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基于模型预测控制的光伏-混合储能系统并网微电网电能质量提升与功率管理
Power Quality Enhancement and Power Management of PV-HESS Based Grid-Tied Microgrid Using Model Predictive Control Approach
Chinmaya Jagdev Jena · Pravat Kumar Ray · Gayadhar Panda · Shobhit Nandkeolyar · IEEE Transactions on Industry Applications · 2024年12月
可再生能源依赖天气的特性给持续供电带来了挑战，而电力电子设备的使用会在电网交互系统的公共连接点（PCC）引入谐波，从而引发电能质量问题。本文提出了一种配备混合储能系统（HESS）的并网光伏（PV）系统，旨在解决这些问题。本文的主要目标是确保为负载提供持续、高质量的电力供应，同时实现发电、储能和用电之间的无缝电力传输。为实现这一目标，采用有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）算法对功率变换器进行控制，从而实现最优的功率管理。此外，将改进的泄漏最小均方（MLLMS）算法应用于三相电压源变换器（...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项研究对我们在光储一体化系统和微电网解决方案领域具有重要参考价值。论文针对的核心痛点——可再生能源波动性和并网电能质量问题，正是我们在实际工程项目中持续攻克的技术难题。 该研究提出的有限集模型预测控制（FCS-MPC）算法在功率管理方面展现出优势，这与我们在高端光伏逆变...
一种固定开关频率的混合型ANPC优化模型预测控制方法
An Optimized Model Predictive Control Method for Hybrid ANPC With Fixed Switching Frequency
Zhaohui Wang · Shunfeng Yang · Ling Feng · Zhe Li 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
本文提出一种改进的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）策略，用于三电平Si/SiC混合有源中点钳位（3L-HANPC）变换器，旨在多目标下优化控制性能。该方法通过将电流约束转化为电压约束，降低计算复杂度，减少除法运算；并设计特定电压矢量序列，实现低频与高频开关单元的固定开关频率，有效抑制中点电压波动。所提策略提升了效率、计算简洁性及损耗分布均匀性，改善了热管理性能。基于4-SiC HANPC逆变平台的实验验证了其在稳态与动态性能上的优越性，并显著降低数字信号处理器的计算负担，具备良好的工程应...
解读: 该固定开关频率混合ANPC优化模型预测控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列大功率光伏逆变器具有重要应用价值。通过Si/SiC混合拓扑实现损耗均衡与热管理优化，可直接应用于PowerTitan储能系统的功率单元设计，提升系统效率和可靠性。所提电流约束转化为电压约束的简化算法降低DSP计算负担...
三相NPC功率变换器的扩展周期控制方法FCS-MPC
Extended Period Control Approach FCS-MPC for Three Phase NPC Power Converters
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）在固定采样周期内选择一个电压矢量状态，无需使用调制器。因此，传统的FCS - MPC实现方式呈现出可变的开关频率。用于两电平三相逆变器的周期控制方法（PCA - FCS - MPC）无需调制环节即可有效控制开关频率。然而，由于需要同步每相桥臂中所有功率半导体的换相，将其应用于三电平三相逆变器并不容易。本文提出了一种在三相三电平中性点钳位电压源逆变器（NPC - VSI）中实现该策略的新方法，称为直接分组法，该方法对PCA方法进行了改进，使其能够在NPC...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对三电平NPC变流器的扩展周期控制FCS-MPC技术具有重要的应用价值。三电平中点钳位型（NPC）拓扑是我司大功率光伏逆变器和储能变流器的核心架构，该技术直接契合我们在1500V及以上系统、大型地面电站和工商业储能领域的产品需求。 该技术的核心突破在于解决了传统有限...
基于超 twisting 观测器的单相中点钳位H桥级联逆变器固定开关频率无模型预测控制
Model-Free Predictive Control With Super-Twisting Observer of Single-Phase Neutral-Clamped H-Bridge Cascade Inverters With Fixed Switching Frequency
Lei Yuan · Jia-Wei Mei · Anfei Xu · Xiao Li · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月
针对有限控制集模型预测控制中开关频率不固定和参数失配的问题，提出一种基于单相级联H桥中点钳位逆变器的连续控制集无模型预测控制（CCS-MFPC）方法。通过在每个控制周期内使用三个电压矢量并依据其代价函数反比分配作用次数，实现固定开关频率；综合考虑开关动作减少与中点电位平衡，将27个开关矢量组合为32段序列。引入中点电位偏差至代价函数，采用多目标预测有效平衡中点电位。建立单相CHB-NPC逆变器的超局部模型，并设计超 twisting 滑模观测器估计集中扰动，提升控制器参数鲁棒性。实验平台验证了该...
解读: 该无模型预测控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。固定开关频率方案可降低EMI滤波器设计难度，提升系统可靠性；超twisting观测器增强参数鲁棒性，适应储能系统宽范围工况变化；中点电位平衡策略可直接应用于三电平NPC拓扑的ST2752UX等产品，延...
基于神经网络预测器与软演员-评论家算法的电力电子变换器预测控制方法
A Predictive Control Method Based on Neural Predictor and Soft Actor–Critic for Power Converters
Chenghao Liu · Jien Ma · Xing Liu · Lin Qiu 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年10月
本文着重于将软强化学习（RL）技术引入有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）框架，以提升鲁棒性能。更确切地说，在神经预测器的基础上，开发了一个使用软演员 - 评论家算法训练的智能体，用于探索嵌入在MPC框架内的最优控制输入。同时，在训练过程中引入了基于李雅普诺夫函数的约束条件，并给出了相应的权重更新法则。此外，所提出的方法保证了集成了RL智能体的系统的稳定性。最后，仿真和实验结果均验证了该方法相较于现有FCS - MPC方法的优越性。
解读: 从阳光电源的核心业务视角来看，这项基于软强化学习的预测控制技术具有重要的战略价值。该方法将软演员-评论家算法与有限集模型预测控制相结合，通过神经网络预测器实现智能决策，这与我们在光伏逆变器和储能变流器中广泛应用的MPC控制策略形成了技术演进路径。 对于阳光电源的产品线，该技术的核心价值体现在三个层...
具有改进电流限制能力的模型预测双环控制用于构网型逆变器在电网故障下的运行
Model-Predictive Dual-Control Loop With Improved Current-Limiting Capability for Grid-Forming Inverter Under Grid Faults
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
限流能力对于并网电压源型（GFM）逆变器的故障穿越至关重要。大多数用于GFM逆变器的限流方案是在经典线性控制器内实现的，在发生故障等紧急情况时无法保证最佳性能。此外，固有的级联结构限制了带宽。得益于对非线性目标和约束的处理能力，先进的模型预测控制（MPC）已被应用于电力变换器。一种著名的MPC，即有限控制集MPC（FCS - MPC）已被用于防止过电流，其大致是在代价函数中对电流幅值违规进行非线性惩罚。在这种情况下，FCS - MPC的代价函数在故障期间会趋于无穷大，这是以牺牲电压和电流参考跟踪...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于模型预测双控制回路的构网型逆变器限流技术具有重要的战略价值。随着我国"双碳"目标推进和新型电力系统建设，构网型逆变器作为提升电网支撑能力的关键技术，正成为光伏、储能系统的核心发展方向。 该技术的核心突破在于解决了构网型逆变器在电网故障时的限流与电能质量平衡难题。传...
不平衡电网条件下模块化多电平矩阵变换器的无差拍模型预测控制
Deadbeat Model Predictive Control for Modular Multilevel Matrix Converter Under Unbalanced Grid Conditions
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
模块化多电平矩阵变换器（M3C）是一种用于直接连接两个三相交流系统的功率变换器，具有模块化、可扩展性和高冗余性等优点。传统有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）在M3C控制中表现出快速的动态响应。然而，其不规则的脉冲模式会导致开关频率不固定且纹波较大。本文提出了一种用于M3C的无差拍模型预测控制（DB - MPC）算法，在保留FCS - MPC快速性的同时，实现固定的开关频率、降低电流谐波含量并减轻计算负担。基于所提出的DB - MPC，提出了一种M3C在电网不平衡条件下的控制策略。该策略...
解读: 从阳光电源的业务角度分析，模块化多电平矩阵变换器（M3C）技术及其无差拍模型预测控制策略具有重要的战略价值。该技术能够直接连接两个三相交流系统，这与我们在大规模储能系统、风光储一体化项目以及柔性输电领域的应用场景高度契合。 论文提出的DB-MPC算法解决了传统有限集模型预测控制开关频率不固定、电流...
用于燃料电池混合动力汽车的三端口变换器有限控制集模型预测电流控制
Finite Control Set Model Predictive Current Control (FCS-MPCC) of Three-Port Converter for Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles
Alonso Lizana · Javier Pereda · Felipe Rubio · Felix Rojas · IEEE Transactions on Vehicular Technology · 2024年10月
燃料电池混合动力汽车（FCEVs）在重载及长续航车辆中具有应用前景，但传统架构需多个变换器协调燃料电池、电池/超级电容与电机间的能量分配，导致系统复杂且损耗增加。本文提出一种仅含6个半导体器件的单级三端口变换器（TPC），集成燃料电池、电池与交流电机的能量管理。采用多变量最优控制策略——有限控制集模型预测电流控制（FCS-MPCC），实现多源功率协同调控与电机驱动。通过定制耦合电感替代原有三个独立电感，有效抑制交流环流，降低电流幅值约20%，提升系统效率与功率密度。实验基于0.5kW样机及城市工...
解读: 该三端口变换器的FCS-MPCC控制技术对阳光电源车载动力系统产品线具有重要参考价值。其单级6开关拓扑实现燃料电池、电池与电机的集成控制，可直接应用于阳光电源OBC充电机及电机驱动系统的架构优化，减少功率级数降低成本。定制耦合电感抑制环流的设计思路可借鉴至ST储能变流器的多端口DC/DC模块，提升功...
电力变换器长预测时域有限控制集模型预测控制问题的计算分析
Computational Analysis of the Long Horizon FCS-MPC Problem for Power Converters
Eduardo Zafra · Sergio Vazquez · Tobias Geyer · Ricardo P. Aguilera 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
针对电力变换器的长预测时域有限控制集模型预测控制（LPH-FCS-MPC）问题，本文提出将其重构为盒约束整数最小二乘（ILS）问题。通过球形译码方法求解，无需穷举搜索，从而有效降低了计算复杂度，为高性能电力电子控制提供了新思路。
解读: 该研究直接优化了FCS-MPC算法的计算效率，对阳光电源的核心产品线具有显著价值。在组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器（PCS）中，采用长预测时域MPC可显著提升动态响应性能和电能质量。通过引入球形译码等高效算法，可以在不增加硬件算力成本的前提下，实现更复杂的控制...
具有保证最优性的并联并网变流器有限控制集模型预测控制
Finite Control Set Model Predictive Control for Grid-Connected Parallel Power Converters With Guaranteed Optimality
Yu Li · Jianbo Gao · Qiwu Wang · Zhenzhen Zhang 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文针对并联并网变流器的电流跟踪与零序环流抑制问题，研究了有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）。针对现有简化方法可能导致次优解的问题，提出了一种保证最优性的控制策略，在降低计算复杂度的同时提升了系统控制性能，为实时实现提供了更优的理论框架。
解读: 该研究直接服务于阳光电源的核心产品线，特别是大功率组串式逆变器和PowerTitan/PowerStack储能系统。在多机并联运行场景下，零序环流抑制是提升系统可靠性和效率的关键。该文提出的保证最优性的FCS-MPC算法，能够有效优化多模块并联时的电流分配与环流控制，有助于提升阳光电源逆变器及PCS...
基于学习的电力变换器执行器FDI攻击下弹性FCS-MPC控制
Learning-Based Resilient FCS-MPC for Power Converters Under Actuator FDI Attacks
Xing Liu · Lin Qiu · José Rodríguez · Kui Wang 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文提出了一种基于学习的弹性预测控制框架，结合变步长事件触发机制，旨在应对执行器虚假数据注入（FDI）攻击，减少不必要的触发事件并提升系统鲁棒性。该方法通过优化控制策略，有效改善了系统在遭受攻击及参数扰动下的动态性能。
解读: 该研究针对电力电子变换器的网络安全与鲁棒控制，对阳光电源的核心产品线具有重要价值。随着光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能系统在电网中渗透率提升，系统面临的网络安全威胁（如FDI攻击）日益严峻。该基于学习的弹性FCS-MPC控制策略，能够显著提升设备在复杂电网环境下的抗干扰能力...
一种用于电力变换器有限控制集模型预测控制的简单无模型解决方案
A Simple Model-Free Solution for Finite Control-Set Predictive Control in Power Converters
Xing Liu · Lin Qiu · Youtong Fang · Kui Wang 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文针对电力变换器系统中因动态不确定性导致的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）精度下降问题，提出了一种简单的无模型解决方案。核心思想是通过构造基于不变流形的未知系统动态估计器，有效补偿模型失配，提升控制鲁棒性。
解读: 该技术对阳光电源的核心业务具有极高价值。FCS-MPC在组串式逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器中应用广泛，但传统方法高度依赖模型参数，在复杂电网环境下易受参数漂移影响。该“无模型”方案通过动态估计器补偿不确定性，可显著提升逆变器在弱电网下的并网稳定性及动态响应速度。建议研...
面向弱电网谐波交互的逆变器虚拟模型预测控制及灵活输出阻抗整形
Virtual Model Predictive Control for Inverters to Achieve Flexible Output Impedance Shaping in Harmonic Interactions With Weak Grids
Zhenwei Li · Haoyu Li · Shaohua Sun · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年9月
基于阻抗的方法是研究弱电网谐波交互的有效手段。针对有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）逆变器因非线性动态导致输出阻抗建模困难的问题，本文提出了一种虚拟模型预测控制策略，实现了逆变器输出阻抗的灵活整形，从而提升了弱电网下的并网稳定性。
解读: 该研究直接针对阳光电源核心产品（如组串式逆变器和大型地面电站逆变器）在弱电网环境下的并网稳定性挑战。随着全球光伏渗透率提升，电网强度普遍下降，谐波交互引发的振荡问题日益突出。本文提出的阻抗整形技术可有效优化逆变器在弱电网下的动态响应，建议研发团队将其应用于iSolarCloud智能运维平台的仿真模型...
基于Adaline神经网络的数据使能有限状态预测控制用于电力变换器
Data-Enabled Finite State Predictive Control for Power Converters via Adaline Neural Network
Wenjie Wu · Lin Qiu · Xing Liu · Jien Ma 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年8月
有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）在电力变换器与电机驱动中展现出良好前景，但受限于模型依赖性。本文从动态建模角度提出一种数据使能的有限集预测控制方案。采用动态线性化数据模型在各运行点等效重构系统，并通过自适应线性神经网络在线更新时变参数，提升建模精度与实现性能。同时提出一种改进的无电容电压平衡方法以调节中点电位。由于负载电流与电容电压的无参数预测仅依赖系统输入输出测量及历史数据，有效规避了参数变化带来的不利影响。通过在三电平中点钳位逆变器上的仿真与实验验证了所提方法的优越性。
解读: 该数据驱动的有限集预测控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的三电平拓扑控制具有重要应用价值。通过Adaline神经网络实现无参数化预测控制，可有效解决储能系统在宽工况运行时的参数漂移问题，提升PowerTitan大型储能系统在温度变化、器件老化等复杂工况下的控制鲁棒性。改进的中点电位...
功率变换器的FCS-MPC：一种事件驱动的脑情绪学习方法
FCS-MPC of Power Converters: An Event-Driven Brain Emotional Learning Approach
Xing Liu · Lin Qiu · Youtong Fang · Kui Wang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年8月
针对系统不确定性与低开关频率（SF）下的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）框架，本文提出一种事件驱动的脑情绪在线学习方法。该方法包含三个关键特征：采用双向模糊脑情绪在线学习机制并结合鲁棒控制项以逼近理想控制器；引入基于事件驱动的管状模型预测控制机制实现低SF运行；加入积分误差项以提升低SF下的跟踪性能。所提方法无需权重因子即可有效抑制不确定性、降低开关频率并减小跟踪误差，并给出了闭环系统的收敛性分析。通过多个文献中的基准实例验证了其有效性。
解读: 该事件驱动FCS-MPC技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST储能变流器中，低开关频率运行可直接降低SiC/GaN功率器件的开关损耗，提升系统效率；无权重因子设计简化了多目标控制参数整定难度。在SG光伏逆变器的MPPT控制中，脑情绪学习机制可增强参数摄动与电网扰动下的鲁棒性。在电动汽车驱动...
基于单元级的有限控制集模型预测控制在并联三相三电平逆变器中的应用
Cell-by-Cell-Based Finite Control Set Model Predictive Control for Paralleled Three-Phase Three-Level Inverters
Hanbin Zhou · Jian Yang · Xiaojiao Chen · Liansheng Huang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年7月
针对有低开关频率要求的高功率并联三相三电平逆变器，本文提出了一种基于逐个单元（CBCB）的新型有限控制集模型预测控制算法。首先，CBCB架构包含两个控制时序交错半个周期的独立逆变器。其次，在CBCB架构内，阐述了一种估计误差更小的延迟补偿方案。此外，为每个独立逆变器设计了一种新型代价函数，使等效控制频率提高一倍。第三，为提高计算效率，在相电压跃变约束和低相环流（PCC）要求下预选候选电压矢量。与传统的分散式有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）算法和现有的优化算法相比，所提算法在低平均开关...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的"逐单元"有限集模型预测控制算法对我司大功率光伏逆变器和储能系统产品线具有重要应用价值。 在技术层面，该算法针对并联三相三电平逆变器的控制难题提出了创新性解决方案。通过错开半个周期的交错控制时序设计，使等效控制频率提升一倍，这对我司1500V大功率光伏逆变器和...
基于扩展ISMO的两步预测时域无模型预测控制在功率变换器中的应用
Extended ISMO-Based Two-Step Prediction Horizon Model-Free Predictive Control for Power Converters
Zeyu Zhang · Jien Ma · Lin Qiu · Xing Liu 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年7月
模型预测控制因实现简单、性能优良和动态响应快而广泛应用于功率变换器。然而，传统方法依赖负载参数进行预测，鲁棒性差，且高频开关导致额外损耗。为此，本文提出一种基于积分滑模观测器（SMO）的鲁棒有限控制集模型预测控制方法。通过引入扩展ISMO实现超局部模型观测，有效抑制负载参数扰动影响；结合两步预测时域结构，拓展优化范围，提高连续周期内重复电压矢量的应用概率，显著降低开关频率。该方法在提升系统鲁棒性的同时，有效减少了对负载参数的敏感性，并保持较低开关频率。仿真与实验结果验证了所提方法的鲁棒性和低开关...
解读: 该扩展ISMO无模型预测控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器具有重要应用价值。其核心优势在于：1）通过超局部模型观测实现对负载参数扰动的鲁棒控制，可显著提升PowerTitan储能系统在电网阻抗波动、负载突变等复杂工况下的稳定性；2）两步预测时域结构有效降低开关频率，直接减少SiC/...
对称与不对称故障下跟网型逆变器故障穿越性能的改进
Improved Fault Ride-Through Response of Grid Forming Inverters Under Symmetrical and Asymmetrical Faults
Imran Khan · Suryanarayana Doolla · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2024年6月
由于电网形成逆变器能对电网扰动做出瞬时响应，因此对其电压源特性有需求。然而，这可能会导致在故障期间出现大电流。因此，需要先进的方法来辅助实现成功的故障穿越（FRT），同时不影响半导体开关的电流限制。本文提出了一种基于虚拟阻抗的方案来控制稳态电流，同时利用有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）的直接调制方案来限制瞬态电流峰值。所提出的方法能在对称和不对称故障期间限制逆变器电流。所提出的电网形成控制在正常电压和电压骤降水平下均表现出高带宽特性。此外，还可以控制不对称故障期间的负序电流注入。在电...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于构网型逆变器故障穿越技术的研究具有重要的战略价值。随着新能源装机容量不断提升，电网对逆变器的构网能力和故障穿越性能提出了更高要求，这与我们在光伏逆变器和储能系统领域的核心竞争力直接相关。 该论文提出的虚拟阻抗结合有限集模型预测控制（FCS-MPC）的方案，有效解决...
两电平电压源逆变器应用中FCS-MPC的预测窗口选择
Prediction Window Selection in FCS-MPC for Two-Level VSI Applications
Eduardo Zafra · Sergio Vazquez · Tomislav Dragičević · Abraham M. Alcaide 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年3月
本文探讨了电力电子变换器中有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）的预测窗口选择问题。在给定采样频率下，数字控制器需平衡电流/电压调节精度与谐波失真。研究旨在通过优化预测窗口长度，提升开关频率下的控制性能与系统动态响应。
解读: 该研究直接关联阳光电源的核心产品线——光伏组串式逆变器及储能变流器（PCS）。FCS-MPC作为一种高性能控制策略，在提升逆变器动态响应和降低谐波方面具有显著优势。通过优化预测窗口，可进一步提升阳光电源ST系列PCS及组串式逆变器在弱电网环境下的并网稳定性与电能质量。建议研发团队在下一代高频化电力电...
基于无源性的T型并网变换器部分序列模型预测控制与动态阻尼注入
Passivity-Based Partial Sequential Model Predictive Control of T-Type Grid-Connected Converters With Dynamic Damping Injection
Bo Long · DaWei Shen · TianXu Cao · Jose Rodriguez 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年7月
针对LCL滤波的三电平T型变换器，传统有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）高度依赖模型精度。本文提出一种基于无源性的部分序列模型预测控制策略，并引入动态阻尼注入技术，旨在提升系统在参数扰动下的鲁棒性及并网电能质量，有效解决了传统MPC在复杂工况下的性能局限。
解读: 该技术对阳光电源的组串式逆变器及集中式逆变器产品线具有重要参考价值。T型三电平拓扑是公司中大功率光伏逆变器的核心技术路径，而LCL滤波器带来的谐振抑制问题一直是研发难点。本文提出的动态阻尼注入与无源性控制策略，能够显著提升逆变器在弱电网环境下的稳定性，减少对硬件传感器的依赖，有助于优化iSolarC...
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