矩阵变换器新型SVPWM调制策略的仿真研究

针对矩阵变换器电压传输比偏低的问题,提出了一种优化的间接空间矢量的调制策略(新型SVP-WM).从理论上分析了新型SVPWM调制策略及其提高矩阵变换器电压传输比的性能,建立仿真模型进行仿真实验.理论分析和仿真实验研究均表明:在线性调制范围内新型SVPWM调制策略将电压传输比从传统间接空间矢量的0.866提高到0.955...     

一种基于Boost电路的新型矩阵变换器及其谐波分析

在交-直-交矩阵变换器的中间直流环节上串联-工作在高频脉冲状态下的Boost升压电路,形成了一种基于Boost电路的交-直-交矩阵变换器Boost MC(boost matrix converter).利用其在高频脉冲状态的升压能力,达到提高矩阵变换器的电压传输比的目的.推导了相关的数学模型,讨论了Boost电路的不连续导通(DCM)工作模式,分析了电路拓扑结构,重点讨论了Boost MC的升压原理并对输入电流和输出电压进行了谐波分析.仿真试验结果验证了该方案的有效性和正确性,电压传输比可达到1.0以上,输出电压波形非常接近正弦波,谐波含量增加不多,且主要为开关频率附近的高次谐波.     

基于准Z源直接矩阵变换器的新型空间矢量调制策略研究

由于矩阵变换器的电压利用率较低,严重限制了其在并网变换器等方面的应用,故将准Z源网络引入到矩阵变换器中,并提出新型直通状态插入方式,从而提高了电压利用率和抗干扰能力等。首先,分析准Z源直接矩阵变换器的升压原理;其次,简单介绍了双空间矢量调制方法,然后在采用直通状态代替部分零矢量的传统调制基础上,提出新型直通状态的插入方式,把直通零矢量均分10等份插入到SVPWM调制策略中,降低了稳态状态下Z源网络电容电压和电感电流的波动;最后,搭建准Z源直接矩阵变换器的仿真模型和实验平台,结果验证了这种新型调制策略的正确性和有效性。     

准Z源双输出双级矩阵变换器研究

提出了一种基于准Z源(QZS)双输出(DO)双级矩阵变换器(QZS-DO-TSMC)拓扑及其调制策略。克服了传统DO-TSMC电压传输比低、逆变级需要开关死区和开关器件多等缺点。QZS—DO-TSMC由整流级、准Z源阻抗网络和五桥臂逆变级组成,可同时输出两路独立的三相对称正弦电压。在保证电压传输比的同时能有效降低电容电压应力,抑制启动电流,并且克服常规Z源网络升压模式下输入电流不连续的不足。实验验证了所提拓扑和调制策略的正确性和有效性。     

具有高电压传输比且能抵御非正常输入的Z-源双级矩阵变换器

针对传统矩阵变换器存在电压传输比低和输出性能易受非正常输入影响的两个固有缺陷,提出一种Z-源双级矩阵变换器(Z-source two-stage matrix converter,ZSTSMC)及其调制方法。利用Z-源网络的升压特性以提高电压传输比,通过Z-源网络电容电压闭环对直通因子进行自适应地调节,从而有效抑制非正常输入对输出性能的影响。闭环控制中采用一种非线性PID算法,削弱了Z-源网络表现出的非最小相位特性带来的不良影响,提高了系统动态性能和抗扰能力。仿真和实验验证了该拓扑的可行性和正确性。     

矩阵变换器空间矢量控制策略的改进

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器的主要缺点之一是输出输入电压传输比限制在0.866.在分析传统的矩阵变换器空间矢量调制(SVM)方法的基础上,以提高电压增益为目标,提出了改进的SVM策略.改进的调制策略没有使用零矢量,与传统矩阵变换器SVM策略相比,换流数量减少,输出输入电压传输比提高了约9.8%.通过Matlab仿真分析并搭建dSPACE硬件实时仿真平台对所提控制策略进行了实验研究,实验结果验证了改进的SVM策略的正确性.     

基于光伏发电的改进型Z源逆变器

随着Z源拓扑结构的不断改进,出现了阻抗网络中带有有源开关器件的结构,但其输出电压增益较低且调制范围有限.提出了具有高升压能力的耦合型开关准Z源逆变器,并加入耦合电感来消除输入电流纹波.针对有源开关器件的控制,提出改进型空间矢量脉宽调制(SVPWM)直通调制法,通过调节开关调制数i可以以较小的直通占空比获得更高的输出电压增益.采用Simulink进行仿真实验,结果验证了新型拓扑结构和改进型调制方法的可行性以及电流纹波消除的效果.     

串联型Z源五相双级矩阵变换器研究

五相双级矩阵变换器(TSMC)在多相交流调速系统中应用前景广泛,但电压传输比低。提出一种串联型Z源五相TSMC拓扑,其具有五相TSMC的优点,同时Z源网络的引入克服了五相TSMC电压传输比低的问题。相比于传统并联型Z源网络,串联型Z源网络电容电压应力降低,不存在启动冲击电流,从而减小了系统体积,提高了变换器可靠性。给出了五桥臂逆变级的调制策略及整流级和逆变级的协调控制策略,该调制策略能实现Z源五相TSMC优良的输入输出性能。仿真和实验结果验证了所提拓扑的正确性及其调制策略的有效性。     

Z源型三电平九开关光伏并网逆变器研究

研究了一种Z源型三电平九开关变换器拓扑结构,并将其应用于光伏逆变系统,在改善单极型逆变器对光伏电池输出电压波动适应能力的同时,提高了输出电能质量。在对三电平九开关变换器和Z源升压网络建模分析的基础上,确定主电路拓扑结构。在传统SVPWM调制的基础上,比例压缩原SVPWM脉冲作用时间,将剩余时间用于产生直通脉冲,实现两种驱动信号的交叉调制。以功率控制和升压控制为目标,设计Z源三电平九开关光伏逆变器的控制策略。仿真分析表明:光照强度变化引起光伏电池输出电压波动时,Z源升压网络维持逆变器正常工作;三电平结构使得输出电流谐波总畸变率(THD)低。     

新颖的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变器

提出了一种新颖的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器,并对这种逆变器的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略和低频工作模式、高频开关过程、外特性等稳态原理特性进行了深入研究,获得了重要结论和电压传输比表达式。该电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成,该改进的SVPWM控制策略为大升压比阻抗网络储能电容电压控制和光伏电池最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)外环并网电流内环控制。实验结果验证了采用改进SVPWM控制策略的准Z源逆变器的实际性能。所提出的准Z源逆变器为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的新能源并网发电提供了一种有效方法。     

不平衡负载情况下矩阵变换器的拓扑改进及控制策略

针对3×3矩阵变换器(matrix converter,MC)不能带不平衡负载问题,提出一种新型的3×4MC,新增加的中线桥臂连接到负载中性点。建立其交-直-交的等效模型,并通过在等效模型上对3×4MC带不平衡负载的分析可知,获得三相对称输出电压的关键是对负载中性点电位的控制。继承3×3MC的空间矢量调制(space vector pulse width modu- lation,SVPWM)方法,并根据其调制特点,分析SVPWM与正弦脉宽调制(sinusoida pulse width modulation,SPWM)的内在关系：SVPWM实质上是在三相正弦调制波中注入了零序分量的改进SPWM。对中线桥臂单独采用SPWM方法,控制负载中性点的电压为相应的零序电压,使输出为三相对称电压。采用开关函数法对网侧的输入电流进行谐波分析,得出输入电流中低次谐波的表达式。最后针对所提出的3×4MC用Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证了其可行性。     

基于无速度传感器预测控制DTC系统研究

提出了一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)预测控制方法的无速度传感器直接转矩控制(DTC)系统方案.根据转矩和定子磁链的误差,计算下一个控制周期输出的电压矢量,使该误差趋于零,并采用SVPWM调制方式合成该电压矢量,使开关频率恒定;选择合适的磁链检测方法,并基于模型参考自适应(MRAS)方法实现了无速度传感器的转速检测.在自主设计的变频器样机上实现了该系统方案,得到了较为理想的实验结果,并验证了系统设计方案的可行性.     

三电平ANPC变换器SVPWM优化控制方法

有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平拓扑。在对三电平有源中点钳位型变换器工作状态进行分析的基础上,对各开关管通态损耗和开关损耗进行了研究;提出一种空间矢量的优化控制算法,该算法在维持了空间矢量调制方法的直流电压利用率高及有效控制中点电压平衡等优点的同时,有效控制了每相开关管的损耗分布平衡,防止了热量的过分堆积,并且降低了传统有源中点钳位变换器算法复杂度,减少对温度采样电路数量的要求;最后搭建了三电平有源中点钳位型变换器仿真和实验平台对控制策略的有效性进行了验证。     

两种矩阵变换器的调制策略比较仿真研究

矩阵变换器是实现"绿色"电源变频器最具发展前景的技术方案,研究与开发矩阵变换器具有重要的意义。矩阵变换器可分为常规的单级和双级两种拓扑结构,文章通过仿真来综合比较这两种矩阵变换器的调制策略,即将单级矩阵变换器的开关函数调制策略、SVPWM调制策略与双级矩阵变换器的SVPWM的调制策略进行比较研究,并在双级矩阵变换器的逆变级采用了合理插入零矢量的调制方式。通过Matlab/Simulink仿真软件验证它们的调制策略的可行性,并进行综合比较与分析,证明了双级矩阵变换器具有更好的性能,对矩阵变换器及其调制策略的选取具体一定的参考价值。     

基于新型调制策略的三相-单相矩阵变换器研究

针对三相-单相矩阵变换器系统,提出了一种新型调制策略,即将虚拟整流级的空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)和虚拟逆变级的正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,简称SPWM)相结合进行控制,通过简单的调制合成即可实现输出电压正弦。研制了基于四步半软换流策略的1 kW三相-单相矩阵变换器实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和正确性。     

基于改进SVPWM策略的双直流端口整流器功率分配方法

研究了一种三相三端口AC-DC变换器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略及功率分配方法,可用作独立新能源供电系统中的接口变换器。该变换器通过蓄电池与新能源装置的协调配合,可以平衡新能源装置固有的功率波动。变换器拓扑形式与传统T形三电平AC-DC变换器类似,分离出直流侧的一个分压电容作为蓄电池端口,交流侧与直流输出、蓄电池端口之间均为单级功率变换。沿用传统SVPWM策略,分析得到不对称三电平工况下的改进型SVPWM策略。通过分析开关矢量对应的功率流向,说明调节矢量作用时间可以实现2个直流端口的功率分配,并得到功率分配的闭环控制方式。对变换器的功率调节范围、电感电流纹波、功率密度等特性进行了详细分析。仿真结果验证了理论分析的正确性和变换器在效率方面的优势。     

模块化多电平变频驱动系统的转矩脉动最小化控制

应用基于两电平变频器的传统感应电机驱动系统存在输出转矩脉动较大的问题。针对这个问题,设计了一种模块化多电平变频器驱动的多极感应电机转矩脉动最小化控制方案。基于多极感应电机设计了其多电平驱动变频器拓扑,并采用了一种单极性的载波移相空间矢量脉宽调制技术进行控制。通过脉冲序列生成分析和计算,系统的低次输出谐波都达到了开关频率的四倍频以上,进而有效降低了转矩脉动。基于模块化多电平变频器的多级感应电机驱动试验平台进行了对比试验研究,试验结果验证了在新型控制策略下的有效性,电机转矩脉动得到了明显改善。     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

基于SVPWM扇区号的三相变流器开路故障诊断

功率变流器是风力发电系统中电能变换传输的重要部件,其开路故障会造成风力发电系统非计划停机,因此对功率变流器开路故障的及时诊断尤为重要。文中分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)在功率开关管发生开路故障前后其扇区受影响状况,以及基本电压空间矢量的变化。根据功率开关管故障前后SVPWM调制时扇区号的对比,提出一种能够对功率开关管开路故障进行判断以及定位的方法。相比于已有的诊断方法,该方法能够实现单管以及双管开路故障诊断,只需采集SVPWM调制时的扇区号单一变量,不需要增加额外的硬件设备,数据存储要求低,计算量小,易于实现。最后通过仿真及实验验证了该开路故障诊断方法的有效性与可行性。