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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

基于复系数电流控制器的无电解电容IPMSM驱动DC-链路电压稳定化

DC-Link Voltage Stabilization Based on Complex-Coefficient Current Controller for IPMSM Drives Without Electrolytic Capacitors

作者
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1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 无电解电容驱动逆变器 直流母线电压波动 电容功率调节 复系数电流控制器 电流跟踪能力
语言:

中文摘要

无电解电容驱动逆变器采用体积更小的薄膜电容器替代体积较大的电解电容器。由于缺少储能环节,这会导致直流母线电压产生波动。然而,当电压波动时,电机电流难以控制。结果,由于电流失控,电压变得不稳定。此外,电网侧电感与直流母线电容之间存在电压谐振。为提高电压稳定性,有必要通过逆变器控制来抑制电压中的波动分量。本文提出一种电容功率调节(CPR)方法来降低振荡电压。将电容功率误差转换为q轴补偿电流。此外,还提出了复系数电流控制器(CCT),以提高在直流母线电压波动且不足的情况下的电流跟踪能力。与传统电流控制方法相比,所提方法在高频时相位延迟更小。因此,它能够在较宽的频率范围内稳定跟踪参考值。此外,它还可以通过修改电流参考轨迹来提高电流跟踪能力。实验结果验证了所提方法的预期性能。

English Abstract

The electrolytic capacitorless drive inverter uses the smaller film capacitor instead of the larger electrolytic capacitor. Due to the absence of energy storage, it results in the fluctuated dc-link voltage. However, it is difficult to control the motor current when the voltage fluctuates. As a result, the voltage is unstable since the current is out of control. Besides, there exists the voltage resonance between the grid-link inductance and the dc-link capacitor. To improve the voltage stability, it is necessary to suppress the fluctuated component in voltage through the inverter control. In this article, a capacitor power regulation (CPR) method is proposed to reduce the oscillating voltage. The capacitor power error is transformed into the compensated current in q-axis. In addition, the complex-coefficient current controller (CCT) is proposed to improve the current tracking ability under the condition of fluctuated and insufficient dc-link voltage. Compared to the conventional current control method, the proposed method has smaller phase delay when the frequency is high. Therefore, it has the stability to track the reference within a wide frequency range. Moreover, it can improve the current tracking ability by modifying the current reference trajectory. Experimental results confirm the expected performance of the proposed method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无电解电容驱动技术的研究具有重要的参考价值,尤其在我们的储能变流器、光储充一体化系统及电动汽车驱动领域。

该论文提出的复系数电流控制器(CCT)和电容功率调节(CPR)方法,核心解决了用薄膜电容替代电解电容后直流母线电压波动的控制难题。对阳光电源而言,这项技术的价值体现在三个层面:首先,薄膜电容相比电解电容具有更长寿命和更高可靠性,这与我们追求25年以上产品生命周期的战略目标高度契合;其次,在高功率密度储能变流器设计中,减小电容体积可显著提升系统集成度,降低成本;第三,该技术对电网侧电感与直流侧电容谐振的抑制能力,可增强我们光储系统在弱电网环境下的适应性。

从技术成熟度评估,该方法在电机驱动领域已有实验验证,但向光伏储能领域迁移需要考虑应用场景差异。光伏逆变器面临的直流侧电压波动源更复杂,包括光照变化、MPPT扰动和功率突变等。技术挑战主要在于:复系数控制器的实时计算负荷对DSP性能要求较高,需评估现有硬件平台的适配性;宽频域电流跟踪能力虽有优势,但在多机并联场景下的协调控制策略需进一步研究。

建议我们的中央研究院电力电子团队深入跟踪此类去电解电容化技术路线,特别关注其在户用储能逆变器等对体积和寿命敏感的产品线上的应用潜力,这可能成为下一代高可靠性逆变器的重要技术方向。