Model predictive control based PV grid-connected single-stage three phase split-source inverter

• Autorzy: Feroura Hamza , Krim Fateh , May Abdelouahad , Belaout Abdesslam

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.11.16

Warianty tytułu

PL

Model predykcyjnej kontroli opartej na sieci PV jednofazowy trójfazowy falownik split-source podłączony do sieci

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Single-stage power conversion systems with boosting capabilities offer some important advantages. Among various alternatives, the split source inverter (SSI) has recently garnered attention as a potential alternative to the commonly employed Z-source inverter. This paper proposes a model predictive control (MPC) algorithm for grid integration of photovoltaic (PV) systems using a three phase SSI. SSI is similar to conventional voltage source inverter (VSI) and requires the same number of power switches with three additional diodes connected between the input source through an inductor and the nodes of each inverter leg. The proposed finite control-set model predictive controller (FCS-MPC) uses a discrete-time model of the system in order to predict its future behaviour for each of the finite states, then the optimal control action is chosen by minimizing a suitable cost function. Simulation results presented in this paper demonstrate the feasibility and the good performance of the proposed system.

PL

Jednostopniowe systemy konwersji mocy z możliwością zwiększania mocy oferują kilka ważnych zalet. Wśród różnych alternatyw, ostatnio uwagę zwraca falownik z dzielonym źródłem (SSI) jako potencjalna alternatywa dla powszechnie stosowanego falownika ze źródłem Z. W artykule zaproponowano model algorytmu sterowania predykcyjnego (MPC) do integracji sieci systemów fotowoltaicznych (PV) z wykorzystaniem trójfazowego SSI. SSI jest podobny do konwencjonalnego falownika źródła napięcia (VSI) i wymaga takiej samej liczby przełączników mocy z trzema dodatkowymi diodami podłączonymi pomiędzy źródłem wejściowym poprzez cewkę indukcyjną a węzłami każdej nogi falownika. Proponowany sterownik predykcyjny modelu skończonego zbioru sterowania (FCS-MPC) wykorzystuje dyskretny model systemu w celu przewidzenia jego przyszłego zachowania dla każdego ze skończonych stanów, następnie wybierane jest optymalne działanie sterujące poprzez minimalizację odpowiedniej funkcji kosztu . Wyniki symulacji przedstawione w tym artykule wykazują wykonalność i dobrą wydajność proponowanego systemu.

Słowa kluczowe

EN

photovoltaic; PV; single-stage; split-source inverter; SSI; model predictive control; MPC

PL

fotowoltaika; PV; pojedyncza scena; falownik z dzielonym źródłem; SSI; modelowa kontrola predykcyjna; MPC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 11
• Strony: 88--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Feroura Hamza

• Department of Electronics, Laboratory of Power Electronics and Industrial Control (LEPCI), University of Setif-1, Setif, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-0946-1060

autor

Krim Fateh

• Department of Electronics, Laboratory of Power Electronics and Industrial Control (LEPCI), University of Setif-1, Setif, Algeria

• https://orcid.org/0000-0001-9529-5291

autor

May Abdelouahad

• Department of Electronics, Laboratory of Power Electronics and Industrial Control (LEPCI), University of Setif-1, Setif, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-8922-7409

autor

Belaout Abdesslam

• Research Center in Industrial Technologies CRTI, Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-9536-6149

Bibliografia

• [1] Kumar, L. A., Alexander, S. A., & Rajendran, M. (2020). Power electronic converters for solar photovoltaic systems. Academic Press.
• [2] Abu-Rub, H., Malinowski, M., & Al-Haddad, K. (2014). Power electronics for renewable energy systems, transportation and industrial applications. John Wiley & Sons.
• [3] Femia, N., Petrone, G., Spagnuolo, G., & Vitelli, M. (2017). Power electronics and control techniques for maximum energy harvesting in photovoltaic systems. CRC press.
• [4] Abdelhakim, A., Mattavelli, P., & Spiazzi, G. (2015). Threephase split-source inverter (SSI): Analysis and modulation. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(11), 7451-7461.
• [5] Abdelhakim, A., Mattavelli, P., Boscaino, V., & Lullo, G. (2017). Decoupled control scheme of grid-connected split-source inverters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(8), 6202-6211.
• [6] Elthokaby, Y., Abdelsalam, I., Abdel-Rahim, N., & Mohamed, I. (2023). Standalone PV-based single-phase split-source inverter using model-predictive control. Alexandria Engineering Journal, 62, 357-367.
• [7] Cocco, G. M., Grigoletto, F. B., Scherer, L. G., & de Camargo, R. F. (2022). Modeling and control of hydro-pv hybrid power system with three-phase three-leg split-source inverter. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 33(5), 1563-1575.
• [8] Nannam, H. C., Banerjee, A., & Guerrero, J. M. (2021). Analysis of an interleaved control scheme employed in split source inverter based grid-tied photovoltaic systems. IET Renewable Power Generation, 15(6), 1301-1314.
• [9] Hassan, M. S., Abdelhakim, A., Shoyama, M., Imaoka, J., & Dousoky, G. M. (2020). Three-phase split-source inverter-fed PV systems: Analysis and mitigation of common-mode voltage. IEEE Transactions on Power Electronics, 35(9), 9824-9838.
• [10] Guler, N., & Komurcugil, H. (2021). Energy function based finite control set predictive control strategy for single-phase split source inverters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 69(6), 5669-5679.
• [11] Güler, N. (2022). Multi-objective cost function based finite control set-sliding mode control strategy for single-phase split source inverters. Control engineering practice, 122, 105114.
• [12] Villalva, M. G., Gazoli, J. R., & Ruppert Filho, E. (2009). Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays. IEEE Transactions on power electronics, 24(5), 1198-1208.
• [13] Ahmed, J., & Salam, Z. (2018). An enhanced adaptive P&O MPPT for fast and efficient tracking under varying environmental conditions. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 9(3), 1487-1496.
• [14] Soni, A. K., Jana, K. C., & Gupta, D. K. (2023). Variable stepsize adaptive maximum power point tracking algorithm for solar cell under partial shading conditions. IETE Journal of Research, 69(3), 1562-1577.
• [15] Rodriguez, J., & Cortes, P. (2012). Predictive control of power converters and electrical drives. John Wiley & Sons.
• [16] Cortés, P., Kouro, S., La Rocca, B., Vargas, R., Rodríguez, J., León, J. I., ... & Franquelo, L. G. (2009, February). Guidelines for weighting factors design in model predictive control of power converters and drives. In 2009 IEEE International Conference on Industrial Technology (pp. 1-7). IEEE.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).