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用于三相逆变器相电流重构的非对称空间矢量脉宽调制
Asymmetric Space Vector Pulse Width Modulation for the Phase Current Reconstruction in Three-Phase Inverters
| 作者 | Yongpeng Shen · Zhiwei Chen · Hongyuan Huang · Qiancheng Wang · Yang Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三相逆变器 PWM控制 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流母线单电流传感器技术 不对称空间矢量脉宽调制 电流重构 永磁同步电机 电流谐波畸变 |
语言:
中文摘要
摘要：直流母线单电流传感器技术（SCST）因能降低成本和体积，在电机驱动系统中受到了广泛关注。然而，当直流母线单电流传感器技术与传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略结合使用时，扇区边界和低调制区域不可观测区域的电流重构会降低采样数据的准确性。本文针对三相两电平电压源逆变器提出了一种新型不对称空间矢量脉宽调制（ASVPWM）方法，该方法具有计算开销低、电流重构准确和采样频率恒定的特点。通过在不可观测区域随机移动逆变器的开关状态脉冲，应用该不对称空间矢量脉宽调制方法实现了完整的电流重构。此外，该方法在可观测区域采用传统空间矢量脉宽调制以降低电流谐波含量。通过永磁同步电机的实验结果验证了不对称空间矢量脉宽调制方法的有效性。结果表明，采用不对称空间矢量脉宽调制方法可重构三相电流信号，同时电流谐波畸变率较低（4.60%）。
English Abstract
The dc bus single current sensor technique (SCST) has attracted widespread attention in the motor drive system because it reduces cost and volume. However, when dc bus SCST is used with the conventional space vector pulsewidth modulation (SVPWM) strategy, the current reconstruction of the unobservable area in the sector boundary and low modulation area will degrade the accuracy of sampling data. This article proposes a novel asymmetric SVPWM (ASVPWM) method for three-phase two-level voltage source inverters, characterized by low computational overhead, accurate current reconstruction, and a constant sampling frequency. The ASVPWM is applied to achieve complete current reconstruction by randomly shifting the switching state pulses of the inverter in the unobservable area. Moreover, the conventional SVPWM is utilized for the proposed method to reduce the current harmonic content in the observable area. The effectiveness of the ASVPWM method was verified by experimental results obtained from a permanent-magnet synchronous motor. It has been demonstrated that by using ASVPWM, the three-phase current signals can be reconstructed while providing low current harmonic distortion (4.60%).
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项非对称空间矢量脉宽调制（ASVPWM）技术在直流母线单电流传感器相电流重构方面的创新，对我们的光伏逆变器和储能变流器产品线具有显著的降本增效价值。
该技术通过单电流传感器替代传统三相电流传感器方案，可直接降低硬件成本约15-20%，同时减小系统体积，这对我们追求高功率密度的组串式逆变器和户用储能产品尤为关键。论文提出的ASVPWM方法有效解决了传统SVPWM在扇区边界和低调制区域的电流重构盲区问题，通过非对称脉冲移位实现全区域精确采样，同时保持4.60%的低电流谐波畸变率，这一性能指标满足我们产品在电网并网标准（如GB/T 37408）中对谐波含量的严格要求。
从技术成熟度评估，该方法已在永磁同步电机上完成实验验证，计算开销低且采样频率恒定的特点使其具备工业化应用的可行性。对于阳光电源而言，可优先考虑在新一代组串式逆变器和储能PCS中试点应用，特别是在成本敏感的户用和工商业市场。
然而技术挑战在于：单传感器方案对采样精度和抗干扰能力要求更高，需要配合我们现有的数字控制平台进行算法优化；在高功率应用场景下，需验证该方法在宽负载范围和复杂电网工况下的鲁棒性。建议我们的中央研究院与电力电子团队开展深度评估，探索将此技术与SiC功率器件、先进散热技术协同创新，进一步提升系统集成度和可靠性，巩固我们在全球逆变器市场的技术领先地位。