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基于零序分量注入的相干矢量模型预测控制在三电平NPC逆变器供电PMSM驱动中的应用
Coherent Vector-Based Model Predictive Control With Zero-Sequence Component Injection for Three-Level NPC Inverter Fed PMSM Drives
| 作者 | |
| 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 SiC器件 三电平 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 模型预测控制 三电平逆变器 永磁同步电机 相干电压向量 低开关频率 |
语言:
中文摘要
传统模型预测控制(MPC)通过枚举过程选择一个基本电压矢量,其输出纹波相对较高。为提高控制性能,采用了三电平中性点钳位逆变器,不过这增加了永磁同步电机控制算法的复杂度。在所提出的模型预测控制方案中,引入了一组起始点可移动的相干电压矢量(CVV)来替代基本候选矢量。最优相干电压矢量的脉冲序列通过单载波调制生成,并且不同扇区的电容电荷平衡可包含在零序分量注入中。所提出的相干电压矢量 - 模型预测控制(CVV - MPC)具有实现简单的特点,且在低开关频率下性能令人满意。通过对比实验验证了所提方法的有效性和优越性。
English Abstract
Conventional model predictive control (MPC), which selects one basic voltage vector through the enumeration process, exhibits relatively high output ripples. To enhance the control performance, a three-level neutral-point-clamped inverter is applied, although this increases the complexity of the control algorithm for permanent magnet synchronous motor. In the proposed MPC scheme, a set of coherent voltage vectors (CVVs) with movable starting points is introduced to replace the basic candidates. The pulse train of the optimal CVV is generated by single-carrier modulation, and capacitor charge balancing in different sectors can be included in the zero-sequence component injection. The proposed CVV-MPC is characterized by simple implementation and satisfactory performance under low switching frequency. Comparative experiments are conducted to verify the effectiveness and superiority of the proposed method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的相干矢量模型预测控制(CVV-MPC)技术对我们的光伏逆变器和储能系统产品具有重要参考价值。该技术针对三电平NPC逆变器驱动永磁同步电机的场景,通过引入可移动起点的相干电压矢量替代传统基本矢量,并结合零序分量注入实现电容电荷平衡,有效降低了输出纹波并简化了控制算法。
对于阳光电源而言,该技术的核心价值体现在三个层面:首先,三电平NPC拓扑是我们中大功率光伏逆变器和储能变流器的主流技术路线,该控制策略能在低开关频率下实现优异性能,这直接关系到系统效率提升和功率器件热应力管理。其次,零序分量注入实现中点电位平衡的方法,为解决三电平逆变器固有的中点电压波动问题提供了新思路,这对提高我们产品的可靠性和寿命至关重要。第三,简化的实现方式降低了DSP运算负担,有利于多机并联等复杂拓扑的工程化应用。
从技术成熟度评估,该方法已通过实验验证,但仍需考虑几个工程化挑战:模型预测控制对电机参数敏感性较高,在光储系统宽工况运行下的鲁棒性需要进一步验证;低开关频率虽然降低损耗,但可能影响电网谐波指标,需要与我们的并网标准协同优化。
建议我们的研发团队重点关注该技术在储能PCS和光伏逆变器主动支撑功能中的应用潜力,特别是在需要快速动态响应的场景下,该控制策略可能成为提升产品竞争力的差异化技术方向。