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储能系统技术 并网逆变器 储能系统 ★ 5.0

一种用于弱电网和畸变电网下并网逆变器谐波抑制与鲁棒性提升的新型RC-ESO-ADRC

A Novel RC-ESO-ADRC for Harmonics Suppression and Robustness Improvement of Grid-Tied Inverters in a Weak and Distorted Grid

作者 Qiangsong Zhao · Qifan Wang · Hongwei Zhang · Yuanqing Xia · Yongqiang Ye
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年4月
技术分类 储能系统技术
技术标签 并网逆变器 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 重复控制扩展状态观测器 改进自抗扰控制 扰动估计收敛速度 稳态误差 谐波抑制
语言:

中文摘要

基于重复控制的扩张状态观测器(RC - ESO)提高了周期性谐波扰动的估计精度。然而,它存在扰动估计收敛速度慢、稳态估计精度有限以及缺乏系统设计等问题。本文提出了一种基于新型重复控制扩张状态观测器(NRC - ESO)的改进型自抗扰控制(ADRC)电流控制方案。采用理想补偿滤波器来设计NRC - ESO,实现了更快的扰动估计收敛速度。此外,在NRC - ESO中嵌入零相位低通滤波器,以减小电流稳态误差并减轻传感器高频噪声的影响。阐述了基于NRC - ESO的自抗扰控制(NRC - ESO - ADRC)的抗扰能力、跟踪性能、系统稳定性以及详细的参数优化设计。实验结果验证了该方案在抑制电流谐波方面的有效性和鲁棒性。

English Abstract

Repetitive control-based extended state observer (RC-ESO) enhances the estimation accuracy of periodic harmonic disturbances. However, it exhibits a slow convergence rate of disturbance estimation, limited steady-state estimation accuracy, and a lack of systematic design. An improved active disturbance rejection control (ADRC) current control scheme based on a novel RC-ESO (NRC-ESO) is proposed in this article. An ideal compensation filter is used to design the NRC-ESO, achieving a faster convergence rate for disturbance estimation. In addition, a zero-phase low-pass filter is embedded in the NRC-ESO to reduce the current steady-state error and mitigate the impact of sensors high-frequency noise. The antidisturbance ability, tracking performance, system stability, and detail parameter optimization design of the NRC-ESO-based ADRC (NRC-ESO-ADRC) are presented. The experimental results reflect the effectiveness of current harmonics suppression and robustness.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度来看,这项基于改进型重复控制扩张状态观测器的自抗扰控制技术(NRC-ESO-ADRC)具有重要的应用价值。在弱电网和畸变电网环境下,该技术能够显著提升并网逆变器的谐波抑制能力和鲁棒性,这直接契合了阳光电源在复杂电网环境中的产品性能优化需求。

对于光伏逆变器和储能变流器产品线,该技术的核心价值体现在三个方面:首先,理想补偿滤波器设计实现了更快的扰动估计收敛速度,这对于应对电网电压波动和负载突变场景至关重要,可提升系统动态响应性能;其次,嵌入的零相位低通滤波器能够降低电流稳态误差,同时抑制高频传感器噪声,这将直接改善并网电流质量,降低THD指标,满足日益严格的电能质量标准;第三,系统化的参数优化设计方法为工程应用提供了可行路径。

从技术成熟度评估,该方案已通过实验验证,但从实验室到产品化仍需解决几个关键问题:计算复杂度对控制器硬件的要求、不同电网条件下的参数自适应调整策略,以及与现有控制架构的融合方案。特别是在阳光电源面向的分布式光伏、工商业储能等应用场景中,电网阻抗变化范围大、背景谐波复杂,需要进一步验证算法的适应性。

这项技术为阳光电源在高端市场的差异化竞争提供了技术储备,尤其在欧美等对电能质量要求严苛的市场,以及微电网、弱电网等挑战性应用场景中,具有显著的商业价值和技术先进性优势。