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电动汽车驱动 ★ 5.0

一种灵活的高频链矩阵变换器补偿控制策略

A Flexible Compensation Control Strategy for High-Frequency Link Matrix Converters

作者 Ping Jin · Yunqing Hu · Junjie Liu · Yujing Guo · Gang Lei · Jianguo Zhu
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 高频链路矩阵变换器 隔离高频变压器 参数扰动 补偿控制策略 功率波动
语言:

中文摘要

高频链路矩阵变换器(HFLMC)省去了直流链路电容,仅通过一级功率变换即可实现从直流到交流的功率传输。然而,由于磁芯移位和振动,HFLMC的隔离型高频变压器(IHFT)通常会出现参数扰动,这对其安全构成威胁。本文提出了一种适用于HFLMC的灵活补偿控制策略。设计了一种旋转式IHFT,并分析了对称空间矢量调制(SVM)策略下HFLMC的IHFT的传输功率和电流应力。所设计的IHFT能够全面模拟由磁芯移位和振动引起的参数扰动,所提出的控制策略可以降低HFLMC的功率波动和IHFT的电流应力。进行了仿真和实验,结果验证了所提出控制策略的有效性。

English Abstract

High-frequency link matrix converters (HFLMCs) omit a dc-link capacitor, which can achieve power transmission from dc to ac with only one power converter stage. However, due to the core shift and vibration, parameter perturbation usually occurs in the isolated high-frequency transformer (IHFT) of the HFLMC, which threatens its safety. This article proposes a flexible compensation control strategy for HFLMC. A rotary IHFT is designed, and the transmission power and current stress on the IHFT of HFLMC under the symmetrical SVM strategy are analyzed. The designed IHFT can comprehensively simulate the parameter perturbation caused by core shift and vibration, and the proposed control strategy can reduce power fluctuation and the current stress on the IHFT of the HFLMC. Simulation and experiment are conducted, and the results validate the effectiveness of the proposed control strategy.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于高频链矩阵变换器的研究具有重要的战略参考价值。该技术通过省略直流母线电容,实现了单级DC-AC功率变换,这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高功率密度、高可靠性目标高度契合。

该论文针对隔离高频变压器参数扰动问题提出的柔性补偿控制策略,对阳光电源的产品创新具有三方面启示意义:首先,在大型光伏电站和工商业储能系统中,变压器铁芯位移和振动导致的参数漂移是长期困扰行业的可靠性隐患,该控制策略能有效降低功率波动和电流应力,可直接应用于提升我们1500V高压系统的稳定性。其次,无直流母线电容的拓扑结构能显著减少电解电容这一薄弱环节,有望将逆变器和储能PCS的使用寿命从15年延长至20年以上,这对降低度电成本具有重大意义。第三,单级变换结构可减少约15-20%的功率损耗,提升系统效率至98.5%以上。

然而该技术目前仍处于实验室验证阶段,面临工程化挑战:高频变压器的设计制造工艺复杂,成本较传统方案高30-40%;控制算法对数字处理器性能要求较高;在MW级大功率应用中的热管理和EMI问题尚需深入研究。建议阳光电源可将此技术优先应用于对可靠性要求极高的海上风电储能或偏远地区微网场景,通过小批量试点积累工程经验,为未来5-8年的技术储备奠定基础。