Control of modular multilevel converters in high voltage direct current power systems

Mehrasa, Majid

Publication

Control of modular multilevel converters in high voltage direct current power systems

2019-06Doctoral thesis

datacite.subject.fos	Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica e de Computadores	pt_PT
dc.contributor.advisor	Catalão, João Paulo da Silva
dc.contributor.advisor	Calado, Maria do Rosário Alves
dc.contributor.advisor	Pouresmaeil, Edris
dc.contributor.author	Mehrasa, Majid
dc.date.accessioned	2019-08-05T11:30:08Z
dc.date.available	2019-08-05T11:30:08Z
dc.date.issued	2019-06
dc.description.abstract	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.	pt_PT
dc.description.abstract	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.	pt_PT
dc.description.sponsorship	This work was supported by FEDER funds through COMPETE 2020 and by Portuguese funds through FCT, under Projects SAICT-PAC/0004/2015 - POCI-01-0145-FEDER-016434 (ESGRIDS) and 02/SAICT/2017 - POCI-01-0145-FEDER-029803 (UNiTED).
dc.identifier.tid	101560761
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.6/7151
dc.language.iso	eng	pt_PT
dc.relation	Enhancing Smart GRIDs for Sustainability
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	pt_PT
dc.subject	Electrotécnia - Conversores de potência	pt_PT
dc.subject	Electrotécnia - Conversor multinível modular	pt_PT
dc.subject	Electrotécnia - Modelação e simulação	pt_PT
dc.subject	Electrotécnia - Sistemas dinâmicos - Modelos matemáticos	pt_PT
dc.title	Control of modular multilevel converters in high voltage direct current power systems	pt_PT
dc.type	doctoral thesis
dspace.entity.type	Publication
oaire.awardTitle	Enhancing Smart GRIDs for Sustainability
oaire.awardURI	info:eu-repo/grantAgreement/FCT/9471 - RIDTI/SAICTPAC%2F0004%2F2015/PT
oaire.fundingStream	9471 - RIDTI
person.familyName	Mehrasa
person.givenName	Majid
person.identifier.ciencia-id	0115-2EBA-3B68
person.identifier.orcid	0000-0002-7231-8996
project.funder.identifier	http://doi.org/10.13039/501100001871
project.funder.name	Fundação para a Ciência e a Tecnologia
rcaap.rights	openAccess	pt_PT
rcaap.type	doctoralThesis	pt_PT
relation.isAuthorOfPublication	7c823e9b-b93d-4f13-ac6e-44295bafd70a
relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery	7c823e9b-b93d-4f13-ac6e-44295bafd70a
relation.isProjectOfPublication	90cf6d57-efb5-497f-9d9f-c62b5cd73434
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thesis.degree.name	Doutoramento em Engenharia Electrotécnica e de Computadores	pt_PT