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控制与算法 微电网 ★ 5.0

基于双环估计的微网并联升压变换器自适应控制器

Dual-Loop Estimation Based Adaptive Controller for Microgrid Connected Boost Converters

作者
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 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直流微电网 自适应控制器 恒功率负载 直流母线电压 计算复杂度
语言:

中文摘要

直流微电网是将现代发电与用电与传统基础设施相融合的绝佳解决方案。将交流和直流负载连接到直流母线的严格调节型变流器呈现出恒功率负载(CPL)特性,给微电网的稳定性带来了挑战。本文针对调节直流母线电压的变流器提出了一种基于双环估计的自适应控制器(DLEAC),并提出了一种新型非线性估计器来识别恒功率负载和电阻性功率消耗分量。该控制器将电流环的反馈线性化控制与传统的双环比例 - 积分控制结构相结合,其中电压控制器的比例和积分增益会根据估计的负载功率而变化,从而使其在所有运行条件下都能保持恒定的动态特性。所提出的方法计算复杂度低,适合在工业标准微控制器上实现。本文还包含了详细的数学推导过程以及全面的仿真和实验验证。

English Abstract

DC microgrids are an excellent solution to integrate modern power generation and consumption with legacy infrastructure. Tightly regulated converters connecting ac and dc loads to the dc bus challenge the stability of the microgrid by showing a constant power load (CPL) behavior. This work proposes a dual-loop estimation based adaptive controller (DLEAC) for converters regulating the dc bus voltage, and a novel nonlinear estimator to identify the CPL and resistive power consumption components. The controller combines a feedback linearization control for the current loop with a traditional dual-loop proportional-integral control structure in which the proportional and integral gains of the voltage controller vary according to the estimated load power, allowing it to maintain constant dynamics at all operating conditions. The proposed methods show low computation complexity and are suitable for implementation on industry-standard microcontrollers. Detailed mathematical procedures, as well as comprehensive simulation and experimental validation are included in this article.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度来看,这项双环估计自适应控制技术对我们在储能系统和微电网解决方案领域具有重要应用价值。当前我们的储能变流器和光储一体化系统在接入直流微电网时,常面临恒功率负载(CPL)带来的稳定性挑战,特别是在工商业储能和离网型光储系统中,这一问题尤为突出。

该技术的核心价值在于通过非线性估计器实时识别CPL和阻性负载成分,并动态调整PI控制器参数,使系统在全工况下保持稳定的动态响应。这与我们储能变流器产品追求的宽负载范围适应性高度契合。相比传统固定参数控制,自适应控制可显著提升我们产品在复杂负载条件下的鲁棒性,减少因负载突变导致的母线电压波动,这对数据中心、通信基站等对电能质量敏感的应用场景尤为关键。

从技术成熟度评估,论文提供了详细的数学推导和实验验证,且强调了低计算复杂度和工业级微控制器的可实现性,这表明该技术已具备工程化应用基础。对于阳光电源而言,可将其集成到现有的DSP/FPGA控制平台中,作为储能PCS和DC/DC变换器的增强控制算法。

技术挑战主要在于参数整定的复杂性和多变流器并联时的协调控制。建议我们的研发团队重点关注该算法与现有下垂控制、虚拟同步机等策略的融合,以及在大规模储能电站中的扩展应用。这项技术有望成为我们微电网控制器产品差异化竞争的技术支撑点,特别是在海岛、矿区等弱电网环境的新能源+储能项目中展现优势。