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控制与算法 并网逆变器 ★ 5.0

并网逆变器阻抗成形的通用参数整定方法

General Parameter Tuning Method for Impedance Shaping of the Grid-Tied Inverter

作者 Jiayu Fang · Shuying Yang · Zhen Xie · Xing Zhang · Liuchen Chang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年4月
技术分类 控制与算法
技术标签 并网逆变器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 逆变器阻抗 控制方案 参数调谐 阻抗整形 优化理论
语言:

中文摘要

逆变器的阻抗同时受其控制算法和控制参数的影响。为逆变器获取合适的阻抗形态对于实现设计目标(如足够的稳定裕度和较强的滤波能力)至关重要。针对不同的恶劣电网条件,人们已提出了不同的控制方案及相应的参数整定方法来实现这些设计目标。然而,在实际应用中可能需要将这些控制方案结合起来,因为在现实世界中不同的电网条件可能相互耦合。在这种情况下,必须对所有控制参数进行重新整定以协调各控制方案。基于阻抗的分析方法为测试电网 - 逆变器系统的稳定裕度和谐波抑制能力提供了一个通用视角。然而,现有的基于阻抗的分析方法无法实现进一步改进所需的定量参数整定。本文将三个常见的设计目标表述为阻抗整形问题,包括提高稳定裕度、增强滤波能力和进行相角整形。然后,提出了一种基于优化理论的通用参数整定方法用于阻抗整形,该方法经过一次迭代后可直接给出定量的整定结果。

English Abstract

The inverter's impedance is influenced by its control algorithm and control parameters simultaneously. It is important to obtain a proper impedance shape for an inverter to achieve the design purpose, e.g., sufficient stability margin and strong filtering ability. Different control schemes and corresponding parameter tuning have been proposed to realize these design purposes against different adverse grid conditions. However, these control schemes may have to be combined in practice because different grid conditions may be coupled in the real world. Under this situation, all the control parameters have to be returned to coordinate the control schemes. Impedance-based analysis provides a general vision to test the stability margin and harmonic suppression ability of the grid-inverter system. However, the existing impedance-based analyses cannot realize the quantitative parameter tuning for further improvement. In this article, three common design purposes are formulated as impedance shaping problems, including stability margin improvement, filtering ability enhancement, and phase-angle shaping. Then, a general parameter tuning method based on optimization theory is proposed for impedance shaping, which can provide a quantitative tuning result directly after an iteration.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务实践来看,这项基于阻抗整形的通用参数调谐方法具有重要的工程应用价值。当前公司产品在全球复杂电网环境中面临的核心挑战,正是论文所针对的多重电网条件耦合问题——弱电网、谐波污染、不平衡等工况往往同时存在,传统针对单一工况设计的控制策略难以兼顾。

该技术的核心价值在于将稳定裕度提升、谐波抑制、相角整形等设计目标统一转化为阻抗整形问题,并通过优化理论实现定量化参数调谐。这与阳光电源当前在大型地面电站、工商业储能、户用光储系统中遇到的实际需求高度契合。特别是在储能变流器PCS产品线,需要同时满足快速功率响应和电网支撑能力,传统试凑式参数调试效率低下,该方法提供的迭代优化框架可显著缩短产品开发周期。

从技术成熟度评估,基于阻抗的分析方法在学术界已较为成熟,但从定性分析到定量参数设计的跨越是本研究的突破点。对阳光电源而言,应用挑战主要在于:一是需要建立精确的逆变器阻抗模型库,覆盖不同功率等级和拓扑结构;二是优化算法的实时性能否满足自适应控制需求;三是与现有数字控制平台的集成适配。

技术机遇方面,该方法可赋能公司"1+eSmart"智慧能源管理系统,通过云端大数据分析各地电网特性,为不同区域市场预设优化参数集,提升产品对复杂电网的自适应能力,这在竞争激烈的海外市场尤为关键。建议与高校合作开展联合攻关,优先在新一代模块化储能系统中试点应用。