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一种基于DLMIs的电网支撑型逆变器控制新凸优化方法
A New Convex Approach for Grid-Supporting Inverter Control Based on DLMIs
| 作者 | Roberto M. Fuentes · Esteban I. Marciel · Carlos R. Baier · Gabriela W. Gabriel · Cecilia F. Morais · Márcio J. Lacerda |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 动态输出反馈控制 微电网 离散化 稳定性 三相逆变器 |
语言:
中文摘要
本文旨在验证一种动态输出反馈(DOF)控制综合方法,该方法将通过数字信号处理器在电力微电网应用范围内实施。最初在连续时间域设计的DOF控制器,旨在满足与电气系统相关的严格瞬态行为要求,其采用了对 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$\mathcal {D}$</tex-math></inline-formula> -稳定性概念的改进,以处理受时变参数影响的线性系统(线性参数时变模型)。为实现控制动作的数字实现,通过与离散化相关的指数项的泰勒级数展开,得到连续时间DOF控制器的离散时间等效表示。本文的其他贡献包括:使用基于微分线性矩阵不等式的公式来确保混合系统(由模拟被控对象和数字控制器组成)的稳定性;以及验证重新设计的控制器在应用于通过硬件在环设备模拟的具有电网支撑配置的三相逆变器实时仿真时的性能。结果表明,在出现异常后,对于所研究的所有负载情况,受控系统均实现了正常运行,甚至能调节20%的电压降。将所提出的方法与文献中的一种方法进行比较,结果显示在保持相似电压畸变的情况下,电流谐波畸变降低了17.5%。
English Abstract
The objective of this article is to validate a dynamic output-feedback (DOF) control synthesis methodology to be implemented through digital signal processors in the scope of electrical microgrid applications. The DOF controller, originally designed in continuous-time, is developed aiming to comply with strict transient behavior requirements associated with electrical systems, by using an adaptation of the D -stability concept to handle linear systems affected by time-varying parameters (linear parameter varying model). In order to allow a digital implementation of the control action, a discrete-time equivalent representation of the continuous-time DOF controller is obtained from the Taylor series expansion of the exponential terms associated with the discretization. Additional contributions of this article include: the use of a formulation based on differential linear matrix inequalities to ensure the stability of the hybrid system (composed of the analog plant and the digital controller), and the validation of the redesigned controller performance when applied to a real-time simulation of a three-phase inverter with a grid-supporting configuration emulated via hardware-in-the-loop device. The results demonstrate that the controlled system has achieved a regular operation for all the load cases investigated after the anomalies presented, even regulating a voltage drop of 20%. The proposed method was compared with a method in the literature, showing a decrease of 17.5% in the harmonic distortion of the currents holding similar voltage distortion.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的基于微分线性矩阵不等式(DLMI)的并网支撑型逆变器控制方法具有重要的技术价值和应用潜力。
该技术的核心创新在于采用动态输出反馈控制和线性参数变化模型,能够有效应对微电网系统中的时变参数扰动,这与我司光伏逆变器和储能系统在实际运行中面临的复杂工况高度契合。论文验证结果显示,该控制策略在20%电压跌落等严苛异常工况下仍能保持系统稳定运行,且相比传统方法使电流谐波畸变率降低17.5%,这对提升我司产品的电能质量和并网性能具有直接价值。
从技术成熟度角度,该方法已通过硬件在环实时仿真验证,证明了数字信号处理器实现的可行性,这为工程化应用奠定了基础。特别是其D稳定性概念的引入,能够严格保证系统暂态响应特性,这对于我司在高比例新能源接入场景下的并网支撑能力提升至关重要。
技术机遇方面,该控制算法可直接应用于我司1500V大功率逆变器和储能变流器产品线,增强系统在弱电网环境下的适应性和故障穿越能力。同时,其离散化处理方法为我司现有DSP控制平台的算法升级提供了清晰路径。
潜在挑战包括:复杂工况下DLMI求解的计算负荷、参数辨识的实时性要求,以及从仿真到批量产品的工程转化验证工作。建议我司研发团队深入评估该技术在大规模储能电站和工商业微网项目中的适配性,并结合自主控制平台开展原型验证,以抢占下一代高性能并网设备的技术制高点。