Implementation of an experimental bench of the predictive control applied on photovoltaic low voltage grid connected system
No Thumbnail Available
Date
2021
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université Oum El Bouaghi
Abstract
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.
Description
Keywords
Photovoltaic system, Predictive control