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拓扑与电路
★ 5.0
一种改进的广义扩展状态观测器在双三相永磁同步电机电流谐波补偿中的应用
An Improved Generalized Extended State Observer for Current Harmonic Compensation in Dual Three-Phase PMSMs
| 作者 | Xuefeng Zhang · Qiwei Xu · Yiru Miao · Xuan Wu · Yiming Wang · Liangwu Yi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双三相永磁同步电机 电流谐波抑制 改进广义扩展状态观测器 陷波滤波器 观测器极点设计 |
语言:
中文摘要
双三相永磁同步电机(DTP - PMSM)存在在逆变器非线性、非正弦反电动势和外部干扰等情况下易出现较大定子电流谐波的缺点。为解决该问题,本文提出了一种用于电流谐波抑制的改进广义扩展状态观测器(IGESO)。首先,探究了传统干扰观测器中低频和高频周期性干扰观测之间的关系。其次,采用陷波器对传统广义扩展状态观测器(GESO)结构进行优化,以避免在观测两种不同频率干扰时产生相互干扰。然后,提出了一种新的观测器极点设计原则,该原则可分别控制周期性干扰的抑制频率范围和衰减程度。此外,还给出了与其他策略的性能对比以及离散时间域内IGESO的稳定性分析,并提供了系统稳定的参数范围。最后,在实验室DTP - PMSM平台上对所提方法进行了验证。
English Abstract
Dual three-phase permanent magnet synchronous machine (DTP-PMSM) suffers from the disadvantage of easily occurring large stator current harmonics under inverter nonlinearity, nonsinusoidal back-electromotive force, and external disturbances. To deal with the problem, an improved generalized extended state observer (IGESO) for current harmonic suppression is proposed in this article. First, the relationship between the observation of low-frequency and high-frequency periodic disturbances in conventional disturbance observers is explored. Second, a notch filter is used to optimize the conventional generalized extended state observer (GESO) structure to avoid interference in observing two different frequency disturbances. Then, a novel observer poles design principle is proposed, which can control the suppression frequency range and attenuation of periodic disturbances respectively. Besides, the performance compared with other strategies and the stability analysis of IGESO in the discrete-time domain are presented. The parameter range for system stability is also provided. Finally, the proposed method is evaluated on a laboratory DTP-PMSM platform.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项改进型广义扩张状态观测器(IGESO)技术对我们在电机驱动和电能变换领域具有重要应用价值。双三相永磁同步电机在逆变器非线性、反电动势畸变和外部扰动下易产生定子电流谐波问题,这与我们光伏逆变器、储能变流器以及新能源汽车驱动系统面临的核心挑战高度契合。
该技术的创新点在于通过陷波滤波器优化观测器结构,实现对不同频率扰动的独立观测,并提出了新颖的观测器极点设计原则,可分别控制周期性扰动的抑制频率范围和衰减程度。这对阳光电源的多个业务板块具有直接应用价值:在光伏逆变器中,可有效抑制电网谐波和开关频率谐波,提升输出电能质量;在储能双向变流器中,能够改善充放电过程中的电流波形,降低谐波损耗,延长电池寿命;在电动汽车驱动系统中,可显著提升电机运行效率和转矩平稳性。
从技术成熟度评估,该方法已在实验平台验证,并提供了离散时域稳定性分析和参数稳定范围,具备较强的工程化基础。然而,实际应用仍需关注几个挑战:一是多频率谐波同时抑制时的计算复杂度和实时性问题,需要评估在我们现有DSP/FPGA平台上的可行性;二是在宽工况范围(如光伏MPPT动态过程、储能功率突变)下的鲁棒性验证;三是与我们现有控制算法的融合优化。
建议将此技术纳入我们的前瞻性研发规划,优先在高端光伏逆变器和储能PCS产品中进行试验验证,这将有助于巩固我们在电能质量控制方面的技术领先优势。