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电动汽车驱动 并网逆变器 ★ 5.0

基于扰动观测器的三相并网逆变器鲁棒电流控制方案

Disturbance Observer-Based Robust Current Control Scheme for Three-Phase Grid-Tied Inverters With LCL Filter Considering Unbalanced Grid Voltages

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 并网逆变器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 并网电压源逆变器 扰动观测器控制器 跟踪性能 稳定性 实验验证
语言:

中文摘要

本文针对采用 LCL 滤波器的并网电压源逆变器(VSI),对基于干扰观测器的控制器进行了设计、鲁棒稳定性分析、性能评估及实时实现的全面研究。所提出的复合控制器将状态反馈控制器与干扰观测器相结合,以提高采用 LCL 滤波器的并网逆变器的跟踪性能。并网 VSI 在静止参考坐标系(αβ 坐标系)中建模,以适应平衡和不平衡的电网电压。该方法的主要目标是在存在未知干扰和参数不确定性的情况下实现正弦参考信号的渐近跟踪。更确切地说,该控制器不仅能确保精确的跟踪性能,还能在存在模型不确定性的情况下保持闭环稳定性和良好的暂态性能。此外,在观测器设计中考虑控制饱和,使得在暂态过程中无需设计抗积分饱和方案即可减轻控制饱和的影响。通过数值仿真和实验验证了复合控制器的有效性。结果表明,在平衡电网电压、不平衡电网电压和控制饱和的情况下,该控制器在跟踪精度和对参数变化的鲁棒性方面均表现出高性能特征。

English Abstract

This article presents a comprehensive study on the design, robust stability analysis, performance evaluation, and real-time implementation of a disturbance observer-based controller for grid-connected voltage-source inverters (VSIs) with LCL filter. The proposed composite controller integrates a state-feedback controller with a disturbance observer to enhance the tracking performances of grid-tied inverter with LCL filter. The grid-tied VSI is modeled in the stationary reference frame ( ) to accommodate both balanced and unbalanced grid voltages. The main objective of the proposed approach is to achieve asymptotic tracking of sinusoidal references in the presence of unknown disturbances and parametric uncertainties. More precisely, not only does the controller ensure accurate tracking performances, but also it can maintain closed-loop stability and good transient performances in the presence of model uncertainties. Moreover, the integration of control saturation in the observer design makes it possible to mitigate the effect of control saturation during transients without the need for designing an antiwindup scheme. The effectiveness of the composite controller is validated through numerical simulation and experimental implementation. The results demonstrate high-performance characteristics in terms of tracking accuracy and robustness to parameter variations in the presence of balanced grid voltages, unbalanced grid voltages, and control saturation.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于扰动观测器的LCL滤波并网逆变器鲁棒电流控制技术具有重要的应用价值。该技术直接针对我司光伏逆变器和储能变流器产品的核心痛点——电网不平衡工况下的稳定运行问题。

技术价值层面,该方案在静止坐标系下建模,能够同时处理平衡和不平衡电网电压工况,这对于我司产品在弱电网和电能质量较差地区的应用至关重要。特别是在海外市场如印度、东南亚等电网条件复杂的区域,该技术可显著提升逆变器的适应性和可靠性。复合控制器通过状态反馈与扰动观测器的集成,能够在参数不确定性和未知扰动存在时实现正弦参考信号的渐近跟踪,这将直接提升我司产品的并网电流质量和THD性能指标。

从产品竞争力角度,该技术的控制饱和集成设计无需额外的抗饱和方案,可简化控制算法架构,降低DSP计算负荷,这对于我司大功率集中式逆变器和储能PCS产品的成本优化具有实际意义。LCL滤波器的鲁棒控制一直是高频开关纹波抑制的关键,该方案的参数鲁棒性能可减少生产过程中滤波器参数偏差带来的性能波动。

技术成熟度方面,论文已完成实验验证,具备工程化基础,但从学术成果到量产应用仍需考虑:极端电网故障穿越能力的验证、多机并联系统的稳定性交互、以及与我司现有控制平台的融合适配。建议技术中心开展预研评估,重点关注在1500V高压系统和储能双向变流场景下的适用性,这将为我司下一代高性能逆变器产品提供差异化的技术储备。