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风电变流技术 可靠性分析 ★ 5.0

具有高最大调制指数的多相并联绕组电流源逆变器

Multiphase Parallel Winding Current Source Inverter With High Maximum Modulation Index

作者 Yanchao Xiong · Dong Jiang · Yixuan Shuai · Junnan You · Zicheng Liu · Wei Sun
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年4月
技术分类 风电变流技术
技术标签 可靠性分析
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电流源逆变器 最大调制指数 多相并联绕组电流源逆变器 绕组连接顺序 实验结果
语言:

中文摘要

近年来,电流源逆变器(CSI)因其适用于驱动低电感电机且可靠性更高而受到越来越多的关注。众所周知,最大调制指数是评估电流源逆变器性能的最重要因素之一。更高的最大调制指数意味着在恒定的直流母线电流下,输出电流可以更高。然而,采用星形连接绕组的传统电流源逆变器的最大调制指数会随着相数的增加而逐渐降低,本文采用相量法对此进行了分析。三相并联绕组电流源逆变器(PWCSI)具有直接基于载波的脉宽调制方式和出色的容错性能。为了提高最大调制指数,本文提出了多相并联绕组电流源逆变器。通过使用相量法,可以分析多相并联绕组电流源逆变器的优化绕组连接顺序(WCS)。在提出的优化绕组连接顺序下,多相并联绕组电流源逆变器的最大调制指数几乎可达 1,远高于采用星形连接绕组的电流源逆变器。本文给出了实验结果,以对比采用星形连接绕组的电流源逆变器和并联绕组电流源逆变器的最大调制指数。

English Abstract

Current source inverter (CSI) has received more and more attention in recent years because it is suitable for driving low inductance machine and has better reliability. It is universally acknowledged that the maximum modulation index is one of the most important factors to evaluate the performance of CSI. A higher maximum modulation index represents that the output current can be higher under a constant dc-link current. Nevertheless, the maximum modulation index of traditional CSI with star-connected winding will decrease gradually with the increase of phase number, which is analyzed by phasor method in this article. Three-phase parallel winding current source inverter (PWCSI) has direct carrier-based pulsewidth modulation and excellent fault-tolerant performance. In order to improve the maximum modulation index, this article proposes the multiphase PWCSI. By using phasor method, the optimized winding connection sequence (WCS) of multiphase PWCSI can be analyzed. Under the proposed optimized WCS, the maximum modulation index of multiphase PWCSI is almost as high as 1, which is much higher than the one of CSI with star-connected winding. Experimental results are presented to compare the maximum modulation index between CSI with star-connected winding and PWCSI.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于多相并联绕组电流源逆变器(PWCSI)的研究具有重要的战略参考价值。当前公司在光伏逆变器和储能系统领域已占据全球领先地位,但面对大功率应用场景和特殊工况需求,传统电压源逆变器(VSI)架构存在一定局限性。

该论文提出的PWCSI技术通过优化绕组连接序列,将最大调制指数提升至接近1,相比传统星形连接电流源逆变器有显著改进。这意味着在相同直流母线电流下可获得更高的输出电流能力,直接提升系统功率密度和效率。对于阳光电源的储能变流器(PCS)产品线,这项技术可增强在大容量储能电站中的竞争力,特别是在需要驱动低电感负载或要求高可靠性的工业应用场景。

从技术成熟度评估,电流源逆变器本身具有短路保护能力强、适合驱动低电感电机等固有优势,论文中提出的载波调制方法和容错性能改进为工程化应用奠定了基础。然而,CSI技术在光伏和储能领域的应用仍处于探索阶段,主要挑战包括:直流侧大电感带来的体积和成本问题、与现有VSI主导的系统架构的兼容性、以及多相系统控制复杂度的增加。

建议阳光电源可将此技术作为前瞻性储备,重点关注其在氢能电解制氢电源、大功率电动汽车驱动系统等新兴业务的应用潜力。同时,可考虑与高校合作开展多相PWCSI在光储一体化系统中的适配性研究,探索差异化技术路线以巩固市场领先地位。