← 返回
基于自适应卡尔曼滤波的两电平背靠背系统准集中式直接模型预测控制
Quasi-Centralized Direct Model Predictive Control for Two-Level Back-to-Back System Based on Adaptive Kalman Filter
| 作者 | Fengxiang Wang · Tinglan Ye · Dongliang Ke · Yantao Chen · Yingjie He |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双级背靠背功率变换器 准集中直接模型预测控制 自适应卡尔曼滤波器 直流母线电压 动态性能 |
语言:
中文摘要
在传统的采用永磁同步发电机(PMSGs)的两电平背靠背功率变换器无级联控制系统中,控制结构复杂。前端整流器和后端逆变器需要分别进行控制,并且在不同运行条件下需要额外进行参数整定。为应对这些挑战,本文提出了一种采用自适应卡尔曼滤波器的准集中式直接模型预测控制方法(AKQC - DMPC)。该方法通过网侧预测控制器直接控制直流母线电压,实现了对前端整流器和后端逆变器的集中管理。自适应卡尔曼滤波器旨在校正系统模型误差和参数不确定性,从而消除直流母线电压的稳态跟踪误差。此外,为增强滤波器的抗干扰能力,引入了自适应速率函数来动态调整传统卡尔曼滤波器的固定噪声协方差矩阵。实验结果验证了AKQC - DMPC方法的有效性。与传统的PI和QC方法相比,该方法在鲁棒性和动态性能方面的优势也得到了证实。
English Abstract
In conventional cascade-free control systems for two-level back-to-back power converters with PMSGs, the control structure is complex. Separate controls are needed for the front-end rectifier and the back-end inverter, and additional parameter tuning is required under different operating conditions. To address these challenges, a quasi-centralized direct model predictive control method using an adaptive Kalman filter (AKQC-DMPC) is proposed. This approach involves direct control of the DC-link voltage by a grid-side predictive controller, enabling centralized management of both the front-end rectifier and the back-end inverter. The adaptive Kalman filter is designed to correct system model inaccuracies and parameter uncertainties, thereby eliminating steady-state tracking errors in the DC-link voltage. Furthermore, to enhance the filter's resistance to disturbances, an adaptive rate function is introduced to dynamically adjust the fixed noise covariance matrix of the traditional Kalman filter. The effectiveness of AKQC-DMPC is demonstrated through experimental results. Its advantage is also established in comparison with traditional PI and QC methods, particularly in terms of robustness and dynamic performance.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的准集中式直接模型预测控制方法(AKQC-DMPC)对公司在风电变流器和储能双向变流器领域具有重要的技术参考价值。
该技术的核心创新在于通过网侧预测控制器直接控制直流母线电压,实现了前端整流器和后端逆变器的集中管理,这与阳光电源在储能PCS和风电变流器产品中追求的系统级优化理念高度契合。传统级联控制需要针对不同工况进行复杂的参数整定,而该方法通过自适应卡尔曼滤波器动态修正模型误差和参数不确定性,显著提升了系统鲁棒性,这对于应对光储系统中频繁的功率波动和电网扰动场景具有实际意义。
从技术成熟度评估,模型预测控制在工业应用中已有基础,但该方法引入的自适应噪声协方差矩阵动态调整机制需要在实际产品中验证其计算复杂度和实时性表现。对于阳光电源的1500V大功率储能系统和海上风电变流器等高端产品,该技术在提升直流母线电压稳定性、减少过电压应力方面具有明显优势,有助于提高系统可靠性并降低器件降额设计成本。
技术挑战主要集中在算法的工程化实现:需要评估在现有DSP/FPGA平台上的运算负荷,以及在极端电网工况下的稳定性验证。建议公司研发团队关注该技术在多机并联、弱电网接入等复杂场景下的扩展应用,这可能成为阳光电源在高端变流器市场差异化竞争的技术储备。该方向与公司智能控制战略布局形成良好协同,值得进行深度技术跟踪和预研投入。