I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l.   4 ,   No .   3 Dec em b er   201 5 ,   p p .   104 ~ 117   I SS N:  2252 - 8792          104       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J APE   Predic tive  Co nt ro fed  by  an Ind ire ct  Co nv ert er w ith  a nd  w ithout energy  st o ra g e   using   PSO   O pti m i z a tion       Z a k a ria   L a mm o uch i K a m el   B a rr a     De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   L a rb Be n   M h id Un iv e rsity Ou m   El   Bo u a g h i,   0 4 0 0 0 .   A lg e ri a       Art icle  I nfo     AB ST R AC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Oct   2 0 ,   2 0 1 5   A cc ep ted   No v   6 ,   2 0 1 5       T h e   p a p e p re se n ts  a n   i m p ro v e d   p re d ictiv e   d irec c o n tro o f   a   v a ri a b le  sp e e d .   T h e   m e th o d   is  b a se d   o n   f in it e   sta tes   sp a c e   m o d e o f   th e   c o n v e rter.  T h e   p ro p o se d   c o n tr o m e th o d   se lec t th e   o p ti m a s w it c h in g   sta te  o f   (In d irec t   Co n v e rter  w it h   a n d   w it h o u e n e rg y   sto ra g e   f o r e c ti f i e d   a n d   in v e rter)  th a m in i m ize s   th e   e rro b e t w e e n   o rth o g o n a to r q u e ,   f lu x s,  a n d   th e   re a c ti v e   p o w e r   c o m p o n e n ts  p re d ictio n t o   t h e ir   c o m p u ted   v a lu e f o a ll   d if f e r e n v o lt a g e   v e c to rs.  T h e   o p ti m a v o lt a g e   v e c to th a m in i m ize s   a   c o st  f u n c ti o n   is  th e n   a p p li e d   t o   th e   o u t p u o f   th e   p o w e c o n v e rter.  T h e   m a in   a i m   o f   th is  p a p e is  to   p ro p o se   a n   o n li n e   o p t im iza ti o n   o f   th e   w e i g h ti n g   fa c to rs  b y   t h e   P a rti c le   S w a r m   Op ti m iza ti o n   (P S O)  a p p r o a c h   w e ll   k n o w n   b y   it ro b u st n e ss   a n d   f a st   c o n v e rg e n c e   to   th e   g lo b a o p t i m u m .   S im u latio n   re su lt s h o w   th a P S stra teg y   is  v e r y   e ff i c ien to   d e sig n   a c c u ra tel y   a n d   q u ick ly   th e se   we ig h ti n g   f a c to rs.   K ey w o r d :   AC /D C / AC   co n v er ter .      C o s t   f u n ctio n .     Dc - li n k   v o lta g e .   I n d ir ec m atr i x   co n v er ter   I MC ) .   P ar ticle  s w ar m   o p ti m izatio n .   States   Mo d el  P r ed ictiv e .       Co p y rig h ©   2 0 1 5   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Z a k ar ia  L a m m o u c h i   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   L ar b i B en   M‟ h id i U n iv er s it y ,   Ou m   E l B o u ag h i,  0 4 0 0 0 .   A lg e r ia .   E m ai l:  P r o f _ la m m o u c h i @ y ah o o . f r       1.   I NT RO D UCT I O N   I n d ir ec AC     DC     AC   co n v er ter   is   th m o s co m m o n   ap p r o ac h   f o r   AC     AC   p o w er   co n v er s io n .   T h e   co n v er ter   to p o lo g y   co n s i s ts   o f   a   r ec tifie r   at  s u p p l y   s id an d   a n   i n v er ter   at  t h e   lo ad   s id e.   T h d is tin ct iv e   f ea t u r o f   th i s   co n v er ter   to p o lo g y   i s   t h n ee d   o f   e n er g y   s to r ag e le m e n t   in   t h i n ter m ed iate  D C - li n k :   ca p ac ito r   f o r   VS I .   Du e   to   lo w   co s a n d   co n tr o l   s i m p lici t y ,   t h in d ir ec AC - DC - AC   c o n v er ter   h as   b ee n   ex ten s i v e1   l y   u s ed   in   i n d u s tr ia l a p p licatio n s   [ 1 ] .   T h m ain   d is ad v a n ta g o f   t h in d ir ec AC - DC - AC   co n v er ter   to p o lo g y   is   t h n ee d   f o r   lar g e n er g y   s to r ag ele m en in   t h D C - li n k .   C o m p ar ed   to   o th er   elec tr o n ic  co m p o n e n ts ,   elec tr o l y tic   ca p ac ito r s   h av a   s h o r ter   lif e ti m e.   As  r esu lt,   th o v er all  li f eti m o f   t h co n v er ter   is   r ed u ce d ,   lead in g   to   th i n cr ea s ed   m ai n ten a n ce   co s t.  I n   ad d itio n ,   th en er g y   s to r ag ele m e n t s   ar b u lk y   a n d   u n r eliab le  at  ex tr e m te m p er at u r es;   ca u s i n g   t h is   co n v er ter   to p o lo g y   to   b in ap p r o p r iate  f o r   s o m ap p licatio n s   t h co n v er ter   w i ll  b ec o m m o r e   s u s ce p tib le  to   g r id   d is tu r b a n ce s   [ 2 ] .   I n   o r d er   t o   eli m in a te  t h n ee d   f o r   DC - li n k   e n er g y   s to r ag e,   th i n d ir ec t   co n v er ter   w it h o u en er g y   s to r ag tech n o lo g y   h a s   g ai n ed   s ig n i f ican r esear ch   in ter est.  T h m atr i x   co n v er ter   i s   ab le  to   g en er ate  s i n u s o id al  s u p p ly   c u r r en t s   an d   ad j u s tab le  i n p u p o w er   f ac to r   ir r esp ec tiv e   o f   th lo ad .   Mo s t   i m p o r tan tl y ,   th r e m o v a o f   t h DC - lin k   e n er g y   s to r ag e le m en en ab le s   [ 1 ]   th m atr i x   c o n v er ter   to p o lo g y   to   h av m o r co m p ac t d esi g n ,   w h ic h   is   a n   ad v an tag i n   ap p licatio n s   s u c h   as a er o s p ac e .   R ec en t l y Fin ite - State s   Mo d el  P r ed ictiv C o n tr o ( FS - MP C )   ap p ea r s   as  co m p lete  a n d   ac cu r ate  ap p r o ac h   to   co n tr o p o w er   co n v er ter s   d u to   its   f a s d y n a m i r esp o n s e,   n o   n ee d   f o r   li n ea r   co n tr o ller s   i n   i n n er   lo o p s   [ 3 ] .   T h m eth o d   is   b ased   o n   th f ac th at  f in ite  n u m b er   o f   p o s s ib le  s w i tch i n g   s tat es  ca n   b g en er ated   b y   p o w er   co n v er ter   an d   th a t h m o d el  o f   t h e   s y s te m   ca n   b e   u s ed   to   p r ed ict  t h b e h av io u r   o f   t h v ar iab les   f o r   ea ch   s w itc h i n g   s tate.   Fo r   th s elec tio n   o f   t h ap p r o p r iate  s w i tch i n g   s tate  to   b ap p lied   to   th s y s te m ,   q u al it y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       P r ed ictive  C o n tr o l fe d   b a n   I n d ir ec t Co n ve r ter w i th   a n d   w ith o u t e n erg s to r a g e …  ( Za ka r ia   La mmo u ch i )   105   f u n ctio n   m u s b d ef i n ed .   [ 3 ] .   u s ed   co s f u n ctio n s   i n cl u d g en er all y   t w o   ter m s   o r   m o r e.   T h ese  ter m s   ar e   p en alize d   b y   w ei g h ti n g   f ac to r s   th at  d ec id w h et h er   th p r io r it y   is   g i v e n   to   th s tate s   w h ic h   m i n i m ize  t h er r o r s   in   t h ese   ter m s .   I n   [ 4 ] ,   th a u t h o r s   w er u s ed   q u al i t y   f u n ct io n   th at   co n tai n s   t h r ee   ter m s   f o r   o u tp u t   cu r r en ts   an d   r ea cti v p o w er   m i n i m izatio n   in   th s u p p l y   s i d w h er th e y   s aid   th at   an   e x h au s ti v s ea r c h   w a s   ca r r ied   o u b ased   o n   4 0 0   s im u latio n s ,   ea ch   w it h   v al u o f   w ei g h ti n g   f ac to r   eq u id is tan w it h i n   th r an g [ 0   -   0 . 0 0 7 ]   V− 1   w h ic h   is   co n s id e r ed   as  h ar d   task .   I n   [ 5 ] ,   [ 6 ] ,   th to r q u an d   s tato r   f lu x   er r o r s   w i th   r ea cti v e   p o w er   m i n i m izatio n   w er u s e d   as  th th r ee   ter m s   o f   t h q u a lit y   f u n ctio n .   On ce   ag ai n ,   it  was  o b s er v ed   th at  th d eter m in at io n   o f   w ei g h tin g   p a r a m eter   w a s   to u g h   ta s k .   T h p r esen p ap er   p r o p o s es  d esig n   p r o ce d u r o f   an   o n lin p ar ticle   s w ar m   w ei g h ti n g   f ac to r   o p ti m izatio n   m et h o d   w ell   s u ited   f o r   p r ed ictiv d ir ec to r q u an d   f lu x   co n tr o l.   A   p r ed icti v FS - MP C   i s   p r es en ted   in   th is   w o r k   f o r   t h co n tr o o f   th AC /D C / AC   co n v er ter .   I n   th e   p r o p o s ed   co n tr o s tr ate g y ,   th e   f i n ite   p o s s ib le  s w itc h i n g   s ta t es  o f   t h AC /D C / AC   ar co n s id er ed ,   th ef f ec t   o f   ea ch   o n o n   t h lo ad   cu r r en t   an d   in p u p o w er   is   e v al u ated ,   an d   t h s w i tch i n g   s tate  t h at  m i n i m izes  a   q u alit y   f u n ctio n   is   s elec ted   an d   ap p li ed   d u r in g   t h n ex s a m p lin g   p er io d .   T h q u alit y   f u n ctio n   ev alu a tes  t h er r o r   b et w ee n   o r th o g o n al  to r q u e   a n d   f lu x s   co m p o n e n ts   p r ed ictio n s   to   t h eir   co m p u ted   v al u es  f o r   all   d if f er e n v o ltag e   v ec to r s   f o r   t h e   in v er t er ,   an d   t h r ea cti v p o w er   er r o r   f o r   th r ec ti f ier .   s i m i la r   s tr ateg y   h as   b ee n   p r esen ted   at  t h in d ir ec m atr i x   co n v er ter ,   to   co n tr o l in   a n   ea s y ,   a n   i n t u iti v an d   n e w   m a n n er ,   th to r q u a n d   f l u x   v ar iab les  o f   a n   i n d u ctio n   m ac h in f ed   b y   t h co n v er ter   w h ile  e n s u r in g   u n i tar y   p o w e r   f ac to r   at  th i n p u t   s y s te m   o f   t h co n v er ter .   I n   t h is   p ap er ,   w e   i n v e s ti g ate  t h e   p er f o r m a n ce   o f   p ar ticle   s w a r m   o p ti m izatio n   f o r   o p tim izin g   w ei g h ti n g   f ac to r   p r o ce d u r an d   th e n   w e   ca r r ied   o u s o m s i m u la tio n   r esu lts   to   v alid ate   th e   p r o p o s ed   co n tr o l m et h o d   in   t h s ix t h   s ec tio n   f o llo w ed   at  last   b y   g en er al  co n cl u s io n .           I NDIR E C T   CO NV E RT E AC/DC/AC   WI T H   ST O RA G E   E N E R G Y   T h is   p ap er   p r esen ts   n ew   co n tr o s ch em f o r   r eg en er ativ A C /DC /A C   co n v er ter   u s in g   m o d el  b ased   P r ed ictiv co n tr o l.  T h co n tr o s tr ateg y   m in im izes  q u ality   f u n ctio n s ,   w h ich   r ep r esen th d esire d   b eh av io r   o f   th co n v er ter .   T h A C /DC /A C   co n v er ter   m o d el  s h o w n   in   Fig u r e   1   is   co n s id er ed .   Fo r   s im p ler   an aly s is ,   th co n v er ter   ca n   b s ep ar ated   m ain ly   in   r ec tif ier   an d   in v er ter   s id es.         Fig u r 1 .   I n d ir ec t   C o n v er ter   ( AC /D C / AC )   p o w er   to p o lo g y   W ith   en er g y   s to r ag e       2 . 1 .     Rec t if ier  s ide   T h r ec tif ier   is   f u lly   co n tr o lled   p o w er   s w itch   b r id g co n n ec ted   to   th th r ee - p h ase  s u p p ly   v o ltag es  v s   u s in g   th f ilter   in d u ctan ce s   L f   an d   r esis tan ce s   R f .   T h in p u t c u r r en d y n am ics  ca n   b d escr ib ed   b y   eq u atio n :     s f r e c s s f i R V V dt di L                              (1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  4 ,   No .   3 Dec em b er   201 5   :   1 0 4     1 1 7   106   w h er i s   is   th in p u cu r r en v ec to r ,   V s   is   th s u p p ly   lin v o ltag an d   V rec   S r *V dc   is   th v o ltag g en er ated   b y   th co n v er ter .   T h in p u cu r r en t v ec to r   is   r elate d   to   th p h ase  cu r r en ts   b y   th eq u atio n :   sC sB sA s i a ai i i 2 3 2               W h er 3 2 e a                         (2 )     S r   is   t h s w itc h i n g   s tate  v ec to r   f o r   th r ec tif ier   a n d   is   d ef i n ed   as :     rC rB rA r S a aS S S 2 3 2                             ( 3 )     w h er S rA S r B   an d   S r C   ar th s w itc h i n g   s tate s   o f   ea ch   r ec ti f ie r   leg ,   a s   s h o w n   i n   Fi g .   1 ,   an d   tak th v al u o f   0   if   S x   is   o f f ,   o r   1   if   S is   o n .     2 . 2 .   I nv er t er   s ide   Fo r   t w o   lev el   v o lta g s o u r c in v er ter   f ee d i n g   s y m m etr i ca th r ee - p h ase   i n d u ctio n   m o t o r   g iv e n   i n   f i g u r 2 ,   ea ch   leg   i s   co m p o s e d   o f   t w o   b y - d ir ec tio n al  s w itc h es  ( S i1 ,   S i2   i=a , b , c )   w h er a , b , c   th th r ee   p h ases .   T h s w itc h i n g   s tates  S   d eter m i n ed   b y   g ati n g   s i g n a ls   ar g i v e n   in   v ec to r ial  f o r m   a s   f o llo ws:       ic ib ia i S a aS S S 2 3 2                               (4 )     T h v o ltag V inv   i s   li n k ed   to   th in v er ter   s w i tch in g   s tate    S i   :   V inv   S i V dc   .               Fig u r 2 .   T w o   lev el  s o u r ce   in v er ter   w it h   d if f er en v o lta g v e cto r s       2 . 3 .       M ini m iza t io n o f   co s t   f un ct io n   2 . 3 . 1 .   C o ntr o l o f   t he  inv er t er   s ide   T h co n tr o o f   th i n v er ter   s id is   s i m ila r   to   t h s c h e m p r e s en ted   i n   [ 7 ] .   T h ef f ec o f   ea ch   p o s s ib le   v o ltag v ec to r ,   g en er ated   b y   th in v er ter ,   o n   th b eh a v io r   o f   th lo ad   cu r r en is   e v al u at ed   u s in g   q u alit y   f u n ctio n   G i .   T h v o lta g v ec to r   th at  m in i m izes  t h is   f u n ctio n   is   s elec ted   a n d   ap p lied   d u r in g   th n ex s a m p l in g   p er io d   [8 ] [ 1 4 ] as  ca n   b s h o wn   i n   f ig . 3 .   T h q u alit y   f u n cti o n   to   b m i n i m ized   f o r   t h i n v er ter   th tr ac k i n g   er r o r   b etw ee n   r e f er en ce   an d   p r ed icted   m ea s u r ed   to r q u e,   s tato r   f l u x   ,   w h ic h   i s   e x p r es s ed   in   o r th o g o n al   co o r d in ates a s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       P r ed ictive  C o n tr o l fe d   b a n   I n d ir ec t Co n ve r ter w i th   a n d   w ith o u t e n erg s to r a g e …  ( Za ka r ia   La mmo u ch i )   107   2 2 * 2 2 * 1 1 1 1 n s s n e e i k k T k T k T G                   (5 )   w h er T n   an d   n   ar th n o m i n al   to r q u   an d   n o m in al  s tato r   f l u x   v al u es,  an d   ,,   ar th w ei g h t   co ef f icie n t s   w h ich   d en o te s   th e   p r io r ity   in   t h co n tr o l.       Fig u r 3 .   Selectio n   o f   t h o p tim al  v o lta g v ec to r   f o r   C o s t f u n ctio n   o p ti m i za tio n   i n   t w o - l ev el    Vo ltag s o u r ce   i n v er ter   w it h   F S - MP C   co n tr o l       2 . 3 . 2 .   Co ntr o l   o f   t he  re ct if ier   s ide   T h p u r p o s o f   th r ec tif ier   co n tr o is   th p o s s ib ilit y   to   co n tr o th d is p lace m en f ac to r   in   th s u p p ly   v o ltag s id b y   m in i m izin g   th in p u r ea ctiv e   p o w er   ( f ig . 4 . a) .   I n   th is   ca s e,   th is   o b j ec tiv ca n   b o b tain ed   b y   m in im izin g   th p r ed icted   in s tan tan eo u s   p o w er   f ac to r ,   w h ich   is   g iv en   b y   th er r o r   b etw ee n   th r ef er en ce   an d   th p r ed icted   v alu o f   th in s tan tan eo u s   r ea ctiv p o w er   is   g iv en   b y :     1 1 * * k Q k Q G r                           (6 )     w h er , ,   ar th w eig h t   co ef f ici en ts   w h ich   d en o tes  th e   p r io r ity   i n   t h co n tr o l.  Fi n all y ,   t h i n s tan ta n eo u s   r ea ctiv in p u t p o w er   ca n   b p r ed icted ,   b ased   o n   p r ed ictio n s   o f   th i n p u t c u r r en t,  as   [9 ]:       1 1 1 1 1 k i k v k i k v k Q s s s s                         (7 )                                       0 . 2 2 6 0 . 2 2 6 2 0 . 2 2 6 4 0 . 2 2 6 6 0 . 2 2 6 8 0 . 2 2 7 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 T i m e   ( s) C o st   f u n ct i o n       * O pt i m al  v al ue s Ts Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  4 ,   No .   3 Dec em b er   201 5   :   1 0 4     1 1 7   108                                                           ( a)   P r ed ictiv alg o r ith m   f o r   t h R ec ti f ier                                ( b )   P r ed ictiv alg o r ith m   f o r   th I n v er ter     Fig u r 4 .   Flo w   c h ar t o f   th p r e d ictiv alg o r it h m .     3 . 1 .     I nd uct io n   m o t o m o del   A   s q u ir r el  ca g i n d u ctio n   m o to r   m o d el  f ed   b y   I n d ir ec t   co n v er ter   is   u s ed   u n d er   s im p lif ied   ass u m p tio n s   w h er ir o n   s atu r atio n ,   s k in   ef f ec t,  h ea tin g   v ar iatio n s   o f   s tato r   an d   r o to r   r esis tan ce s   ar n eg lecte d .   T h m o d el   is   ex p r ess ed   in   th ( α - β)  r ef er en ce   f r am w h er o u tp u ts   ar s tato r   cu r r en ts   an d   f lu x es,  th s tate  v ar iab les  ar r o to r   f lu x es  an d   s tato r   cu r r en ts   as f o llo w s :       0         s s s s r r r m s s s s m r r m s r r d V R i dt d R i j dt L i L i L i L i                             ( 12 )     3    2 e s s T p i                             ( 13 )     m s s s r r L Li L                            ( 14 )     W h er ( R s , R r )   ar r esp ec tiv el y   s tato r   an d   r o to r   r esis ta n ce   p e r   p h ase,   ( i s , i r )   ar e   s tato r   a n d   r o to r   cu r r en v ec to r s ,   ( , ) sr  ar s tato r   an d   r o to r   f lu x   v ec to r s   r esp ec tiv el y ,   m r s L L L , ,   ar s tato r ,   r o to r   an d   m u t u al  in d u ctan ce s ,   A p p l y   S r_op   Me asu r e     i ( k ) , i ( k )   f or   j = 0: 7   P r ed ictiv m o d el   i ( k +1 ) ,   i ( k +1 )   Min i m izatio n   o f   C r   G r | Δ Q ( k+1 ) |   j<=7    =        =       Select  j op   G r - op =∞   Yes   No   Yes   No   P re d ictiv e   m o d e l     Min i m izatio n   o f   C j   G i = α | Δ T e ( k + 1 ) | + β | ΔΨ s ( k +1 ) |+     i<=7    =        =       Select  i op   A p p l y   S i_op   Me asu r e   i o s ( k ) ,   ω m ( k )   f or   i = 0: 7   G i - op =∞   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       P r ed ictive  C o n tr o l fe d   b a n   I n d ir ec t Co n ve r ter w i th   a n d   w ith o u t e n erg s to r a g e …  ( Za ka r ia   La mmo u ch i )   109   m   is   th r o to r   s p ee d ,   T e   is   th elec tr o m ag n etic  to r q u o f   t h e   m ac h in a n d   p   is   th n u m b e r   o f   p air   p o les.   B ased   o n   eq u atio n s   ( 12 )   an d   ( 14 ) ,   o n ca n   r ep r esen th d y n a m ical  m o d el  a s   [ 1 0 ]:     11     1   1       0       +               r m ss r s rr m m rr s m ss r r k j ii R d R V dt L j i L L L                                                                                   ( 15 )     3 . 2 .     P re dict iv e   t o rque  a nd   f lux   co ntr o l     B ased   o n   g iv en   s ta to r   co m p o n en v o lta g v ec to r   () si Vk ,   m ea s u r ed   cu r r en () s ik an d   e s ti m ated   r o to r   f lu x   () r k at  cu r r en s a m p li n g   in s ta n t,  i is   p o s s ib le  to   o b tain   o n s tep   a h ea d   p r ed ictio n   o f   s tato r   cu r r en t   ( 1 ) s ik an d   r o to r   f l u x   ( 1 ) r k .   I n   ad d itio n ,   u s in g   ( 13 )   an d   ( 14 ) ,   it  is   p o s s ib l to   p r ed ict  th e   m ac h i n e   to r q u ( 1 ) e Tk an d   s ta to r   f l u x   ( 1 ) s k f o r   t h is   v o lta g e   v ec to r () si Vk .   T h p r ed icted   v alu es   o f   to r q u a n d   s tato r   f l u x   ar u s ed   to   ev alu a te  co s f u n ct io n   t h at  m in i m ize s   t h q u ad r atic  er r o r   b etw ee n   p r ed icted   v alu e s   an d   th e ir   r ef er en ce s   a n d   th s w itc h i n g   s tate  ( co r r esp o n d s   to   th o p ti m al  v o lta g v ec to r ) .   T h at   p r o d u ce s   th m in i m u m   v alu o f   th i s   co s f u n ct io n   is   s elec ted   to   ap p lied   o n   m ac h in e   ter m in al s   in   t h n e x s a m p lin g   ti m e   ac co r d in g   to   r ec ed in g   h o r izo n   co n tr o l.   P r ed ictio n   o f   s tato r   f lu x ,   s t ato r   cu r r en an d   to r q u ca n   b m ad b ased   o n   p r ev io u s   s tan d ar d   esti m atio n   as :     ( 1 ) ( )   ( 1 )     ( ) ( 1 ) 1 ( ) ( ) ( 1 ) 3 ( 1 )   ( 1 )   ( 1 )                                                                      2 s s s s s s s r r r m r s ss e s s k k T V k R T i k T R T i k i k k j k k V k LL T k p k i k                           (1 9 )       T h f lo w   c h ar t o f   th p r o p o s ed   p r ed i ctiv co n tr o l is g iv e n   b y   f i g u r e   5                                           Fig u r 5 .     P r e d ictiv I n d ir ec t P o w er   C o n tr o l P - I P C   co n tr o l sch e m w i th   e n er g y   s to r a g e       7   3   i ps                 7   S r1…. 6   S i1…. 6         3   i e   -   +   i oph   3   To r q u e   a n d   Fl u x   P re dict io n       PI     i ps   I M   Sw it ching   Sta t Select o Gr   Re a c ti v e   Po w e r   Pre d icti o n   Sw it ching   Sta t Select o Gi   ψ s * ( k+1)   Rect i f i e r   I nve rt e r r   C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  4 ,   No .   3 Dec em b er   201 5   :   1 0 4     1 1 7   110   Fo r   ea ch   v o ltag v ec to r   th co s f u n ctio n   G i   is   e v al u ated   an d   th v o lta g v ec to r   th at  m i n i m izes  t h co s t   f u n ctio n   is   t h en   a p p lied   d u r in g   th n ex s a m p lin g   p er io d   ac co r d in g   to   th r ec ed in g   h o r izo n   co n tr o as  ca n   b e   s h o w n   in   f i g u r 4 .       3 .      I NDIRE C T   M AT RIX C O NVER T E WI T H O UT   E NE R G S T O RA G E   Der iv ed   f r o m   th in d ir ec tr an s f er   f u n ctio n   ap p r o ac h ,   th in d ir ec m atr ix   co n v er ter   co n s is ts   o f   cu r r en s o u r ce   r ec tif icatio n   s tag an d   v o ltag s o u r ce   in v er s io n   s tag [ 9 ].   T h co n v e r ter   to p o l o g y   is   s h o w n   in   Fi g .   6 ,   an d   it  co n s is ts   o f   r ec tif ier   co n n ec ted   to   th in v er ter   th r o u g h   a   d c - li n k   w i th o u e n e r g y   s to r ag ele m e n t.  T h co n v er ter   s y n t h e s izes  a   p o s iti v v o ltag i n   t h d c - lin k   b y   s elec t in g   a   s w i tch i n g   s tate  in   t h r ec ti f ier   th at   co n n ec ts   o n p h a s to   th e   p o in P   a n d   t h o th er   p h a s to   t h e   p o in [ 11] .   T h d c - li n k   v o lt ag v dc   is   s y n t h es ized   b y   t h e   i n p u t   v o lta g es   v i   [ v iA   v iB   v iC ]   an d   t h s w itc h i n g   s tates a s   f o llo w :     i rC rC rB rB rA rA dc v S S S S S S v * * *                           (8 )     w h er S rA ….. S rC ar th s w i tc h in g   s tates o f   t h r ec ti f ier   s ta g e.     I n   ad d itio n ,   th i n p u t c u r r en i i   = [ i iA    i iB    i iC ]   T   is   d o in g   b y   t h e s w itc h in g   s tate  an d   th d c - li n k   cu r r en i dc , a s:     dc rC rC rB rB rA rA i i S S S S S S i * * *                               (9 )       T h d c - lin k   c u r r en t   i dc ,   i s   d eter m i n ed   b y   t h s w itc h in g   s ta tes  o f   th i n v er ter   s ta g S ia …  S ic * ,   an d   th o u tp u t c u r r e n i o   =[ i oa   i ob   i oc ] T   as f o llo w :         o ic ib ia dc i S S S i                                            ( 1 0 )       T h o u tp u t v o lta g v o   = [ v oa   v ob  v oc ] T   is   d eter m i n ed   b y   t h s witch i n g   s tates o f   th i n v er ter   s t ag an d   th d c - li n k   v o lta g e   v dc   as:         dc ic ic ib ib ia ia o v S S S S S S v * * *                                              ( 1 1 )       Fig u r 6 .     I n d ir ec t   Ma tr ix   C o n v er ter   ( I MC)  p o w er   to p o lo g y .     T h r ec tif ier   an d   in v er ter   s tag es  h av 8   an d   9   d if f er en t p o s s ib le  s w itch in g   s tates  r esp ec tiv ely   [ 9 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       P r ed ictive  C o n tr o l fe d   b a n   I n d ir ec t Co n ve r ter w i th   a n d   w ith o u t e n erg s to r a g e …  ( Za ka r ia   La mmo u ch i )   111   3 . 3 .     P re dict iv e   co ntr o l   3 . 3 . 1 .   P re dict iv m o del    T h r ec tif ier   an d   in v er ter   s tag es  h av 9   an d   8   d if f er en p o s s ib le  s w itch in g   s tates  r esp ec tiv ely alto g eth er ,   th w h o le  co n v er ter   p r esen ts   7 2   p o s s ib le  s w itch es  co m b in atio n s   s tates.  Ho w ev er ,   th r ec tif ier   s tag ca n   p r o d u ce   o n ly   p o s itiv d c - lin k   v o ltag in   ea ch   s am p lin g   tim ( 3   o f   9   p o s s ib le  s w itch in g   s tates  ac co m p lis h   th is   r eq u est),   s o   th n u m b er   o f   v alid   s w itch in g   s tates  is   2 4   [ 1 2 ] [ 9 ] [ 5 ]   as c an   b s h o w n   in   f ig u r 7 .   T h p r ed ictio n s   o n   f l u x   a n d   t o r q u ar u s ed   to   e v al u ate  t h e   i m p ac o f   e v er y   v o lta g v ec t o r   o n   m o to r   to r q u an d   s tato r   f lu x .   T h r ef er en ce   to r q u is   g e n er ated   f r o m   th e x ter n a s p ee d   co n tr o lo o p   v ia  s i m p le  P I   co n tr o ller   w h ile  t h f l u x   r ef er en ce   is   k ep co n s ta n to   its   n o m in al  v al u f o r   n o r m al  s p ee d   o p er atio n   as  it  is   g iv e n   b y   f i g u r 8                                   Fig u r 7   P r e d ictiv I n d ir ec t P o w er   C o n tr o l P - I P C   co n tr o l sch e m w i th o u t   en er g y   s to r ag ( Ma tr ix   C o n v er ter )     3 . 3 . 2 .   M ini m iza t io n o f   co s t   f un ct io n   On o f   th m o s b en e f its   o f   I DM C   co n v er ter   is   th p o s s ib i lit y   to   co n tr o th d i s p lace m e n f ac to r   in   th s u p p l y   v o ltag s id b y   m i n i m izi n g   t h i n p u r ea cti v p o w er .   Mu lt ip le  o b j ec tiv es  ca n   b ac h iev ed   at  t h s a m ti m b y   ad d in g   m o r f u n ctio n s   in   t h g lo b al  co s f u n ctio n   [ 1 0 ]   [ 1 3   T . h co s f u n ctio n   m u s co n s id er   th o b j ec tiv es  o f   co n tr o l,  in   t h is   ca s t h g e n er atio n   o f   u n i t y   p o w er   f a cto r   an d   th co n tr o o f   th to r q u an d   f l u x :     1 1 * 2 2 1 1 * 2 2 1 1 * k Q k Q n k s k s n T k e T k e T G              ( 1 4 )       w h er ,,   ar th w eig h t c o e f f ic i en ts   w h ic h   d en o tes t h p r io r ity   in   t h co n tr o l.                               I DM C     I M   To r q u e   a n d   F lu x   P re dict io n   Sw it ching   Sta t Select o r   Re a c ti v e   Po w e r   Pre d icti o n         24   i oph     24         PI   +               i ps   3   i ps     3   3   i i   -   S r1…. 6   S i1…. 6   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  4 ,   No .   3 Dec em b er   201 5   :   1 0 4     1 1 7   112                                                       Fig u r 8 .     P r e d ictiv co n tr o l a lg o r ith m   w it h   I n d ir ec t M atr i x   C o n v er ter       4 .       SI M UL AT I O R E S UL T S   T h p r o p o s ed   p r e d ictiv co n tr o is   test ed   v ia  s i m u lat io n   o n   t h b en c h   o f   f i g u r 9 - 1 0   w it h   a   s a m p li n g   ti m o f   1 0 s an d   th s i m u latio n   p ar am eter s   ar i n d icate d   i n   T ab le  1 . T h d r iv is   te s ted   w h er th m ac h i n i s   r u n n i n g   in   th s tead y   s tate  a 5 0   r d /s   ,   th an   a   s p ee d   r ev er s al  s et  p o in o f   7 5   r ad /s   is   ap p lie d   at  0 . 2 s .   T h p r o f ile  o f   th lo ad   to r q u e,   m ec h a n ic al  s p ee d ,   elec tr o m a g n etic  to r q u e,   s tato r   f lu x   m a g n i t u d an d   o u tp u cu r r en ar v is u alize d   t h r o w   f i g u r 9   an d   f i g u r 1 0 .       T ab le  1 .   Ma in   cir cu it p ar a m et er s   C f     , L f , R f   90 F ,   4 0 0 H ,   0 . 5   T s( samp l i n g   t i me )   10 s   W e i g h t i n g   f a c t o r s   1 0 0 0 ,     = 1 5 0 0 0 ,     = 0     o r   0 . 0 3 6 5   M a c h i n e   p a r a me t e r s   T en = 3 0 N . m; sn = 1 . 1 4 W b ;   J= 0 . 0 3 5 ( U S I ) ;   R r = 1 . 8 3 R s = 0 . 9 7 ;   l r = 0 . 1 6 5 H ;   l s= 0 . 1 6 1 H ;   p = 2 ;   f f = 0 . 0 1 ( U S I ) ;   T r = l r / R r ;   M = 0 . 1 5 4 H   Yes   No     Min i m izatio n   o f   G   G= α Δ T e ( k + 1 ) 2 /T n 2   +   β ΔΨ s ( k+1 ) 2 / Ψn 2   +   λ | Δ Q ( k + 1 ) |   j<=2 4 444    =       Select  j op         A p p l y   S j_op         Mea s u r e   i s ( k ) ,   ω m ( k )   f or   j = 0: 24   G r - op =∞     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       P r ed ictive  C o n tr o l fe d   b a n   I n d ir ec t Co n ve r ter w i th   a n d   w ith o u t e n erg s to r a g e …  ( Za ka r ia   La mmo u ch i )   113                       ( a FS - MP C   b y   AC - DC - AC   C o n v er ter                                                ( b FS - MP C   b y   I D M C   C o n v er ter     Fig u r 9 .   Si m u latio n   r esu l tat  f o r   v er s u s   s p ee d   o f   t h A C - DC - AC   an d   I DM   C o n v er ter   (a b . 1 E lec tro m a g n e ti c   to rq u e ,   (a b . 2 )   sta to f lu x ,   (a b . 3)   DC - li n k   v o lt a g e ,   (a b . 4)   S tat o c u rre n ts             0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 50 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 5 0 0 50 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 1 2 o m e g a o m e g a r e f T o r q u e T o r q u e - r e f F l u x s - r e f F l u x s 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 50 100 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 2 0 0 20 40 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 1 2 o m e g a T o r q u e F l u x s o m e g a - r e f T o r q u e - r e f F l u x s - r e f 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 200 400 600 800              d c - l i n k  e n e r g y  s to r a g e 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 200 400 600 800 D C - l i n c k   v o l t a g e 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 2 0 - 1 0 0 10 20 i a o i c o i b o 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 i o b i o c i o a 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 5 0 0 0 500 v s a i s a 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 - 5 0 0 0 500 i s a v s a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.