On the Use of the p-q Theory for Harmonic Current Cancellation with Shunt Active Filters

Discussion and mathematical proof on necessary and sufficient conditions for the application of the {p-q} theory for compensating the harmonic currents consumed by non-linear load using a shunt active filter are presented. These conditions over instantaneous active and reactive powers were not addressed before and must be considered on the design of new control strategies based on {p-q} theory. Theoretical demonstration is proposed and an application example with simulations results is used to validate the theoretical results

Complex-based controller for a three-phase inverter with an LCL filter connected to unbalanced grids

A new controller for a grid-connected inverter with an LCL filter is proposed in this paper. The system is described by its complex representation, and the controller is designed using the complex root locus method. The complex representation allows a considerable reduction in the order of the system, simplifying the design task and making it possible to use advanced techniques, such as the complex root locus. The new complex controller adds an extra degree of freedom that makes it possible to move the poles of the systems and to improve the stability and speed of response compared with the conventional controls. This paper includes a detailed discussion of the effect of the gains of the controller on the root locus. The proposal is validated with simulation and experimental results.Fil: Doria Cerezo, Arnau. Universidad Politécnica de Catalunya; EspañaFil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: Bodson, Marc. University of Utah; Estados Unido

Control óptimo en tiempo discreto para un péndulo con rueda de reacción: un enfoque de control basado en pasividad

Este documento presenta el diseño de un controlador para el péndulo con rueda de reacción usando una representación discreta a través de la técnica de control óptimo inverso desde el punto de vista de análisis basado en pasividad. La principal ventaja del controlador propuesto es que este permite garantizar estabilidad asintótica en el sentido de Lyapunov a través de una función cuadrática. Los resultados numéricos demuestran que el diseño de control óptimo inverso tiene in desempeño superior en comparación con enfoques continuos basados en Lyapunov y control basado en pasividad por inyección de interconexión y amortiguamiento. Una ventaja adicional del método de control óptimo inverso es su fácil implementación, ya que no requiere de la inclusión de estados adicionales (acciones integrales) y sólo requiere una discretización básica empleado un único paso hacia atrás. Todas las simulaciones presentadas en este trabajo han sido implementadas en el software MATLAB/OCTAVE empleando código en la ventana de desarrollo.In this paper it is presented the design of a controller for a reaction wheel pendulum using a discrete-time representation via optimal control from the point of view of passivity-based control analysis. The main advantage of the proposed approach is that it allows to guarantee asymptotic stability convergence using a quadratic candidate Lyapunov function. Numerical simulations show that the proposed inverse optimal control design permits to reach superior numerical performance reported by continuous approaches such as Lyapunov control functions and interconnection, and damping assignment passivity-based controllers. An additional advantage of the proposed inverse optimal control method is its easy implementation since it does not employ additional states. It is only required a basic discretization of the time-domain dynamical model based on the backward representation. All the simulations are carried out in MATLAB/OCTAVE software using a codification on the script environment.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; ColombiaFil: Gil González, Walter. Universidad Tecnologica de Bolivar; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentin

Control basado en pasividad de un filtro activo shunt para compensación de armónicos

Se presenta el diseño de un controlador no lineal, basado en pasividad, para un filtro activo shunt utilizado para compensar las componentes armónicas consumidas por una carga no lineal. El objetivo de control consiste en inyectar la corriente de compensación necesaria para que la corriente consumida desde el sistema de potencia sea sinusoidal pura y balanceada,independientemente de si la tensión de red presenta desbalance y/o armónicos. Las referencias de la corriente de compensación son obtenidas haciendo uso de la Teoría de la Potencia Reactiva Instantánea. El sistema es representado mediante su modelo hamiltoniano controlado por puerto, y el controlador es diseñado mediante asignación de interconexión y amortiguamiento utilizando un método constructivo basado en técnicaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Ingenieria. Grupo de Elctronica Aplicada; Argentina;Fil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Ingenieria. Grupo de Elctronica Aplicada; Argentina;Fil: Forchetti, Daniel Gustavo. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Ingenieria. Grupo de Elctronica Aplicada; Argentina

On the Efficiency in Electrical Networks with AC and DC Operation Technologies: A Comparative Study at the Distribution Stage

This research deals with the efficiency comparison between AC and DC distribution networks that can provide electricity to rural and urban areas from the point of view of grid energy losses and greenhouse gas emissions impact. Configurations for medium-and low-voltage networks are analyzed via optimal power flow analysis by adding voltage regulation and devices capabilities sources in the mathematical formulation. Renewable energy resources such as wind and photovoltaic are considered using typical daily generation curves. Batteries are formulated with a linear representation taking into account operative bounds suggested by manufacturers. Numerical results in two electrical networks with 0.24 kV and 12.66 kV (with radial and meshed configurations) are performed with constant power loads at all the nodes. These simulations confirm that power distribution with DC technology is more efficient regarding energy losses, voltage profiles and greenhouse emissions than its AC counterpart. All the numerical results are tested in the General Algebraic Modeling System widely known as GAMS.Fil: Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Universidad Tecnológica de Bolívar; Colombia. Universidad Distrital Francisco José de Caldas; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Sliding mode control of a dc-dc dual active bridge using the generalized space-state averaging description

This paper presents a sliding mode control strategy for a dc-dc dual active bridge converter. The controller is based on a truncated model obtained using the generalized state space averaging method that transforms the mixed dcac dynamics of the converter into a regulation problem. The proposed controller, that uses a dynamic extension to overcome the structural problem of the non-affine control input, provides good results in terms of performance and robustness. Numerical simulations are included to validate the proposed modelling methodology and the control design.Peer ReviewedPostprint (published version

Control of a battery charger for electric vehicles with unity power factor

En este trabajo se presenta una estrategia de control no lineal para un cargador de baterías de vehículos eléctricos. El controlador propuesto permite realizar la recarga del banco de baterías mediante un perfil de carga a corriente y tensión constante mientras que asegura factor de potencia unitario y baja distorsión en la corriente de red. Se realiza un modelo único para todo el sistema a partir del cual se diseña el controlador utilizando asignación de interconexión y amortiguamiento. Esta estrategia asegura un controlador estable a lazo cerrado y permite desacoplar el sistema evitando que las perturbaciones del lado de la red afecten la carga de la batería y viceversa. La propuesta es validada mediante resultados de simulación.A nonlinear controller for an electric vehicle battery charger is proposed in this work. The controller allows charging the battery bank with constant current and constant voltage charging profile, while ensuring unity power factor and low distortion in the grid current. A single model is made for the complete system and the controller is designed using interconnection and damping assignment. The proposed controller ensures the closed-loop stability and allows decoupling the system avoiding disturbances in the electric grid and battery bank. The proposal is validated with simulation results.Fil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Stability Analysis of Single-Phase Low-Voltage AC Microgrids With Constant Power Terminals

This express brief presents the stability analysis of single-phase microgrids (SP-MG) operating under master-slave connection with constant power terminals. The SP-MG is composed of linear elements, nonlinear loads and distributed generators modeled as P Q constant terminals interconnected through power electronic converters. A Lyapunov?s direct method through a Hamiltonian representation of the grid is used to demonstrate stability. The non-autonomous model of the SP-MG is transformed into an autonomous equivalent model based on the dynamics of the error. The proposed analysis shows that if there exists an admissible trajectory x * solution of the power flow equations then the SP-MG is stable in the sense of Lyapunov.Fil: Montoya, O. D.. Universidad Tecnologica de Bolivar; ColombiaFil: Garces, A.. Universidad Tecnológica de Pereira; ColombiaFil: Avila Becerril, S.. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Espinosa Pérez, G.. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentin

Economic Dispatch of BESS and Renewable Generators in DC Microgrids Using Voltage-Dependent Load Models

This paper addresses the optimal dispatch problem for battery energy storage systems (BESSs) in direct current (DC) mode for an operational period of 24 h. The problem is represented by a nonlinear programming (NLP) model that was formulated using an exponential voltage-dependent load model, which is the main contribution of this paper. An artificial neural network was employed for the short-term prediction of available renewable energy from wind and photovoltaic sources. The NLP model was solved by using the general algebraic modeling system (GAMS) to implement a 30-node test feeder composed of four renewable generators and three batteries. Simulation results demonstrate that the cost reduction for a daily operation is drastically affected by the operating conditions of the BESS, as well as the type of load model used.Fil: Montoya, Oscar Danilo. Universidad Tecnologica de Bolivar; ColombiaFil: Gil González, Walter. Universidad Tecnológica de Pereira; ColombiaFil: Grisales Norena, Luis. Instituto Tecnológico Metropolitano; ColombiaFil: Orozco Henao, César. Universidad del Norte; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentin

Control Methods for Single-phase Voltage Supply with VSCs to Feed Nonlinear Loads in Rural Areas

Este artículo aborda el problema de la generación de voltaje sinusoidal en cargas lineales utilizando un inversor de fuente de voltaje (VSI). La estructura port-Hamiltoniana en lazo abierto se utiliza para diseñar un controlador basado en pasividad con ganancias proporcionales-integrales (PI-PBC) con el fin de desarrollar la estrategia de control. La principal ventaja de utilizar controladores basados en pasividad corresponde a la posibilidad de garantizar la estabilidad asintótica transformando el problema de seguimiento de trayectoria en uno de control de regulación. Además del PI-PBC, se emplea un estimador de carga lineal basado en una formulación integral para determinar el valor de la conductancia equivalente en la carga, lo que reduce el número de sensores de corriente. Las validaciones numéricas demuestran que el voltaje sinusoidal proporcionado por el VSI a la carga tiene un error de seguimiento menor a 1 %, con distorsiones armónicas menores a 2.6 %, tanto para voltaje como para corrientes en la carga. Todas las simulaciones se realizaron en MATLAB/Simulink utilizando la biblioteca SimPowerSystems versión 2017 a.This paper addresses the problem of sinusoidal voltage generation in linear loads using a voltage source inverter (VSI). The port-Hamiltonian structure in open-loop is used to design a passivity-based controller with proportional-integral gains (PI-PBC) in order to develop the control strategy. The main advantage of using passivity-based controllers corresponds to the possibility of guaranteeing asymptotic stability by transforming the trajectory tracking problem into a regulation control one. In addition to the PI-PBC, a linear load estimator is employed based on an integral formulation to determine the value of the equivalent conductance in the load, which reduces the number of current sensors. Numerical validations demonstrate that the sinusoidal voltage provided by the VSI to the load has a tracking error lower than 1 %, with harmonic distortions lower than 2.6 %, both for voltage and currents in the load. All the simulations were conducted in MATLAB/Simulink using the SimPowerSystems library version 2017a.Fil: Gil Gonzalez, Walter Julián. Institución Universitaria Pascual Bravo; ColombiaFil: Bocanegra, Sara Yulieth. Universidad Tecnológica de Pereira; ColombiaFil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; ArgentinaFil: Bueno López, Maximiliano. Universidad del Cauca; ColombiaFil: Magaldi, Guillermo Luciano. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentin