Optimale Regelung von netzgekoppelten Wechselrichtern mit Strombegrenzung

แนวคิดหลัก

In dieser Arbeit wird eine Methode zur Auslegung eines linearen Rückführungsreglers für netzgekoppelte Wechselrichter mit Strombegrenzung entwickelt. Der Regler wird so ausgelegt, dass das System asymptotisch stabil ist und die Sollwerte für Wirkleistung und Blindleistung präzise eingeregelt werden können.

บทคัดย่อ

In dieser Arbeit wird ein vereinfachtes Modell eines netzgekoppelten Wechselrichters mit Strombegrenzung betrachtet. Das Ziel ist es, einen linearen Rückführungsregler zu entwerfen, der das System asymptotisch um einen Sollwert stabilisiert.
Zunächst wird eine Lyapunov-basierte Stabilitätsanalyse durchgeführt, um eine hinreichende Bedingung für die Stabilität des geregelten Systems herzuleiten. Diese Bedingung ist als lineare Matrixungleichung formuliert und kann effizient gelöst werden.
Anschließend wird ein datengetriebener Ansatz verwendet, um den optimalen linearen Regler zu finden. Dazu werden zunächst offline Trajektorien eines modellprädiktiven Reglers (MPC) berechnet. Aus diesen Daten wird dann der lineare Regler abgeleitet, der die MPC-Lösung möglichst gut approximiert und gleichzeitig die Stabilitätsbedingung erfüllt.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der so entworfene lineare Regler deutlich bessere Leistung erbringt als ein konventioneller linearer quadratischer Regler (LQR). Insbesondere kann der lineare Regler Situationen vermeiden, in denen der LQR-Regler an der Strombegrenzung "hängen" bleibt und nicht zum Sollwert konvergiert.

สถิติ

Die Nennspannung des Netzes beträgt 120 V.
Die Nennleistung des Wechselrichters beträgt 1,5 kVA.
Der maximale Strom des Wechselrichters beträgt 4,167 A.
Der Widerstand der Filterinduktivität beträgt 1,3 Ω.
Die Filterinduktivität beträgt 3,5 mH.

คำพูด

"In dieser Arbeit wird ein vereinfachtes Modell eines netzgekoppelten Wechselrichters mit Strombegrenzung betrachtet."
"Das Ziel ist es, einen linearen Rückführungsregler zu entwerfen, der das System asymptotisch um einen Sollwert stabilisiert."
"Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der so entworfene lineare Regler deutlich bessere Leistung erbringt als ein konventioneller linearer quadratischer Regler (LQR)."

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญจาก

Optimal Control of Grid-Interfacing Inverters With Current Magnitude Limits

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

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

สอบถามเพิ่มเติม

Wie könnte der Reglerentwurf erweitert werden, um Unsicherheiten in den Netzparametern zu berücksichtigen?

Um Unsicherheiten in den Netzparametern zu berücksichtigen, könnte der Reglerentwurf durch die Integration von robusten Regelungstechniken erweitert werden. Eine Möglichkeit wäre die Verwendung von H-Infinity-Regelung, die darauf abzielt, die Auswirkungen von Unsicherheiten auf das System zu minimieren. Durch die Berücksichtigung von Unsicherheiten in den Netzparametern können robuste Regler entworfen werden, die stabil bleiben und gute Leistungen auch unter variierenden Bedingungen bieten.

Welche alternativen Regelziele neben Wirkleistung und Blindleistung könnten für netzgekoppelte Wechselrichter relevant sein?

Neben der Regelung von Wirk- und Blindleistung könnten für netzgekoppelte Wechselrichter auch andere Regelziele relevant sein, wie z.B. die Spannungsregelung, die Frequenzregelung und die Oberschwingungsunterdrückung. Die Spannungsregelung ist wichtig, um die Netzspannung auf einem stabilen Niveau zu halten, während die Frequenzregelung dazu dient, die Netzfrequenz innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Die Oberschwingungsunterdrückung zielt darauf ab, unerwünschte harmonische Verzerrungen im Netzstrom zu reduzieren und die Netzqualität zu verbessern.

Inwiefern lässt sich der vorgestellte Ansatz auf andere Anwendungen mit Strombegrenzung übertragen, z.B. Antriebsregelungen?

Der vorgestellte Ansatz zur Regelung von netzgekoppelten Wechselrichtern mit Strombegrenzung kann auf andere Anwendungen mit Strombegrenzung übertragen werden, wie z.B. Antriebsregelungen in elektrischen Antriebssystemen. In Antriebssystemen ist es ebenfalls wichtig, die Strombegrenzung einzuhalten, um die Sicherheit der Systemkomponenten zu gewährleisten. Durch die Anpassung des vorgestellten Ansatzes auf die speziellen Anforderungen von Antriebssystemen können effektive Regelungsstrategien entwickelt werden, die eine stabile und effiziente Leistungsabgabe ermöglichen.