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电动汽车驱动
★ 5.0
一种在软硬件系统不确定条件下的鲁棒功率硬件在环接口
A Robust Power Hardware-in-the-Loop Interface Under Uncertain Software and Hardware System
| 作者 | Soham Chakraborty · Mohammed Tuhin Rana · Murti V. Salapaka |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电力硬件在环 接口控制器 模型不确定性 实验评估 稳健性 |
语言:
中文摘要
电力硬件在环(PHIL)框架为评估新架构以及变压器、变流器和电机等电力硬件提供了一个极具吸引力的平台。它允许在实验室规模下开展各种测试,所得到的结果与实际场景极为相似,同时还能避免在全规模电力系统上进行实验所带来的高昂成本和风险。然而,尽管PHIL框架具有诸多优势,但仍存在相当大的挑战,其性能往往不够稳健,且与实际场景的契合度需要量化和提升。本文通过在PHIL的硬件和软件组件之间构建一个接口来应对这些挑战,同时采用现代控制视角来处理内在的不确定性。本文提出了一种方法,用于量化由软件系统仿真电力网络中的连接点所导致的模型不确定性,以及由被测硬件的多变特性所产生的模型不确定性。为克服这些不确定性,本文提出了一种基于μ综合的稳健PHIL接口控制器。该控制器可确保实现多个目标,包括稳健稳定性、性能、准确性和跟踪能力。为评估所提出的PHIL接口的有效性和可行性,进行了一次PHIL实验。该实验涉及将一个基于明尼苏达大学和明尼阿波利斯郊区的225节点、110 V、60 Hz、1 MW居民子网的仿真软件系统进行接口连接。使用实时模拟器和一个物理硬件系统来建立接口,该物理硬件系统包括两个单相1.67 kVA逆变器系统以及一个线性和一个非线性负载,每个负载容量为1.8 kVA。
English Abstract
The power hardware-in-the-loop (PHIL) framework provides an attractive platform for evaluating new frameworks and power hardware including transformers, converters and machines. It allows for conducting diverse tests on a laboratory scale, providing results that closely resemble real-world scenarios, all while avoiding the high costs and risks associated with experimentation on a full-scale power system. However, despite its advantages of the PHIL framework, considerable challenges remain where often the performance is not robust and the fidelity to the real-world needs to be quantified and improved. This article addresses these challenges by synthesizing an interface between the hardware and software components of PHIL while employing a modern control perspective for managing inherent uncertainties. The article provides a methodology that quantifies model uncertainty caused by the point-of-connection in the emulated power network of the software system and the model uncertainty stemming from the varying nature of the hardware-under-test. To overcome these uncertainties, the article proposes a robust PHIL interface controller based on -synthesis. This controller ensures multiple objectives are met that includes robust stability, performance, accuracy, and tracking capabilities. To assess the effectiveness and viability of the proposed PHIL interface, a PHIL experiment is conducted. The experiment involves interfacing an emulated software system based on a 225-bus, 110 V, 60 Hz, 1 MW residential subnetwork of the University of Minnesota and suburb Minneapolis. The interface is established using a real-time simulator and a physical hardware system consisting of two 1- 1.67 kVA inverter systems and one linear and nonlinear load, each with a capacity of 1.8 kVA.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于μ综合的鲁棒性功率硬件在环(PHIL)接口技术具有重要的战略价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,阳光电源在产品研发和测试环节面临着高昂的实验成本和系统风险,而PHIL技术恰好提供了一个低成本、高保真的测试平台解决方案。
该论文的核心创新在于通过现代控制理论量化并克服了软硬件系统的不确定性,这对阳光电源的逆变器产品开发具有直接应用价值。论文中验证的1.67 kVA逆变器系统与阳光电源的户用及工商业逆变器功率等级接近,其提出的鲁棒控制方法可直接应用于我司产品在复杂电网环境下的适应性测试。特别是在储能系统与电网交互、多逆变器并联运行等场景中,该技术能够在实验室环境下模拟真实电网的不确定性,大幅缩短产品验证周期。
从技术成熟度评估,该研究已完成225节点配电网的实际验证,展现了较高的工程可行性。对于阳光电源而言,主要机遇在于:一是可建立更高效的产品测试平台,降低现场调试成本;二是能够预先验证产品在极端工况下的表现,提升系统可靠性;三是为氢能、电动汽车等新业务的功率电子设备开发提供通用测试方法。
潜在挑战包括实时仿真器的硬件投资、与现有测试体系的整合,以及针对兆瓦级以上大功率系统的扩展性验证。建议阳光电源可先在研发中心建立小规模PHIL平台,聚焦于逆变器并网特性和储能系统动态响应测试,逐步积累应用经验。