[科普中国]-间接控制

简介

控制论是研究各种系统控制和调节的一般性规律的综合性学科。它以各类系统所共有的控制和通信特征为研究对象，探索不同物质基质系统所具有的信息交换反馈调节、自组织、自适应等共同性质，调节改善系统的行为，以构成一整套适用于各门科学的概念、模型和方法，与自动控制、电子技术、无线电通信、生物学、统计力学等多种科学和技术进行交叉和渗透。

在自动化和控制工程中，外界没有以一种特定或者明确的方式对系统施加控制，而是通过系统中的有关参数或条件来达到控制系统的目的。间接控制有着广泛的应用，例如在电力系统和控制系统。

其它定义

是指国家运用经济手段来影响企业行为的宏观调节。依据价值规律的要求，充分发挥价格、税收、信贷、工资、投资等经济杠杆的作用，通过价格杠杆和竞争机制的功能，把资源配置到效益较好的环节中去，并给企业以压力和动力，实现优胜劣汰; 运用市场对各种经济信号反应灵敏的优点，促进供求协调，加强和完善国家的宏观调控能力和水平，通过调节市场来引导经济活动。2或指根据计划和标准考核工作的实际结果，分析出现偏差的原因，并追究责任者的个人责任以使其改进未来工作的一种控制方法，多见于上级管理者对下级人员工作过程的控制。

自适应控制自适应控制 （Adaptive control）也称为适应控制，是一种对系统参数的变化具有适应能力的控制方法。在一些系统中，系统的参数具有较大的不确定性，并可能在系统运行期间发生较大改变。比如说，客机在作越洋飞行时，随着时间的流逝，其重量和重心会由于燃油的消耗而发生改变。虽然传统控制方法（即基于时不变假设Non-Time-Variant Assumption的控制方法）具有一定的对抗系统参数变化的能力，但是当系统参数发生较大变化时，传统控制方法的性能就会出现显著的下降，甚至产生发散。自适应控制通常可以分为两种类型，一种叫做直接自适应控制（Direct Adptive Control），另一种叫做间接自适应控制（Indirect Adaptive Control）。

直接自适应控制实际系统中一般采用直接自适应控制方法。直接自适应控制直接对控制器的参数进行在线调整[1]，其目的是使得系统的跟踪误差趋于零。通过简单的Lyapunov稳定性推导，可以得到直接自适应控制的控制律。而通过充分利用实际系统的时延，可以运用上一采样时刻的参数值更新控制律，从而大大减小了直接自适应控制的在线计算量 。

间接自适应控制间接自适应控制是通过对系统模型某个或某些未知参数进行在线估计，然后将这些参数的最新估计值代入并更新所设计的控制器的增益。间接自适应控制的目的是使得该参数的估计误差趋于零。所以，间接自适应控制一般要求对系统模型结构有清晰的了解。然而要想获得实际系统的精确模型几乎是不可能的。3

两级三相并网逆变器直流链电压间接控制策略背景利用新能源的分布式发电系统通常情况下需通过逆变器与电网连接。迄今为止，并网逆变器大多采用单级或两级拓扑结构：单级逆变器拓扑结构简单，具有较高的运行可靠性，但对输入电压有较高的要求；两级逆变器可以克服单级逆变器对输入电压的苛刻要求，降低自然环境对并网系统的影响。两级并网逆变器是在单级逆变器前增加一级升压直流变换（DC/DC）电路，增强了分布式发电系统应对环境变化的能力， 因而其在新能源并网发电系统中不失为一个合适的选择。

拓扑结构两级三相并网逆变器拓扑结构中，前级升压变换电路主要起调节分布式发电系统功率输出的作用，在光伏、风力发电系统中，可以利用其实现最大功率追踪。后级三相全桥逆变电路实现并网有功功率、无功功率调节功能。电容C1和C2用来滤除直流电源和直流链电压纹波， 对于三相平衡系统，直流链无2倍工频谐波，只需滤除高频谐波，因此相对于相同发电容量的单相系统，其容值可以大为减小。

传统控制策略两级三相并网逆变器的控制系统可分为2个部分，分别对应前级升压变换和后级并网逆变电路的控制功能。传统方式基于电压互感器直接测量并跟踪控制，对直流链电压值进行直接检测。升压变换可通过一个简单的PI控制器来实现，针对不同电源，其电流参考值可由最大功率追踪模块或测量得到的输入功率经计算来提供。但在实际并网系统中损耗不可避免， 要保持系统稳定工作就需控制直流链电压来调节输出电流以补偿变换电路的损耗，同时避免直流链电压过度降低引起的过调制发生。

间接控制策略间接控制策略，即无直流链电压互感器的控制方法，利用直流链电压与正弦脉宽调制（SPWM）信号幅值的对应关系，引入直流链电压间接调节参数，从而影响并间接控制直流链电压，不需要对直流链电压值进行直接检测。这种控制方法在不降低逆变器整体性能的基础上，取消了直流链电压互感器， 减少了电磁干扰对采样系统的影响， 不仅提高了系统的可靠性，而且降低了成本。电网电压非正常运行状态下直流链电压间接控制方法如下：

电网三相电压平衡运行

为充分利用新能源发电，当发生三相电压凹陷或凸起时，并网逆变器应在保证系统安全的情况下始终并网并提供有功功率。应用上述直流链电压间接控制方法时，设定的归一化调制宽度不随电网电压改变而改变，因此直流链电压将跟随电网电压变化，保证逆变系统在电网电压变化情况下正常运行。例如：当发生电压凹陷时，直流链电压随电网电压一起相应降低，不仅减少了开关器件的电压应力，还降低了开关损耗。

电网三相电压不平衡运行

逆变器各相输出功率与并网处各相电压及各相输出电流有关。电网电压不平衡情况下，若使分布式发电系统三相输出功率相同，来减少直流链电压谐波，则某相电压凹陷或凸起时，本相或其他两相输出电流会增大，严重时会导致器件损坏，因此需要采取保护措施，即必须要求并网分布式发电系统具有低电压穿越能力。传统三相锁相环已不能准确计算出电压不平衡时的三相电压幅值，从而不能为三相输出电流提供准确的计算参考值，进而会影响逆变器工作性能。因此，必须在维持分布式发电系统输入和输出功率总体平衡的基础上，控制电网电压凹陷或凸起时逆变器各相输出电流。

本文在对电网电压凹陷或凸起相的输出电流进行控制的同时，相应地增加或减少了正常相的输出电流，从而维持逆变器输入、输出功率平衡及每相的安全运行。考虑到减少计算量，宜取简明方案，可设置各相输出电流在电网不平衡情况下幅值相同。从而三相并网电流的参考幅值。4