Comparison of Line-Interactive Uninterruptible Power Supply Control Methods
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-08-17
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
50+5
Series
Abstract
The purpose of this work is to compare low-level voltage and current control methods for three-phase line-interactive uninterruptible power supplies (UPS), mostly with tests based on the standard IEC 62040-3. Out of the methods available in literature, synchronous-frame proportional-integral (PI) control methods for current and voltage control are used. Active resistance is used for stabilization. The methods are tested using a purpose-built PLECS/Simulink simulation model. Stability, parameter insensitivity, seamless mode changes and control speed are the main criteria for the goodness of the control methods. The tested PI current controller and non-cascaded PI voltage controller are stable, parameter-insensitive and quick. The cascaded PI voltage control is difficult to design and either slow or unstable. The non-cascaded PI voltage controller produces notable output voltage unbalance with standard unbalanced load test. Mode changes between PI current control and non-cascaded PI voltage control are seamless enough when using integrator preload. Further comparison could be carried out on control methods which could be better suited for unbalanced loads than the synchronous-frame PI voltage control or on modifications of PI control with better ability to handle unbalanced loads. Also higher-level control for grid-supporting and grid-feeding modes and general-purpose microgrid control with power sources on the load side could be looked into.Tässä työssä vertaillaan verkkovuorovaikutteisten katkottoman tehonsyötön järjestelmien (line-interactive UPS) matalan tason jännite- ja virtasäätömenetelmiä. Vertailu perustuu pääasiassa standardissa IEC-62040-3 esitettyihin testeihin. Kirjallisuudessa esiintyvistä menetelmistä testattaviksi on valittu PI-säätömenetelmät. Työssä testattin tahtikoordinaatistossa toimivia virta- ja jännitesäätömenetelmiä käyttämällä tarkoitusta varten kehitettyä PLECS/Simulink simulaatiomallia. Säädetyn järjestelmän vakauttamiseksi käytetään aktiiviresistanssia. Jännitesäädön osalta testataan sekä suoraa jännitesäätöä että kaskadikytkettyä jännitesäätöä. Vakaus, epäherkkyys järjestelmäparametrien epätarkkudelle, saumattomat toimintatilan vaihdot sekä säädon nopeus ovat pääasialliset hyvyyskriteerit. Testatuista säätömenetelmistä PI-virtasäätö sekä suora PI-jännitesäätö ovat vakaita, parametriepäherkkiä ja nopeita. Kaskadikytketyn PI-jännitesäädön suunnittelu vakaaksi ja nopeaksi on haastavaa, eikä nopeutta ja vakautta saavuteta yhtäaikaisesti. Toimintatilan vaihdot ovat riittävän saumattomia suoran PI-jännitesäädön ja PI-virtasäädön välillä, kun käytetään integraattorin alustusta. Suoralla PI-jännitesäädöllä vinokuorma aiheuttaa epäsymmetrisen kolmivaihejännitteen UPS-laitteen kuormarajapinnassa. Vinokuorman kanssa paremmin toimivat säätömenetelmät tai käytettyjen tahtikoordinaatistossa toimivien PI-säätömenetelmien muunnelmat ovat mahdollisia jatkotutkimusten aiheita. Myös ylemmän tason säätömenetelmät yleistä sähköverkkoa tukevia tai verkkoon tehoa syöttäviä toimintatiloja varten olisivat hyödyllisiä tutkia. Yleiskäyttöiset pienverkkojen hallintamenetelmät tilanteeseen, jossa UPS-järjestelmän kuorman puolella on teholähteitä, olisivat myös hyviä kohteita jatkotutkimuksille.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Kukkola, JarnoKeywords
UPS, control, PI, simulation, comparison