كلية العلوم والعلوم التطبيقية

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Browsing كلية العلوم والعلوم التطبيقية by Author "Barra, Kamel"

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    Contribution à la commande prédictive non linéaire dans l’espace d’état des actionneurs électriques
    (Univérsité Oum El Bouaghi, 2020) Lammouchi, Zakaria; Barra, Kamel
    Ce travail présente la commande prédictive à ensemble fini du couple FS-PTC d'une machine à induction. La philosophie de l'algorithme de commande est de sélectionner l'état de commutation du convertisseur qui minimise l'erreur quadratique entre les prédictions de couple et de flux à leurs valeurs calculées pour tous les différents vecteurs de tension. Le vecteur de tension optimal qui minimise une fonction de coût est alors appliqué aux bornes de la machine à induction. Cette commande utilise seulement un pas en avant pour la prédiction (parfois 2 pas). La machine à induction est associée à de nombreuses topologies de convertisseurs statiques comme le convertisseur de tension à deux niveaux VSI-2L, les convertisseurs multi niveaux (à trois niveaux VSI-3L et quatre niveaux VSI-4L), puis étendu aux topologies matriciels (convertisseur matriciel indirect IMC et direct DMC). En raison de sa flexibilité, de nombreuses contraintes ont été ajoutées dans la fonction de coût global, y compris la protection contre les surintensités, la réduction de la fréquence de commutation moyenne, la minimisation de la puissance réactive, l’'équilibrage des tensions aux bornes des capacités d'éntrée,... La stratégie est très intuitive car elle est très simple et offre de meilleures performances par rapport à d'autres techniques de contrôle. Cependant, la (FS-PTC) est gourmande en termes de temps de calcul, puisqu'elle utilise tous les vecteurs de tension disponibles pour la prédiction, l'évaluation et l'optimisation, en effet la charge de calcul augmente rapidement avec le nombre des vecteurs de tension et les objectifs à contrôler. De plus, concevoir une fonction coût avec plus de deux objectifs de contrôle est une tâche complexe. La dernière partie du travail étudie et vérifie comment simplifier la commande conventionnelle FS-PTC en utilisant une table de commutation similaire à celle de la commande DTC afin de réduire le nombre de vecteurs de tension à prédire et les objectifs à contrôler. La nouvelle table de commutation permet également de réduire la fréquence de commutation moyenne et sa plage de variation. En conséquence, la fonction coût est simplifiée en n'exigeant pas d'inclure le terme de fréquence de commutation moyenne This work presents a finite states predictive direct torque control (FS-PTC) of an induction machine. The control algorithm selects the switching state of the converter that minimizes the quadratic error between torque and flux predictions to their computed values for all different voltage vectors. The optimal voltage vector that minimizes a cost function is then applied to the terminal of the induction machine. This control uses only one sample time for prediction. The induction motor is associated to many converter topologies such as two-level voltage converter VSI-2L, multi-level voltage inverter (three level VSI-3L and four level VSI-4L ), then extended to matrix converter topologies (indirect IMC and direct DMC). Due to its flexibility, many constraint terms have been added in the global cost function including over current protection, average switching frequency reduction, reactive power minimization, balancing capacitance voltages,… The strategy is very intuitive since it is very simple and provides best performances compared to other control laws. However, the (FS-PTC) is computationally expensive, since it uses all voltage vectors available from a power converter for prediction and evaluation and optimization. The computational burden is rapidly increased with the number of voltage vectors and objectives to be controlled. Moreover, designing a cost function with more than two control objectives is a complex task. The last part of the work investigates how to a simplify the conventional FS-PTC control by using a similar commutation table as in DTC control in order to reduce the number of voltage vectors to be predicted and objectives to be controlled. The new switching table also assists to reduce average switching frequency and its variation range. As a result, the cost function is simplified by not requiring to include the frequency term.
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    Development of new multilevel power converter structure for grid connected renewable energy systems
    (University of Oum El Bouaghi, 2024) Boudja, Wassim; Barra, Kamel
    This dissertation presents two main contributions, an optimized multilevel inverter called WT-type inverter which is derived from the classical T-type inverter, and a proposed control algorithm based on FS-MPC technique that prevents the interruption of power generation systems in case of a failure of the inverter. The falling cost of renewable energy (RE) encouraged lot of countries to start exploiting their renewable sources, particularly those with a high-potential for example: Algeria. A small site in this country can respond to the world's demand for electricity, thus we present the several projects installed to reduce dependency on oil. As photovoltaic plants can take different forms and structures which developed over time, we walked through it various structure and some basic concepts about RE which help understand and assess these power systems. We exhibited the study of a 3kW photovoltaic system controlled using Finite-set Model predictive Control (FS-MPC) in regular and faulty operation. An FS-MPC-based technique is proposed to tolerate two fault scenarios: a short-circuit in a dc-link capacitor, and an open circuit breakdown of an IGBT. After a brief overview of multilevel inverters, simulation results are compared in terms of the quality of the load current. Finally, we presented an extensive review of T-types base multilevel inverters and organized them according to their year of issuance on a timescale. In addition, a new inverter circuit WT-type is presented with its detailed procedure of optimization from the classical T-type inverter. Then, this inverter is put for examination of its features, a practical validation was carried out using the Dspace 1104 control card and the obtained results were discussed and interpreted. Cette thèse présente deux contributions principales, un onduleur multiniveau optimisé appelé onduleur de type WT qui est dérivé de l'onduleur classique de type T, et un algo- rithme de contrôle proposé basé sur la technique FS-MPC qui empêche l'interruption des systèmes de production d'énergie en cas de défaillance de l'onduleur. Le coût décroissant de l'énergie renouvelable a encouragé de nombreux pays à commencer à exploiter leurs sources renouvelables, en particulier ceux ayant un potentiel élevé, comme l'Algérie par exemple. Un petit site dans le sud de ce pays pourrait répondre à la demande mondiale d'électricité. C'est pourquoi nous présentons plusieurs projets qui ont été mis en place pour tenter de réduire la dépendance au pétrole. ?tant donné que les centrales solaires photovoltaïques peuvent prendre différentes formes et structures qui ont évolué au fil du temps, nous passons en revue leurs différentes structures ainsi que quelques concepts de base sur l'énergie renouvelable qui nous aident à comprendre et à évaluer ces systèmes énergétiques. Nous présentons également une étude sur un système photovoltaïque de 3 kW contrôlé par la technique de commande prédictive par modèle à ensemble fini (FS- MPC) en fonctionnement normal et en cas de défaillance de l'onduleur. Dans ce cadre, nous proposons une technique basée sur FS-MPC pour faire face à deux scénarios de dé- faillance potentiels : un court-circuit dans le condensateur du bus continu d'entrée et un circuit ouvert de l'IGBT. Après une brève présentation des travaux de recherche sur les onduleurs multiniveaux dans la littérature, nous comparons les résultats des simulations en termes de qualité du courant de charge et de distorsion harmonique totale (THD). Nous présentons une revue approfondie des différents types d'onduleurs de type T, classés sur une échelle de temps selon leur année de publication. Ensuite, les caractéristiques de l'onduleur proposé sont examinées en détail. Cet onduleur est alors mis à l'épreuve pour vérifier ses avantages. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux obtenus grâce à l'utilisation du contrôleur Dspace 1104, et discutons de ces résultats.
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    Implementation of an experimental bench of the predictive control applied on photovoltaic low voltage grid connected system
    (Université Oum El Bouaghi, 2021) Remache, Seif El Islam; Barra, Kamel
    Photovoltaic power generation systems gain popularity day by day, where photovoltaic energy became the first one used in distributed energy resources. This dissertation focuses on experimental platforms and advanced control algorithms: Finite Set Model Predictive Control. The first research treats in simulations the use of the FS-MPC to photovoltaic systems, and it is applied to stand alone PV systems with two different topologies of DC/DC converters, and to grid-connected systems using AC converters. A PV emulator based on DC/DC buck converter represents the second aspect of this work, where the PV platform experimentations are tested under real climatic conditions. For that, a hybrid MPPT based on MPC and the incremental inductance algorithm was developed in order to extract the maximum of power from the PV emulator. The studied PV grid-tied system is also subject to a proposed predictive control that uses predicted models of the three-cascaded converters, and that allows flexibility to control them simultaneously after minimization of a single cost function. This suppleness gives the possibility to add a minimization of the switching numbers as a fourth term in the cost function. In the third aspect, the research investigates a cascaded predictive algorithm with decoupled active and reactive powers control. The proposed control aims to give more controllability to the system and improve its efficiency. This section's first studied system contains three converters, These lasts are controlled simultaneously with one cost function; the used control strategy provides more robustness to the system by means that the global system can now compensate the undesired reactive power on the grid side without any other regulator and any perturbation in the DC side. The second studied system deals with a standalone PV system with integrated energy storage. The predictive power control algorithm used for it; includes power management. Besides, it assures the battery's charge and discharge cycles with fewer ripples, all depending on the load's demanded power. The both systems are tested experimentally under several conditions. Les systèmes de production de l’énergie photovoltaïque gagnent en popularité de jour en jour, où l'énergie photovoltaïque est devenue la première énergie utilisée dans les ressources énergétiques distribuées. Cette thèse se concentre sur les plates-formes expérimentales et les algorithmes de contrôle avancés tel que la commande prédictive à ensemble fini. La première recherche de ce travail traite en simulation l'utilisation de la FS-MPC appliquée aux systèmes photovoltaïques, autonomes avec deux topologies différentes de convertisseurs DC / DC, et à des systèmes connectés au réseau utilisant des convertisseurs AC. Un émulateur PV basé sur un convertisseur dévolteur DC / DC représente la deuxième contribution de ce travail, où les plateformes PV sont testées expérimentalement et dans des conditions climatiques réelles. Pour cela, un MPPT hybride basé sur l’MPC et l'algorithme incrémentation de l'inductance a été développé afin d'extraire le maximum de puissance de l'émulateur PV. Le système PV lié au réseau étudié est également soumis à une commande prédictive proposée qui utilise des modèles prédits des trois convertisseurs cascadés, et qui permet une flexibilité pour les contrôler simultanément après la minimisation d'une fonction de coût unique. Cette souplesse permet d'ajouter une minimisation des nombres de commutation comme quatrième terme dans la fonction de coût. Dans cette contribution, le travail étudie un algorithme prédictif en cascade avec une commande découplée des puissances actives et réactives. La commande proposée vise à donner plus de contrôlabilité au système et à améliorer son efficacité. Le premier système étudié de cette section contient trois convertisseurs. Ces derniers sont contrôlés simultanément avec une fonction de coût ; la stratégie de commande utilisée fournit plus de robustesse au système où le système global peut maintenant compenser la puissance réactive indésirable côté réseau sans aucun régulateur et aucune perturbation côté DC. Le deuxième système étudié concerne un système PV autonome avec stockage d'énergie intégré. L'algorithme de commande utilisé pour ce système inclut la gestion des puissances. En outre, il assure les cycles de charge et de décharge de la batterie avec moins d'ondulations, tout en fonction de la puissance demandée par la charge. Le système est testé expérimentalement sous plusieurs conditions. تكتسب أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية شعبية يومًا بعد يوم، حيث أصبحت الطاقة الكهروضوئية هي الأولى من حيث الاستخدام في مصادر الطاقة الموزعة. تركز هذه الرسالة على المنصات التجريبية وخوارزميات التحكم المتقدمة: التحكم التنبئي بنموذج المجموعة المحدودة. يعالج البحث الأول محاكاة للأنظمة الكهروضوئية باستخدام FS-MPC، ويتم تطبيقه على الأنظمة الكهروضوئية القائمة بذاتها مع نوعين مختلفتين من محولات التيار المستمر DC / DC، والأنظمة المتصلة بالشبكة باستخدام محولات التيار المتردد AC. يمثل المحاكي الكهروضوئي المستند إلى محول مخفض الجهد DC / DC الجانب الثاني من هذا العمل، حيث يتم اختبار تجارب منصة PV في ظل ظروف مناخية حقيقية. من أجل ذلك، تم تطوير خوارزمية MPPT الهجين على أساس MPC وخوارزمية الحث التزايدي من أجل استخراج أقصى طاقة من محاكي PV. يخضع النظام المرتبط بالشبكة الكهروضوئية المدروسة أيضًا لعنصر تحكم تنبؤي مقترح يستخدم النماذج المتوقعة للمحولات الثلاثة المتتالية، والتي تتيح المرونة للتحكم في هذه المحولات في وقت واحد بعد تقليل دالة التكلفة الفردية. حيث تمنح هاته الليونة إمكانية إضافة تصغير لأرقام التبديل أو لمتوسط التردد كمصطلح رابع في دالة التكلفة. في هذا الجانب، يطرح البحث خوارزمية تنبؤيه متتالية مع التحكم المنفصل في القوى النشطة والتفاعلية. يهدف التحكم المقترح إلى إعطاء مزيد من التحكم في النظام وتحسين كفاءته. يحتوي أول نظام تمت دراسته في هذا القسم على ثلاثة محولات، يتم التحكم في هذه المحولات في وقت واحد مع وظيفة تكلفة واحدة؛ توفر استراتيجية التحكم المستخدمة مزيدًا من المتانة للنظام من خلال أن النظام الكلي يمكنه الآن تعويض الطاقة التفاعلية غير المرغوب فيها على جانب الشبكة دون أي منظم آخر وأي اضطراب في جانب التيار المستمر. النظام الثاني المدروس يتعامل مع نظام PV المستقل والذي يحتوي بذاته على نظام متكامل لتخزين الطاقة. تتضمن خوارزمية التحكم التنبئي للقدرة المستخدمة لهذا النظام إدارة الطاقة المنتجة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يضمن دورات شحن وتفريغ البطارية مع تموج أقل، وكل ذلك يعتمد على الطاقة المطلوبة بواسطة الحمل. تم اختبار النظام تجريبيا تحت عدة ظروف.