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微电网并网先进控制:挑战、进展与趋势
Advanced Control of Grid-Connected Microgrids: Challenges, Advances, and Trends
| 作者 | Oluleke Babayomi · Yu Li · Zhenbin Zhang · Ki-Bum Park |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 微电网 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 可持续微电网 可再生能源 先进非线性控制技术 并网转换器 电网稳定性 |
语言:
中文摘要
可持续微电网由可再生能源(如太阳能光伏和风能)供电,有助于提高电网的可靠性、恢复力并实现电网脱碳。近几十年来,先进的非线性控制技术越来越多地用于集成电力转换器,以满足电网要求。本研究对主要用于并网变流器的先进非线性控制技术进行了综述,即数据驱动控制、非线性模型预测控制、直接功率控制、滑模控制、干扰观测器方法和无源控制。重点介绍了这些控制策略的最新进展,并对各种设计和性能特点进行了比较。文中给出了电网同步稳定性、非理想和畸变电网条件、环流抑制、电能质量、谐波抑制和电网支撑等问题的解决方案,同时指出了先进控制方法的未来发展趋势。研究表明,对于多目标和多时间尺度的微电网,与线性控制相比,先进控制在动态性能、抗干扰能力和多目标控制方面具有优势。
English Abstract
Sustainable microgrids are powered by renewable energy sources [e.g., solar photovoltaic (PV) and wind energy], and these support the reliability, resilience, and the decarbonization of the electrical grid. In recent decades, advanced nonlinear control techniques are increasingly being used to integrate power converters to meet grid requirements. This study reviews the advanced nonlinear control techniques predominantly used for grid-connected converters, namely, data-driven control, nonlinear model predictive control, direct power control, sliding mode control, disturbance-observer methods, and passivity control. Recent advances in these control policies are highlighted and various design and performance features are compared. Solutions for grid-synchronization stability, nonideal and distorted grid conditions, circulating current suppression, power quality, harmonics suppression, and grid support are presented—as well as the future trends of the advanced control methods. The study indicates that advanced control offers advantages in dynamic performance, disturbance rejection and multiobjective control over linear control for multiobjective and multitimescale microgrids.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文所述的先进非线性控制技术与我司核心产品线高度契合,尤其在光伏逆变器和储能系统的并网控制领域具有重要战略价值。
论文系统梳理了数据驱动控制、非线性模型预测控制、直接功率控制、滑模控制等六大先进控制方法,这些技术能够显著提升我司产品在多目标、多时间尺度场景下的动态性能和抗扰能力。特别是在电网同步稳定性、畸变电网适应性、谐波抑制等方面的解决方案,直接对应我司1+X模块化逆变器和液冷储能系统在复杂电网环境下的应用痛点。随着全球可再生能源渗透率提升,电网呈现弱电网特性和高波动性,传统线性控制已难以满足快速功率调节和电能质量要求,先进非线性控制的优势愈发凸显。
从技术成熟度看,模型预测控制和滑模控制已在工业领域有一定应用基础,但数据驱动控制和扰动观测器方法仍处于工程化探索阶段。对我司而言,机遇在于:一是可将这些控制算法集成到新一代数字化控制平台,提升产品差异化竞争力;二是结合我司在全球市场积累的海量运行数据,数据驱动控制有望实现突破性应用;三是在微电网和虚拟电厂场景下,先进控制能增强系统级协调能力,支撑我司"光储氢车充"一体化解决方案。
主要挑战包括算法的实时计算复杂度、参数自适应调整以及与现有产品架构的兼容性。建议我司中央研究院加强与高校合作,建立仿真验证平台,优先在高端储能变流器产品线开展试点应用,逐步形成自主知识产权的控制技术体系。