the proposed control strategy improves the power factor and stabilizes the voltage at the end of the transmission line. To evaluate the performance of the proposed control method, a 10kV distribution network was simulated. In order to experimentally test the performance of the proposed control method, a prototype of a five-phase three-phase Neutral-Point-Clamped converter was constructed. The experimental test was performed at a voltage level of less than 130V. In order to have a better basis of comparison, a simulation system was simulated that was closer to the experimental one. The results are very similar, but not as perfect as in the tests done in the first simulated system (10 kV network). This can be justified by the high sampling time that had to be used so that the digital signal processor could compute all the information but could also be substantiated by the low currents that the system was tested.