Development of new multilevel power converter structure for grid connected renewable energy systems
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Date
2024
Authors
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Publisher
University of Oum El Bouaghi
Abstract
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.
Description
Keywords
Maximum power point tracking mppt; MPC; Fault tolerant control; Grid connected PV system; T-type survey