استفاده از تخمین‌گر اغتشاش در کنترل پیش بین مدل برای یکسوکننده‌های منبع جریانی تک فاز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

در این مقاله، ابتدا کنترل پیش بین مدل (MPC) برای یکسو کننده منبع جریانی تک فاز (CSR) توسعه یافته و در ساختارهای شارژر خودروهای الکتریکی (EV) استفاده می‌شود. با توجه به عدم قطعیت‌های موجود در مدل آن ناشی از تغییر نقاط اتصال به شبکه برق، تخمین اغتشاش ضروری است. علاوه بر عدم قطعیت‌ها، دقت مدل CSR توسط دینامیک مدل نشده خروجی یکسو کننده کاهش می یابد. تخمین‌گر اغتشاش با برون یابی لاگرانژ مدل دقیق تری از CSR  تک فاز برای MPC به دست می‌دهد. کنترل پیش بین مدل مجموعه کنترل محدود (FCS-MPC) برای به حداقل رساندن تلفات سوئیچینگ با ارائه یک ورودی کنترل بهینه استفاده می‌شود و نیاز به مدولاتور را به دلیل تعداد محدود حالت‌های سوئیچینگ مجاز از بین می‌برد. روش کنترل پیشنهادی در نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده و بر روی نمونه اولیه آزمایشگاهی 4 کیلوواتی پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی و تجربی اعتبار روش کنترل پیشنهادی را تایید می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Using disturbance estimator in a model predictive control for single-phase current source rectifiers

نویسندگان [English]

  • A. Hassannia
  • S. Masoud Barakati
  • S.H. Torabi
University of Sistan and Baluchestan
چکیده [English]

In this paper, first a model predictive control (MPC) for a single-phase current source rectifier (CSR) is developed used in electric vehicle (EV) charger structures. Due to the uncertainties in its model caused by varying points of connection to the power grid, a disturbance estimator is necessary. In addition to the uncertainties, the CSR model's precision is diminished by the rectifier output's unmodeled dynamics. The disturbance estimator with Lagrange extrapolation yields a more precise model of the single-phase CSR for MPC. Finite control set model predictive control (FCS-MPC) is used to minimize switching losses by providing an optimal control input, eliminating the need for a modulator due to the limited number of permissible switching modes. The proposed control method is simulated in MATLAB software and implemented on a 4-kW laboratory prototype. Simulation and experimental results confirm the validity of the proposed control method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Current Source Converter
  • model predictive control
  • lagrange extrapolation
  • disturbance estimator

مراجع

[1] Q. Kong and H. Zheng, “Study on Automated Alignment Methods for Electric Vehicles Wireless Charging,” in Proceedings - 2022 International Conference on Mechanical, Automation and Electrical Engineering, CMAEE 2022, 2022. doi: 10.1109/CMAEE58250.2022.00038.
[2] علیرضا. حاتمی، پیمان. بیات، پژمان. بیات، و سیدمحمدرضا. طوسی، «ارائه یک استراتژی جدید برای مدیریت انرژی خودروی الکتریکی مبتنی بر مبدل دوطرفه سه‌درگاهه و کنترل‌کننده فازی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 46، شماره 3، صفحه 121-137، 1394.
[3] J. Lara, C. Hernández, M. Arjona, L. Masisi, and A. Chandra, “Bidirectional EV charger with ancillary power quality capabilities,” Ing. Investig. Tecnol., vol. 23, no. 1, pp. 1–10, Jan. 2022, doi: 10.22201/fi.25940732e.2022.23.1.008.
[4] C. A. Sam and V. Jegathesan, “Bidirectional integrated on-board chargers for electric vehicles—a review,” Sādhanā, vol. 46, no. 1, p. 26, Dec. 2021, doi: 10.1007/s12046-020-01556-2.
[5] G. Anjinappa, D. B. Prabhakar, and W.-C. Lai, “Bidirectional Converter for Plug-In Hybrid Electric Vehicle On-Board Battery Chargers with Hybrid Technique,” World Electr. Veh. J., vol. 13, no. 11, p. 196, Oct. 2022, doi: 10.3390/wevj13110196.
[6] T. J. C. Sousa, D. Pedrosa, V. Monteiro, and J. L. Afonso, “A Review on Integrated Battery Chargers for Electric Vehicles,” Energies, vol. 15, no. 8, p. 2756, Apr. 2022, doi: 10.3390/en15082756.
[7] U. Mustafa, R. Ahmed, A. Watson, P. Wheeler, N. Ahmed, and P. Dahele, “A Comprehensive Review of Machine-Integrated Electric Vehicle Chargers,” Energies, vol. 16, no. 1, p. 129, Dec. 2022, doi: 10.3390/en16010129.
[8] N. Sakr, D. Sadarnac, and A. Gascher, “A review of on-board integrated chargers for electric vehicles,” in 2014 16th European Conference on Power Electronics and Applications, IEEE, Aug. 2014, pp. 1–10. doi: 10.1109/EPE.2014.6910865.
[9] S. Jaman, S. Chakraborty, D.-D. Tran, T. Geury, M. El Baghdadi, and O. Hegazy, “Review on Integrated On-Board Charger-Traction Systems: V2G Topologies, Control Approaches, Standards and Power Density State-of-the-Art for Electric Vehicle,” Energies, vol. 15, no. 15, p. 5376, Jul. 2022, doi: 10.3390/en15155376.
[10] C. Shi, Y. Tang, and A. Khaligh, “A Three-Phase Integrated Onboard Charger for Plug-In Electric Vehicles,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 6, pp. 4716–4725, Jun. 2018, doi: 10.1109/TPEL.2017.2727398.
[11] X. Ruan, X. Wang, D. Pan, D. Yang, W. Li, and C. Bao, Control Techniques for LCL-Type Grid-Connected Inverters. in CPSS Power Electronics Series. Singapore: Springer Singapore, 2018. doi: 10.1007/978-981-10-4277-5.
[12] J. Xu and S. Xie, “LCL-resonance damping strategies for grid-connected inverters with LCL filters : a comprehensive review,” J. Mod. Power Syst. Clean Energy, vol. 6, no. 2, pp. 292–305, 2018, doi: 10.1007/s40565-017-0319-7.
[13] A. Hassannia, S. M. Barakati, and S. H. Torabi, “Robust discrete sliding mode controller design for a single-phase onboard integrated electric vehicle charger with disturbance estimation,” Comput. Electr. Eng., vol. 110, p. 108881, Sep. 2023, doi: 10.1016/j.compeleceng.2023.108881.
[14] C. Saber, D. Labrousse, B. Revol, and A. Gascher, “Challenges Facing PFC of a Single-Phase On-Board Charger for Electric Vehicles Based on a Current Source Active Rectifier Input Stage,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 9, pp. 6192–6202, Sep. 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2500958.
[15] پیمان. حق گویی، داود. عرب خابوری، مهیار. خسروی، «ارائه‌ روشی ترکیبی مبتنی بر رویکرد کنترلی پیش‌بین مدل به‌منظور کنترل طبقه یکسوساز ترانسفورماتور الکترونیک قدرت»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد49، شماره 3، صفحه 1067-1079، 1398.
[16] W.-H. Chen, S. Li, and J. Yang, “Non-linear disturbance observer-based robust control for systems with mismatched disturbances/uncertainties,” IET Control Theory Appl., vol. 5, no. 18, pp. 2053–2062, Dec. 2011, doi: 10.1049/iet-cta.2010.0616.
[17] P. Correa, J. Rodriguez, I. Lizama, and D. Andler, “A Predictive Control Scheme for Current-Source Rectifiers,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 5, pp. 1813–1815, May 2009, doi: 10.1109/TIE.2008.2010116.
[18] P. Correa and J. Rodriguez, “A predictive control scheme for current source rectifiers,” in 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, IEEE, Sep. 2008, pp. 699–702. doi: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635346.
[19] H. Gao, B. Wu, D. Xu, M. Pande, and R. P. Aguilera, “Model predictive control scheme with active damping function for current source rectifiers,” IET Power Electron., vol. 10, no. 7, pp. 717–725, Jun. 2017, doi: 10.1049/iet-pel.2016.0718.
[20] C. Xue, L. Ding, Y. Li, and N. R. Zargari, “Improved Model Predictive Control for High-Power Current-Source Rectifiers under Normal and Distorted Grid Conditions,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, no. 5, pp. 4588–4601, 2020, doi: 10.1109/TPEL.2019.2946251.
[21] Z. Bai, H. Ma, D. Xu, B. Wu, Y. Fang, and Y. Yao, “Resonance Damping and Harmonic Suppression for Grid-Connected Current-Source Converter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 61, no. 7, pp. 3146–3154, Jul. 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2281173.
[22] C. Xue, L. Ding, X. Wu, Y. Li, and W. Song, “Model Predictive Control for Grid-Connected Current-Source Converter With Enhanced Robustness and Grid-Current Feedback Only,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 10, no. 5, pp. 5591–5603, Oct. 2022, doi: 10.1109/JESTPE.2022.3162140.
[23] H. M. Shertukde, Digital Control Applications Illustrated with MATLAB. 2015.
[24] F. B. Hildebrand, Introduction to Numerical Analysis. McGraw-Hill, 1956.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار