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储能系统技术 储能系统 ★ 4.0

基于差动调制无刷双馈交流发电机与低频交流励磁的快速电容充电系统性能分析

Performance Analysis of Rapid Capacitor Charging System Based on Differential Modulated Brushless Doubly Fed Alternator With Low-Frequency AC Excitation

作者 Yuan Cheng · Mingli Wang · Haodan Shao · Xiaojun Liu
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年8月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 无刷双馈发电机 脉冲电容充电电源 低频交流励磁 暂态特性 充电性能
语言:

中文摘要

基于差频调制的无刷双馈交流发电机(BDFA)凭借其高可靠性和灵活的励磁方式,在脉冲电容器充电电源(CCPS)系统中展现出了良好的应用潜力。与以往仅关注直流励磁下BDFA对电容器充电性能影响的研究不同,本文聚焦于分析低频交流励磁下差频调制BDFA对电容器充电的暂态特性,以实现更好的充电性能并充分发挥BDFA交流励磁的优势。此外,根据充电电流的变化状态,将该系统划分为不同的运行模式。对两种模式下的电压和电流方程进行分析,以确定发电机参数(尤其是励磁频率)对充电性能的影响。最后,在理论分析的基础上,对该系统进行了仿真,并完成了实际装置的测试。仿真和实验均验证了本文中暂态特性分析的正确性,这为后续基于差频调制BDFA的脉冲CCPS系统的研究提供了重要参考。

English Abstract

The brushless doubly fed alternator (BDFA) based on differential modulation shows promising potential as an application in pulsed capacitor charging power supply (CCPS) systems, due to its high reliability and flexible excitation method. Unlike the previous study that only focused on the impact of BDFA on the charging performance of capacitors under dc excitation, this article focuses on analysing the transient characteristics of differential modulated BDFA on capacitor charging under low-frequency ac excitation in order to achieve better charging performance and fully utilise the advantages of BDFA ac excitation. Also, the system is classified into different operating modes according to the changing state of the charging current. The voltage and current equations in both modes are analysed to determine the impact of alternator parameters, particularly the excitation frequency, on charging performance. Finally, on the basis of the theoretical analysis, the system is simulated and the test of the actual device is completed. Both simulation and experiment verify the correctness of the transient characteristic analysis in the article, which provides an important reference for the subsequent research of pulsed CCPS system based on differential modulated BDFA.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于差分调制无刷双馈交流发电机(BDFA)的快速电容充电技术具有显著的战略参考价值。该技术通过低频交流励磁实现高可靠性和灵活的激励方式,这与我司在储能系统和电力电子领域的核心技术路线高度契合。

在储能系统应用层面,脉冲电容充电技术可为我司储能变流器(PCS)的瞬态响应能力提供新思路。当前储能系统在电网调频、削峰填谷等应用场景中,对快速功率响应的需求日益增长。该BDFA技术通过交流励磁频率调节实现对充电性能的精确控制,这种柔性调节特性可借鉴应用于储能系统的功率调度优化,特别是在处理电网瞬时大功率需求时,能够提升系统的动态响应性能。

从技术成熟度评估,论文侧重于理论分析和实验验证,表明技术仍处于原理验证阶段。对于阳光电源而言,该技术的双馈结构设计理念与我司光伏逆变器的多电平拓扑、模块化设计思想存在相通之处,可在高可靠性电力电子装置研发中提供参考。特别是无刷化设计显著提升了系统可靠性,这对我司追求25年以上产品生命周期的储能和逆变器产品具有借鉴意义。

技术挑战主要集中在工程化应用层面:差分调制控制算法的复杂性、低频交流励磁下的谐波抑制、以及与现有电网标准的兼容性等问题需要深入研究。但该技术在特种电源、微电网快速储能等细分市场存在潜在机遇,建议我司技术团队持续跟踪相关研究进展,评估其在分布式储能和离网系统中的应用可行性。