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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

一种改进的无模型预测电流控制方法以抑制逆变器非线性和PMSM驱动系统的参数时变性

Improved Model-Free Predictive Current Control for Suppressing Inverter Nonlinearity and Parametric Time-Varying of PMSM Drive Systems

作者 Xiaodong Sun · Zhihui Huang · Zebin Yang · Gang Lei · Teng Li
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 永磁同步电机 无模型预测电流控制 扩张状态观测器 电压源逆变器非线性补偿 扰动抑制
语言:

中文摘要

为提高永磁同步电机(PMSM)驱动系统的控制性能,提出一种基于扩展状态观测器(ESO)、具备电压源逆变器(VSI)非线性补偿功能的改进型无模型预测电流控制方法。首先,介绍一种基于永磁同步电机驱动系统扩展状态观测器的改进型无模型预测电流控制(MFPCC)方法,该方法无需电机参数,且调参工作较少。然后,提出一种电压源逆变器非线性补偿方法,以减少三相桥式电压源逆变器中因加入死区时间而导致的电流畸变。通过在仿真中进行调整获得近似参数,再将其应用于实验中进一步微调。将基于扩展状态观测器的无模型控制与电压源逆变器非线性补偿相结合,弥补各自的不足,实现对系统中周期性和非周期性扰动的抑制。最后,实验结果证明了该方法对周期性和非周期性扰动均具有鲁棒性。

English Abstract

To improve the control performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive systems, an improved model-free predictive current control based on extended state observer (ESO) with voltage source inverter (VSI) nonlinearity compensation is proposed. First, an improved model-free predictive current control (MFPCC) based on the ESO of PMSM drives is introduced, which does not require motor parameters and needs less tuning work. Then, a voltage source inverter nonlinearity compensation method is proposed to reduce the current distortion resulting from the added dead time in the three-phase bridge voltage source inverter. The approximate parameters are obtained through adjusting in the simulation, and then applied to the experiment for further fine-tuning. The model-free control based on ESO and voltage source inverter (VSI) nonlinearity compensation are combined to compensate for their respective shortcomings, achieving the suppression of periodic and aperiodic disturbances in the system. Finally, the experimental results prove its robustness to both periodic and aperiodic disturbances.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于扩展状态观测器的改进无模型预测电流控制技术具有重要的应用价值。该技术针对永磁同步电机驱动系统提出的控制策略,与我司在储能变流器、光储一体化系统以及电动汽车充电设备中广泛应用的电机控制技术高度相关。

技术的核心价值在于两个方面:首先,无模型预测控制摆脱了对电机参数的依赖,这对我司产品在全生命周期中应对参数时变问题具有显著意义。储能系统和光伏逆变器在长期运行中,电机参数会因温度、老化等因素发生漂移,传统基于模型的控制策略需要频繁校准,而该技术可有效降低维护成本,提升系统可靠性。其次,逆变器非线性补偿方法直接针对三相桥式逆变器的死区效应,这是我司光伏逆变器和储能变流器产品普遍面临的电流畸变问题,该补偿策略可显著改善电流质量,降低谐波损耗,提升系统效率。

从技术成熟度评估,该方案已完成仿真到实验的验证闭环,具备工程化应用基础。对于阳光电源而言,将其应用于新一代储能PCS和光伏逆变器产品中,可提升动态响应速度和抗扰动能力,特别是在弱电网接入和复杂工况下的表现。

技术挑战主要在于扩展状态观测器的参数整定需要针对不同功率等级产品进行适配优化,以及如何在现有DSP/FPGA控制平台上实现算法的实时性。但这也为我司提供了技术创新机遇,通过将该技术与自主研发的控制平台深度融合,可进一步强化产品的差异化竞争优势,特别是在高端储能和工商业光伏市场的技术领先性。