Modeling, control and real-time implementation of a quasi-z-source converter for variable speed micro-wind turbines for residential applications

Osman, Hotheyfa (2024). Modeling, control and real-time implementation of a quasi-z-source converter for variable speed micro-wind turbines for residential applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This study introduces a novel configuration aimed at efficiently and securely incorporating renewable energy sources like wind turbines and solar panels into household settings, including remote chalets. This setup involves two interconnected power converters: the quasi-Z-source converter and the single-phase inverter. To ensure uninterrupted power supply to connected loads, an energy storage system is integrated. To enhance power generation from renewables, the DC output voltage of the quasi-Z-source converter is elevated, while the single-phase half-bridge inverter is controlled using two shoot-through state-based strategies, ensuring a consistent and stable power supply to the chalet's electrical loads. Space vector modulation is employed to regulate the MOSFETs of the single-phase inverter, resolving its output nonlinearity issues. Furthermore, this study details the design of passive parameters for the converter and presents a comprehensive configuration model. A Simulink model was developed using MATLAB Simulink to assess the setup's performance, encompassing its control strategies and space vector modulation, across various conditions. A prototype of the 500W setup was constructed and evaluated in the laboratory, utilizing the F28379D as a microcontroller. Both practical and simulation results demonstrate satisfactory performance.

Titre traduit

Modélisation, contrôle et mise en temps réel d’un convertisseur quasi-z-source pour des micro-éoliennes à vitesse variable pour des applications résidentielles

Résumé traduit

Cette étude propose une nouvelle configuration pour intégrer de manière efficace et sécurisée des sources d'énergie renouvelable telles que les éoliennes et les panneaux solaires dans des applications domestiques, notamment les chalets isolés. Cette configuration comprend deux convertisseurs de puissance en cascade : le convertisseur quasi-Z-source et l'onduleur monophasé. Pour garantir une alimentation continue des charges connectées, un système de stockage d'énergie est intégré à la configuration. Pour optimiser la production d'énergie à partir des sources d'énergie renouvelable, la tension de sortie en courant continu du convertisseur quasi-Z-source est augmentée, tandis que l'onduleur monophasé à demi-point est contrôlé à l'aide de deux stratégies de contrôle basées sur l'état de passage (shoot-through state), assurant ainsi une alimentation stable et continue des charges électriques du chalet. La modulation vectorielle spatiale est adoptée pour contrôler les MOSFET de l'onduleur monophasé afin de résoudre les problèmes de non-linéarité de sa sortie. De plus, cette étude présente la conception des paramètres passifs du convertisseur et une modélisation détaillée de la configuration. Un modèle Simulink a été développé sous Matlab Simulink pour tester les performances de la configuration, incluant sa stratégie de contrôle basée sur l'état de passage et la modulation vectorielle spatiale, dans différentes conditions. Un prototype de la configuration de 500W a été réalisé et testé au laboratoire en utilisant le F28379D comme microcontrôleur. Les résultats pratiques et de simulation sont satisfaisants.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 115-118).
Mots-clés libres:	convertisseurs quasi-z-source, convertisseur monophasé à demi-point, contrôle algorithme basé sur l’état de passage (shoot-through), régulation de tension et de la fréquence, maximisation de l’énergie, énergie renouvelable, système autonome, SPWM
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chandra, Ambrish
Codirecteur:	Codirecteur Rezkallah, Miloud
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	20 mars 2025 19:04
Dernière modification:	20 mars 2025 19:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3550

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