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数据驱动的无模型自适应控制在微电网多场景下电力变换器中的应用
Data-Driven Model-Free Adaptive Control for Power Converter Under Multiscenarios in Microgrids
| 作者 | Lei Liu · Zhenbin Zhang · Yuxin Zhao · Guangze Chen · Haotian Xie · Yunfei Yin |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 微电网 无模型自适应控制 三电平中点钳位功率变换器 粒子群优化算法 控制方案性能 |
语言:
中文摘要
微电网需要高效的控制方案,以实现电力变换器的高渗透率。基于模型的控制因其简便性而在变换器中得到广泛应用,但在处理模型不准确、关键负载和多扰动问题时面临挑战。为解决这些问题,本文针对三电平中点箝位(3L - NPC)电力变换器系统提出了一种数据驱动的无模型自适应控制(MFAC)方法,可在无需任何系统参数的情况下实现鲁棒、高质量的电流和电压控制。具体而言,无模型自适应控制是一种通过设计基于李雅普诺夫理论直观推导得出的自适应律来估计系统动态特性的有效方法,以此调节电流和电压,确保对未建模动态、模型变化、参数失配和扰动具有自适应性。为更方便地获取自适应律增益,本文将粒子群优化算法嵌入无模型自适应控制中,利用由电压和电流定义的适应度函数自动确定这些增益。实验数据证实,在多场景下,该方案在暂态/稳态性能、电网电流谐波畸变和鲁棒性方面均优于基于人工神经网络的比例 - 积分(PI)控制方案和基于超扭曲算法的模型控制方案。
English Abstract
Microgrids require efficient control schemes to achieve high penetration of power converters. Model-based control is widely used in converters due to its ease, but it poses challenges when dealing with inaccurate models, critical loads, and multidisturbances. To fix them, this work proposes a data-driven model-free adaptive control (MFAC) for a 3L-NPC power converter system to realize robust, high-quality current and voltage control without any system parameters. Specifically, an MFAC is a potential method for estimating the system dynamics by designing adaptive laws derived intuitively from Lyapunov theory to regulate current and voltage, guaranteeing self-adaptability to unmodeled dynamics, model variations, parameter mismatches, and disturbances. Striving for easier access to adaptive law gains, a particle swarm optimization algorithm is embedded in MFAC to automatically determine them utilizing the fitness function defined by the voltage and current. Experimental data confirm that the proposal outperforms artificial neural networks-based PI and super-twisting algorithm-based model control schemes under multiscenarios in terms of transient-/steady-state, grid current harmonic distortions, and robustness.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项数据驱动无模型自适应控制(MFAC)技术对我们的核心产品线具有重要战略价值。该技术针对微电网场景下三电平NPC变流器的控制难题,提出了突破传统模型依赖的创新方案,与我们在光伏逆变器、储能变流器及微电网系统的技术发展方向高度契合。
技术价值方面,MFAC的核心优势在于无需精确系统参数即可实现鲁棒控制,这对阳光电源产品应对复杂应用场景具有显著意义。我们的逆变器和储能系统常面临参数漂移、负载突变、电网扰动等挑战,传统基于模型的PI控制需要频繁调参和现场适配。该技术通过李雅普诺夫理论设计自适应律,结合粒子群优化算法自动确定控制增益,可大幅降低调试成本,提升产品在分布式光伏、工商业储能等多场景下的适应性。实验数据显示其在暂态响应、稳态精度和电流谐波抑制方面优于神经网络PI和超螺旋算法,这对提升我们产品的电能质量指标具有直接价值。
技术成熟度评估上,该方案已完成实验验证,但从研究到产业化仍需跨越工程化鸿沟。主要挑战包括:算法实时性能否满足高频开关控制要求,粒子群优化的计算负荷对现有DSP/FPGA平台的适配性,以及极端工况下的稳定性验证。机遇在于,该技术可与我们正在推进的数字化、智能化战略深度融合,为新一代智能变流器平台提供差异化竞争优势,特别是在需要高可靠性的关键负载和复杂微电网应用中建立技术壁垒。建议启动预研项目,评估其在1500V高压系统和储能PCS产品上的应用潜力。