Model predictive direct power control (MPDPC) has been proposed as an effective alternative to conventional direct power control for pulsewidth-modulation (PWM) rectifiers. However, the sampling frequency of MPDPC still has to be high to achieve satisfactory performance. Furthermore, the grid currents of MPDPC would become highly distorted under unbalanced network conditions. To cope with the problems above, this paper proposes an improved MPDPC for PWM rectifiers, which is able to operate under both balanced and unbalanced grid voltages. By using a new definition of instantaneous reactive power in the predefined cost function, the proposed MPDPC can obtain sinusoidal grid currents and eliminate twice grid-frequency oscillation in both active power and the new reactive power. Neither complicated positive/negative-sequence extraction of grid voltage/current nor power compensation is required. Depending on the desired performance, two variants of the improved MPDPC are proposed and comparatively studied. At the same sampling frequency, the first approach achieves relatively low switching frequency, whereas the second approach obtains lower power ripples. Both simulation and experimental results are presented to confirm the effectiveness of the proposed methods

چکیده

کنترل مستقیم توان بر اساس مدل پیش بین (MPDPC) به عنوان یک جایگزین کارآمد به جای روش های متداول کنترل مستقیم توان (DPC) در یکسوسازهای PWM پیشنهاد می شود. با این وجود، فرکانس نمونه برداری MPDPC همچنان مانعی برای رسیدن به عملکرد رضایت بخش است. همچنین، جریان های شبکه MPDPC تحت شرایط عدم تعادل شبکه، به شدت دچار اغتشاش می شوند. به منظور غلبه بر مشکلات فوق، این مقاله یک مدل بهبود یافته از MPDPC را برای یکسوسازهای PWM پیشنهاد می کند که قادر است تحت شرایط تعادل و عدم تعادل ولتاژهای شبکه عمل کند. با استفاده از یک تعریف جدید از توان رأکتیو لحظه ای در تابع هزینه از پیش تعریف شده، مدل پیشنهادی MPDPC قادر است جریان های سینوسی را در شبکه تولید کرده و از نوسانات دو برابر فرکانس شبکه در توان اکتیو و نیز توان رأکتیو جدید جلوگیری نماید. در این مدل، نه استخراج توالی های مثبت و منفی جریان و یا ولتاژ شبکه که امری پیچیده است، و نه جبران سازی توان مورد نیاز خواهد بود. بسته به عملکرد مورد نظر، دو نوع بهبود یافته از مدل MPDPC پیشنهاد شده و با هم مقایسه می شوند. تحت فرکانس نمونه برداری یکسان، روش اول فرکانس سوئیچینگ نسبتاً کمتری را نتیجه می دهد در حالی که مدل دوم ریپل های توان کمتری را نشان می دهد. هم نتایج شبیه سازی و هم نتایج عملی ارائه می شوند تا اثربخشی روش های پیشنهادی را تأیید کنند.

1-مقدمه

استفاده از یکسوسازهای PWM در سیستم های تبدیل توان متصل به شبکه با سرعت روزافزونی طی دهه های اخیر افزایش پیدا کرده است به ویژه در کاربردهای ژنراتورهای توربین بادی سرعت متغیر، درایوهای موتور با قابلیت تولید مجدد، سیستم های تولید پراکنده، ریز شبکه ها و غیره. در نتیجه، پیش نیازهای دقیق تری برای یکسوسازهای PWM مطرح شده است به خصوص تحت شرایطی که ولتاژهای شبکه نامتعادل باشند که این مسئله در شبکه های شهری مجهز به شبکه های ضعیف، امری شایع است.

کنترل یکسوسازهای PWM تحت شرایط نامتعادل بودن شبکه به صورت گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و متداول ترین روش پیشنهادی برای آن کنترل جهت دار ولتاژ (VOC) است [2], [3], که جریان شبکه را به دو مؤلفه توان اکتیو و توان رأکتیو در فریم مرجع سنکرون تجزیه کرده و سپس آنها را به صورت جداگانه با استفاده از کنترل کننده های انتگرالی تناسبی (PI) تنظیم می کند...