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Authors
Abstract(s)
This thesis focuses on a comprehensive analysis of Modular Multilevel Converters (MMC) in High
Voltage Direct Current (HVDC) applications from the viewpoint of presenting new mathematical
dynamic models and designing novel control strategies. In the first step, two new mathematical
dynamic models using differential flatness theory (DFT) and circulating currents components
are introduced. Moreover, detailed step-by-step analysis-based relationships are achieved for
accurate control of MMCs in both inverter and rectifier operating modes. After presenting these
new mathematical equations-based descriptions of MMCs, suitable control techniques are
designed in the next step. Because of the nonlinearity features of MMCs, two nonlinear control
strategies based on direct Lyapunov method (DLM) and passivity theory-based controller
combined with sliding mode surface are designed by the use of circulating currents componentsbased
dynamic model to provide a stable operation of MMCs in HVDC applications under various
operating conditions. The negative effects of the input disturbance, model errors and system
uncertainties are suppressed by defining a Lyapunov control function to reach the integralproportional
terms of the flat output errors that should be finally added to the initial inputs.
Simulation results in MATLAB/SIMULINK environment verify the positive effects of the proposed
dynamic models and control strategies in all operating conditions of the MMCs in inverter mode,
rectifier mode and HVDC applications.
Esta tese visa proceder a uma análise abrangente de conversores multinível modulares (MMC) para transmissão a alta tensão em corrente contínua (HVDC), almejando apresentar novos modelos matemáticos em sistemas dinâmicos e projetar novas estratégias de controlo. Na primeira etapa são introduzidos dois novos modelos matemáticos dinâmicos que usam differential flatness theory e as componentes de correntes circulantes. Ainda, é estabelecida uma modelação matemática para o controlo preciso dos MMCs, operando em modo inversor ou modo retificador. Depois de apresentar as novas equações matemáticas, as técnicas de controlo mais adequadas são delineadas. Devido às características não lineares dos MMCs, são projetadas duas estratégias de controlo não-lineares baseadas no método direto de Lyapunov e no controlo do tipo passivity theory-based combinado com controlo por modo de deslizamento através do uso de modelos dinâmicos baseados em correntes circulantes para fornecer uma operação estável aos MMCs em aplicações de HVDC sob várias condições de operação. Os efeitos negativos das perturbações de entrada, erros de modelação e incertezas do sistema são suprimidos através da definição da função de controlo de Lyapunov para alcançar os termos de integraçãoproporcionalidade dos erros de saída para que possam finalmente ser adicionados às entradas iniciais. Os resultados da simulação computacional realizados em ambiente MATLAB/SIMULINK verificam os efeitos positivos dos modelos dinâmicos propostos e das novas estratégias de controlo em todas as condições de operação dos MMCs no modo inversor, retificador e em aplicações HVDC.
Esta tese visa proceder a uma análise abrangente de conversores multinível modulares (MMC) para transmissão a alta tensão em corrente contínua (HVDC), almejando apresentar novos modelos matemáticos em sistemas dinâmicos e projetar novas estratégias de controlo. Na primeira etapa são introduzidos dois novos modelos matemáticos dinâmicos que usam differential flatness theory e as componentes de correntes circulantes. Ainda, é estabelecida uma modelação matemática para o controlo preciso dos MMCs, operando em modo inversor ou modo retificador. Depois de apresentar as novas equações matemáticas, as técnicas de controlo mais adequadas são delineadas. Devido às características não lineares dos MMCs, são projetadas duas estratégias de controlo não-lineares baseadas no método direto de Lyapunov e no controlo do tipo passivity theory-based combinado com controlo por modo de deslizamento através do uso de modelos dinâmicos baseados em correntes circulantes para fornecer uma operação estável aos MMCs em aplicações de HVDC sob várias condições de operação. Os efeitos negativos das perturbações de entrada, erros de modelação e incertezas do sistema são suprimidos através da definição da função de controlo de Lyapunov para alcançar os termos de integraçãoproporcionalidade dos erros de saída para que possam finalmente ser adicionados às entradas iniciais. Os resultados da simulação computacional realizados em ambiente MATLAB/SIMULINK verificam os efeitos positivos dos modelos dinâmicos propostos e das novas estratégias de controlo em todas as condições de operação dos MMCs no modo inversor, retificador e em aplicações HVDC.
Description
Keywords
Electrotécnia - Conversores de potência Electrotécnia - Conversor multinível modular Electrotécnia - Modelação e simulação Electrotécnia - Sistemas dinâmicos - Modelos matemáticos