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数据驱动与事件驱动相结合的电力电子变换器在线学习预测控制
Combining Data-Driven and Event-Driven for Online Learning Predictive Control in Power Converters
| 作者 | Xing Liu · Lin Qiu · Youtong Fang · Kui Wang · Yongdong Li · Jose Rodríguez |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 数据驱动 事件驱动 在线学习预测控制器 无模型预测控制 未知不确定性 |
语言:
中文摘要
数据驱动与事件驱动相结合,为缓解经典有限控制集模型预测控制中电力变换器长期面临的研究难题(即模型参数不确定性和不必要的开关损耗)带来了可能。受此启发,我们将针对在线学习预测控制器的设计问题展开一项重要研究。与该领域的大多数先前研究不同,这可通过一个集成的数据驱动与事件驱动设计框架来实现。更确切地说,设计过程依赖于以下方面的结合:开发一种数据驱动的无模型自适应预测控制方法、引入在线强化学习技术以及利用事件驱动机制。此外,我们还基于输入 - 输出数据,针对低频开关操作下的未知不确定性,对鲁棒无模型预测控制设计进行了拓展,同时避免了对模型信息和加权因子的先验知识要求。最后,我们通过一个数值算例展示了所提方法并凸显了其优势,所得结果前景良好,有望推动该领域的进一步研究。
English Abstract
The combination of data-driven and event-driven opens up the possibility of alleviating the long-standing research challenges for power converters in classical finite control-set model predictive control, i.e., model parametric uncertainties and unnecessary switching loss. Inspire by this, we will launch a major study on the problem of designing online learning predictive controller. Unlike most prior works in this area, it can be accomplished by an integrated data-driven and event-driven design framework. To be more precise, the design procedures rely on a combination of developing a data-driven model-free adaptive predictive control, introducing an online reinforcement learning technique, and leveraging an event-driven mechanism. Furthermore, we also provide extensions to robust model-free predictive control design based on input–output data and against unknown uncertainties under low switching frequency operation, while avoiding a priori knowledge of model information and weighting factors. Finally, we illustrate our approach and highlight its advantages on a numerical example, and the results presented are promising and motivate further research in this field.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的核心业务视角来看,这项结合数据驱动与事件驱动的在线学习预测控制技术具有显著的战略价值。该技术针对功率变换器有限集模型预测控制(FCS-MPC)的两大痛点——模型参数不确定性和不必要的开关损耗——提供了创新性解决方案,这与我司光伏逆变器和储能变流器的核心技术需求高度契合。
从产品应用层面分析,该技术的无模型自适应预测控制框架能够显著降低我司产品对精确数学模型的依赖。在实际应用场景中,光伏组件老化、温度漂移、电网阻抗变化等因素会导致传统模型失准,而该技术通过输入输出数据直接构建控制策略,可提升逆变器在全生命周期内的控制稳定性。更重要的是,其事件驱动机制能够在保证控制性能的前提下降低开关频率,这对于提高功率器件(特别是SiC/GaN等宽禁带半导体)的使用寿命、降低系统损耗具有直接经济价值。
在线强化学习技术的引入为我司储能系统提供了自适应优化能力。储能变流器需要应对复杂的充放电工况和电网扰动,该技术可实现控制策略的持续进化,无需人工调整权重因子,这将大幅降低调试成本并提升产品智能化水平。
然而需要注意的是,该技术尚处于学术验证阶段,工程化应用面临数据质量要求、实时计算能力、极端工况鲁棒性等挑战。建议我司技术团队关注其在多电平拓扑、并网同步等具体场景的适配性,并评估与现有控制平台的融合路径。若能率先实现工程化突破,将为我司在高端逆变器市场建立显著的技术壁垒。