The rapid and correct isolation of faulty submodules (SMs) is of great importance for improving the reliability of modular multilevel converters (MMCs). Therefore, a fast diagnosis method containing fault detection and fault location determination was presented in this paper. An improved incremental predictive model of arm current was proposed to detect failures, and the multi-step prediction method was used to eliminate the negative impact of disturbances. Moreover, a control method was proposed to strengthen the fault characteristics to rapidly locate faulty arms and faulty SMs by detecting the variation rate of the SM capacitor voltage. The proposed method can rapidly and easily locate faulty SMs under different load conditions without the need for additional sensors. The experimental results have validated the effectiveness of the proposed method by using a single-phase MMC with four SMs per arm.
A load-following operation in APR+ nuclear plants is necessary to reduce the need to adjust the boric acid concentration and to efficiently control the control rods for flexible operation. In particular, a disproportion in the axial flux distribution, which is normally caused by a load-following operation in a reactor core, causes xenon oscillation because the absorption cross-section of xenon is extremely large and its effects in a reactor are delayed by the iodine precursor. A model predictive control (MPC) method was used to design an automatic load-following controller for the integrated thermal power level and axial shape index (ASI) control for APR+ nuclear plants. Some tracking controllers employ the current tracking command only. On the other hand, the MPC can achieve better tracking performance because it considers future commands in addition to the current tracking command. The basic concept of the MPC is to solve an optimization problem for generating finite future control inputs at the current time and to implement as the current control input only the first control input among the solutions of the finite time steps. At the next time step, the procedure to solve the optimization problem is then repeated. The support vector regression (SVR) model that is used widely for function approximation problems is used to predict the future outputs based on previous inputs and outputs. In addition, a genetic algorithm is employed to minimize the objective function of a MPC control algorithm with multiple constraints. The power level and ASI are controlled by regulating the control banks and part-strength control banks together with an automatic adjustment of the boric acid concentration. The 3-dimensional MASTER code, which models APR+ nuclear plants, is interfaced to the proposed controller to confirm the performance of the controlling reactor power level and ASI. Numerical simulations showed that the proposed controller exhibits very fast tracking responses.
This article introduces recent trends in RHC (Receding Horizon Control), also known as MPC (Model Predictive Control), that has been well recognized in industry and academy as a systematic approach for optimal design and constraint management. Constrained and robust RHCs will be briefly reviewed with milestone results. Among the diverse developments and achievements of RHCs, implementation issues will be focused on, together with the latest applications. In particular, this article introduces results on how to solve a finite horizon open-loop optimal control problem in an efficient way, together with code generation for real-time execution and easy implementation. Instead of traditional applications such as refineries and petrochemical plants, this article highlights some selected emerging applications, such as energy management systems and mechatronics, that have resulted from state-of-the-art high performance computing power and advanced numerical schemes.
This paper describes a power control scheme to improve the performance of a fuel cell battery hybrid power source for residential application. The proposed power control scheme includes a power control strategy to control the power flow of the fuel cell hybrid power system and a digital control technique for a front-end dc-dc converter of the fuel cell. The power control strategy enables the fuel cell to operate within the high efficiency region defined by the polarization curve and efficiency curve of the fuel cell. A dual boost converter with digital control is applied as a front-end dc-dc converter to control the fuel cell output power. The digital control technique of the converter employs a moving-average digital filter into its voltage feedback loop to cancel the low frequency harmonic current drawn from the fuel cell and then limits the fuel cell output current to a current limit using a predictive current limiter to keep the fuel cell operation within the high efficiency region as well as to minimize the fuel cell oxygen starvation.
Multi-input multi-output (MIMO) dynamic matrix control (DMC) technique is applied to control steam temperatures in a large-scale ultrasupercritical once-through boiler-turbine system. Specifically, four output variables (i.e., outlet temperatures of platen superheater, finish superheater, primary reheater, and finish reheater) are controlled using four input variables (i.e., two spray valves, bypass valve, and damper). The step-response matrix for the MIMO DMC is constructed using the four input and the four output variables. Online optimization is performed for the MIMO DMC using the model predictive control technique. The MIMO DMC controller is implemented in a full-scope power plant simulator with satisfactory performance.
The measurement of three-phase current is important to control the instantaneous torque of a interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) using a three-phase inverter. Therefore, shunt resistors are used in low-cost motor-driving systems to measure three-phase current instead of additional current sensors that are too expensive for these systems. However, in certain regions of a space vector plane, shunt resistors cannot reconstruct three-phase current in high-speed driving mode. In this paper, predictive current control is used to compensate for the three-phase current in those regions, which results in a reduction of current ripple in a three-shunt sensing inverter(TSSI) and torque ripple in IPMSM.
Using the classical cascade voltage control strategy, this paper proposes an analytical solution to an MPC (Model Predictive Control) problem with a hexagonal input constraint set for the inner-loop to regulate the output voltage of the UPS (Uninterruptible Power Supply). Focus is placed on how to deal with the hexagonal input constraint set without any approximation. Following the conventional cascade voltage control strategy, the PI (Proportional-Integral) controller is used in the outer-loop in order to regulate the output voltage. The simulation results illustrate that the capacitor voltage rapidly goes to its reference in a satisfactory manner while keeping other state variables bounded under an unexpected load changes.
The performance of active power filter depends on the inverter characteristic, the control method, and the accuracy of reference signal generator. The accuracy of reference generator is the most critical item to determine the performance of active power filter. This paper introduces a novel reference signal generator composed of improved adaptive predictive filter. The performance of proposed reference signal generator was verified by means of simulation with MATLAB. The simulation result confirm that the proposed reference signal generator can be utilized for the active power filter.
In this paper, a Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC) for a five level cascaded multilevel inverter (CMLI) with reduced switch topology is proposed. Five switches are used here instead of conventionally used eight switches. The main contribution of this paper is to make the MPC controller work for the reduced switch topology using only 19 voltage vectors in place of conventional 61 voltage vectors for a five level CMLI. This simplifies the execution of the MPC algorithm, paving a way for the significant reduction in the computational time. The controller makes use of the excellent ability of MPC to multitask, by adding one more objective which is to reduce the average switching frequency in addition to controlling the load current. This is especially important, since switching losses and therefore switching frequency is significant for high-power applications. The trade-off of this MPC is that the current is not as smooth as the 61 vector scheme, but well within the limits of IEEE standards. The results shown prove that this MPC works well in steady state and dynamic conditions too.
In this paper, a new simple control method for active power filter which can realized the complete compensation of the harmonic currents is proposed. In the proposed scheme, a compensating current reference generator employing resonance model implemented by a DSP(Digital Signal Processor) is introduced. Deadbeat control is employed to control the active power filter. The switching pulse width based SVM(Space Vector Modulation) is adopted so that the current of active power filter is been exactly equal to its reference at the next sampling instant. To compensate the computation delay of digital controller, the prediction of current is achieved by the current observer with deadbeat response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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