電流振幅制限付きグリッドインターフェースインバータの最適制御

核心概念

電流振幅制限付きインバータシステムの安定性を保証する線形フィードバック制御則を導出し、モデル予測制御に基づいて最適な制御器を学習する。

要約

本論文では、電流振幅制限付きグリッドインターフェースインバータシステムの安定性と最適制御について検討している。

まず、システムの非線形飽和特性を明示的に考慮した上で、リアプノフ安定性の観点から安定化可能な線形フィードバック制御則の条件を導出した。この条件は線形行列不等式の形で表すことができ、制御器設計に利用できる。

次に、オフラインで生成したモデル予測制御の最適解をサンプリングし、導出した安定性条件を満たすように線形フィードバック制御器をフィッティングする手法を提案した。

シミュレーション結果より、提案手法により得られた制御器は、従来の線形二次レギュレータ制御器に比べて優れた制御性能を示すことが確認された。特に、従来の制御器では電流振幅制限に起因する安定性の問題が生じる一方で、提案手法の制御器は安定性を保ちつつ良好な追従性を実現できることが示された。

統計

電流振幅の上限値は1 [A]である。
インバータ側抵抗Rは1.3 [Ω]、インダクタンスLは3.5 [mH]である。
グリッド側の抵抗と inductanceは未知であるが、インダクタンスは正の値を持つ。

引用

"電流振幅の制限は非線形であり、従来の飽和系に対する手法は適用できない。"
"提案手法では、リアプノフ関数の形状と飽和関数の形状を一致させることで、安定性を保証できる。"
"モデル予測制御の最適解をサンプリングし、安定性条件を満たすように線形フィードバック制御器をフィッティングする。"

抽出されたキーインサイト

Optimal Control of Grid-Interfacing Inverters With Current Magnitude Limits

by Trager Joswi... 場所 arxiv.org 03-27-2024

https://arxiv.org/pdf/2310.00473.pdf

深掘り質問

電流振幅制限以外の非線形特性(例えば、パワーエレクトロニクス素子の特性など)を考慮した場合、本手法はどのように拡張できるか?

本手法は電流振幅制限に焦点を当てていますが、他の非線形特性を考慮するために拡張することが可能です。例えば、パワーエレクトロニクス素子の特性や非線形負荷の影響を取り入れることで、より現実的な制御システムを設計できます。この拡張には、非線形特性のモデリングや制御器設計における新たな安定性条件の導出が含まれるでしょう。さらに、非線形特性に対する適切な制御法則や制約条件を組み込むことで、システムの性能や安定性を向上させることが可能です。

電力系統の不確定性(負荷変動、再生可能エネルギー出力変動など)に対する頑健性を向上させるためには、どのような制御手法が有効か?

電力系統の不確定性に対する頑健性を向上させるためには、モデル予測制御（MPC）や適応制御などの高度な制御手法を検討することが有効です。MPCは未知の系統変動に対して柔軟に対応できるため、不確定性を考慮した最適な制御を実現できます。また、適応制御は系統の変動に適応して制御パラメータを調整するため、頑健性を向上させるのに役立ちます。さらに、不確定性を考慮したロバスト制御手法や確率的制御手法を導入することも有効です。

本手法で得られた制御器の実装コストや計算量はどの程度か。より簡単な制御器設計手法はないか?

本手法で得られた制御器は、線形フィードバック制御器として設計されており、実装コストや計算量は比較的低いと言えます。線形制御器は実装が容易であり、計算も効率的に行えるため、リアルタイム制御システムに適しています。ただし、より簡単な制御器設計手法を模索する場合、PID制御や簡易なフィードバック制御などの伝統的な制御手法を検討することができます。これらの手法は実装が容易であり、システムの安定性や性能を改善するのに有効です。