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一种基于载波调制的三电平简化中点钳位逆变器自适应模型预测电流控制
A Novel Adaptive Model Predictive Current Control for Three-Level Simplified Neutral-Point-Clamped Inverter With Carrier-Based Modulation
| 作者 | Fubing Jin · Tianhao Qie · Yulin Liu · Yong Yang · Joshua Watts · Herbert Ho Ching Iu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三电平 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三电平简化中点钳位逆变器 自适应模型预测电流控制 参数观测器 无差拍MPCC 载波型空间矢量调制 |
语言:
中文摘要
本文针对三电平简化中点钳位逆变器(3L - SNPCI)提出了一种自适应模型预测电流控制方法,该方法消除了传统模型预测电流控制(MPCC)的模型依赖问题。利用一种新型观测器高精度、快速收敛地估计系统参数。然后,无差拍MPCC利用所观测到的参数来精确计算参考电压矢量,实现了低计算量和恒定开关频率。此外,还提出了一种新型基于载波的空间矢量调制(CBSVM)方法,用于为3L - SNPCI合成参考电压矢量。与现有的3L - SNPCI空间矢量调制方案相比,所提出的CBSVM方法在确保中点电压平衡的同时降低了硬件实现成本。给出了实验结果以验证所提方法的有效性。
English Abstract
This article proposes an adaptive model predictive current control for three-level simplified neutral-point-clamped inverter (3L-SNPCI), which eliminates the model dependence problem of the conventional model predictive current control (MPCC). The system parameter is estimated by a new observer with high accuracy and fast convergence. The observed parameter is then utilized by the deadbeat MPCC to attain accurate reference voltage vector calculation, achieving low computational burden and constant switching frequency. Furthermore, a novel carrier-based space vector modulation (CBSVM) is proposed to synthesize the reference VV for 3L-SNPCI. Compared to the existing space vector modulation schemes of 3L-SNPCI, the proposed CBSVM reduces the hardware implementation cost while ensuring the neutral point voltage balance. Experimental results are presented to verify the validity of the proposed method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对三电平简化中点钳位逆变器的自适应模型预测电流控制技术具有重要的应用价值。该技术通过消除传统模型预测控制对精确系统参数的依赖性,显著提升了逆变器在实际工况下的鲁棒性和控制精度,这对我司光伏逆变器和储能变流器产品的性能优化具有直接意义。
技术核心价值体现在三个层面:首先,高精度参数观测器的引入解决了电网阻抗波动、器件老化等导致的参数漂移问题,这对于大型地面电站和工商业储能系统的长期稳定运行至关重要;其次,基于deadbeat控制的恒定开关频率特性可有效降低电磁干扰,简化滤波器设计,直接降低系统成本;第三,新型载波调制方案在保证中点电压平衡的同时降低了硬件实现复杂度,这与我司追求高性价比解决方案的战略高度契合。
从技术成熟度评估,该方案已完成实验验证,但距离产品化仍需解决几个关键问题:参数观测器在极端电网条件下的收敛速度、算法在不同功率等级产品上的可扩展性,以及与现有控制平台的集成难度。对于阳光电源而言,这项技术的应用机遇在于:可将其优先应用于对动态响应要求高的储能PCS产品,特别是参与电网调频的场景;同时可作为差异化技术储备,提升1500V大功率组串逆变器的控制性能。
建议技术团队开展深入的仿真评估和小批量试验,重点关注参数自适应算法在复杂工况下的表现,以及与我司现有DSP/FPGA控制平台的适配性。