Fast selective harmonic mitigation in multifunctional inverters using internal model controllers and synchronous reference frames

This paper presents a fast selective harmonic current mitigation strategy for inverters with active power filter capabilities based in synchronous reference frames and twodegrees-of-freedom internal model controllers. The advantage of this control strategy over the conventional PI solution is a significant increase in the speed of harmonic detection and mitigation. Furthermore, this control strategy reduces the computational burden when applied in a digital controller. These characteristics make this strategy desirable for applications where fast/harmonic detection and mitigation are needed. Mathematical analysis and simulations are presented to corroborate the performance of the proposed controller strategy. Finally, the results of this proposal are verified in a 1kW 3-phase multifunctional inverter with harmonic compensation capabilities up to the 17th harmonic

Simulation of the Electrical-Technical Complex of the Power Transmission Line of DC in the MATLAB Program Environment

Одним из основных направлений развития электроэнергетических систем является внедрение устройств и технологий на базе силовых полупроводниковых ключей (HVDC (High Voltage Direct Current) технологий), в частности вставок постоянного тока на базе преобразователя источника напряжения (VSC). VSC-HVDC используются для решения таких задач, как соединение несинхронных электрических сетей различных частот, передача электроэнергии, повышение локальной и системной управляемости электроэнергетической системы, повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается работа HVDC. Однако внедрение и эксплуатация VSC-HVDC определяют необходимость в проведении широкого спектра анализа и исследований, которые можно провести только с помощью математического моделирования. Поэтому целью работы является: анализ поведения системы передачи HVDC на основе VSC с использованием различных режимов управления путем моделирования в программной среде MATLAB. One of the main directions of the development of electric power systems is the introduction of devices and technologies based on high-power semiconductor switches (HVDC (High Voltage Direct Current) technologies; one of the elements of this technology is direct current link on the basis of voltage source converter (VSC). VSC-HVDC are used for tasks such as connecting asynchronous power grids for various frequencies, transmission of electricity, improve local and systemic handling of electric power system, increasing the capacity of network elements that contains a “weak” connection. Due to the high degree of controllability of voltage source converters (VSCs), it is mainly addressed in the recent literature on HVDC operation. However, the implementation and operation of VSC-HVDC determines the need for a wide range of analysis and research that can only be done with the help of mathematical modeling. therefore, the purpose of the work is: to analyze the behavior of the HVDC transmission system based on VSC using various control modes by modeling in the MATLAB software environmen

Fast Harmonic compensation in hybrid HVDC offshore system

Hybrid HVDC systems have been proposed as an alternative for nominal VSC-Based HVDC for offshore applications. Hybrid HVDC systems consist of an offshore power station composed of the connection of high-power diode rectifiers in series with a fractional power VSC-HVDC. This hybrid configuration allows large power transfer from offshore sites, with the added robustness, simplicity and efficiency of uncontrolled rectifiers. In this research, a robust and fast-acting controller, the Two Degrees of Freedom Internal Model controller (2DF-IMC), is used to control the active power filter features of the fractional-power VSC-HVDC system, resulting in a much faster overall THD reduction in the offshore AC currents in dynamic conditions (i.e. time-varying wind power) when compared with standard active power filter controllers. This improvement is the direct consequence of the fast closed-loop dynamics of the 2DF-IMC controller that do not require filtering stages. Additionally, the increased closed-loop response time did not affect the overall robustness of the control system, thanks to the enhanced disturbance rejection capabilities of the 2DF-IMC configuration

Contributions to the multi-frequency control of gridtied voltage source converters

El interés por la producción de energía limpia está en aumento y la generación de este tipo de energía se puede fomentar mediante la instalación de generadores locales. Dichos generadores son conectados a la red de distribución a través de convertidores de potencia. Al mismo tiempo el número de cargas conectadas a la red está incrementando y con ello el número de cargas no lineales. Estas últimas consumen corrientes armónicas y esto provoca distorsión armónica a la red. En esta tesis se estudia y se presentan contribuciones en el control de los convertidores de potencia para que al mismo tiempo que se inyecta potencia, el convertidor sea capaz de actuar adecuadamente frente a la distorsión armónica del voltaje de la red (control multifrecuencial). En primer lugar, esta tesis cubrirá el estudio de las diferentes técnicas de control de corrientes armónicas y también de las diferentes técnicas de sincronización y detección de componentes armónicas de tensión presentes en la red. En cuanto al cálculo de referencias de corrientes armónicas, se explican las principales variantes dependiendo de la funcionalidad deseada y se estudia la entrega de potencia instantánea constante incluso con red distorsionada. Además, se propone un nuevo método de cálculo para eliminar las principales oscilaciones de potencia sin exceder las limitaciones de distorsión de corrientes. También se describen las limitaciones del convertidor cuando se trabaja con componentes fundamentales y armónicas. Se analizan los principales saturadores multifrecuenciales para evitar la sobremodulación y se propone un nuevo saturador que no empeora la dinámica total del sistema y siempre consigue el mínimo THD de corriente. Por último, se aborda la problemática de la distorsión armónica del voltaje de red. Primero se estudia la compensación de las corrientes consumidas por cargas locales y después se propone la compensación directa de la tensión del PCC. En esta tesis se intenta incrementar el número de funcionalidades que puede desempeñar el convertidor para que además de entregar potencia, sea capaz de mejorar la calidad de la red, sin exceder las limitaciones físicas del convertidor. Cada una de las contribuciones es validada mediante resultados de simulación y experimentales