电气毕业论文英语文献原文+翻译

电气毕业论文英语文献原文+翻译英文文献原文Title:ResearchonCurrentControlStrategyofThree-PhaseGrid-ConnectedInvertersBasedonModelPredictiveControlAbstract:Keywords:Three-phasegrid-connectedinverter;ModelPredictiveControl(MPC);Currentcontrol;TotalHarmonicDistortion(THD);Renewableenergyintegration1.Introduction2.SystemConfigurationandMathematicalModelingThetopologyofthethree-phasegrid-connectedvoltagesourceinverter(VSI)consideredinthisstudyisshowninFigure1.ItconsistsofaDCvoltagesource,athree-phasefull-bridgeinverterwithinsulated-gatebipolartransistors(IGBTs),anoutputLCLfilter,andtheutilitygrid.TheLCLfilterisemployedtoattenuatethehigh-frequencyswitchingharmonicsgeneratedbytheinverter,ensuringthattheinjectedgridcurrentmeetstheharmonicstandards.Toderivethemathematicalmodel,thefollowingassumptionsaremade:(1)TheDCbusvoltageisconstantandwell-regulated.(2)TheIGBTsareidealswitcheswithnoconductionorswitchinglosses.(3)Thegridisrepresentedasanidealthree-phasevoltagesourcewithinternalimpedance.3.ModelPredictiveCurrentControlStrategyTheproposedMPCstrategyforcurrentcontrolinvolvesthefollowingkeysteps:prediction,costfunctionevaluation,andoptimalvoltagevectorselection.3.1CurrentPredictionUsingthediscrete-timemodelofthegrid-connectedinverter,thefuturevaluesofthegridcurrent(i_d(k+1),i_q(k+1))atthenextsamplinginstant(k+1)canbepredictedbasedonthecurrentstate(i_d(k),i_q(k))andtheappliedvoltagevector(v_d(k),v_q(k)).Thevoltagevectorisdeterminedbytheswitchingstateoftheinverter.Forathree-phaseVSI,thereareeightpossibleswitchingstates(includingtwozerovectors),eachcorrespondingtoauniquevoltagespacevector.3.2CostFunctionDesignThecostfunctionJisdesignedtoevaluatetheperformanceofeachpossiblevoltagevector.Theprimaryobjectiveistominimizetheerrorbetweenthepredictedgridcurrentandthereferencecurrent.Additionally,toreducetheswitchingfrequencyandassociatedlosses,atermaccountingfortheswitchingactionbetweenconsecutivesamplingperiodscanbeincorporated.Atypicalcostfunctionisgivenby:J=|i_d_ref(k+1)-i_d_pred(k+1)|+|i_q_ref(k+1)-i_q_pred(k+1)|+λ·Δuwherei_d_ref,i_q_refarethereferencedqcurrents,i_d_pred,i_q_predarethepredicteddqcurrents,Δurepresentsthenumberofswitchingtransitionsfromthepreviousstate,andλisaweightingfactorthatbalancesthetrackingperformanceandswitchingfrequency.3.3OptimalVoltageVectorSelectionAteachsamplinginterval,theMPCcontrollerpredictsthegridcurrentforeachoftheeightpossiblevoltagevectorsusingthesystemmodel.ItthencalculatesthecostfunctionJforeachpredictedcurrent.Thevoltagevectorthatresultsintheminimumcostfunctionvalueisselectedandappliedtotheinverterinthenextsamplingperiod.Thisprocessisrepeatedateverysamplingstep,implementingthe"recedinghorizon"controlprinciple.4.SimulationResultsandDiscussionTovalidatetheperformanceoftheproposedMPCcurrentcontrolstrategy,simulationswereconductedusingMATLAB/Simulink.Thegrid-connectedinverterparametersareasfollows:DCbusvoltage:Vdc;gridvoltage(line-to-lineRMS):Vg;gridfrequency:fg;LCLfilterparameters:L1,C,L2;samplingtime:Ts.Thereferencecurrentwassettoasinusoidalwaveformwithagivenamplitudeandpowerfactor.4.1DynamicResponsetoReferenceCurrentStepChange4.2ResponsetoGridVoltageSag4.3Steady-StatePerformanceThetotalharmonicdistortion(THD)ofthegridcurrentundersteady-stateoperationwasmeasured.TheMPCstrategyachievedaTHDofX%,whilethePIcontrollerresultedinaTHDofY%,whereX<Y.ThisindicatesthattheMPCcontrollerprovidesahigherqualityoutputcurrentwithlowerharmonicdistortion.5.ConclusionThispaperpresentsamodelpredictivecurrentcontrolstrategyforthree-phasegrid-connectedinverters.Byleveragingadiscrete-timesystemmodeltopredictfuturecurrentbehaviorandminimizingacostfunctionthatprioritizestrackingaccuracyandswitchingfrequency,theproposedMPCstrategyeffectivelyaddressesthelimitationsoftraditionalPIcontrol.SimulationresultsunderdynamicreferencechangesandgridvoltagesagconditionsdemonstratethattheMPC-basedapproachoffersfasterdynamicresponse,lowercurrentTHD,andenhancedrobustness.Theseattributesmakeitapromisingcandidateforimprovingtheperformanceofgrid-connectedinvertersinrenewableenergyintegrationsystems.Futureworkwillfocusonexperimentalvalidationoftheproposedstrategyandfurtheroptimizationofthecostfunctiontobalancemultipleobjectivessuchasefficiencyandelectromagneticinterference(EMI).References[2]M.Rivera,J.Rodriguez,andP.Cortes,"Predictivecontrolofpowerconverters:Designs,methods,andresults,"in*ProceedingsoftheIEEEInternationalSymposiumonIndustrialElectronics*,pp.1-6,Year.[3]K.He,F.Blaabjerg,andZ.Chen,"Gridsynchronizationstabilityofthree-phasegrid-connectedpowerconvertersunderseveregridfaults,"*IEEETransactionsonPowerElectronics*,vol.XX,no.X,pp.XXX-XXX,Year.[4]S.Vazquez,J.Rodriguez,M.Rivera,etal.,"Modelpredictivecontrolforpowerconvertersanddrives:Advancesandtrends,"*IEEETransactionsonIndustrialElectronics*,vol.XX,no.X,pp.XXX-XXX,Year.[5]R.Teodorescu,F.Blaabjerg,M.Liserre,andP.Loh,"Proportional-resonantcontrollersandfiltersforgrid-connectedvoltage-sourceconverters,"*IETPowerElectronics*,vol.XX,no.X,pp.XXX-XXX,Year.---中文翻译标题：基于模型预测控制的三相并网逆变器电流控制策略研究摘要：本文聚焦于三相并网逆变器的电流控制挑战，这类逆变器是可再生能源发电系统中的关键组成部分。传统的线性控制方法，如比例积分（PI）控制，在变化的电网条件和非线性负载下往往难以实现最优性能。为解决这些局限性，本研究提出一种基于模型预测控制（MPC）的电流控制策略。所提出的MPC策略利用系统的离散时间模型直接预测逆变器输出电流的未来行为。通过最小化一个预定义的、综合考虑跟踪误差和开关频率的代价函数，确定下一采样周期应施加的最优电压矢量。在不同运行条件下（包括电网电压波动和负载变化）进行的仿真结果表明，与传统PI控制方法相比，所提出的MPC策略表现出更快的动态响应、更低的输出电流总谐波畸变率（THD）以及更好的鲁棒性。本研究为开发更高效、更可靠的并网逆变器控制技术做出了贡献，有助于促进可再生能源与电网的融合。关键词：三相并网逆变器；模型预测控制（MPC）；电流控制；总谐波畸变率（THD）；可再生能源并网1.引言在风能、太阳能等可再生能源（RES）渗透率不断提高的推动下，全球能源格局正经历重大变革。并网逆变器作为这些分布式能源与主电网之间的关键接口，负责将RES产生的直流电转换为符合电网标准的高质量交流电[1]。这些逆变器的性能，特别是其电流控制能力，直接影响整个电力系统的稳定性、电能质量和效率。电流控制是并网逆变器中的一项关键技术，旨在精确、快速地调节输出电流以跟踪参考指令，同时确保低谐波含量和对电网扰动的鲁棒性[2]。由于其简单性和易于实现性，带脉冲宽度调制（PWM）的比例积分（PI）控制已在工业应用中得到广泛采用。然而，PI控制器本质上是线性的，当系统在非线性条件下运行、经历参数变化或面临电网电压骤降/骤升时，可能无法实现最优性能[3]。这些局限性可能导致电流畸变增加、暂态响应变慢以及潜在的不稳定性，这对RES并网系统的可靠运行是不利的。近年来，模型预测控制（MPC）因其能够以直接的方式处理非线性、约束条件和多控制目标，已成为电力电子变流器的一种强大控制技术[4]。MPC是一种基于模型的控制策略，它使用系统的数学模型来预测未来一段时间内的输出。通过评估一个量化期望性能的代价函数，MPC选择要施加的最优控制动作。MPC的滚动时域优化特性允许其实时适应不断变化的运行条件。本文提出了一种基于MPC的三相并网逆变器电流控制策略。主要贡献如下：（1）建立了并网逆变器系统的离散时间状态空间模型，以实现精确的电流预测。（2）设计了一个代价函数，在考虑开关频率以降低功率损耗的同时，最小化电流跟踪误差。（3）通过在各种电网和负载条件下的综合仿真验证了所提策略的有效性，并与传统PI控制方法进行了比较。2.系统配置与数学建模本研究中考虑的三相并网电压源逆变器（VSI）的拓扑结构如图1所示。它由直流电压源、带有绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的三相全桥逆变器、输出LCL滤波器和公用电网组成。LCL滤波器用于衰减逆变器产生的高频开关谐波，确保注入电网的电流满足谐波标准。[*注：在实际论文中，此处会包含图1，描绘逆变器拓扑结构，包括直流链路、逆变桥、LCL滤波器组件（L1、C、L2）和电网连接。*]为了推导数学模型，做出如下假设：（1）直流母线电压恒定且调节良好。（2）IGBT为理想开关，无导通或开关损耗。（3）电网表示为具有内阻抗的理想三相电压源。在同步旋转坐标系（dq坐标系）中，其中d轴与电网电压矢量对齐，逆变器输出电流（i_d,i_q）的动态方程可以基于基尔霍夫电压定律推导得出。考虑到LCL滤波器，状态变量通常包括逆变器侧电感电流、滤波电容电压和电网侧电感电流。然而，为了简化和降低计算复杂度，在LCL滤波器适当阻尼的前提下，可以采用侧重于电网侧电流动态的降阶模型进行MPC设计[5]。MPC实现所必需的离散时间模型可以通过使用前向欧拉或双线性变换等方法对连续时间状态方程进行离散化得到。采样时间根据开关频率和计算约束选择。3.模型预测电流控制策略所提出的用于电流控制的MPC策略包括以下关键步骤：预测、代价函数评估和最优电压矢量选择。3.1电流预测利用并网逆变器的离散时间模型，可以基于当前状态（i_d(k),