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基于谐波电流提取的永磁同步电机简单模型预测电流控制
A Simple Model Predictive Current Control for PMSM Drives Based on Harmonic Current Extraction
| 作者 | Xiaoguang Zhang · Shujun Fang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 低开关频率 永磁同步电机 模型预测电流控制 谐波电流提取 总谐波畸变率 |
语言:
中文摘要
在一些特殊应用中，受运行条件限制，需要采用较低的开关频率（LSF）以降低开关动作带来的功率损耗。然而，在低开关频率下，电机电流的总谐波畸变率（THD）会升高。因此，为减少因开关频率降低而导致的电流谐波增加，本文提出了一种基于低开关频率下谐波电流提取的永磁同步电机（PMSM）驱动简单模型预测电流控制方法（LSF - HCE - MPCC）。首先，该方法设计了一种结构简单的电流谐波分离器；然后，通过简单计算可得到预测电流谐波分量表达式。最后，将其引入代价函数以平衡电流谐波对整个系统的影响。实验验证了LSF - HCE - MPCC方法的可行性。
English Abstract
In some special applications, due to operating conditions, a relatively low switching frequency (LSF) is required to reduce the power losses due to switching actions. However, the total harmonic distortion (THD) rate of the motor current is elevated at LSF. Therefore, to reduce the increase in current harmonics due to the decrease in switching frequency, a simple model predictive current control (MPCC) for permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives based on harmonic current extraction at LSF (LSF-HCE-MPCC) is proposed. First, the method designs a current harmonic separator with a simple structure; then, the predicted current harmonic component expression can be obtained by simple calculation. Finally, it is introduced into the cost function to balance the effect of current harmonics on the whole system. The feasibility of the LSF-HCE-MPCC is verified experimentally.
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SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于谐波电流提取的永磁同步电机模型预测电流控制技术具有重要的应用价值。该技术针对低开关频率场景下的电流谐波抑制问题，与我司在光伏逆变器、储能变流器及新能源汽车驱动系统等核心产品线的技术需求高度契合。
在光伏逆变器和储能PCS领域，降低开关频率是提升系统效率、减少功率器件损耗的关键路径，尤其在大功率集中式逆变器和工商业储能系统中，开关损耗占比显著。该技术通过设计简化的电流谐波分离器，将谐波预测引入代价函数，能够在降低开关频率的同时有效控制电流THD，这对于提升我司产品的转换效率和电能质量具有直接价值。特别是在1500V高压系统和大容量储能应用中，该方案可能帮助我们在保持并网标准的前提下，进一步优化功率密度和系统成本。
从技术成熟度评估，该方法基于模型预测控制框架，算法结构简单，已通过实验验证，具备较好的工程化基础。然而，实际应用仍需关注几个挑战：一是PMSM参数摄动对预测精度的影响，需要结合我司现有的参数辨识技术；二是在电网扰动和不平衡工况下的鲁棒性验证；三是算法的实时性能否满足高性能DSP或FPGA平台的计算约束。
建议技术团队深入评估该方案在储能双向变流器和光储一体机中的应用潜力，特别是在户用和工商业场景中平衡效率与成本的价值。同时可考虑将该技术与我司现有的先进控制算法库整合，形成差异化的技术优势。