Discrete modeling and control of a versatile power electronic test bench with special focus on central photovoltaic inverter testing

Biskoping, Matthias; Monti, Antonello; de Doncker, Rik W.

doi:1437-675X

Discrete modeling and control of a versatile power electronic test bench with special focus on central photovoltaic inverter testing

Biskoping, Matthias^RWTH*

2019 & 2018 & 2019

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Matthias Biskoping

ImpressumAachen : ISEA 2019

Umfang1 Online-Ressource (xvi, 236 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

ReiheAachener Beiträge des ISEA ; 117

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2019

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
de Doncker, Rik W. (Thesis advisor)^RWTH* ; Monti, Antonello (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-07-11

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-03346
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/759069/files/759069.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
PV emulation (frei) ; PV testbench (frei) ; power electronic testbench (frei) ; control of voltage sourve converter (frei) ; discrete modeling (frei) ; enhanced state prediction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
In der Arbeit wird eine neue Methodik für die Vorhersage des nächsten Systemzustands vorgeschlagen. Dies stellt eine Verbesserung zum klassischen Prädiktor dar, um robuste Regelungen zu designen. Das neue modellbasierte Vorhersageverfahren berücksichtigt den vollen Pulsweitenmodulationszyklus und verhindert somit, dass das nachfolgende Regelverfahren den Vorhersagefehler der klassischen Implementierung kompensiert. Dies führt zu einer wesentlich gleichmäßigeren Ausgabe der Stellgröße (Tastgrad) und damit zu einer geringeren gesamtharmonischen Verzerrung der zugehörigen Regelgröße. Die Arbeit ermittelt analytisch die Lösungen für einphasige sowie dreiphasigen LC- und LCL-Filter und hebt mehrere Symmetrien hervor. Schlussendlich führen die neuen Verfahren zu einem geringeren Filterbedarf in Kombination mit schnellen Regelkreisen und die Netzanforderungen werden dennoch erfüllt. Darüber hinaus wird erstmals gezeigt, wie mit Hilfe der diskreten Systemgleichung ein allgemeines diskretes kaskadiertes Regelverfahren entworfen werden kann, das ausschließlich auf den diskreten Matrixeinträgen basiert. Das Designverfahren wird sowohl für den LC- als auch für den LCL-Filter vorgestellt, kann aber problemlos auf ähnliche Probleme mit der gleichen Eingangs- und Ausgangsbeschreibung angewendet werden.Zusätzlich wird gezeigt, wie die diskrete Beschreibung des dynamischen Verhaltens so gestaltet werden kann, dass sie die gleichen Eigenschaften wie das kontinuierliche System aufweist. Ähnliche Ansätze wurden bereits für den L- und LC-Filter vorgestellt, aber nicht in der hier präsentierten allgemeinen Form. Weiterhin wird erstmals eine Lösung für ein System dritten Ordnung (LCL-Filter) vorgestellt. Schließlich werden die diskreten Steuerungssysteme mit dem neuen Prädiktor ihrer Leistungsfähigkeit in Bezug auf verschiedene Zeitereignisse entwickelt und eine Sensitivitätsanalyse vorgestellt.

The thesis proposes a new methodology for predicting the next plant state, which is an enhancement of the classical predictor to design rigid control schemes. The new model based prediction method takes the full pulse width modulation cycle into account and thus prevents the subsequent control scheme from compensating the prediction error. This leads to a considerable smoother output of the manipulated variable (duty cycle) and hence, a lower total harmonic distortion of the associated controlled output variable. The thesis shows the solutions for the single phase as well as the three-phase LC and LCL filters and highlights several symmetries. These new methods lead to lower filter requirements in conjunction with fast control loops and still fulfilling the grid requirements. Furthermore, it is shown for the first time, how the discretized system equation can be used to design a general discrete cascaded control scheme based exclusively on the discrete matrix entries. The design procedure is presented for the LC as well as for the LCL filter, but can easily be applied to similar problems with the same input and output description. Additionally, it is shown, how the discrete description of the dynamic behavior can be arranged in a way, that it shows the same properties as the continuous system. Similar approaches have been presented before for the L and LC filter, but not in the most general way, as presented in this thesis. Further, a solution for the third order system (LCL filter) is presented for the first time. Finally, the discrete control systems are developed using the advanced predictor and their performance capability with regard to different time events and a sensitivity analysis is presented.

OpenAccess:
PDF
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