Finite control set predictive control for squirrel cage induction generator with reduced count nine switch converter

O Conversor de Nove Chaves (C9C) foi desenvolvido sob a ideia de reduzir-se o número de chaves dos conversores de potência em sistemas multiportas, como em sistemas de geração de energia, com geradores operando com velocidade variável. Entre as possíveis técnicas de controle a ser aplicadas ao C9C, o Controle Preditivo de Estados Finitos destaca-se por proporcionar uma rápida dinâmica e ao mesmo tempo permitir de forma menos complexa a inserção de restrições ao sistema. No entanto, o C9C possui muitas possibilidades de chaveamento, o que aumenta em demasia o custo computacional do controle preditivo, e envolve diferentes variáveis de controle, o que aumenta a complexidade da sua função custo. Ainda, o controle preditivo pode apresentar altos fatores de oscilação nas variáveis controladas em regime permanente. Este trabalho propõe o Controle Preditivo Desacoplado de 2 Vetores (PCC-D2) para o C9C, que desacopla o controle do gerador de indução do controle da rede. Essa separação diminui o tamanho da enumeração dos vetores de tensão, o que reduz o custo computacional do controle. Assim, pode-se inserir a otimização por ciclo de trabalho, responsáveis por reduzir as oscilações em regime permanente do torque do gerador e da potência ativa inserida na rede. Resultados experimentais mostram que o PCC-D2 diminui os fatores de oscilação de torque e de potência ativa do sistema, para diferentes velocidades do gerador, quando comparado ao controle preditivo convencional, com função custo concentrada. Resultados experimentais também mostram que o custo computacional é efetivamente diminuído, e que o desempenho dinâmico não foi deteriorado. A principal contribuição do trabalho é um controle preditivo com menores fatores de oscilação em regime permanente, e com menor custo computacional, para o C9C. Assim, o PCC-D2 mostra-se uma técnica de controle apta à aplicação na geração de energia com geradores operando com velocidade variável, com o C9C.The Nine-Switch Converter (NSC) was developed aiming the reduction on the number of power converters switches in multiport systems, such as variable speed drives for power generation. Among the possible control techniques for the NSC, Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC) stands out due to its fast dynamics and easy incorporation of system restrictions. However, C9C has many switching possibilities, which increases the computational burden, and features several control goals, raising the cost function complexity. Moreover, FCS-MPC can present high ripple values in the system outputs. This work proposes a Decoupled Predictive Current Control with Duty cycle optimization (PCC-D2) for the NSC, which decouples the control of an induction generator from the grid control. The separation between grid and generator controls decreases the enumeration of voltage vectors to be performed, reducing computational burden. Then, duty cycle calculations are responsible for reducing torque and active power ripples. Experimental results show PCC-D2 provides lower ripple factors for the desired variables when compared to the approach with a concentrated cost function. Experimental results also show the computational burden was indeed lowered, and the dynamic performance was maintained. The main contribution is an steady state performance with lower ripple factors and lower computational burden. Therefore, PCC-D2 is a suitable low ripple technique for NSC control and for application to power generation with variable speed generators