Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/29978

Type: Dissertação
Title: Comparative analysis of real-time OSV-MPC techniques in a multicore microcontroller-based hardware-in-the-loop
Author(s)/Inventor(s): Campos, Bernardo Figueiredo de Andrade
Advisor: Rolim, Luís Guilherme Barbosa
Co-advisor: Encarnação, Lucas Frizera
Abstract: Este trabalho apresenta uma análise comparativa de três diferentes implementações da estratégia de controle Optimal Switching Vector Model Predictive Control (OSV-MPC) aplicada a um inversor formador de rede com um filtro LC de saída em uma microrrede ilhada. O objetivo principal é comparar a qualidade da tensão de saída sintetizada pelo OSV-MPC padrão, pelo OSV-MPC com predição de dois passos de amostragem e pelo OSV-MPC com predição de dois passos de amostragem e extrapolação de Lagrange no sinal de referência de tensão. Um esquema de simulação hardware-in-the-loop (HIL) multinuclear é implementado, usando os dois núcleos de um microcontrolador F-28379D da Texas Instruments: um para o algoritmo de controle e o outro para o modelo matemático do sistema de potência. Cinco condições de carga são consideradas nas análises em regime permanente e em transitórios: a vazio, carga resistiva, capacitiva, indutiva e desequilibrada. O esquema de simulação em tempo real é validado usando como referência resultados obtidos em simulações offline no MATLAB/Simulink. Por fim, o estudo comparativo entre as variações do OSV-MPC é feito com base na análise das métricas de distorção harmônica total (THD), erro absoluto médio (MAE) e dispersão total de frequência (TFS) para cada caso. O tempo de processamento de cada variação do OSV-MPC é medido. O OSV-MPC com predição de dois passos e extrapolação de Lagrange mostrou melhor custo-benefício, proporcionando redução de THD e MAE em relação às outras variações do OSV-MPC, com um aumento de menos de 2 µs no tempo de processamento de algoritmo.
Abstract: This work presents a comparative analysis of three different implementations of the Optimal Switching Vector Model Predictive Control (OSV-MPC) strategy applied to a grid-forming inverter with an output LC filter in an islanded microgrid. The main objective is to compare the power quality of the output voltage synthesized by the standard OSV-MPC, the OSV-MPC with two-step prediction and the OSV-MPC with two-step prediction and Lagrange extrapolation on the output voltage reference signal. A multicore hardware-in-the-loop (HIL) simulation scheme is implemented, using both cores of a Texas Instruments F-28379D microcontroller: one core holds the control algorithm, while the other holds the power system mathematical model. Five different load conditions are considered on steady-state and transient analyses: no load, resistive, capacitive, inductive and unbalanced loads. The real-time simulation scheme is validated using MATLAB/Simulink offline simulation results as reference. The comparative study between the OSV-MPC variations is done based on the analysis of the total harmonic distortion (THD), mean absolute error (MAE) and total frequency spread (TFS) metrics, as well as the processing time of each OSV-MPC variation is measured. The OSV-MPC with two-step prediction and Lagrange extrapolation demonstrated better cost-benefit, providing a reduction in THD and MAE compared to the other OSV-MPC variations, with an increase of less than 2 µs in algorithm processing time.
Keywords: Model predictive control
Grid-forming inverter
Hardware in the loop
Microgrid
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Mar-2024
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: CAMPOS, Bernardo Figueiredo de Andrade. Comparative analysis of real-time OSV-MPC techniques in a multicore microcontroller-based hardware-in-the-loop. 2024. 98 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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