Applications of modern control in power electronics

par Michael Hernandez

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Françoise Lamnabhi-Lagarrigue et de Roméo Ortega.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Applications de contrôle modernes dans l'électronique de puissance


  • Résumé

    Dans la première partie, cette dissertation continue le cadre pour l'analyse et la conception (probablement des compensateurs de facteur) de puissance (PF) non linéaire pour les systèmes électriques fonctionnant dans des régimes nonsinusoïdaux (mais périodiques) avec les charges non linéaires. En particulier, dans la prétention standard que le générateur est une source de tension sans l'impédance, nous avons caractérisé toutes les charges non linéaires dont le pf est amélioré avec un compensateur non linéaire indiqué. Et ce cadre est employé pour étudier le problème de lacompensation passive de pf d'un redresseur commandé par pont classique. Est donné le fonctionnement "à l'avance de phase" du redresseur qu'on s'attend à ce que la compensation capacitive améliore le pf. Il est cependant moins évident que ceci puisse également être réalisé (dans quelques conditions appropriées) avec des inducteurs. Dans la deuxième partie, on a proposé la méthodologie d’A pour concevoir les contrôleurs (PI) proportionnel-intégraux linéaires utilisés des applications de convertisseur de puissance et en assurant la stabilité asymptotique. La technique s’est fondée sur le fait de base que si un système d’affinage peut être rendu passif avec une commande constante, alors il est stabilisable avec pi. Un état structural a été imposé alors au convertisseur de puissance pour satisfaire l’ancienne propriété avec un résultat passif produit comme combinaison linéaire des états. Cette condition est technique et n’a aucune interprétation physique claire. Ce résultat est prolongé dans trois directions : d’abord, la condition mentionnée ci-dessus est enlevée ; en second lieu, une plus grande classe des convertisseurs (avec des sources extérieures de commutation) est considérée ; troisièmement, la résistance de charge est assumée qu’on propose l’inconnu et un contrôleur adaptatif de pi (avec trois estimateurs différents). La méthodologie est appliquée au problème de la compensation de facteur de puissance d’un redresseur triphasé de source de tension, avec des résultats de simulation proposés. En outre, pi adaptatif stable est conçu pour la régulation de tension de rendement d’un convertisseur quadratique de poussée montrant l’exécution au moyen de résultat expérimental. Dans la troisième partie quelques contrôleurs basés sur le concept de la commande de charge pour un convertisseur utilisé dans une mise sous tension la correction de facteur sont montrés. Le convertisseur se compose par le raccordement intercalé de deux convertisseurs ou plus de poussée reliée à la grille à l’aide d’un redresseur de diode non commandé. La commande de charge représente une solution bon marché pour garantir la mise en commun courante entre les différents convertisseurs impliqués, et est normalement employée en combination avec d’autres contrôleurs. Les deux contrôleurs sont d’abord conçus pour garantir le facteur de puissance de près d’un avec la tension CC Réglée, à laquelle la commande de charge est ajoutée pour distribuer le courant égal parmi les convertisseurs. En conclusion, on présente une simplification avec l’exécution semblable qui élimine l’utilisation des sondes courantes, excepté les transformateurs de courant exigés pour mettre en application la commande de charge, des résultats expérimentaux accomplissent cette cloison. La quatrième partie, présente l’exécution et la programmation d’une méthode pour dépister le point de puissance maximum (MPP) dans des applications (PV) photovoltaïques. Ce point de fonctionnement est d’intérêt spécial pendant qu’on l’exige pour extraire la puissance maximum disponible à partir des rangées photovoltaïques.


  • Résumé

    In the first part, this dissertation continues with the framework for analysis and design of (possibly nonlinear) power factor (PF) compensators for electrical systems operating in non-sinusoidal (but periodic) regimes with nonlinear loads. In particular, under the standard assumption that the generator is a voltage source with no impedance, we characterized all nonlinear loads whose PF is improved with a given nonlinear compensator. And this framework is used to study the problem of passive PF compensation of a classical half-bridge controlled rectifier. Given the “phase advance” operation of the rectifier it is expected that capacitive compensation improves PF, it is however less obvious that this can also be achieved (under some suitable conditions) with inductors. In the second part, A methodology to design linear proportional-integral (PI) controllers used in power converter applications and ensuring asymptotic stability was proposed. The technique relied on the basic fact that if an affine system can be rendered passive with a constant control, then it is stabilizable with a PL A structural condition was imposed then on the power converter to satisfy the former property with a passive output generated as a linear combination of the states. This condition is technical and has no clear physical interpretation. This result is extended in three directions : first, the aforementioned condition is removed ; second, a larger class of converters (with switching external sources) is considered ; third, the load resistance is assumed unknown and an adaptive PI controller (with three different estimators) is proposed. The methodology is applied to the problem of power factor compensation of a 3-phase. Voltage source rectifier, with simulation results proposed. Also, a stable adaptive PI is designed for the output voltage regulation of a quadratic boost converter showing the performance by means of experimental result. In the third part some controllers based on the concept of charge control for a converter used in an application of power factor correction are shown. The converter is composed by the interleaved connection of two or more boost converters connected to the grid by means of a non controlled diode rectifier. Charge control represents a cheap solution to guarantee current sharing among the different converters involved, and is normally used in combination with other controllers. The two controllers are first designed to guarantee the power factor close to one with regulated DC voltage, to which charge control is added to distribute equal current among the converters. Finally, a simplification with similar performance is presented that eliminates the use of current sensors, except for the current transformers required to implement the charge control, experimental results complete this part. The fourth part presents the implementation and programming of a method to track the maximum power point (MPP) in photovoltaic (PV) applications. This operation point is of special interest as it is required to extract the maximum power available from the photovoltaic arrays.

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  • Détails : 1 vol. (128p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125-128. Index

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