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控制与算法
★ 5.0
基于LC滤波器的单相离网逆变器系统在非线性负载下的新型单环dq控制
Novel Single-Loop dq Control for LC Filter-Based Single-Phase Standalone Inverter Systems Under Nonlinear Loads
| 作者 | Vaishnavvignesh G. Iyer · Ravindranath Adda |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 独立逆变器 单环控制 线性控制理论 谐波抑制 实验测试 |
语言:
中文摘要
独立逆变器必须保持其输出电压为正弦波,以确保所连接负载的有效运行。电压特性受滤波器、调制技术和控制策略的影响。在线性负载下,滤波器受开关频率的限制,而在非线性负载下则无效。这些局限性为利用新型控制方案实现目标提供了机会。与传统的级联控制器相比,单环控制实现起来更简单,响应速度更快。本文重点开发并研究一种基于新型线性控制理论的单环直交(dq)控制方法,该方法执行时间最短、开关频率固定,且适用于独立逆变器系统的实现算法简单。该控制器在不同的负载和运行条件下进行了测试。此外,所提出的控制器还进行了扩展,以减轻非线性负载应用中的低次谐波。通过实验将该控制方法与传统控制器进行对比,验证了其有效性。
English Abstract
Standalone inverters must maintain their output voltage sinusoidal to ensure efficacious operation of the connected loads. The voltage profile is affected by the filters, modulation technique, and control strategy. The filters are limited by switching frequency under linear loads and are ineffective under nonlinear loads. These limitations provide an opportunity to achieve the objectives using newer control schemes. Single-loop controls are simpler to implement and are faster in response compared to conventional cascaded controllers. This article focuses on developing and studying a novel linear control theory-based single-loop direct and quadrature (dq) control that has minimum execution time, fixed switching frequency, and a simple implementation algorithm for standalone inverter systems. This controller is tested under different loading and operating conditions. Furthermore, the proposed controller is extended to mitigate lower order harmonics under nonlinear load applications. The effectiveness of the control is tested experimentally against conventional controllers.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务布局来看,这项单环dq控制技术对我们的离网逆变器产品线和储能系统具有重要的应用价值。当前我们在偏远地区光伏系统、微电网解决方案以及工商业储能系统中,面临着非线性负载(如电机启动、整流设备)带来的输出电压畸变问题,这直接影响用户侧设备的可靠运行和系统效率。
该技术的核心优势在于简化了传统级联控制架构,采用单环路设计实现了更快的动态响应和更低的执行时间,这对我们提升逆变器在复杂负载切换场景下的稳定性至关重要。特别是其针对非线性负载的低次谐波抑制能力,可显著改善我们储能变流器PCS产品在工业场景下的电能质量指标,减少对额外有源滤波器的依赖,降低系统成本。
从技术成熟度评估,该方案基于成熟的线性控制理论和dq变换,算法复杂度适中,便于在现有DSP/FPGA控制平台上实现,工程化风险可控。固定开关频率的特性也有利于我们优化EMC设计和磁性元件选型。
然而需要关注的挑战包括:单环控制在极端电网扰动下的鲁棒性验证、与我们现有MPPT算法和能量管理系统的协同优化、以及在大功率(MW级)储能变流器上的扩展性验证。建议我们的中央研究院可将此技术纳入下一代离网/并离网一体机的预研项目,重点在户用储能和海岛微电网场景进行适配性开发,这将增强我们在高端离网市场的技术竞争力,并为"光储充"一体化解决方案提供更优的电能质量保障。