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基于模型预测控制的二次谐波注入:单相逆变器直流链路脉动的抑制
Second Harmonic Injection With Model Predictive Control: Attenuation of DC-Link Pulsations in Single-Phase Inverters
| 作者 | Liwei Zhou · Noah Silverman · Matthias Preindl |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 单相逆变器 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 模型预测控制 二次谐波注入 单相逆变器 直流侧二次脉动 动态性能 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种基于模型预测控制的二次谐波注入(MPC - SHI)方法,用于抑制单相逆变器直流侧的二次脉动。将直接计算得到的二次谐波注入(SHI)分量设置为跟踪参考,并通过模型预测控制(MPC)进行调节,以改善动态性能。MPC与SHI相结合,可减少响应时间和振荡,增强瞬态性能。与传统方法相比,在控制过程中无需额外的陷波滤波器或带通滤波器来处理二次谐波。控制带宽得以增加,调谐灵活性更高,动态性能更优。无需额外的无源或有源元件来抑制直流侧二次脉动,从而大幅节省了成本。实验结果验证了所提方法的有效性。
English Abstract
A model predictive control-based second harmonic injection (MPC-SHI) method is proposed in this article to attenuate the dc side second pulsation for the single-phase inverter. The directly calculated second harmonic injection (SHI) component is configured as the tracking reference and regulated by the model predictive control (MPC) with improved dynamic performance. The combination of MPC and SHI enhances the transient behavior with less response time and oscillation. Compared with the conventional methods, no extra notch filter or band-pass filters are needed to deal with the second order harmonics in the control process. The control bandwidth is increased with more tuning flexibility and better dynamic performance. No extra passive or active components are needed to attenuate the dc side second pulsation. The cost is largely saved accordingly. The experimental results have validated the proposed method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于模型预测控制的二次谐波注入技术具有重要的应用价值。该技术针对单相逆变器直流侧二次脉动问题提出了创新性解决方案,这与我司在户用光伏、小型储能系统等单相应用场景高度契合。
技术价值方面,该方法的核心优势在于无需额外的无源或有源器件即可抑制直流侧脉动,这意味着可以显著降低电解电容等关键元器件的容量需求,直接降低系统成本并提升功率密度。对于阳光电源追求的高性能、高可靠性产品定位,该技术带来的滤波器简化、控制带宽提升和动态响应改善都具有实际意义。特别是在户用储能系统中,直流侧脉动的有效抑制能延长电池寿命,提升系统整体可靠性。
从技术成熟度评估,模型预测控制本身已在工业应用中得到验证,但将其与二次谐波注入结合仍属前沿研究。该方案虽省去了带通滤波器和陷波器,但MPC算法对控制器计算能力要求较高,需要评估现有DSP或FPGA平台的实时性能是否满足要求。此外,模型参数的准确性直接影响控制效果,在实际工况中的鲁棒性验证是工程化的关键挑战。
应用机遇方面,随着户用光伏和小型储能市场的快速增长,单相逆变器的降本增效需求愈发迫切。该技术若能成功工程化,将为阳光电源在竞争激烈的户用市场提供差异化优势,特别是在追求高功率密度和长寿命的高端产品线中具有突破性应用前景。建议开展小批量样机验证,重点评估算法复杂度与成本节约之间的平衡点。