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光伏发电技术 储能系统 ★ 5.0

基于改进DSOGI-PLL观测器的无传感器BLDCM驱动在太阳能光伏辅助LEV中的应用

Sensorless BLDCM Drive Using an Improved DSOGI-PLL Observer for Solar-PV-Assisted LEV

作者 Biswajit Saha · Bhim Singh
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年7月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 无刷直流电机 位置估计 无传感器控制 能量再生 DSOGI - PLL
语言:

中文摘要

本文介绍了一种估算无刷直流(BLDC)电机位置的创新方法,该方法专门用于太阳能光伏(PV)和电池供电的BLDC电机驱动。重点在于设计一种适用于轻型电动汽车的、具备能量再生功能的BLDC电机无传感器控制方案。永磁BLDC电机驱动的主要挑战之一是换相误差,它会降低性能,导致电流畸变和转矩大幅波动。换相误差可能源于多种因素,包括低通滤波器、延迟、相位差异以及电机参数变化等。本研究提出了一种基于双二阶广义积分器锁相环(DSOGI - PLL)的频率自适应方法用于位置估算。为增强对输入干扰的抵抗能力,集成了一个频率自适应预滤波器。所实现的DSOGI - PLL与比例 - 谐振控制器相结合,展现出强大的抗干扰能力,能够适应系统中的相位延迟和相位滞后。本文全面阐述了一种转子位置估算器,包括其动态特性和瞬态行为。整个系统包括一个由太阳能光伏阵列和电池共同供电的连续电流直流 - 直流转换器,为具备能量再生功能的电动出行提供了一种平滑的功率传输解决方案。所提出的算法通过实验结果得到了验证。

English Abstract

This article introduces an innovative method for estimating the position of a brushless dc (BLDC) motor, specifically for a solar photovoltaic (PV) and a battery-powered BLDC motor drive. The focus is on designing a sensorless control of the BLDC motor with energy regeneration suitable for a light electric vehicle. One of the primary challenges in permanent magnet BLDC motor drives is a commutation error, which degrades performance and results in distorted current and highly fluctuating torque. The commutation error can stem from various sources, including low-pass filters, delays, phase discrepancies, and variations in machine parameters. This study proposes a frequency-adaptive approach based on a dual-second-order generalized integrator phase-locked loop (DSOGI-PLL) for position estimation. To enhance resilience to input disturbances, a frequency-adaptive prefilter is integrated. The implemented DSOGI-PLL, combined with a proportional–resonant controller, exhibits robust disturbance rejection capabilities, accommodating phase delays and phase lag in the system. This article comprehensively explains a rotor position estimator, including its dynamics and transient behavior. The overall system comprises a dc–dc converter with continuous current powered by both the solar PV array and the battery, creating a smooth power transfer solution for e-mobility with energy regeneration. The proposed algorithm is validated through experimental results.
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SunView 深度解读

从阳光电源新能源动力系统业务视角来看,这项基于改进型DSOGI-PLL观测器的无刷直流电机无传感器驱动技术具有重要的战略参考价值。该技术针对光伏-电池混合供电的轻型电动车应用场景,与我司在光储充一体化解决方案的业务方向高度契合。

技术层面,该方案的核心创新在于通过频率自适应双二阶广义积分器锁相环实现精确的转子位置估算,有效解决了传统无传感器控制中的换相误差问题。这对于提升电机驱动系统的效率和可靠性具有实质意义。特别是其集成的频率自适应预滤波器和比例谐振控制器,能够显著增强系统对输入扰动的抑制能力,这与我司光伏逆变器产品中采用的先进控制算法存在技术协同点。

从业务应用角度,该技术展示的光伏-电池-电机一体化架构与能量回馈功能,为我司拓展电动车动力系统市场提供了技术路径参考。DC-DC变换器实现的连续电流控制与平滑功率传输,可与我司现有的储能变流器技术形成互补。然而需注意,无传感器控制在低速启动和极端工况下的鲁棒性仍是工程化的关键挑战,需要大量实车验证数据支撑。

技术成熟度评估方面,论文提供了实验验证但未涉及长期可靠性测试,产业化应用尚需在电磁兼容、热管理、成本控制等维度深化。对阳光电源而言,该技术可作为新能源车载电源系统的技术储备,结合我司在光伏MPPT和储能管理方面的优势,有望在微型电动车、低速电动车等细分市场形成差异化竞争力。