Study and analysis of state-of-the-art FCS-MPC strategies for thermal regulation of power converters

Abstract

La degradación en los convertidores de potencia basados en silicio, enmarcados en sistemas de tracción eléctrica y fuentes de energías renovables, es un tema de estudio de especial interés para aquellas aplicaciones donde los fallos amenazan la seguridad de personas o donde el mantenimiento es particularmente costoso. Motivado por la influencia de los fallos en IGBTs sobre los fallos habituales en los convertidores de potencia comunes, este trabajo utiliza la herramienta software PLECS como marco de trabajo para la simulación de algoritmos de control predictivo basado en modelo con conjunto finito de acciones de control (FCS-MPC) que pretenden -simultáneamente a conseguir el seguimiento eléctrico- extender directa o indirectamente la vida útil de los IGBTs. El trabajo se enfoca principalmente a la simulación en ordenador de los algoritmos controlando un inversor de dos niveles conectado a una carga RL. Además, pretende también introducir la implementación de éstos sobre un microcontrolador para su estudio controlando el inversor simulado en la plataforma PLECS RT Box 1, con el fin último de poder desarrollar validaciones de los controladores basadas en técnicas Hardware-In-the-Loop.

Degradation of silicon-based power electronics converters in traction and renewable energy systems is a topic of interest particularly where module failure supposes a safety threat or where maintenance becomes especially expensive. Motivated by the influence of IGBT aging in usual power converters, this work uses the software tool PLECS as framework to simulate Finite Control Set Model Predictive Control (FCSMPC) algorithms that, simultaneously to achieving a certain current tracking, aim to directly or indirectly extend IGBTs’ lifetime. Whilst the work focuses on offline simulation of the algorithms on PLECS, it also targets to pave the way to implement algorithms in a micro-controller and to study how they control a two-level inverter connected to a RL load simulated on a PLECS RT Box 1 platform. The ultimate goal is to develop validations based on Hardware-In-the-Loop techniques of the control algorithms.