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非对称规则采样VSFPWM在并联交错多电平逆变器环流控制中的应用
Asymmetric Regular Sampling VSFPWM for Circulating Current Control in Paralleled Interleaved Multilevel Inverters
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | PWM控制 多电平 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 并联交错多电平逆变器 相环流抑制 环流预测模型 可变开关频率脉宽调制 实验验证 |
语言:
中文摘要
摘要：并联交错式多电平逆变器（PIMIs）在高功率应用中具有巨大潜力，但其固有的环流问题会导致电流应力增加和系统效率降低。本文聚焦于PIMIs中的相环流（PCC）抑制。首先，提出了一种PCC预测模型，该模型考虑了应用非对称规则采样（ARS）规则时存在的一个控制周期延迟。通过使用该模型，选择合适的冗余矢量，可使PCC降低约50%。然后，开发了另一个考虑两个控制周期延迟的PCC预测模型。利用该模型，提出了一种基于ARS的可变开关频率脉宽调制（VSFPWM）方法，以精确控制PCC的峰值，并给出了一种确定开关频率边界的方法。所提出的VSFPWM方法通过利用矢量选择和开关频率这两个自由度，挖掘了脉宽调制（PWM）算法在低开关频率和低载波比条件下有效控制PCC的能力。最后，通过一台36 MVA逆变器的实验验证了所提策略的有效性。
English Abstract
Parallel interleaved multilevel inverters (PIMIs) hold substantial potential for high-power applications, but their inherent circulating current issue leads to increased current stress and reduced system efficiency. This article focuses on phase circulating current (PCC) suppression in PIMIs. First, a PCC prediction model is proposed, considering a one-control-cycle delay when applying the asymmetric regular sampling (ARS) rule. By employing this model, appropriate redundant vectors are selected to achieve an approximately 50% reduction in PCC. Then, another PCC prediction model is developed, incorporating a two-control-cycles delay. Utilizing this model, an ARS-based variable switching frequency pulsewidth modulation (VSFPWM) is proposed to precisely control the peak value of PCC, and a method for determining the boundary of the switching frequency is suggested. The proposed VSFPWM explores the capability of the pulsewidth modulation (PWM) algorithm to effectively control PCC under low-switching frequency and low-carrier ratio conditions by using two degrees of freedom: vector selection and switching frequency. Finally, the effectiveness of the proposed strategy is validated by experiment with a 36-MVA inverter.
S
SunView 深度解读
从阳光电源大功率逆变器产品线视角来看，这项针对并联交错多电平逆变器（PIMI）环流抑制的研究具有重要的工程应用价值。在我们的集中式光伏逆变器、储能变流器以及风电变流器等大功率应用场景中，并联技术是实现兆瓦级以上容量的关键路径，而相环流（PCC）问题一直制约着系统效率和可靠性的提升。
该论文提出的非对称规则采样变频PWM（ARS-VSFPWM）技术通过矢量选择和开关频率两个自由度协同控制，在低开关频率和低载波比工况下实现环流峰值的精确抑制，这与阳光电源追求的高效率、低损耗设计理念高度契合。特别是在36MVA级别的实验验证，证明了该技术在超大功率场景的可行性，这对我们正在开拓的海上风电、大型储能电站等应用具有直接参考价值。约50%的环流抑制效果意味着可显著降低IGBT等功率器件的电流应力，延长器件寿命，提升系统MTBF指标。
从技术成熟度评估，该方法基于成熟的PWM调制理论，工程实现难度适中，可通过DSP/FPGA控制平台快速部署。但实际应用中需关注几个挑战：一是变频调制对电网谐波特性的影响需深入评估，确保符合并网标准；二是多机并联时的协调控制策略需进一步完善；三是在宽工况范围内的鲁棒性验证。
建议将此技术纳入下一代SG3400/ST系列大功率产品的预研计划，重点评估其在储能双向变流器中的应用潜力，这可能成为提升产品竞争力的差异化技术优势。