Control óptimo y robusto para un inversor trifásico

Abstract

In this thesis, an optimal and robust controller design is presented to regulate the active and reactive power to be transfered from a microgrid (which is defined as an autonomus set of generators, loads, energy storage devices and the technology needed to control the set operation) toward the utility grid, through a power converter (inverter). Additionally, an LCL filter is added, in order to improve the quality of the energy injected into the utility grid. Both the inverter (power electronics) as the filter, are important elements in a distributed generation scheme.The proposed controllers provide of functionality to the power inverter, which are based on optimal and robust strategies. The controllers are designed to carry out optimal trajectory tracking, whose solution depends on the state-dependent Riccati equation, resulting in an optimal feedback control law for nonlinear systems, which have the characteristic of being state-dependent coefficient factorizable. The optimal trajectory tracking is then combined with an additional robust control law, synthesized by the sliding modes approach, to provide of rubustness to the control scheme with respect to matched disturbances. Finally, sliding modes are combined with a H1-based optimal controller. These control techniques are hybrid schemes, which are optimal and robust with respect to unmatched disturbances. Simulation results are obtained from applying each controller. Also, the verification of each control scheme is performed and evaluated via simulations.

En el presente documento de tesis se presentan diseños de controladores óptimos y robustos para regular los niveles de la transferencia de potencia activa y reactiva desde una microred eléctrica (definida como un conjunto autónomo de generadores, cargas, elementos de almacenamiento de energía, y la tecnología que controla dicho conjunto), hacia la red eléctrica pública, a través de un convertidor de potencia (inversor). Adicionalmente, se agrega un filtro LCL con la finalidad de mejorar la calidad de la energía generada en la microred que será inyectada a la red pública. Tanto el inversor (electrónica de potencia) como el filtro, son elementos importantes en la generación de energía eléctrica distribuida. Los controladores propuestos para darle funcionalidad al inversor de potencia, están basados en estrategias óptimas y robustas, diseñadas para realizar tareas de seguimiento óptimo de trayectoria, cuya solución depende de la ecuación de Riccati dependiente del estado, resultando en una ley de control por retroalimentación de estados óptima para una clase de sistemas no lineales, que presenta la característica de ser factorizable en coeficientes dependientes del estado. El seguimiento óptimo de trayectoria se combina posteriormente con una ley de control robusta adicional, sintetizada a partir del enfoque de modos deslizantes, para darle robustez al esquema de control ante perturbaciones. Finalmente, se combinan modos deslizantes con un controlador óptimo basado en H1. Estas técnicas de control resultan en esquemas híbridos, los cuales son óptimos y robustos ante perturbaciones. Se obtienen resultados de la aplicación de cada uno de los controladores a nivel simulación, verificando la conveniencia de la utilización de un esquema de control específico para aplicaciones con características definidas.