Análise e desenvolvimento de algoritmos backstepping aplicados ao controle de corrente de conversores conectados à rede
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Engenharia Elétrica UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/23744 |
Resumo: | This master thesis presents control strategies applied to converters connected to the grid. Firstly, mathematical models are obtained, allowing a satisfactory representation of the system. Therefore, control strategies are developed in the continuous time domain, developments of the backstepping technique for converters connected to the grid through an L filter and through the LCL filter are demonstrated, in which graphical analyzes and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the backstepping technique applied to these systems. In addition, the implications of the discretization of the backstepping technique are analyzed, both for the L filter and for the LCL filter, demonstrating that the development of the backstepping algorithm has additional complexities in the discrete time domain, such as the limitation of gains and stability difficulties in systems with a high relative degree. Thus, a control strategy is proposed combining the backstepping algorithm, which has a simple design and stability guaranteed by the Lyapunov theory, and resonant controllers, which can obtain high gain at determined frequencies. Such control strategy is validated with simulation and experimental results, verifying the strategy’s effectiveness for tracking the grid current, a comparison with resonant controllers with active damping is also performed. Based on experimental results, these two strategies have responses that allow compliance with the harmonic limits determined by the IEEE 1547 standard, showing that the proposed control strategy has a lower harmonic distortion rate than resonant controllers with active damping. |
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Análise e desenvolvimento de algoritmos backstepping aplicados ao controle de corrente de conversores conectados à redeAnalysis and development of backstepping algorithms applied to the current control of gried-tied convertersAlgoritmo backsteppingConversores conectados à redeEstrutura multimalhasFunções LyapunovBackstepping algorithmsGried-tied convertersLyapunov functionsMultiloop structureCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis master thesis presents control strategies applied to converters connected to the grid. Firstly, mathematical models are obtained, allowing a satisfactory representation of the system. Therefore, control strategies are developed in the continuous time domain, developments of the backstepping technique for converters connected to the grid through an L filter and through the LCL filter are demonstrated, in which graphical analyzes and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the backstepping technique applied to these systems. In addition, the implications of the discretization of the backstepping technique are analyzed, both for the L filter and for the LCL filter, demonstrating that the development of the backstepping algorithm has additional complexities in the discrete time domain, such as the limitation of gains and stability difficulties in systems with a high relative degree. Thus, a control strategy is proposed combining the backstepping algorithm, which has a simple design and stability guaranteed by the Lyapunov theory, and resonant controllers, which can obtain high gain at determined frequencies. Such control strategy is validated with simulation and experimental results, verifying the strategy’s effectiveness for tracking the grid current, a comparison with resonant controllers with active damping is also performed. Based on experimental results, these two strategies have responses that allow compliance with the harmonic limits determined by the IEEE 1547 standard, showing that the proposed control strategy has a lower harmonic distortion rate than resonant controllers with active damping.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEsta dissertação apresenta o desenvolvimento e análise de estratégias de controle aplicadas a conversores conectados à rede. Inicialmente são obtidos modelos matemáticos que permitem representar a dinâmica do sistema analisado. Por conseguinte, estratégias de controle são desenvolvidas no domínio de tempo contínuo, são demonstrados desenvolvimentos da técnica backstepping para conversores conectados à rede através de um filtro L e através do filtro LCL, em que são apresentadas análises gráficas e resultados de simulações para mostrar a eficácia da técnica backstepping aplicada nestes sistemas. Além disso, as implicações da discretização da técnica backstepping são analisadas, tanto para o filtro L, quanto para o filtro LCL, demonstrando que o desenvolvimento do algoritmo backstepping tem complexidades adicionais no domínio de tempo discreto, como a limitação de ganhos da técnica e dificuldade de estabilização em sistemas com grau relativo elevado. Com isso, é proposta uma estratégia de controle combinando o algoritmo backstepping, que possui um projeto simples e estabilidade garantida pela teoria Lyapunov, e compensadores ressonantes, que permitem obter alto ganho em determinadas frequências. Tal estratégia de controle é validada com resultados de simulação e experimentais, verificando a eficácia da estratégia em rastrear a corrente do lado da rede, uma comparação com compensadores ressonantes com amortecimento ativo também é realizada. Pelos resultados experimentais, estas duas estratégias apresentam respostas que permitem cumprir os limites harmônicos determinados pela norma IEEE 1547, sendo que a estratégia de controle proposta apresenta menor taxa de distorção harmônica que os compensadores ressonantes com amortecimento ativo.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaVieira, Rodrigo Padilhahttp://lattes.cnpq.br/7274686165301866Stefanello, MárcioMassing, Jorge RodrigoAraujo, Marcelo Back de2022-02-25T12:03:25Z2022-02-25T12:03:25Z2021-02-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/23744ark:/26339/0013000010xhrporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2022-02-25T12:03:25Zoai:repositorio.ufsm.br:1/23744Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2022-02-25T12:03:25Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This master thesis presents control strategies applied to converters connected to the grid. Firstly, mathematical models are obtained, allowing a satisfactory representation of the system. Therefore, control strategies are developed in the continuous time domain, developments of the backstepping technique for converters connected to the grid through an L filter and through the LCL filter are demonstrated, in which graphical analyzes and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the backstepping technique applied to these systems. In addition, the implications of the discretization of the backstepping technique are analyzed, both for the L filter and for the LCL filter, demonstrating that the development of the backstepping algorithm has additional complexities in the discrete time domain, such as the limitation of gains and stability difficulties in systems with a high relative degree. Thus, a control strategy is proposed combining the backstepping algorithm, which has a simple design and stability guaranteed by the Lyapunov theory, and resonant controllers, which can obtain high gain at determined frequencies. Such control strategy is validated with simulation and experimental results, verifying the strategy’s effectiveness for tracking the grid current, a comparison with resonant controllers with active damping is also performed. Based on experimental results, these two strategies have responses that allow compliance with the harmonic limits determined by the IEEE 1547 standard, showing that the proposed control strategy has a lower harmonic distortion rate than resonant controllers with active damping. |
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