Predictive control in matrix converters. Part I, Principles, topologies and applications

This paper presents an overview of the predictive control principles applied to matrix converters and also the different topologies where this control technique is applied. It will be shown that the predictive strategy is a promising alternative to control matrix converters due to its simplicity and flexibility to include additional aspects in the control being suitable for different industrial applications

Induction Motors

AC motors play a major role in modern industrial applications. Squirrel-cage induction motors (SCIMs) are probably the most frequently used when compared to other AC motors because of their low cost, ruggedness, and low maintenance. The material presented in this book is organized into four sections, covering the applications and structural properties of induction motors (IMs), fault detection and diagnostics, control strategies, and the more recently developed topology based on the multiphase (more than three phases) induction motors. This material should be of specific interest to engineers and researchers who are engaged in the modeling, design, and implementation of control algorithms applied to induction motors and, more generally, to readers broadly interested in nonlinear control, health condition monitoring, and fault diagnosis

Indirect active and reactive powers control of doubly fed induction generator fed by three-level adaptive-network-based fuzzy inference system – pulse width modulation converter with a robust method based on super twisting algorithms

Aim. This paper presents the minimization of reactive and active power ripples of doubly fed induction generators using super twisting algorithms and pulse width modulation based on neuro-fuzzy algorithms. Method. The main role of the indirect active and reactive power control is to regulate and control the reactive and active powers of doubly fed induction generators for variable speed dual-rotor wind power systems. The indirect field-oriented control is a classical control scheme and simple structure. Pulse width modulation based on an adaptive-network-based fuzzy inference system is a new modulation technique; characterized by a simple algorithm, which gives a good harmonic distortion compared to other techniques. Novelty. adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation is proposed. Proposed modulation technique construction is based on traditional pulse width modulation and adaptive-network-based fuzzy inference system to obtain a robust modulation technique and reduces the harmonic distortion of stator current. We use in our study a 1.5 MW doubly-fed induction generator integrated into a dual-rotor wind power system to reduce the torque, current, active power, and reactive power ripples. Results. As shown in the results figures using adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation technique ameliorate effectiveness especially reduces the reactive power, torque, stator current, active power ripples, and minimizes harmonic distortion of current (0.08 %) compared to classical control.Мета У статті представлено мінімізацію пульсацій реактивної та активної потужності асинхронних генераторів подвійного живлення з використанням алгоритмів суперскрутки та широтно-імпульсної модуляції на основі нейро-нечітких алгоритмів. Метод. Основна роль непрямого управління активною та реактивною потужністю полягає у керуванні та регулюванні реактивної та активної потужностей асинхронних генераторів з подвійним живленням для вітроенергетичних систем з подвійним ротором змінної швидкості. Непряме керування, орієнтоване на поле, - це класична схема керування та проста структура. Широтно-імпульсна модуляція, заснована на системі нечітких висновків на основі адаптивної мережі, є новим методом модуляції; характеризується простим алгоритмом, який дає гарні гармонічні спотворення порівняно з іншими методами. Новизна. Пропонується адаптивна мережа на основі нечіткого висновку із широтно-імпульсною модуляцією. Запропонована побудова методу модуляції базується на традиційній широтно-імпульсній модуляції та системі нечітких висновків на основі адаптивних мереж для отримання надійного методу модуляції та зменшення гармонічних спотворень струму статора. У нашому дослідженні ми використовуємо асинхронний генератор з подвійним живленням потужністю 1,5 МВт, інтегрований у вітроенергетичну систему з подвійним ротором, щоб зменшити пульсації крутного моменту, струму, активної потужності та реактивної потужності. Результати. Як показано на рисунках з результатами, використання методу широтно-імпульсної модуляції на основі нечітких висновків системи адаптивних мереж покращує ефективність, особливо зменшує реактивну потужність, крутний момент, струм статора, пульсації активної потужності, та мінімізує гармонійне спотворення струму (0,08 %) порівняно з класичним керуванням

On-line Condition Monitoring, Fault Detection and Diagnosis in Electrical Machines and Power Electronic Converters

The objective of this PhD research is to develop robust, and non-intrusive condition monitoring methods for induction motors fed by closed-loop inverters. The flexible energy forms synthesized by these connected power electronic converters greatly enhance the performance and expand the operating region of induction motors. They also significantly alter the fault behavior of these electric machines and complicate the fault detection and protection. The current state of the art in condition monitoring of power-converter-fed electric machines is underdeveloped as compared to the maturing condition monitoring techniques for grid-connected electric machines. This dissertation first investigates the stator turn-to-turn fault modelling for induction motors (IM) fed by a grid directly. A novel and more meaningful model of the motor itself was developed and a comprehensive study of the closed-loop inverter drives was conducted. A direct torque control (DTC) method was selected for controlling IM’s electromagnetic torque and stator flux-linkage amplitude in industrial applications. Additionally, a new driver based on DTC rules, predictive control theory and fuzzy logic inference system for the IM was developed. This novel controller improves the performance of the torque control on the IM as it reduces most of the disadvantages of the classical and predictive DTC drivers. An analytical investigation of the impacts of the stator inter-turn short-circuit of the machine in the controller and its reaction was performed. This research sets a based knowledge and clear foundations of the events happening inside the IM and internally in the DTC when the machine is damaged by a turn fault in the stator. This dissertation also develops a technique for the health monitoring of the induction machine under stator turn failure. The developed technique was based on the monitoring of the off-diagonal term of the sequence component impedance matrix. Its advantages are that it is independent of the IM parameters, it is immune to the sensors’ errors, it requires a small learning stage, compared with NN, and it is not intrusive, robust and online. The research developed in this dissertation represents a significant advance that can be utilized in fault detection and condition monitoring in industrial applications, transportation electrification as well as the utilization of renewable energy microgrids. To conclude, this PhD research focuses on the development of condition monitoring techniques, modelling, and insightful analyses of a specific type of electric machine system. The fundamental ideas behind the proposed condition monitoring technique, model and analysis are quite universal and appeals to a much wider variety of electric machines connected to power electronic converters or drivers. To sum up, this PhD research has a broad beneficial impact on a wide spectrum of power-converter-fed electric machines and is thus of practical importance

A review of model predictive control strategies for matrix converters

Matrix converters are a well-known class of direct AC-AC power converter topologies that can be used in applications in which compact volume and low weight are necessary. For good performance, special attention should be paid to the control scheme used for these converters. Model predictive control strategy is a promising, straightforward and flexible choice for controlling various different matrix converter topologies. This work provides a comprehensive study and detailed classification of several predictive control methods and techniques, discussing special capabilities they each add to the operation and control scheme for a range of matrix converter topologies. The paper also considers the issues regarding the implementation of model predictive control strategies for matrix converters. This survey and comparison is intended to be a useful guide for solving the related drawbacks of each topology and to enable the application of this control scheme to matrix converters in practical applications

New configurations of power converters for grid interconnection systems

The increased penetration of renewable energy sources and other distributed energy sources has been seen nowadays. In this scenario power converters play a crucial role by providing the interconnection of these energy sources. This paper presents new configurations of power converters for grid interconnection systems. Several topologies are analyzed which are based on isolated ac-ac matrix converters

AMELIORATE DIRECT POWER CONTROL OF STANDALONE WIND ENERGY GENERATION SYSTEM BASED ON PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS GENERATOR BY USING FUZZY LOGIC CONTROL

Purpose. Electricity is a basic energy for life and its consumption increased so we need the discovery of new sources of energy such as wind energy .for this ameliorate the quality of generated wind energy by using the intelligent artificial control, this control is made to optimize the performance of three-phase PWM rectifier working. Methodology. These strategies are based on the direct control of the instantaneous power, namely: the control direct power control (DPC) with classic PI regulator and direct power control with fuzzy logic regulator. The fuzzy characterized by its ability to deal with the imprecise, the uncertain has been exploited to construct a fuzzy voltage regulator. The simulation of these methods was implemented using Matlab/Simulink. Results. A comparison with the results obtained by the classic PI showed the improvement in dynamic performance. This makes the fuzzy controller an acceptable choice for systems requiring quick, precise adjustments and less sensitive to outside disturbances. Originality. The proposed this control strategy using for to obtain a performance adjustment of the DC bus voltage and sinusoidal currents on the network side. Practical value. Fuzzy logic is proven to be effective in terms of reducing the harmonic distortion rate of the currents absorbed, correct adjustment of the active and reactive power and DC voltage and unit power factor operation.Мета. Електроенергія є основною енергією для життя, і її споживання збільшується, тому нам необхідно відкриття нових джерел енергії, таких як енергія вітру. Для поліпшення якості енергії вітру, що генерується за допомогою управління на основі штучного інтелекту, таке управління призначене для оптимізації продуктивності роботи трифазного ШІМ випрямляча. Методологія. Дані стратегії засновані на прямому управлінні миттєвою потужністю, а саме: пряме управління потужністю з класичним ПІ-регулятором і пряме управління потужністю регулятором з нечіткою логікою. Нечіткість, що характеризується її здатністю справлятися з неточністю, невизначеністю, була використана для створення нечіткого регулятора напруги. Моделювання цих методів було реалізовано за допомогою Matlab/Simulink. Отримані результати. Порівняння з результатами, отриманими за допомогою класичного ПІ-регулятора, показало поліпшення динамічних характеристик. Це робить нечіткий контролер прийнятним вибором для систем, що вимагають швидкої і точної настройки і менш чутливих до зовнішніх перешкод. Оригінальність. Запропоновано стратегію управління, що використовує для отримання регулювання продуктивності напруги шини постійного струму і синусоїдальні струми на стороні мережі. Практична цінність. Доведено, що нечітка логіка ефективна з точки зору зниження коефіцієнта гармонійних спотворень поглинаються струмів, коректного регулювання активної і реактивної потужності і постійної напруги, а також коефіцієнта потужності роботи блоку.