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固定开关频率模型预测控制在构网型逆变器中的应用
Fixed Switching Frequency Model Predictive Control for Grid-Forming Inverters
| 作者 | Fernanda Carnielutti · Tiago Davi Curi Busarello · Ênio Costa Resende · Qudrat Ullah · Marcelo Godoy Simões |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 构网型GFM 模型预测控制MPC 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 固定开关频率模型预测控制 微电网 并网逆变器 PQ控制 硬件在环 |
语言:
中文摘要
本文针对微电网中的构网型逆变器(GFIs)提出了一种固定开关频率模型预测控制(FSF - MPC)方法。通过所提出的FSF - MPC实现内部电压和电流环控制,而一次控制则由外部下垂控制器和PQ控制器组成。这种PQ控制可实现更好的稳态响应并增强功率管理能力。以一个配备50 kVA构网型逆变器(带有输出<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">LC</i>滤波器)和不同负载的交流微电网为例,展示了所提出的FSF - MPC在并网和孤岛模式下的性能。该微电网在硬件在环(HIL)设备中实现,并针对并网和孤岛模式进行了HIL案例研究,考虑了负载和参数变化以及弱电网条件。结果表明,所提出的FSF - MPC方法用于微电网中的构网型逆变器时性能良好,如动态响应快、具备多变量控制能力、逆变器之间负载分配合理,并且对参数变化和未建模动态具有鲁棒性。
English Abstract
This article proposes a Fixed Switching Frequency Model Predictive Control (FSF-MPC) for Grid-Forming Inverters (GFIs) in microgrids. The inner voltage and current loops are implemented by means of the proposed FSF-MPC, and the primary control is composed by an outer Droop and a PQ controller. Such a PQ control allows a better steady-state response and enhanced power management. The performance of the proposed FSF-MPC for grid-tied and islanded modes is demonstrated using as an example an ac microgrid equipped with 50 kVA grid-forming inverters with output LC filters and different loads. The microgrid is implemented in a Hardware-in-the-Loop (HIL) device, and HIL case studies are presented for grid-tied and islanded modes, with load and parametric variations and weak grid conditions. The results demonstrate the good performance of the proposed FSF-MPC approach for GFIs in microgrids, such as fast dynamic response, multivariable control, adequate load sharing between the inverters, and robustness to parametric variations and unmodeled dynamics.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的固定开关频率模型预测控制(FSF-MPC)技术对构网型逆变器的控制策略具有重要参考价值。随着公司在光储一体化微电网和独立储能系统领域的深入布局,构网型逆变器技术已成为提升系统稳定性和电能质量的核心竞争力。
该技术的核心价值体现在多个维度。首先,FSF-MPC结合下垂控制和PQ控制的分层架构,能够在并网和离网模式下实现无缝切换,这对阳光电源在工商业微网和海岛独立供电等场景的解决方案具有直接应用价值。其次,固定开关频率的特性有效降低了传统MPC的谐波问题,简化了LC滤波器设计,有助于提升逆变器的功率密度和成本竞争力。论文中验证的50kVA级别设备与公司主流产品功率等级匹配度高,技术移植性强。
从技术成熟度评估,该方案已通过硬件在环(HIL)验证,展现出快速动态响应、多机并联功率分配和参数鲁棒性等优势,这些特性对应对弱电网接入和复杂负载工况至关重要。特别是在新能源渗透率持续提升的背景下,构网型逆变器的电网支撑能力将成为差异化优势。
技术挑战主要集中在算法的实时计算复杂度和不同工况下的参数自适应优化。阳光电源可考虑将该技术与现有的数字控制平台结合,通过AI算法优化预测模型,并在实际项目中积累弱电网和极端工况的运行数据。这项技术的产业化应用将进一步巩固公司在高端逆变器市场的技术领先地位,为源网荷储一体化项目提供更可靠的核心装备。