← 返回
电动汽车驱动 ★ 5.0

基于三维矢量多映射的单级多端口逆变器供电电机驱动功率分配

Three-Dimensional Vector Multimapping-Based Power Split for Single-Stage Multiport Inverter-Fed Motor Drives

作者 Kehan Luo · Dehong Zhou · Zhao Zhang · Jianxiao Zou · Xue Zhou
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 单级多端口逆变器 三维矢量多映射 功率分配策略 定子电流控制 功率转换效率
语言:

中文摘要

单级多端口逆变器(SSMI)是混合动力电动汽车的一种有吸引力的解决方案。然而,为SSMI设计调制方案颇具挑战性,因为需要同时实现直流侧电源之间的灵活功率分配以及交流侧令人满意的定子电流控制。为此,本文提出了一种基于三维矢量多映射(3DVM)的功率分配策略,以在不平衡直流母线条件下实现灵活的功率分配,同时保证定子电流调节。在所提出的3DVM方案中,将不对称的三维矢量空间划分为两个对称子空间,以简化不平衡直流母线条件下的调制方案设计,并且参考矢量分解过程通过调节分解因子为功率分配提供了额外的自由度。随后,提出了一个关于分解因子的直接功率控制模型,以实现直流端口电源之间的功率分配,同时不影响定子电流控制。此外,通过将分解后的参考矢量映射到子空间的边和面,减少了开关动作,从而提高了功率转换效率。进行了实验以验证所提方案的有效性和优越性。

English Abstract

Single-stage multiport inverter (SSMI) is an attractive solution for hybrid electric vehicles. However, it is challenging to design the modulation scheme for the SSMI since flexible power split between sources on the dc side together with satisfactory stator current control on the ac side should be achieved simultaneously. To this end, a three-dimensional vector multimapping (3DVM)-based power split strategy is proposed in this article to realize flexible power split while guaranteeing the stator current regulation under unbalanced dc links. In the proposed 3DVM scheme, the asymmetrical 3-D vector space is divided into two symmetrical subspaces to simplify the modulation scheme design under unbalanced dc links, and the reference vector decomposed process provides an additional degree of freedom for power split by regulating the decomposed factors. Subsequently, a direct power control model with respect to decomposing factors is put forward to realize power split between dc-port sources without affecting the stator current control. Moreover, by mapping the decomposed reference vectors to the edges and planes of the subspaces, the switching actions are reduced, which increases the power conversion efficiency. Experiments are carried out to validate the effectiveness and superiority of the proposed scheme.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项单级多端口逆变器的三维矢量多映射功率分配技术具有重要的战略价值。虽然该研究聚焦于混合动力汽车的电机驱动应用,但其核心技术原理与我们在光储一体化系统和多能源接入场景中面临的挑战高度契合。

该技术的核心创新在于解决了多直流源与交流侧负载之间的灵活功率分配问题,这恰好对应我们在光储系统中光伏、储能电池与电网之间的能量协调管理需求。传统方案通常需要多级变换或复杂的协调控制,而单级多端口拓扑能够显著降低系统成本和体积,提升转换效率。论文提出的三维矢量多映射策略通过将非对称空间分解为对称子空间,为不平衡直流母线条件下的调制设计提供了优雅的解决方案,这对于处理光伏出力波动和储能荷电状态差异具有直接借鉴意义。

从技术成熟度评估,该方案已完成实验验证,展现出较高的可行性。其直接功率控制模型实现了功率分配与电流调节的解耦,同时通过优化矢量映射减少开关动作以提升效率,这些特性符合我们对高效率、高可靠性产品的要求。

应用前景方面,该技术可延伸至我们的户用光储系统、工商业储能以及电动汽车充电桩等多端口场景。主要挑战在于从电机驱动向电网并网应用的技术移植,需要考虑电网标准、谐波抑制和孤岛保护等额外要求。建议组织专项技术评估,探索将该调制策略集成到下一代多端口逆变器平台的可行性,这将增强我们在多能互补系统领域的技术竞争力。