一种基于空间矢量调制的矩阵变换器死区补偿方法

矩阵变换器的多步换流在换流的每一步之间插入死区时间，所以在换流过程中，输出电压将发生电压损失和畸变，使输出电流谐波含量增高。该文定量分析了矩阵变换器的换流死区效应，并提出了一种基于空间矢量调制的死区补偿方法，通过对有效空间矢量和零矢量进行校正，达到补偿死区效应的目的，实验证明带死区补偿的空间矢量调制方法是有效的。     

矩阵变换器直接空间矢量调制策略的优化

矩阵变换器直接空间矢量调制策略存在开关频率倍频现象,开关频率提高会加大系统的开关损耗,增加换流过程和窄脉冲出现的几率,引起输出电压非线性畸变,恶化矩阵变换器的运行性能.提出一种空间矢量调制策略的优化方法,对每个功率器件的驱动信号进行优化分配,降低器件的实际开关频率;为了消除换流延时对输出波形的影响,根据输入电压扇区和输出电流对驱动脉冲进行延时补偿;利用3个零矢量调制消除窄脉冲.实验证明,该方法可以较好地改善低调制比时直接空间矢量调制策略的输出性能.     

永磁直驱风力发电系统网侧脉冲宽度调制变换器的闭环控制

永磁直驱风力发电系统通常通过全功率变换器并入电网,为提高并网运行的稳定性,研究三相电压型双脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器矢量控制策略。依据背靠背电压型整流器(voltage source rectifier,VSR)的d-q轴数学模型,结合空间矢量PWM技术,建立永磁直驱风力发电系统的网侧PWM变换器仿真模型;采用前馈解耦方案,实现VSR的有功、无功功率解耦控制,获得基于电网电压定向的电压电流双闭环控制策略;通过选择兼顾系统良好性能要求的控制参数,使得直流母线电压快速稳定,改善电流的谐波畸变率。建立了MATALAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明系统具有良好的动态响应能力,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

三相PWM整流器的死区效应分析及补偿方法

在三相PWM整流器的功率管驱动信号中加入死区时间可防止电压直通,但这会对变换器的电压电流波形产生影响,称之为死区效应。为此,详细描述了死区时间内变换器的工作过程,提出了三相PWM整流器的死区电压效应和电流效应,并分别进行了定量分析。然后结合空间矢量调制策略,引入了死区效应空间矢量的概念,统一并从本质上解释了死区的两种效应。为了克服死区效应的不良影响,提出了两种补偿措施,并详细介绍了利用DSP的数字实现方法,这两种措施均不需要改变硬件电路,也不会增加控制器的复杂度和负担。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和补偿措施的有效性,还指明了进一步研究的方向。     

一种新颖两相调制SVPWM控制策略研究

针对传统空间电压矢量脉宽调制存在的问题,提出一种新颖空间电压矢量脉宽调制方案。在对传统SVPWM方案进行分析的基础上,采用两相调制方法,根据负载功率因数角选取各扇区内的零电压矢量。该策略使电流在过零时及电流最大时桥臂不换流,使得器件开关频率降低了1/3,且在电流过零时,避免了对该相的死区补偿。仿真及实验结果表明该优化SVPWM控制策略能有效改善电流波形,降低开关损耗,消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,且算法简单,易于实现。     

双PWM变换器一体化控制策略

针对双PWM变换器依赖附加协调控制策略解决一体化的问题,研究PWM整流器及逆变器独立控制策略对协调性能的影响,借助瞬时功率中间变量,提出一种不外加其他协调方法的双PWM变换器一体化控制策略。整流器侧建立在离散化数学模型基础上,在固定时间周期内,以满足指标函数最小为原则预测下一时刻电网电流,借助空间矢量调制技术获得整流器期望开关状态。逆变器侧采用基于空间矢量调制技术的直接转矩控制。理论分析表明,由负载参数变化直接引起的直流母线电压波动通过电压环调节以瞬时功率形式作用于整流器电网电流预测环节。仿真和实验结果表明,双PWM变换器能快速响应负载变化情况并恢复稳态,对负载及系统参数扰动具有鲁棒性,验证了所提策略的有效性。     

矩阵式电力变换器的控制策略综述

对矩阵式电力变换器的几种控制策略进行了比较，分析了直接变换法、间接变换法和滞环电流跟踪法的基本原理和电压传输比。把矩阵变换器等效成一个虚拟的整流器和一个虚拟的逆变器，以虚拟逆变器为例，介绍了电压空间矢量脉宽调制(VSVPWM)技术的控制策略，并进一步探讨了实现这些控制策略的安全换流问题、开关损耗问题和谐波抑制问题。     

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.     

三电平直接矩阵变换器的SVPWAM策略

三电平直接矩阵变换器(TLDMC)与常规矩阵变换器(MC)相比,能够大幅降低输出波形总谐波畸变率和开关应力;与现有的多电平交-直-交型变换器相比,其在减少开关数量和降低开关损耗方面更具优势。提出了针对TLDMC的空间矢量脉宽幅值调制(SVPWAM)策略,该策略通过消除每个扇区的零矢量,能够降低开关频率,并提高电压利用率。根据TLDMC的拓扑,论证TLDMC的间接调制模型;针对TLDMC的调制,将虚拟整流器由零矢量调制改进为SVPWAM,虚拟逆变器采用虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性。     

基于IMC多机传动系统的控制策略研究

针对传统交直交变换器多机传动系统中间直流环节存在大电感或大电容而使其体积大,笨重等的问题,采用了一种新颖的基于间接矩阵变换器IMC的多机传动系统电路拓扑。其结构紧凑,体积小,重量轻;整流级采用两段式PWM调制策略,可获得单位功率因数的正弦输入电流,多个逆变级均采用空间矢量调制,实现各个逆变级的独立控制,获得不同频率和幅值的正弦电压。在这种调制策略的基础上,分析了零矢量重叠PWM分布方式对输入输出性能的影响,它可以实现整流级电路的零电流换流,减少了逆变级的开关次数,极大地降低了开关损耗,提高了变换器的效率。仿真结果表明:采用零矢量重叠的调制策略可以减少输出电压电流的谐波含量,能够有效改善传动系统的动态和稳态性能。     

级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.     

矩阵变换器两种调制策略的比较与分析

对矩阵变换器的两种调制策略进行了分析比较,证明了两者占空比之间的相等关系,指出双电压调制法只是零矢量中置空间矢量调制法调换导通次序的另一种形式。两种调制法均能实现在输入电压不平衡时的控制,且占空比计算都较为简单,但是采用空间矢量调制法可以完全消除窄脉冲,且能够较为方便地进行电压补偿操作。分析了两种方法对开关损耗的影响。由于空间矢量调制法为了消除窄脉冲、提高输出波形质量,在换流时的输出电压在大压差之间反复变化,造成了开关损耗大大上升,而双电压调制法在选通输入电压时均是按电压高低依次排列,因此双电压调制法的开关损耗较小。故在选择消除窄脉冲和降低开关损耗之间,必须折衷考虑具体选择哪种调制顺序,也可以交替使用,兼有两者的优点。     

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。     

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck-Boost变换器相比,四开关Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck-Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用,提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元,此两单元分别采用后沿调制和前沿调制,并且在Buck-Boost工作模式时,开关频率由Buck以及Boost模式的200 kHz降到40 kHz,以提高变换器的效率。实验室制作了一台48 V(33~75 V)输入48 V/6.25 A的样机,对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。     

基于改进SPWM控制的新型单级BUCK-BOOST逆变器

提出了一种新型的单级串联谐振型Buck-Boost逆变器，它能在一个功率级内产生峰值高于或低于输入直流电压的正弦交流电压。文中详细分析了所提逆变器的工作原理，并利用状态空间平均法建立了系统数学模型。基于断续导电模式，所提逆变器拓扑利用串联谐振单元实现所有开关的零电流开通和辅助开关的零电流关断，减小了开关损耗，提高了系统效率。为了改善逆变器的输出特性，提出一种改进的SPWM控制方法，该方法采用带直流偏置的正弦调制波，消除了线性近似法所导致的输出电压波形过零点附近的畸变。通过一台1kW原理样机的实验结果，验证了该变换器的优点和改进SPWM控制方法的有效性。     

基于阶梯波与瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器

针对传统光伏并网系统结构存在的问题,提出了一种新的阶梯波与电流瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器方案。该方案一部分级联单元采取梯形波控制,一部分级联单元采取带电流瞬时值反馈的倍频正弦脉冲宽度调制,2个部分串联叠加形成输出电压。逆变器输出电压的谐波分析表明:调节正弦脉冲宽度调制波的移相角可以调节输出电压幅值和功率因数;逆变器输出电压低频谐波主要由阶梯波引起,为输出滤波器的设计提供了理论依据。对阶梯波调制逆变器的触发角提出了一种简易算法,该算法适用于电压级差不等模式且可实现触发角在线计算。实验结果表明,该方案结构简单,可靠性高,能有效降低开关损耗。     

PDM Control Method for a Matrix Converter Converting Several‐Hundred‐kHz Single‐Phase Input to Commercial Frequency Three‐Phase Output

This paper discusses pulse density modulation (PDM) control methods for a single‐phase to three‐phase matrix converter (MC) in high‐frequency applications. The proposed circuit is used as an interface converter for a wireless power transfer system. This converter can input a frequency of several hundred kilohertz and output a low frequency, that is, 50 Hz or 60 Hz, for a commercial power grid. The proposed circuit implements zero voltage switching (ZVS) operation by using PDM control methods and obtains high efficiency. In this paper, two PDM control strategies are compared: delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on space vector modulation (SVM), which is proposed here. Also, the experimental results obtained with the proposed system will be presented and discussed. The total harmonic distortions (THDs) of the output voltage with delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on SVM are found to be 5.96% and 2.15%, respectively. In addition, the maximum efficiencies with delta–sigma conversion and the PDM control based on SVM are 93.4% and 97.3%, respectively. From the results, the validity of the PDM control based on SVM has been confirmed for improvement of the output waveforms and reduction of the switching loss.     

应用于混合动力变换器中的新型变频控制方法

针对混合动力车载变换器中由于电感量较小，而导致功率器件工作频率较高，从而引起开关损耗过大的问题，该文提出了一种新颖的变频控制方法。该方法根据DC/DC变换器输出电压的变化相应地调整开关管的工作频率，有效地减少了在整个电压输出范围内的开关损耗，避免功率模块局部过热。同时，针对额定电流输出时开关损耗应力较大的问题，提出了电感电流恒脉动的变频控制方法。以此保证在整个输出电压范围内电流峰值恒定，从而在提高电感利用率的同时减少了开关损耗。另外，当输出电流小于额定电流时，提出了一种损耗最小化的变频控制方案。实验表明，采用变频控制方法在减少电感体积的同时，并没有使功率开关的损耗明显增加，从而合理地解决了散热问题。该控制策略可以用于混合动力车载变换器中。     

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。