Comparative study of control strategies for a grid connected two-stage single-phase inverter with battery integration

Abstract

Esta dissertação apresenta um estudo comparativo sobre a eficácia de diversas estratégias de controle aplicadas a um inversor monofásico de dois estágios, conectado à rede elétrica e integrado a uma bateria. As técnicas de controle analisadas incluem: controle PI em cascata para conversores CC-CC e CC-CA, controle PI no domínio dq, controle por realimentação linearizante e controle preditivo baseado em modelo com conjunto finito de controle. O objetivo é avaliar as estratégias de controle para sistemas de carregamento de veículos elétricos com integração da tecnologia Vehicle-to-Grid (Veículo para a Rede), utilizando métricas de desempenho para assegurar a eficiência e eficácia desses sistemas na modernização das redes elétricas. A avaliação das estratégias de controle é conduzida por meio de métricas de desempenho, como erro médio quadrático, margem de fase, distorção harmônica total e eficiência. Os controladores são analisados quanto à sua resposta a distúrbios de energia e a diferentes modos operacionais, incluindo carregamento de bateria e fornecimento de energia para a rede. As estratégias de controle foram validadas por meio de simulação Hardware-In-the-Loop (HIL), utilizando um Typhoon HIL 402.

Abstract: This dissertation presents a comparative study on the effectiveness of various control strategies applied to a two-stage single-phase inverter connected to the grid, with integrated battery storage. The control techniques analyzed include: cascaded PI control for DC-DC and DC-AC converters, PI control in the dq domain, Feedback Linearization Control, and Finite Control Set Model Predictive Control. The primary objective is to assess control strategies for electric vehicle charging systems with Vehicle-to-Grid integration, using performance metrics to ensure the efficiency and effectiveness of these systems in modernizing electrical grids. The effectiveness of the control strategies is evaluated using performance metrics such as mean squared error, phase margin, total harmonic distortion, and efficiency. The controllers are evaluated based on their response to energy disturbances and operational modes, including battery charging and power supply to the grid. The validation of control strategies was conducted through Hardware-In-the-Loop simulation using a Typhoon HIL 402