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储能系统技术 储能系统 PWM控制 空间矢量调制SVPWM ★ 5.0

将SOLM作为扩展型SVPWM在无电解电容六脉冲直流母线VSI恒压频比感应电机驱动中的实现

Implementation of SOLM as an Extended SVPWM for Variable Six Pulse DC-Bus Electrolytic Capacitor-Less VSI Based Constant V/f Induction Motor Drive

作者 Bighnaraj Panda · Sushant Kumar · Anirban Ghoshal
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 PWM控制 空间矢量调制SVPWM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 单腿同步调制技术 空间矢量脉宽调制 平均极电压 计算量 逆变器效率
语言:

中文摘要

考虑到与空间矢量脉宽调制(SVPWM)相比,同步单腿调制(SOLM)技术可降低开关损耗,该技术已应用于六脉冲无直流母线电解电容电压源逆变器(VSI)。现有的SOLM技术调制信号生成方法采用基于扇区识别的方法。本研究通过数学分析和硬件实验结果表明,尽管SVPWM和SOLM技术在直流母线电压、调制信号和瞬时极点电压波形方面存在差异,但它们的平均极点电压是相同的。基于这一认识,本研究提出将SOLM技术作为SVPWM技术的扩展来实现,无需进行扇区识别。对所提出的SOLM实现方法与现有实现方法进行比较,结果显示计算量有所减少。开发了一台1.25 kVA的硬件样机,用于对1 hp感应电机进行开环V/f控制。对固定直流母线电压的SVPWM、可变直流母线电压的SVPWM以及可变六脉冲直流母线电压的SOLM进行了比较。在不同运行条件下,采用SOLM的VSI效率在98.4% - 99.1%之间。该变换器在电机加速、稳态运行以及减速过程中的运行均得到了成功验证。

English Abstract

Synchronous one-leg modulation (SOLM) technique has been used for six-pulse dc-bus electrolytic capacitor-less voltage source inverter (VSI) considering reduced switching loss compared to space vector pulsewidth modulation (SVPWM). The existing method for generating the modulating signal in SOLM technique utilizes a sector identification-based approach. This work demonstrates, through both mathematical analysis and hardware results, that despite differences in the dc-bus voltage, modulating signal and instantaneous pole voltage waveforms between SVPWM and SOLM techniques, their average pole voltages are identical. Based on this understanding, this work proposes implementing the SOLM technique as an extension of SVPWM technique without requiring sector identification. A comparison between the proposed and the existing implementations of SOLM shows reduction in computational effort. A 1.25-kVA hardware prototype was developed for open-loop V/f control of a 1-hp induction motor. A comparison has been made between SVPWM with fixed dc-bus voltage, SVPWM with variable dc-bus voltage and SOLM with variable six-pulse dc-bus voltage. VSI efficiency with SOLM was in the range of 98.4%–99.1% at different operating conditions. Operation of the converter was successfully demonstrated under motor acceleration, steady-state operation as well as during deceleration.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的SOLM技术对我们的光伏逆变器和电机驱动系统具有重要参考价值。核心亮点在于通过同步单桥臂调制技术实现了无电解电容的逆变器设计,这与我们追求高可靠性、长寿命产品的战略方向高度契合。

技术层面,论文证明SOLM与传统SVPWM在平均极电压上等效,但通过优化调制策略降低了开关损耗,实现了98.4%-99.1%的高效率。这对我们的光伏水泵逆变器、储能变流器等产品线具有直接应用价值。特别是在光伏提水系统中,去除电解电容可显著提升系统在高温、高海拔等恶劣环境下的可靠性,减少维护成本。论文提出的无扇区识别实现方法降低了计算复杂度,这对我们开发成本敏感型产品尤为重要。

从应用前景看,该技术已在1.25kVA原型机上验证,技术成熟度处于中等偏上水平。然而将其扩展到我们的大功率光伏逆变器(数百kW至MW级)仍面临挑战:六脉波直流母线电压波动在大功率场景下的电磁兼容性、对电机转矩脉动的影响、以及与我们现有MPPT算法的协同优化等问题需要深入研究。

建议我们的研发团队关注该技术在分布式光伏并网逆变器和工商业储能系统中的应用潜力,特别是在追求极致可靠性的海外市场。同时可考虑将该调制策略与我们的SiC功率器件技术结合,进一步提升系统效率和功率密度,强化我们在高端市场的技术领先优势。