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一种基于连续控制集电流的模型预测控制方法在带LCL滤波器的三相两电平AC/DC变换器中的应用
A Novel Continuous Control Set Current-Based Model Predictive Control for a Three-Phase, Two-Level AC/DC Converter With the LCL Filter
| 作者 | Krzysztof Dmitruk · Andrzej Sikorski |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电流模型预测控制 LCL滤波器 电网电流控制 总谐波失真 鲁棒性 |
语言:
中文摘要
本文针对通过 <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">LCL</i> 滤波器接入电网的交直流电网变流器,提出了一种新型的基于连续控制集电流的模型预测控制(CCS C - BMPC)方法。大多数连续控制集模型预测控制(CCS MPC)算法在最终控制阶段通过调节由预测算法得出的参考电压来控制变流器电流。所提出的算法通过调节变流器电流和滤波电容上的电压,实现对电网电流的直接控制。该算法采用优化预测来补偿电网电流矢量误差,在相对较低的开关频率下使总谐波畸变率(THD)最小化。它对电网干扰具有较高的鲁棒性,避免了过零期间的电流畸变,特别是在低电流幅值时。所提方法的优势在稳态和暂态条件下的仿真和实验室测试中得到了验证。这证实了所开发的控制技术具有高质量的电网电流(低 THDi 值)、高动态性能,并且在弱电网条件下具有抗干扰能力。将所提方法与使用典型比例 - 谐振电流控制器的方法进行了比较。
English Abstract
This article presents a developed novel continuous control set current-based model predictive control (CCS C-BMPC) for an ac–dc grid converter connected to the grid through an LCL filter. Most CCS MPC algorithms control the converter current by regulating the reference voltage derived from the prediction algorithm in the final control stage. The proposed algorithm enables direct control of the grid current by regulating the converter current and the voltage on the filter capacitor. The algorithm uses optimized prediction to compensate for the grid current vector error, minimizing total harmonic distortion (THD) at a relatively low switching frequency. It exhibits high robustness to power grid disturbances and avoids current distortions during zero crossing, especially at low current amplitudes. The advantages of the proposed method have been confirmed in simulations and laboratory tests in steady-state and transient conditions. It confirms that the developed control technique shows a high quality of the grid current (low THDi value), high dynamic performance, and immunity in case of weak grid conditions. The proposed method was compared with a method that uses a typical proportional-resonant current controller.
S
SunView 深度解读
从阳光电源核心业务视角来看,这项基于连续控制集的电流模型预测控制(CCS C-BMPC)技术对我们的光伏逆变器和储能变流器产品线具有重要的技术价值。该算法针对带LCL滤波器的三相AC/DC变换器,通过直接控制并网电流而非传统的间接电压控制方式,实现了在较低开关频率下的低THD性能,这直接契合我们产品在效率与电能质量平衡方面的技术追求。
该技术的核心优势在于三个方面:首先,优化的预测补偿算法能有效降低电流谐波畸变,这对满足日益严格的并网标准(如IEEE 1547、IEC 61727)至关重要,尤其在我们拓展欧美高端市场时具有竞争价值。其次,算法对弱电网的高鲁棒性和零交叉点畸变抑制能力,可显著提升我们产品在电网条件复杂的新兴市场(如印度、东南亚)的适应性。第三,较低的开关频率意味着功率器件损耗降低,这与我们大功率集中式逆变器和储能PCS追求高效率、低发热的设计理念高度一致。
从技术成熟度评估,该方法已完成实验室验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:模型预测控制对系统参数精度要求较高,需要建立完善的参数辨识和自适应机制;算法的实时计算负荷对控制器硬件平台提出更高要求;LCL滤波器的谐振抑制需与MPC算法深度融合。
建议我们中央研究院可将此技术纳入下一代逆变器控制平台的预研项目,重点探索与SiC/GaN宽禁带器件的协同优化,以及在储能双向变流器快速功率响应场景中的应用潜力,这将有助于巩固我们在新能源变流技术领域的技术领先地位。