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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

用于降低空调系统短路电流的主动短路方法

Active Short Circuit Method for Reducing Short-Current in Air Conditioning Systems

作者 Bumun Jung · Wonhee Lee · Jongwon Choi · Yoonjae Kim
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
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 有源短路法 空调系统 开路操作 电机速度估计 制动转矩
语言:

中文摘要

摘要:针对配备压缩机和电压源逆变器(VSI)且采用单个电流传感器的空调系统,本文提出了一种简单的有源短路(ASC)方法。电机停机时的开路运行可能会因高再生能量而导致逆变器故障,因此有源短路方法可作为一种替代方案。然而,直流母线连接单个分流电阻的电压源逆变器在有源短路运行期间无法测量电机相电流,所以在有源短路期间无法保护逆变器和电机免受高短路电流的影响。因此,要将有源短路方法安全应用于低成本逆变器颇具挑战。在本文中,依次采用开路和有源短路方式使电机停机。在开路运行期间,利用电机机械动力学估算电机转速。当估算转速达到预设目标转速时,启动有源短路运行,这样可以产生足够的制动转矩并降低短路电流的幅值。通过模拟和使用量热计室进行的实验结果验证了所提方法的有效性。

English Abstract

A simple active-short-circuit (ASC) method is proposed for air conditioning systems with compressors and voltage source inverters (VSI) using a single current sensor. The open-circuit operation for stopping the motors may cause inverter failure due to high regenerated energy. Thus, the ASC method can be an alternative. However, VSIs with a single shunt-resistor connected to dc-link are not able to measure the motor phase currents during the ASC operation. So, it is impossible to protect inverters and motors against high short-currents during ASC. Consequently, it is challenging to apply ASC safely for a low-cost inverter. In this article, open-circuit and ASC are sequentially applied to stop the motor. The motor speed is estimated using a mechanical motor dynamics during the open-circuit operation. When the estimated speed is equal to the preset target speed, the ASC operation is started. It can produce sufficient brake torque and reduce the magnitude of the short-current. The effectiveness of the proposed method is validated by simulations and experimental results using a calorimeter chamber.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的主动短路(ASC)方法虽然针对空调系统,但其核心技术原理对我司光伏逆变器和储能系统具有重要参考价值。

该技术的核心创新在于解决了单电流传感器VSI在电机制动过程中的保护难题。通过开路运行与ASC顺序组合,利用机械动力学模型估算电机转速,在预设速度点启动ASC操作,既实现了有效制动又限制了短路电流幅值。这种思路与我司光伏逆变器在电网故障时的保护策略存在技术共性——都需要在成本受限(单传感器)条件下实现可靠的过流保护。

**潜在应用价值**体现在三个方面:首先,该方法可应用于我司储能变流器(PCS)的紧急制动场景,特别是在电池系统异常时需要快速切断功率流动;其次,对于配备风机散热的大功率逆变器,该技术可优化风机电机的停机控制,降低再生能量对直流母线的冲击;第三,在光储一体化系统中,类似的无传感器速度估算方法可用于提升系统的故障诊断能力。

**技术挑战**主要在于参数适配性。论文方法依赖精确的电机机械模型,但光伏逆变器面对的是更复杂的电网动态特性,需要重新建立适用的数学模型。此外,该方法在热室实验验证,但我司产品需适应-40℃至70℃的极端环境,算法鲁棒性有待强化。

建议我司研发团队跟踪此类低成本保护技术的演进,特别关注其在宽温域、高功率密度应用场景下的改进方案,为下一代逆变器降本增效提供技术储备。