← 返回
储能系统技术 储能系统 三电平 模型预测控制MPC ★ 5.0

基于字典序优化方法的T型三相三电平逆变器容错序列模型预测控制

Tolerant Sequential Model Predictive Control Based on Lexicographic Optimization Method for T-Type Three-Phase Three-Level Inverters

作者 Shengwei Chen · Yong Yang · Rong Chen · Jiefeng Hu · Huiqing Wen · Yiwang Wang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年11月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 三电平 模型预测控制MPC
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 三电平逆变器 多目标优化问题 宽容顺序模型预测控制 中点电压 输出电压
语言:

中文摘要

由于中性点(NP)电压的存在,三电平逆变器的控制本质上已成为一个多目标优化问题(MOOP),该问题需要为负载提供稳定的输出电压,同时维持中性点电压。传统上,这个多目标优化问题通过加权因子转化为单目标优化问题。然而,由于两个控制目标的物理量纲通常不同,根据特定理论选择合适的加权因子以获得令人满意的性能颇具挑战。为解决这一问题,本文提出了一种采用字典序优化方法的容错顺序模型预测控制(TSMPC)。该方法针对输出电压和中性点电压建立了两个不同的层次,根据控制目标的重要性对其进行排序,以评估所有电压矢量。所提出的TSMPC算法使用可解释的容差而非传统的加权因子,其性能优于传统模型预测控制(MPC)方法。最后,通过相关实验验证了所提出的TSMPC算法的可行性和有效性,并对该算法的稳定性进行了分析。

English Abstract

Due to the existence of the neutral point (NP) voltage, controlling the three-level inverters has essentially become a multiobjective optimization problem (MOOP) that needs to provide stable output voltages for the load and maintain the NP voltage simultaneously. Traditionally, this MOOP is converted into a single-objective optimization problem by weighting factors. However, since the physical dimensions of the two control objectives are usually different, it is challenging to choose proper weighting factors to obtain a satisfactory performance according to a specific theory. To address this issue, a tolerant sequential model predictive control (TSMPC) utilizing a lexicographic optimization method is proposed in this article. This method establishes two distinct layers for the output voltage and NP voltage, arranging them in sequence according to the importance of control objectives to evaluate all voltage vectors. By using an explainable tolerance value rather than conventional weighting factors, the proposed TSMPC algorithm presents superior performance over traditional MPC approaches. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed TSMPC algorithm have been verified through relevant experiments and the stability of this algorithm has also been analyzed.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于词典优化方法的容错序贯模型预测控制技术对我们的三电平逆变器产品具有重要应用价值。T型三电平拓扑是我们光伏逆变器和储能变流器的核心技术架构,而中点电位平衡控制一直是制约系统性能和可靠性的关键技术瓶颈。

该技术的核心创新在于摒弃了传统加权因子方法,采用分层优先级策略处理输出电压控制和中点电压平衡这一多目标优化问题。对于阳光电源而言,这意味着可以在保证输出电压质量的前提下,更精准地控制中点电位波动,从而降低直流侧电容应力,延长逆变器使用寿命。这对我们的大功率集中式光伏逆变器和兆瓦级储能PCS产品尤为关键,因为中点电位失衡会导致器件承受不均衡电压应力,增加故障风险。

从技术成熟度评估,词典优化方法的数学理论基础扎实,且论文已通过实验验证,具备较高的工程化可行性。相比传统MPC的"黑盒"调参过程,可解释的容差参数设定更符合工程实践需求,有利于我们在不同功率等级、不同应用场景的产品系列中快速部署。

然而,实际应用仍需关注几个挑战:一是算法的实时计算复杂度能否满足高开关频率要求;二是在电网扰动、负载突变等极端工况下的鲁棒性验证;三是与我们现有控制平台的集成适配。建议技术中心开展针对性的仿真评估和小批量样机测试,重点验证在大容量储能双向变流和弱电网并网等典型工况下的性能表现,为下一代逆变器控制算法升级做好技术储备。