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电动汽车驱动 ★ 5.0

容错控制与共模电压抑制的双三相电流源型逆变器供电电机驱动

Fault-Tolerant Control and Common-Mode Voltage Reduction for Dual Three-Phase CSIs Fed Motor Drives

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年11月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双三相电流源逆变器 容错能力 共模电压 调制策略 实验验证
语言:

中文摘要

本文提出了一种由双三相电流源逆变器(DTP - CSI)供电的电机驱动新拓扑,旨在提高容错能力的同时降低共模电压(CMV)。在该提议的拓扑结构中,双三相 CSI 模块之间共享六个公共开关,而非传统结构中的六个内侧开关。更多的控制维度和冗余性使该拓扑结构具备提升运行性能和增强容错能力的潜力。针对所提出的电机驱动系统,分别设计了正常运行和容错运行的调制策略与控制方案。在正常运行时,通过对 DTP - CSI 的电流矢量进行优化选择和排序,提出了一种降低 CMV 的方法,有助于缓解共模电磁干扰问题。在容错运行时,所提出的方案确保即使一个公共开关发生开路故障,DTP - CSI 仍能拥有完整的电流矢量。因此,在不增加电流幅值的情况下可以保持对称的相电流。与传统拓扑结构相比,该拓扑结构具有更好的容错能力,传统结构在其内侧开关发生开路故障时会出现相电流不对称的问题。搭建了一台实验室样机,通过实验验证了所提出的拓扑结构、CMV 降低方法和容错运行策略的有效性。

English Abstract

In this article, a new topology of dual three-phase current-source inverter (DTP-CSI) fed motor drive has been proposed for improving the fault-tolerant capability while reducing the common-mode voltage (CMV). In the proposed configuration, six common switches are shared between the dual three-phase CSI modules instead of the six inner-side switches in conventional configuration. The more control dimensions and redundancies enable the proposed configuration potentials for improved operation performance and better fault-tolerant capability. The modulation strategies and control schemes have been designed for both normal operation and fault-tolerant operation of the proposed motor drive. For normal operation, the CMV reduction method is proposed by optimally selecting and sorting the current vectors of the DTP-CSI, which facilitates mitigating the common-mode electromagnetic interference issue. For fault-tolerant operation, the proposed scheme guarantees complete current vectors for the DTP-CSI even one common switch fails in open-circuit fault. Thus, the symmetric phase currents can be maintained without increasing the current amplitudes. The better fault-tolerant capability can be offered compared to the conventional configuration, which suffers from the asymmetrical phase currents under open-circuit fault in inner-side switches. A laboratory prototype has been developed to verify the effectiveness of the proposed topology, CMV reduction method, and fault-tolerant operation strategy experimentally.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项双三相电流源逆变器(DTP-CSI)拓扑创新技术具有重要的应用价值和战略意义。该技术通过共享开关设计实现了容错能力提升和共模电压抑制的双重优化,与我司在光伏逆变器、储能变流器及电驱动系统领域的技术发展方向高度契合。

技术价值方面,该方案的共模电压抑制特性可直接应用于我司大功率光伏逆变器产品线。共模电压降低意味着对地漏电流和电磁干扰的有效抑制,这对于提升系统可靠性、满足日益严格的电网并网标准具有实质性帮助。特别是在大型地面电站和工商业屋顶项目中,EMI问题一直是影响系统稳定性的关键因素。同时,该技术的容错设计理念可增强储能变流器在单开关故障情况下的持续运行能力,这对于要求高可用性的储能电站至关重要,能够显著降低系统停机风险和运维成本。

从应用前景看,该技术在电动汽车驱动系统领域展现出独特优势。对称相电流的维持能力和无需增大电流幅值的容错特性,可为我司新能源汽车动力总成业务提供差异化竞争力。然而,技术挑战也不容忽视:电流源型拓扑在光伏应用中需要额外的直流侧电感,可能增加系统成本和体积;调制策略的复杂性对控制器算力提出更高要求;工业化量产时的开关共享设计需要解决散热和封装的工程化问题。

建议我司技术团队重点关注该技术在中高压储能变流器和特种工业驱动领域的适配性研究,评估与现有产品平台的融合可能性。