ارائه‌ روشي تركيبي مبتني بر رويكرد كنترلي پيش‌بين مدل به‌منظور كنترل طبقه يكسوساز ترانسفورماتور الكترونيك قدرت

A Hybrid Control Strategy Based on Model Predictive Control Approach for the Rectifier Stage of Solid-State Transformer

در اين مقاله به بررسي و ارائه روشي كنترلي براي طبقه ورودي ترانسفورماتور الكترونيك قدرت پرداخته ميشود. ساختار متداول ترانسفورماتور فركانس پايين با هسته آهني، داراي معايبي از قبيل عدم كنترلپذيري ولتاژ و جريان، حساسيت زياد به هارمونيك، كيفيت پايين ولتاژ در هنگام اشباع و ... است. ترانسفورماتور الكترونيك قدرت از چندين طبقه مبدل الكترونيك قدرت تشكيل شده و از­آن­جايي كه در پژوهش حاضر، استفاده از آن به عنوان جايگزيني براي منبع تغذيه موجود در كاربرد قطارهاي برقي مد نظر بوده است؛ به­صورت كاهنده در نظر گرفته شده و خروجي آن به صورت ولتاژ DC است. بنابراين، ساختار مورد مطالعه از دو طبقه يكسوساز ورودي و DC-DC كاهنده تشكيل شده كه به ­ترتيب وظيفه يكسو سازي ولتاژ متناوب ورودي و كاهش سطح ولتاژ يكسوشده را بر عهده دارند. در اين مقاله، روشي تركيبي مبتني بر رويكرد پيشبين مدل به ­منظور متعادل­ سازي ولتاژ خازن­ هاي طبقه يكسوساز و هم­چنين، كنترل ضريب قدرت ورودي ارائه مي­شود. مزيت روش پيشنهادي نسبت به ديگر روشهاي موجود، سادگي الگوريتم، كاهش قابل توجه حجم محاسبات نسبت به روش پيش­بين سنتي و كنترل مناسب و هم­زمان جريان و ضريب قدرت ورودي و ولتاژ خروجي است. در نهايت، با انجام شبيه ­سازي در محيط نرم­ افزار MATLAB/ Simulink صحت عملكرد روش ارائه شده تصديق مي­شود.

This paper focuses on studying the Solid-State Transformer (SST) and proposing a control strategy for its input stage. The conventional low-frequency transformers suffer some drawbacks such as uncontrolled voltages and currents, high sensitivity to harmonics, low voltage quality in saturation conditions and so on. The solid-state transformer consists of several power electronic converter stages and as it is designed to be utilized as the power supply in electric train applications in this research, it is considered to be step-down and only has a DC output. Therefore, the studied configuration only consists of rectification and DC-DC step-down conversion stages. The main contribution of this paper is to propose a hybrid method based upon the Model Predictive Control (MPC) approach in order to balance the capacitor voltages and also control the power factor of input rectifier. The suggested strategy provides some advantages compared to other methods such as simple algorithm, significantly lower computational burden (compared to the conventional predictive control method) and simultaneous control of the input current, power factor and also the output voltage. Finally, the feasibility of the proposed method is verified through conducting simulations in the MATLAB/Simulink environment.