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电动汽车驱动
★ 5.0
双逆变器供电绕线转子感应电机驱动:弱磁区域最大转矩运行的电压控制
Double-Inverter-Fed Wound-Rotor Induction-Motor Drive: Voltage Control for Maximum Torque Operation in Flux Weakening Region
| 作者 | Cheshta Jain · Amit Kumar Jain |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 弱磁区域 双逆变器馈电绕线转子感应电机 电压控制方案 PI控制器 直流母线电压变化 |
语言:
中文摘要
本文对双逆变器供电绕线转子感应电动机(DI - WRIM)驱动系统在定子电压 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$(v_{sd}-v_{sq})$</tex-math></inline-formula> 平面内的弱磁区域(FWR)进行了全面分析。通过详细的理论分析,开发了一种在弱磁区域针对最大转矩运行进行优化的电压控制方案。该分析以及系统变量轨迹均在 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$v_{sd}-v_{sq}$</tex-math></inline-formula> 平面内给出。根据 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$v_{sd}$</tex-math></inline-formula> 和 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$v_{sq}$</tex-math></inline-formula> 的值,将弱磁区域划分为 FWR - V 和 FWR - C 两个子区域。此外,所提出的控制方案集成了三个电压比例积分(PI)控制器 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$(v_{s},v_{r},v_{sd})$</tex-math></inline-formula>。进一步地,充分证明了该控制方案在直流母线电压(<inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$V_{dc}$</tex-math></inline-formula>)变化时的鲁棒性。通过对两台定子和转子绕组匝数比不同的 DI - WRIM 进行仿真和实验研究,验证了该控制方案的有效性。
English Abstract
This paper presents a comprehensive analysis of the flux weakening region (FWR) of a Double-Inverter-Fed Wound-Rotor Induction-Motor (DI-WRIM) drive in the stator voltage (v_sd-v_sq) plane. Through detailed theoretical analysis, a voltage control scheme optimized for maximum torque operation in FWR is developed. The analysis, along with system variable trajectories, is presented in the v_sd-v_sq plane. The FWR is segmented into FWR-V and FWR-C based on v_sd and v_sq values. Moreover, the proposed control scheme integrates three voltage Proportional-Integral (PI) controllers (v_s,v_r,v_sd) . Further, the control scheme's resilience during DC link voltage ( V_dc ) variation is thoroughly demonstrated. The efficacy of the control scheme is validated through simulation and experimental studies conducted on two distinct DI-WRIMs with differing stator and rotor winding turns ratios.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项双逆变器馈电绕线转子异步电机(DI-WRIM)驱动技术在弱磁区的电压控制优化研究具有重要的战略参考价值。该技术通过在定子电压平面进行系统性分析,实现弱磁区的最大转矩运行,这与我司在风电变流器和储能系统中对电机驱动效率优化的需求高度契合。
从技术价值层面分析,该研究提出的三PI控制器架构(vs, vr, vsd)为我司大功率变流器产品提供了新的控制策略思路。特别是在风电领域,双馈异步发电机(DFIG)系统与DI-WRIM在拓扑结构上存在相似性,该控制方案在弱磁区的优化算法可直接借鉴应用于我司风电变流器的宽速域运行控制中,提升系统在低风速和超额定风速工况下的能量捕获效率。
对于储能系统业务,该技术展现的直流母线电压波动适应性具有实际意义。储能系统在电网调频调峰应用中常面临母线电压波动问题,研究中验证的Vdc变化鲁棒性控制策略可增强我司储能变流器在复杂电网环境下的稳定性和可靠性。
技术成熟度方面,论文已完成仿真和双样机实验验证,表明该技术已达到原理验证阶段,但距离工业化应用仍需进行长期可靠性测试和成本优化。主要挑战在于双逆变器架构增加了系统复杂度和成本,需评估其性能提升是否能抵消额外投入。
建议我司技术团队重点关注其弱磁控制算法,结合现有FOC和直接转矩控制技术积累,探索在兆瓦级风电变流器和大容量储能PCS产品中的应用可能性,以进一步巩固我司在新能源电力电子领域的技术领先地位。