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带有LC滤波器和长电缆的中压感应电机无传感器控制在油泵应用中的研究
Sensorless Control of Medium Voltage Induction Motor With LC Filter and Long Cable in Oil Pump Applications
| 作者 | Lorenzo Carbone · Mario Marchesoni · Massimiliano Passalacqua · Gianluca Postiglione · Luis Vaccaro · Carlo Vitaloni |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年7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 | 中压感应电机驱动 无传感器控制 电压降补偿 定子电压电流估计 实验测试 |
语言:
中文摘要
本文研究了一种用于海底油泵的中压感应电机驱动系统。在所考虑的应用场景中,逆变器安装在石油平台上,而潜油油泵位于海底,通过一条 20 公里长的电缆供电。此外,平台上逆变器的输出端安装了一个 LC 滤波器。另外,由于所有电机传感器都需要使用水下机器人进行维护,出于可靠性考虑,电机上未安装定子电压、定子电流和转子速度传感器。在本研究中,开发了一种新的无传感器控制方法。所提出的控制方法将电压降补偿和定子电压 - 电流估计集成到基于龙伯格观测器的无传感器控制中。通过在低压电机、6.6 千伏 - 710 千瓦电机和 2.1 兆瓦 - 10.5 千伏电机上进行的实验测试,证明了所提出控制方法的有效性。
English Abstract
A medium voltage induction motor drive for a submarine oil pump is considered in this paper. In the considered application, the inverter is located on the oil platform, whereas the submersible oil pump is located under the sea and it is supplied with a 20-km long cable. Moreover, an LC filter is located at the inverter output on the platform. In addition, since all the motor sensors should be maintained with submarine robots, stator voltage, stator current and rotor speed sensors are not installed on the motor for reliability reasons. In this study, a new sensorless control is developed. The proposed control integrates a voltage drop compensation and a stator voltage-current estimation into a sensorless control based on a Luenberger Observer. The effectiveness of the proposed control is proved by experimental tests on a low voltage motor, on a 6.6 kV-710 kW motor and on a 2.1 MW-10.5 kV motor.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对中压感应电机无传感器控制技术具有重要的借鉴价值和应用潜力。该技术解决了在极端工况下(20公里长电缆、LC滤波器、水下环境)的电机驱动控制难题,其核心思想与我们在大型光伏电站、海上风电并网以及储能系统中面临的挑战高度契合。
该论文提出的基于Luenberger观测器的无传感器控制方案,结合电压降补偿和状态估计技术,成功实现了从低压到10.5kV/2.1MW级别的跨度验证,展现出较高的技术成熟度。这对阳光电源在以下领域具有直接应用价值:首先,在海上风电和漂浮式光伏项目中,我们同样面临长距离电缆传输、恶劣环境下传感器可靠性低的问题,该技术可显著提升系统免维护能力和可靠性;其次,在大型储能系统的PCS控制中,无传感器技术能够降低系统复杂度和故障点,提升整体经济性;第三,针对偏远地区的光伏水泵、氢能制氢装置等应用场景,该技术可减少现场维护需求。
技术挑战方面,需要关注算法在不同工况下的鲁棒性,特别是在电网波动、温度变化等复杂环境下的适应性。同时,将该技术与阳光电源现有的MPPT算法、并网控制策略进行深度融合,需要开展系统性的研发工作。
机遇在于,随着新能源装机向深远海、高海拔等极端环境延伸,无传感器控制技术将成为提升系统可靠性的关键使能技术,建议公司在中压变流器产品线中优先布局相关技术储备。