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风电变流技术
★ 5.0
采用并行代价函数的无模型预测电流控制在开绕组同步磁阻电机中的应用
Applying Model-Free Predictive Current Control With Parallel Cost Functions for Open-End Winding Synchronous Reluctance Motor
| 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 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 无模型预测电流控制 开绕组同步磁阻电机 并行成本函数 自适应比例谐振扩展状态观测器 实验评估 |
语言:
中文摘要
本文针对共直流母线双逆变器供电的开绕组同步磁阻电机(OW - SynRM)提出了一种具有并行代价函数的无模型预测电流控制(MFPCC)方法。该无模型预测电流控制具有通用的预测算法,可在任何参考坐标系中实现。利用这一特性,以及开绕组同步磁阻电机的每个绕组由双逆变器的两个桥臂分别供电这一事实,可在笛卡尔坐标系中针对每一相独立地实现电流预测。然后,为三个预测的相电流定义了三个并行的代价函数。因此,针对每一相分别采用有限控制集方法来确定双逆变器的开关状态。此外,引入了自适应比例 - 谐振扩张状态观测器(PR - ESO),以改善与电机运行频率相关的电流预测。所提出的针对开绕组同步磁阻电机的无模型预测电流控制方法具有诸多优点。首先,由于预测算法在笛卡尔坐标系中使用的候选量较少,计算负担显著降低。此外,由于使用独立的代价函数,无需加权因子。而且,零序电流无需控制器即可自动调节。最后,基于比例 - 谐振扩张状态观测器的无模型方法改善了所提方法的电流预测效果。通过实验结果对所提出的开绕组同步磁阻电机无模型预测电流控制方法进行了评估。
English Abstract
This article presents a model-free predictive current control (MFPCC) with parallel cost functions for the common dc-link dual-inverter-fed open-end winding synchronous reluctance motor (OW-SynRM). The MFPCC has a general prediction algorithm that can be implemented in any reference frame. Using this feature, and the fact that each winding of the OW-SynRM is supplied separately by two legs of the dual inverter, the current predictions are achieved independently for each phase in the Cartesian coordinates. Then, three parallel cost functions are defined for three predicted phase currents. Thus, the finite control-set approach is utilized separately for each phase to determine the switching state of the dual inverter. In addition, an adaptive proportional-resonant extended state observer (PR-ESO) is introduced to improve the current predictions regarding the operating frequency of the motor. The proposed MFPCC for OW-SynRM has several advantages. First, the computational burden is decreased significantly because the prediction algorithm utilizes fewer candidates in the Cartesian coordinates. In addition, the weighting factor is not required due to using independent cost functions. Furthermore, the zero sequence current is automatically adjusted without a controller. Finally, the PR-ESO-based model-free approach improves the current predictions of the proposed method. The proposed MFPCC of the OW-SynRM is evaluated using the experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项无模型预测电流控制技术具有重要的应用价值和借鉴意义。该技术针对开放式绕组同步磁阻电机的双逆变器控制,其核心创新在于采用并行成本函数和自适应比例谐振扩展状态观测器,实现了高效精准的电机控制。
对于阳光电源的储能变流器和光伏逆变器产品线,该技术的三个关键优势具有直接应用价值。首先,在笛卡尔坐标系下独立预测各相电流的方法显著降低了计算负担,这对于我们追求高功率密度、低成本的逆变器设计至关重要,可以减少控制芯片的算力需求,降低硬件成本。其次,无需权重因子的独立成本函数设计简化了控制参数调试过程,能够加快产品开发周期并提升系统鲁棒性,这在大规模储能项目和分布式光伏应用中尤为重要。第三,零序电流的自动调节特性可提升系统的容错能力和运行稳定性。
从技术成熟度评估,该方法已通过实验验证,但从电机控制向电力电子变换器的跨领域迁移仍需深入研究。对阳光电源而言,主要机遇在于将其无模型预测控制思想应用于多电平拓扑逆变器、并网变流器的电流控制优化,特别是在电网阻抗波动、非线性负载等复杂工况下提升控制性能。潜在挑战包括如何适配不同功率等级的产品需求,以及在极端电网条件下的稳定性验证。建议组织预研团队评估该技术在储能PCS双向变流控制和高频化逆变器设计中的应用潜力,为下一代产品技术储备提供支撑。