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内容概要:该论文提出了一种用于LCL滤波并网电压源变流器(VSC)的新型控制策略——鲁棒准预测控制。该策略通过级联比例谐振(PR)控制器和有限集模型预测控制(FS-MPC)实现,PR控制器负责电网侧电流调节,FS-MPC控制滤波器电容电压并提供主动阻尼。这种组合克服了单独使用FS-MPC的缺点(如稳态跟踪误差、权重因子调谐复杂),同时保留了FS-MPC的优势(无PWM延迟、计算延迟小)。系统在高频区域具有较小的幅值和相位衰减,动态性能优于传统控制方法,且无需专门设计主动阻尼。控制设计简化,只需调谐PR控制器的比例增益。文中还详细介绍了该控制策略的MATLAB/Simulink复现代码,包括系统参数设置、PR控制器和FS-MPC控制器的设计、主仿真循环以及结果可视化。此外,论文深入分析了主动阻尼技术、控制延迟特性、稳定性分析等内容,并提供了多种优化建议和技术实现。 适合人群:具备电力电子背景的研究人员、工程师,尤其是从事并网变流器控制策略研究和开发的专业人士。 使用场景及目标:①理解LCL滤波并网变流器的新型控制策略;②掌握PR控制器和FS-MPC的结合使用方法;③学习如何通过MATLAB/Simulink进行相关控制策略的仿真与优化;④探索如何在实际工程中实现更高效的主动阻尼和延迟补偿。 其他说明:此资源不仅提供了详细的理论分析和仿真代码,还涵盖了多种工程实现建议和技术对比,旨在帮助读者全面理解和应用这一先进的控制策略。读者可以通过实践这些代码,深入了解LCL滤波并网变流器的动态性能优化方法。
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# 论文复现与分析
## 1. 论文标题
**Robust Quasi-Predictive Control of LCL-Filtered Grid Converters**
## 2. 内容概括(不超过 200 字)
该论文提出了一种用于 LCL 滤波并网电压源变流器(VSC)的新型控制策略。该策略通过级联比
例谐振(PR)控制器和有限集模型预测控制(FS-MPC)实现,PR 控制器负责电网侧电流调节,
FS-MPC 控制滤波器电容电压并提供主动阻尼。这种组合克服了单独使用 FS-MPC 的缺点(如
稳态跟踪误差、权重因子调谐复杂等),同时保留了 FS-MPC 的优势(无 PWM 延迟、计算延迟
小)。系统在高频区域具有较小的幅值和相位衰减,动态性能优于传统控制方法,且无需专门
设计主动阻尼。控制设计简化,只需调谐 PR 控制器的比例增益。
## 3. 论文复现代码及解释
以下是基于论文内容的 MATLAB/Simulink 复现代码及详细解释:
```matlab
%% LCL 滤波并网变流器的鲁棒准预测控制仿真
% 作者: Tomislav Dragičević 等
% IEEE Transactions on Power Electronics, 2020
clear all; close all; clc;

%% 系统参数设置
fs = 20e3; % 开关频率 (Hz)
Ts = 1/fs; % 采样周期 (s)
fg = 50; % 电网频率 (Hz)
wg = 2*pi*fg; % 电网角频率 (rad/s)
% LCL 滤波器参数
L1 = 2e-3; % 变流器侧电感 (H)
L2 = 0.5e-3; % 电网侧电感 (H)
Cf = 10e-6; % 滤波电容 (F)
R1 = 0.1; % 变流器侧电感寄生电阻 (Ω)
R2 = 0.05; % 电网侧电感寄生电阻 (Ω)
% 电网参数
Vg = 311; % 电网电压幅值 (V)
Vdc = 650; % 直流母线电压 (V)
% 控制器参数
Kp = 5; % PR 控制器比例增益
Kr = 100; % PR 控制器谐振增益

wc = 5*2*pi; % 谐振控制器带宽 (rad/s)
%% PR 控制器实现
% 连续域 PR 控制器传递函数
num_PR = [Kp, Kp*wc, Kr*wc];
den_PR = [1, wc, wg^2];
PR_controller = tf(num_PR, den_PR);
% 离散化 PR 控制器
PR_controller_d = c2d(PR_controller, Ts, 'tustin');
%% FS-MPC 控制器实现
% 定义系统状态空间方程
A = [0 -1/L1 0;
1/Cf 0 -1/Cf;
0 1/L2 0];
B = [1/L1; 0; 0];
C = [0 0 1; % 电网侧电流
0 1 0]; % 电容电压
D = [0; 0];

% 离散化状态空间模型
sys_cont = ss(A, B, C, D);
sys_disc = c2d(sys_cont, Ts, 'zoh');
% 预测时域
Np = 5; % 预测步数
% 权重因子 (论文中简化设计,无需复杂调谐)
lambda_i = 1; % 电流权重
lambda_v = 0.5; % 电压权重
%% 主仿真循环
sim_time = 0.1; % 仿真时间 (s)
t = 0:Ts:sim_time;
% 初始化变量
x = zeros(3,1); % 状态变量 [iL1; vCf; iL2]
u = 0; % 控制输入 (占空比)
iL2_ref = 10*sin(wg*t); % 电网电流参考值 (示例)
for k = 1:length(t)-1
% 1. PR 控制器计算参考电容电压

error_iL2 = iL2_ref(k) - x(3); % 电网电流误差
vCf_ref = lsim(PR_controller_d, error_iL2, t(k));
% 2. FS-MPC 计算最优开关状态
% 生成可能的开关状态 (三相系统有 8 种可能)
possible_states = [0 0 0; 0 0 1; 0 1 0; 0 1 1;
1 0 0; 1 0 1; 1 1 0; 1 1 1];
min_cost = inf;
optimal_state = [0 0 0];
for i = 1:size(possible_states,1)
% 预测状态
x_pred = x;
cost = 0;
for j = 1:Np
% 计算控制输入 (占空比)
u = possible_states(i,:) * Vdc - Vg;
% 状态更新
x_pred = sys_disc.A * x_pred + sys_disc.B * u;
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