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基于风险敏感残差发生器的LC滤波电网形成型逆变器补偿控制策略
Risk-Sensitive Residual Generator-Based Compensation-Control Strategy for LC-Filtered Grid-Forming Inverter
| 作者 | Shufeng Zhang · Changan Liu · Yuntao Shi · Yushuai Qi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并网逆变器 风险敏感控制 残差补偿控制 控制策略 性能提升 |
语言:
中文摘要
并网构网型(GFM)逆变器的控制至关重要,因为它能为系统提供稳定的频率和电压支持,从而实现更多可再生能源的接入。本文旨在开发一种将风险敏感控制与残差补偿控制相结合的新型一次控制策略,增强策略设计的灵活性,以提高GFM逆变器在存在扰动、噪声和参数不确定性情况下的性能。所提出的基于风险敏感残差生成器的补偿控制策略包含两个风险敏感因子——一个用于无偏状态估计和残差生成,另一个用于改善闭环系统性能。这两个风险敏感因子增加了GFM逆变器一次控制策略的设计自由度。首先,本文建立了风险敏感状态估计与残差生成之间的联系,利用风险敏感因子与 $\tau$ -散度的关系设计了一个风险敏感残差生成器。然后,本文引入了风险敏感控制与残差补偿控制之间的新型联系。通过引入风险敏感因子及其与系统稳定裕度的关系,本文仅通过两个黎卡提方程就求解出了残差补偿控制器。最后,在StarSim平台上的实验结果证明了所提出的GFM逆变器风险敏感控制策略在应对扰动、噪声和参数不确定性方面的有效性。
English Abstract
The control of the grid-forming (GFM) inverter is crucial, as it provides stable frequency and voltage support to the system, allowing for the integration of more renewable energy sources. This article aims to develop a novel primary control strategy that combines risk-sensitive control and residual compensation control, enhancing flexibility in strategy design to improve GFM inverter performance under disturbances, noise, and parameter uncertainties. The presented risk-sensitive residual generator-based compensation-control strategy includes two risk-sensitive factors - one for unbiased state estimation and residual generation, and another for improving closed-loop system performance. These two risk-sensitive factors increase the design freedom of the primary control strategy for the GFM inverter. First, this article establishes a link between risk-sensitive state estimation and residual generation, using the relationship between the risk-sensitive factor and -divergence to design a risk-sensitive residual generator. Then, this article introduces a novel connection between risk-sensitive control and residual compensation control. By incorporating a risk-sensitive factor and its relationship with system stability margin, this article solves for the residual compensation controller with only two Riccati equations. Finally, experimental results on the StarSim platform demonstrate the effectiveness of the presented risk-sensitive control strategy for the GFM inverter in managing disturbances, noise, and parameter uncertainties.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于风险敏感残差发生器的补偿控制策略对构网型(GFM)逆变器技术具有重要的战略意义。随着新能源渗透率不断提高,构网型逆变器已成为替代传统同步发电机、提供电网频率和电压支撑的关键技术,这与阳光电源在光伏逆变器和储能系统领域的核心业务高度契合。
该技术的核心价值在于通过引入双重风险敏感因子,显著增强了GFM逆变器在扰动、噪声和参数不确定性下的鲁棒性能。对于阳光电源的实际应用场景,这意味着在弱电网接入、大规模光伏电站并网、以及光储一体化系统中,逆变器能够更稳定地应对电网波动、负载突变和环境参数变化。特别是在复杂工况下,该策略通过无偏状态估计和残差补偿控制的创新结合,仅需求解两个Riccati方程即可获得控制器参数,在保证控制性能的同时降低了计算复杂度,这对产品的工程化实现极为有利。
从技术成熟度评估,该研究已在StarSim平台完成实验验证,但距离商业化应用仍需跨越从仿真到实际电网环境的鸿沟。技术挑战主要集中在:风险敏感因子的实时自适应整定、多台GFM逆变器并联时的协调控制、以及极端电网故障下的安全裕度保障。
对阳光电源而言,这项技术为下一代高性能GFM逆变器产品开发提供了理论基础,特别是在构建"新能源+储能"微电网解决方案时,可显著提升系统的电网友好性和供电可靠性,强化公司在全球新能源装备市场的技术领先地位。建议组织专项技术攻关,推动该算法在实际产品中的工程化验证。