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用于逆变器短路故障容错的可重构开绕组电机驱动拓扑
Reconfigurable Open-End Winding Motor Drive Topology for Inverter Short-Circuit Fault Tolerance
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 开放式绕组驱动 拓扑重构 逆变器短路故障 保护电路 容错设计 |
语言:
中文摘要
现有开放式绕组驱动(OWD)需要相对复杂的故障检测与诊断算法来处理逆变器短路故障。此外,当驱动断开时,电机无法继续输出功率。因此,本文提出一种带有保护电路的拓扑重构开放式绕组驱动(TR - OWD),该保护电路能够快速隔离逆变器短路故障,并在故障发生后对驱动拓扑进行重构。本文首先揭示了故障瞬态期间保护电路的电流流动情况以及瞬态和谐振状态模型。随后,基于故障逆变器产生的阶跃电流或电压信号,阐述了TR - OWD的拓扑重构和电压矢量切换方法,以维持电机的原始运行状态。最后,给出了电机在空载和负载条件下的实验结果,验证了所提出的开放式绕组驱动短路故障容错设计的有效性。实验结果也验证了理论分析的正确性。
English Abstract
Existing open-end winding drives (OWDs) require relatively complex fault detection and diagnosis algorithms to handle inverter short-circuit faults. In addition, the motor cannot continue to output power with the disconnected drive. Therefore, this article proposes a topology reconfiguration OWD (TR-OWD) with a protection circuit that can quickly isolate an inverter short-circuit fault and reconfigure the drive topology after the fault. The current flow of the protection circuit during the fault transient and the transient and resonant state model are revealed first. Subsequently, based on the step current or voltage signals generated by the faulty inverter, the topology reconfiguration and voltage vector switching of the TR-OWD are presented, maintaining the original operating state of the motor. Finally, the experimental results of the motor with no-load and load conditions are shown to validate the effectiveness of the proposed short-circuit fault-tolerant design of the OWDs. The experimental results also verify the theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项可重构开放式绕组电机驱动拓扑技术对我们在储能系统和新能源动力领域具有重要应用价值。该技术通过快速故障隔离和拓扑重构机制,实现了逆变器短路故障下的容错运行,这与我们在高可靠性电力电子系统方面的技术追求高度契合。
在储能系统领域,该技术可显著提升我们PCS(储能变流器)产品的可靠性。传统驱动系统在逆变器短路故障时需要复杂的检测诊断算法且无法持续输出功率,而TR-OWD技术通过保护电路实现故障快速隔离和拓扑自动重构,保持电机原有运行状态,这对于要求高可用性的储能电站和微电网应用场景意义重大。特别是在大型工商业储能和电网侧储能项目中,系统的容错能力直接关系到供电可靠性和经济效益。
从技术成熟度评估,该方案已完成空载和负载条件下的实验验证,理论模型清晰,具备工程化应用基础。对阳光电源而言,技术挑战主要在于:一是保护电路的成本控制和集成度优化,需要在容错性能与经济性间找到平衡;二是该技术需要与我们现有的逆变器控制算法和故障诊断系统深度融合;三是在高功率密度设计中,保护电路的散热和电磁兼容性需要重点关注。
技术机遇方面,这项创新可强化我们在高端储能变流器市场的竞争优势,特别是在对系统可靠性要求极高的海上风电储能、轨道交通能源系统等新兴应用场景,有助于形成差异化的技术壁垒。建议将此技术纳入我们下一代容错型逆变器平台的研发规划中。