Projeto e implementação de um controlador de corrente robusto para inversores com filtro LCL conectados à rede com incertezas paramétricas

Abstract

This paper addresses the design and implementation of a discrete controller for grid connected voltage source inverters with LCL-filter usually found in wind power generation systems. First a theorem that relates the controllability of the discrete dynamic equation of the inverter with LCL-filter and the sampling frequency is derived. Then, a condition to obtain a robust partial state feedback controller based on linear matrix inequalities is proposed. This controller guarantees the stability and damping of the LCL-filter resonance for a large set of grid conditions without requiring self-tuning procedures. Finally, an internal model controller is added to ensure asymptotic reference tracking and disturbance rejection, therefore reducing significantly the impact of grid background voltage distortion on the output currents. Simulation and experimental results are presented to support the theoretical analysis and to demonstrate the system performance. RESUMOEste artigo trata do projeto e implementação de um controlador discreto de corrente para um inversor trifásico alimentado em tensão e conectado à rede através de um filtro LCL, geralmente encontrado em sistemas de geração eólica. Primeiramente, é desenvolvido um teorema que relaciona a controlabilidade da equação dinâmica discreta, que representa o comportamento do conversor conectado à rede, aos parâmetros do filtro e a freqüência de amostragem do sistema. Então é derivada uma condição para a obtenção dos ganhos de retroação parcial robusta de estados baseada em desigualdades matriciais lineares. Este controlador garante a estabilidade e o amortecimento ativo da ressonância do filtro LCL conectado à rede, mesmo com incertezas paramétricas no ponto de conexão sem a necessidade de procedimentos de auto-sintonia ou algoritmos adaptativos. Finalmente, um controlador com modelo interno é adicionado a fim de prover rastreamento assimptótico da referência e rejeição do distúrbio, diminuindo significativamente o impacto dos distúrbios harmônicos de baixa freqüência da tensão da rede nas correntes de saída. Resultados experimentais e de simulação são apresentados para dar suporte a análise teórica desenvolvida bem como para demonstrar o desempenho do sistema.

A Three-phase to three-phase matrix converter prototype

“…The three-phase voltage source inverter is widely used as power converter in many kind of applications and exist in literature several studies (Michels et al, 2005;Gabe et al, 2009). Although this kind of converter has a mature technology and robustness, the presence of a large electrolytic capacitor in the dc link causes a high-distorted input current with THD that can be over 140% as well as increases the costs.…”