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控制与算法 并网逆变器 模型预测控制MPC ★ 5.0

一种用于并网逆变器模型预测控制的鲁棒电感估计方法

A Robust Inductance Estimation Method for Model Predictive Control of Grid-Connected Inverters

作者
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 控制与算法
技术标签 并网逆变器 模型预测控制MPC
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 并网逆变器 电感在线估计 全阶滑模电压观测器 模型预测控制 电网频率偏差
语言:

中文摘要

电感参数对于实现并网逆变器(GCI)的高精度模型预测控制(MPC)至关重要,而传统的电感估计方法对电网频率偏差较为敏感,且在有功功率为零时无法正常工作。为解决这些问题,本文提出一种基于全阶滑模电压观测器(FSMVO)的新型电感在线估计方法。首先,分析了传统基于FSMVO的电感估计方法的缺点。其次,提出了一种新的电感估计方法,该方法利用观测到的电网电压与经过滤波器后的实际电网电压之间的误差,该滤波器的传递函数与FSMVO的传递函数相同。因此,这种新的电感估计方法不受电网频率偏差的影响。此外,本文还设计了一个新的李雅普诺夫函数来推导该电感估计方法,无论有功功率是否为零,该方法都能良好运行。最后,将估计得到的电感参数代入MPC算法,可提高并网逆变器的控制性能。实验研究验证了所提电感估计方法的有效性和准确性。

English Abstract

The inductance parameter is crucial to realize high-precision model predictive control (MPC) for grid-connected inverter (GCI), while the traditional inductance estimation method is sensitive to the grid frequency deviation and cannot work normally when the active power is zero. To solve these problems, a new inductance online estimation method based on a full order sliding mode voltage observer (FSMVO) is proposed. First, the drawbacks of the traditional FSMVO-based inductance estimation method are analyzed. Second, a new inductance estimation method is proposed, which uses the error between the observed grid voltage and the actual one passed through a filter, whose transfer function is the same as the one of FSMVO. As a result, the new inductance estimation method is immune to the grid frequency deviation. Moreover, a new Lyapunov function is also designed in this article to deduce the new inductance estimation method, which can work well, no matter the active power is zero or not. Finally, by substituting the estimated inductance parameter into the MPC algorithm, the control performance of GCI can be improved. The effectiveness and accuracy of the proposed inductance estimation method are verified by experimental researches.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于全阶滑模电压观测器的电感在线估计技术对我们的并网逆变器产品具有重要应用价值。该技术直接解决了模型预测控制(MPC)中的核心痛点——电感参数精确估计问题,这对提升我们光伏逆变器和储能变流器的并网性能至关重要。

该技术的创新性在于克服了传统方法的两大局限:一是对电网频率偏差的敏感性,二是零有功功率工况下的失效问题。对于阳光电源而言,这意味着我们的逆变器产品能够在更宽泛的运行工况下保持高精度控制。特别是在储能系统中,功率双向流动和频繁穿越零功率点是常态,该技术可显著提升系统在充放电切换、待机等工况下的稳定性。在弱电网环境下,频率波动较大,这项技术的抗频率偏差特性能够增强产品的电网适应性,这对我们拓展海外市场尤为关键。

从技术成熟度评估,该方法已通过实验验证,具备工程化应用基础。将其集成到现有MPC算法框架中,可提升电流谐波抑制能力和动态响应速度,进而增强产品竞争力。技术挑战主要在于滑模控制的抖振抑制和数字实现的计算负荷优化,需要在DSP或FPGA平台上进行算法轻量化处理。

建议将此技术优先应用于大功率集中式逆变器和工商业储能变流器产品线,通过参数自适应能力提升系统可靠性,减少现场调试工作量,同时可作为差异化技术优势强化我们在高端市场的品牌形象。