← 返回
控制与算法 模型预测控制MPC ★ 5.0

一种无需权重因子调整的功率因数改进型模型预测转矩控制

A Model Predictive Torque Control With Power Factor Improvement Without Weighting Factor Adjustment

作者 Hongfeng Li · Haobo Xu · Haotian Xie
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年12月
技术分类 控制与算法
技术标签 模型预测控制MPC
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 永磁同步电机 模型预测转矩控制 功率因数 加权因子调节 功率调节系数
语言:

中文摘要

在电机控制系统中,当逆变器容量固定时,功率因数的提高有助于提升电机过载能力,进而提高运行稳定性。本文提出一种无需调整权重因子且可提高功率因数的永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)方法。由于转矩和磁链的预测值与参考值之间的误差可由复功率误差确定,因此在传统MPTC的代价函数中,可用同维度的复功率误差替代磁链误差和转矩误差,从而避免了转矩和磁链权重因子的复杂调整过程。引入功率调节系数 $m$ 旨在提高电机系统的功率因数。当不需要较高功率因数时,$m = 1$;当需要较高功率因数时,$m \neq 1$。通过给出 $m$ 简单的选取原则和合理取值,可在保证良好稳态性能的前提下适当降低无功功率占比,从而提高电机的功率因数。仿真和实验验证了本文所提方法的有效性。

English Abstract

In motor control system, when inverter capacity is fixed, the increase of power factor is conducive to improving the motor overload capacity, thus improving the operation stability. A model predictive torque control (MPTC) of permanent magnet synchronous motor (PMSM) with power factor improvement and no weighting factor adjustment is proposed. Because error between the predictive and reference values of torque and flux linkage can be determined by the complex power error, the complex power error of same dimension can be used to replace the flux linkage error and torque error in the cost function of traditional MPTC. Therefore, the complicated adjustment process of weighting factor between torque and flux linkage is avoided. The introduction of power regulation coefficient m is aimed at improving the power factor of the motor system. When there is no need for a higher power factor, m = 1. When there is a need for higher power factor, m ≠ 1. By giving the easy selection principle and reasonable value of m, the reactive power occupancy can be appropriately reduced under good steady-state performance to improve the power factor of the motor. Simulation and experiments demonstrate the effectiveness of the method proposed in this paper.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的永磁同步电机模型预测转矩控制技术具有重要的应用价值。该技术通过引入复功率误差替代传统成本函数中的转矩和磁链误差,巧妙地规避了权重因子调整这一长期困扰预测控制领域的难题,显著降低了控制算法的调试复杂度。

对于阳光电源的储能变流器(PCS)和光储一体化系统而言,该技术的功率因数改善特性具有直接应用价值。在固定逆变器容量下,提升功率因数意味着可以增强系统的过载能力和运行稳定性,这对于应对电网波动和负载突变场景尤为关键。特别是在工商业储能项目中,更高的功率因数可以降低无功功率占用,提升系统有效容量利用率,直接转化为经济效益。

该技术引入的功率调节系数m提供了灵活的控制策略,可根据实际工况动态调整。这与阳光电源多场景应用需求高度契合:在电动汽车驱动系统中可优化能效表现,在风电变流器中可改善并网质量,在氢能制备的电解槽驱动系统中可提升能量转换效率。

从技术成熟度评估,该方法已完成仿真和实验验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:复功率误差计算的实时性能否满足高频开关需求、参数m的自适应优化机制、以及在宽工况范围内的鲁棒性验证。建议阳光电源研究院可将此技术纳入预研计划,重点探索其在新一代储能PCS和电驱控制器中的集成应用,通过实际工程测试积累数据,推动技术从学术成果向产品竞争力的转化。