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非理想电网条件下并网型智能紧凑E单元多电平逆变器的鲁棒矢量电流控制
Robust Vector Current Control of Grid-Interactive Smart Packed E-Cell Multi-Level Inverters Under Non-Ideal Grid Conditions
| 作者 | Mahdieh S. Sadabadi · Mohammad Sharifzadeh · Eric Laurendeau · Meysam Gheisarnejad · Mohammad-Hassan Khooban · Ramon Portillo |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 多电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 单相九电平PEC逆变器 矢量电流控制器 凸优化策略 鲁棒控制 电网不确定性 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种基于凸优化的策略,用于在不确定电网条件(从强电网到弱电网)以及非理想电网电压条件下,设计并网型单相九电平堆叠 E 型单元(PEC9)逆变器的矢量电流控制器。在状态空间框架下,将存在电网阻抗不确定性的非理想并网型 PEC 逆变器建模为受干扰的多变量多面体模型。基于这种新颖的建模方法,提出了一种鲁棒的二自由度 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$\mathscr{H}_\infty$</tex-math></inline-formula> 多变量比例 - 积分(PI)矢量电流控制策略。所提出的控制机制采用二次 Lyapunov 函数保证了鲁棒稳定性,并且在电网阻抗不确定和非理想电网电压条件下具有鲁棒性能,同时使逆变器电流的总谐波失真和谐波分量符合 IEEE 标准 1547 的要求。通过仿真和硬件在环实验案例研究,评估了配备所提出的鲁棒矢量控制策略的并网型智能 PEC9 逆变器的有效性。
English Abstract
This paper proposes a convex optimization-based strategy for the design of vector current controllers in a grid-interactive single-phase nine-level Packed E-Cell (PEC9) inverter under uncertain grid conditions, from stiff to weaker conditions, and non-ideal grid voltage conditions. The non-ideal grid-interactive PEC inverter with the grid impedance uncertainty is modeled by a multivariable polytopic model subject to a disturance in a state space framework. By virtue of this novel modeling approach, a robust two-degree-of-freedom _ multivariable Proportional-Integral (PI) vector current control strategy is then proposed. The proposed control mechanism guarantees robust stability, employing a quadratic Lyapunov function, and robust performance against the uncertainty in grid impedance and non-ideal grid voltage conditions, also it provides inverter currents with Total Harmonic Distortion and harmonic components complying with IEEE Standard 1547 requirements. The effectiveness of the proposed grid-interactive smart PEC9 inverter equipped with the proposed robust vector control strategy is evaluated by simulation and hardware-in-the-loop experimental case studies.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对Packed E-Cell多电平逆变器的鲁棒矢量电流控制技术具有重要的战略参考价值。该技术聚焦于解决非理想电网条件下的并网控制问题,这与我司在全球市场面临的实际应用场景高度契合。
**技术价值分析**:论文提出的基于凸优化的H∞鲁棒控制策略,能够在电网阻抗不确定和电网电压畸变条件下保证系统稳定性和性能。这对阳光电源的光伏并网逆变器和储能变流器产品线具有直接应用价值。特别是在电网条件较弱的新兴市场、偏远地区微电网以及高比例新能源接入场景中,该技术可显著提升产品的电网适应性和供电质量。九电平拓扑结构能够降低开关损耗、改善输出波形质量,这与我司追求高效率、高功率密度的产品战略一致。
**应用前景评估**:该技术通过多变量多胞体模型和二自由度PI控制器设计,将电流总谐波畸变控制在IEEE 1547标准范围内,这对于满足日益严格的国际并网标准至关重要。仿真和硬件在环实验验证表明技术已具备一定成熟度,可考虑在下一代产品中进行工程化验证。
**技术挑战与机遇**:主要挑战在于PEC多电平拓扑的电容电压平衡控制复杂度较高,以及鲁棒控制算法的实时计算负荷。但这也为阳光电源在高端逆变器市场建立技术壁垒提供了机遇。建议将该鲁棒控制思想与我司现有的SiC功率器件技术、数字控制平台相结合,开发适用于弱电网和复杂工况的智能并网产品,进一步巩固在全球逆变器市场的技术领先地位。