Điều khiển dự đoán theo mô hình tuần tự cho hệ thống HVDC đa điểm dựa trên MMC năm mức

Journal of Power Electronics - Tập 23 - Trang 1507-1516 - 2023
Ali Bouzidi1, Said Barkat1, Ali Akka2, Mohamed Lokmane Bendaas3
1Department of Electrical Engineering, University of M’sila, M’sila, Algeria
2Department of Physics Sciences, Higher Normal School of Boussada, Boussada, Algeria
3Department of Electrical Engineering, Batna 2 University, Batna, Algeria

Tóm tắt

Trong bài báo này, một phương pháp Điều khiển Dự đoán theo Mô hình Tuần tự (SMPC) được đề xuất để điều khiển lưới điện Một Mạch Đối tiếp Nhiều Cấp (MMC)-đa điểm sử dụng Dòng Điện Một Chiều Cao Áp (MTDC). Dựa trên một mô hình dự đoán phù hợp của phía lưới của mỗi đơn vị MMC, các hàm chi phí được thiết kế và tối ưu hóa để tạo ra các trạng thái chuyển mạch phù hợp cho mỗi MMC. Ngoài khả năng đảm bảo phân chia công suất chính xác giữa các đơn vị MMC được điều khiển khác nhau, những đặc điểm nổi bật của chiến lược MPC được đề xuất là sự cân bằng của điện áp tụ điện của các bán mô-đun và giảm thiểu dòng điện tuần hoàn của MMC. Để xác thực hiệu suất và hiệu quả của phương pháp điều khiển được đề xuất về khả năng đạt được hiệu suất mong muốn dưới nhiều điều kiện hoạt động khác nhau, các nghiên cứu mô phỏng toàn diện được thực hiện trên hệ thống MMC-MTDC bốn điểm.

Từ khóa

#Điều khiển dự đoán theo mô hình tuần tự #Modular Multilevel Converter #Dòng Điện Một Chiều Cao Áp #Phân chia công suất #Cân bằng điện áp #Dòng điện tuần hoàn

Tài liệu tham khảo

Silva, A., Santos, R., Torres, J., Coury, D.: An accurate method for fault location in HVDC systems based on pattern recognition of DC voltage signals. Electric Power Syst. Res. 170, 64–71 (2019) Korytowski, M.: Uno lamm: the father of HVDC transmission. IEEE Power Energ. Mag. 15(5), 92–102 (2017) Nayak, S.-R., Kishan, D.: Performance analysis of series/parallel and dual side LCC compensation topologies of inductive power transfer for EV battery charging system. Front. Energy 14(1), 166–179 (2020) Keim, T., Bind, A.: Recent advances in HVDC and UHVDC transmission. IEEE Power Electron. Mag. 4(4), 12–18 (2017) Friedrich, K.: Modern HVDC plus application of VSC in modular multilevel converter topology. In: IEEE international symposium on industrial electronics. IEEE, Bari, Italy (2010) Flourentzou, N., Agelidis, V., Demetriades, G.: VSC-based HVDC power transmission systems: an overview. IEEE Trans. Power Electron. 24(3), 92–602 (2009) Sang, S., Zhang, C., Zhang, J., Shi, G., Deng, F.: Analysis and stabilization control of a voltage source-controlled wind farm under weak grid conditions. Front. Energy 16, 1–13 (2022) Khazaei, J., Idowu, P., Asrari, A., Shafaye, A.-B., Piyasinghe, L.: Review of HVDC control in weak AC grids. Electric Power Syst. Res. 162, 194–206 (2018) Van Hertem, D., Ghandhari, M.: Multi-terminal VSC HVDC for the European super grid: obstacles. Renew. Sustain. Energy Rev. 14, 3156–3163 (2010) Sun, P., Wang, Y., Khalid, M., Blasco-Gimenez, R., Konstantinou, G.: Steady-state power distribution in VSC-based MTDC systems and dc grids under mixed P/V and I/V droop control. J. Electric Power Syst. Res. 214, 108798 (2022) Jafari, M., Jafarishiadeh, F., Ghasemi, A.: New mmc-based multilevel converter with two-and-one set of arms and one inductor. In: IEEE power and energy conference. IEEE, Illinois, USA (2020) Kouro, S., Malinowski, M., Gopakumar, K., Pou, J., Franquelo, L.-G., Wu, B., Rodriguez, J., Pérez, M.-A., Leon, J.-I.: Recent advances and industrial applications of multilevel converters. IEEE Trans. Industr. Electron. 57(8), 2553–2580 (2010) Alharbi, M., Isik, S., Bhattacharya, S.: Reliability comparison and evaluation of MMC based HVDC systems. In: IEEE electronic power grid conference (eGrid). IEEE, Charleston, USA (2018) Allebrod, S., Hamerski, R., Marquardt, R.: New transformerless, scalable modular multilevel converters for HVDC-transmission. In: IEEE power electronics specialists conference. IEEE, Rhodes, Greece (2008) Sakib, M.-N., Azad, S.-P., Kazerani, M.: A critical review of modular multilevel converter configurations and submodule topologies from DC fault blocking and ride-through capabilities viewpoints for HVDC applications. Energies 15(11), 4176 (2022) Ängquist, L., Antonopoulos, A., Siemaszko, D., Ilves, K., Vasiladiotis, M., Nee, H.-P.: Open-Loop control of modular multilevel converters using estimation of stored energy. IEEE Trans. Ind. Appl. 47(6), 2516–2524 (2011) Bergna, G., Berne, E., Garces, A., Egrot, P., Vannier, J.-C., Molinas, M.: Generalized power control approach in ABC frame for modular multilevel converters based on Lagrange multipliers. In: IEEE international energy conference and exhibition (ENERGYCON). IEEE, Florence, Italy (2012) Debnath, S., Qin, J., Bahrani, B., Saeedifard, M., Barbosa, P.: Operation, Control, and applications of the modular multilevel converter: a review. IEEE Trans. Power Electron. 30(1), 37–53 (2015) Qin, J., Saeedifard, M.: Predictive control of a modular multilevel converter for a back-to-back HVDC system. IEEE Trans. Power Deliv. 27(3), 1538–1547 (2012) Zhang, Z., Dragičević, T., Li, Y., Wang, Y., Zheng, C., Leng, M., Rodriguez, J.: Model predictive control of power converters, motor drives, and microgrids. Control Power Electron. Convert. Syst. 3, 101–124 (2021) Garcia, C.-F., Rivera, M.-E., Rodrıguez, J.-R., Wheeler, P.-W., Pena, R.-S.: Predictive current control with instantaneous reactive power minimization for a four-leg indirect matrix converter. IEEE Trans. Industr. Electron. 64(2), 922–929 (2017) Vazquez, S., Leon, J.-I., Franquelo, L.-G., Rodríguez, J., Young, H.-A., Marquez, A., Zanchetta, P.: Model predictive control: a review of its applications in power electronics. IEEE Ind. Electron. Mag. 8(1), 16–32 (2014) Bouzidi, M., Barkat, S., Krama, A., Abu-Rub, H.: simplified predictive direct power control of three-phase three-level four-leg grid connected NPC converter. IEEE Open J. Indust. Electron. Soc. 3, 448–459 (2022) Dekka, A., Yaramasu, V., Lizana, F.-R., Ronanki, D.: Model predictive control of modular multilevel converters. In: Multilevel inverters: control methods and advanced power electronic applications, pp. 129–153. Elsevier (2021) Zhao, P., Guo, M., Tang, X., Liu, Y., Huo, Q., Pang, A., Zhang, M., Sizhuo, L.: Model predictive control of VSC-HVDC transmission system for power supply to passive networks. Int. Conf. Build. Energy Conserv. Thermal Safety Environ. Pollut. Control. 136, 02015 (2019) Jia, Y., Meng, K., Sun, C., Yuan, L., Dong, Z.-Y.: Economic-driven frequency regulation in multi-terminal HVDC systems: a cooperative distributed approach. IEEE Trans. Power Syst. 35(3), 2245–2255 (2020) Zhao, H., Lin, Z., Wu, Q., Huang, S.: Model predictive control based coordinated control of multi-terminal HVDC for enhanced frequency oscillation damping. Electr. Power Energy Syst. 123, 106328 (2020) Li, T., Pan, R., Wang, L.: Model predictive control of multi-terminal VSCHVDC offshore wind power system. In: Chinese automation congress (CAC), pp. 7428–7433. IEEE, Shanghai, China (2020) Reguig Berra, A., Barkat, S., Bouzidi, M.: Virtual flux predictive direct power control of five-level T-type multi-terminal VSC-HVDC system. Period. Polytech. Electr. Eng. Comput. Sci. 64(2), 133–143 (2020) Sultan, Y.-A., Kaddah, S.-S., Eladl, A.-A.: VSC-HVDC system-based on model predictive control integrated with offshore wind farms. IET Renew. Power Gener. 15, 1315–1330 (2021) Norambuena, M., Rodriguez, J., Zhang, Z., Wang, F., Garcia, C., Kennel, R.: A very simple strategy for high-quality performance of AC machines using model predictive control. IEEE Trans. Power Electron. 34(1), 794–800 (2019) Bouafia, A., Gaubert, J.P., Krim, F.: Predictive direct power control of three-phase pulse width modulation (PWM) rectifier using space-vector modulation (SVM). IEEE Trans. Power Electron. 25(1), 228–236 (2010) Antoniewicz, P., Kazmierkowski, M.-P.: Virtual-flux-based predictive direct power control of AC/DC converters with online inductance estimation. IEEE Trans. Industr. Electron. 55(12), 4381–4390 (2008) Meshram, P.-M., Borghate, V.-B.: A novel voltage balancing method applied to direct control strategy of MMC-HVDC system. In: IEEE international conference on advances in engineering science and management (ICAESM). IEEE, Nagapattinam, India (2012) Konstantinou, G.S., Ciobotaru, M., Agelidis, V.G.: Analysis of multi-carrier PWM methods for back-to-back HVDC systems based on modular multilevel converters. In: 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON), Melbourne, Australia (2011)