矩阵变换器双电压控制策略抗干扰性能分析

与传统的交-直-交变换器不同,矩阵变换器没有中间的直流环节,输出侧直接通过双向开关与输入侧相连,因此输出电压对于输入侧电源的扰动非常敏感.分析了矩阵变换器双电压合成控制策略的原理,详细推导了在输入侧电源存在不平衡以及谐波情况下,输出侧仍然为理想正弦波.通过Matlab/Simulink仿真,证明了在输入侧电源存在三相不平衡以及谐波等扰动情况下,输出电流波形仍然为理想的正弦波且电流谐波畸变率没有发生大的变化.仿真和推导表明,矩阵变换器双电压合成策略对电网扰动具有抗干扰能力.     

基于混沌扩频的双级矩阵变换器调制策略的研究

双级矩阵变换器由于具有优良的输入输出性能而受到广泛关注。在对双级矩阵变换器调制策略分析的基础上,将扩频调制策略引入到输出双级矩阵变换器调制策略中来抑制电磁干扰和噪声。将混沌扩频技术用于双级矩阵变换器中,用混沌信号改变固定开关频率。为了不影响整流级的零电流换流,采用整流侧和逆变侧同步扩频策略,降低了开关频率和倍频处的谐波幅值,从而达到降低电磁干扰和噪声的目的,仿真结果证实了混沌扩频调制策略的可行性。     

电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

基于双级矩阵变频器的柔性分频输电系统中的变频换流技术

采用双级矩阵变频器作为倍频设备,改进柔性分频输电系统的变频换流站,将水轮发电机发出分频电力,经升压变压器和输电线路,送入双级矩阵变换器进行交-直-交变换,转变为工频电力,并入电网,或者给交流负载供电。通过分析交-直-交双级矩阵变频器的主电路拓扑结构、双空间矢量调制策略和零电流换流方法等变频换流技术,提出柔性分频输电系统新型变频换流站实现方案,充分利用双级矩阵变换器结构紧凑、能量双向传递、输出频率可控、输入功率因数可调的优点。在Matlab/Simulink环境下的模型仿真结果表明,该方案能明显提高输电系统的传输效率,充分抑制谐波分量以及有效降低系统无功功率,并通过修正逆变级调制系数,可保证在分频电力输入不对称时网侧输出平衡。     

一种应用于高压变频器的新型矩阵变换技术

提出了一种基于单向开关的新型矩阵变换器拓扑方案。变换器采用IGBT器件代替二极管器件实现电压型整流,通过IGBT器件的电流双向流动特性实时地将负载的瞬时无功功率回馈至电网。这省去了大容量的直流母线储能电容,降低了变换器的成本,同时实现4象限运行。本新型矩阵变换技术主要侧重于整流侧IGBT开关控制技术研究和输入侧滤波器设计,通过理论计算和实验验证了此新型矩阵变换技术可替代传统的交-直-交功率单元,在级联多电平的高压变频器上具有应用前景。     

变速恒频无刷双馈风电机组的励磁电源研究

基于同步坐标下的无刷双馈电机的数学模型,研究变速恒频无刷双馈风电机组的矩阵变换器式交流励磁电源,提出了矩阵变换器的SPWM调制策略,并验证了矩阵变换器可以满足无刷双馈风电机组的运行条件.将矩阵变换器与电压型双PWM控制交-直-交变频器从响应速度和谐波含量方面,进行了详细的分析比较.在相同情况下,采用矩阵变换器励磁时,响应速度优于电压型双PWM交-直-交变换器.对矩阵变换器交流励磁变速恒频无刷双馈风电机组进行仿真分析,发电机组输出电流的谐波含量少.     

矩阵变换器双电压合成控制策略抗电网扰动性能分析

矩阵变换器没有中间的直流环节,不同于传统的交-直-交变换器,因此输出侧波形对于输入侧电源的扰动非常敏感。文章分析了矩阵变换器双电压合成控制策略的原理,证明了在输入侧电源存在不平衡以及谐波的情况下,输出侧仍然为理想正弦波,并通过Matlab/Simulink仿真证明了该结论,而且此时电压谐波畸变率几乎没有发生变化。实验表明,矩阵变换器双电压合成控制策略具备自适应能力,对电网扰动具有抗干扰能力。     

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。     

一种新颖的双桥矩阵变换器控制策略

矩阵变换器是一种AC/AC变换器,它具有正弦输入电流、正弦输出电压、能量双向流动及体积小的优点,但存在着控制方法复杂,开关器件和保护元器件太多的问题.近年来提出的双桥矩阵变换器具有矩阵变换器的优点,同时其控制方法更简单,所用开关元件数目更少.论述了双桥矩阵变换器的原理,讨论了变换器的PWM控制策略以及基于线电压符号的换流方法,提出了整流级、逆变级单独控制,整流级开关频率为10kHz、逆变级开关频率为2kHz的新颖双桥矩阵变换器方案,给出了仿真和实验结果.     

双级矩阵变换器输入电压不平衡控制策略

双级矩阵变换器(又称为间接矩阵变换器)是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,但不包含储能的电容或者电感.因此,当输入侧电压不平衡时,输入输出电流波形将直接受到影响,降低了双级矩阵变换器的性能.针对这一问题,本文提出了一种基于瞬时无功理论的补偿方法.在输入电压不平衡情况下,该方法控制输入侧有功为恒定,构造输入电流矢量参考值,并对整流级电路和逆变级电路分别采用空间矢量脉宽调制,从而保证输出性能的稳定.实验结果表明,该方法有效地减小了输入输出电流中的谐波含量,改善了变换器的性能.     

微网蓄电池储能系统滤波及并网控制策略

针对微网中蓄电池储能系统充放电时谐波含量较高情况,在DC/DC与DC/AC变流器之间加入LC滤波器滤除低次谐波,在DC/AC变流器与电网之间加入LCL滤波器抑制高次谐波;并在传统PQ控制基础上以逆变器侧电感电流和网侧电感电流加权值作为内环电流控制信号,降低了解耦分量的纹波含量,减小了储能系统的电压源特性和LCL滤波器阻抗特性对滤波效果和电压波形的影响,提高了控制精度和响应速度;通过隔离变压器调节逆变器输出电压,保证并网电压的稳定。构建仿真模型仿真验证了双层滤波结构和改进控制策略可有效提高蓄电池储能系统的电能质量。     

A PAM control method for a matrix converter based on a virtual AC/DC/AC conversion method

In this paper, a novel control method for a matrix converter is proposed. The proposed method is a PAM (Pulse Amplitude Modulation) control method based on a virtual AC/DC/AC conversion method. Output voltage amplitude is controlled by controlling a virtual DC link voltage with a virtual rectifier. Output frequency is controlled by a virtual inverter. First, the proposed method is explained. Next, the validity of the proposed method is confirmed through simulation and experiment using a 750‐W prototype matrix converter. Moreover, various characteristics of the proposed method and conventional virtual AC/DC/AC method are compared through experiment. As a result of the experiment, it has been understood that total harmonic distortion of output current and common‐mode voltage can be reduced compared with the case of using a conventional virtual AC/DC/AC conversion method. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(4): 88–96, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20601     

并网变流器有限控制集模型预测控制

为了提高带LCL滤波器的并网变流器的控制性能,设计了一种新型的有限控制集模型预测控制(FCSMPC)策略。交直流变流器采用LCL滤波器接入电网时可带来诸多优点,但也存在电网电流谐振,以及控制复杂度增加的问题。新方案通过将主动阻尼算法融合进FCSMPC控制器中可消除电网电流低次谐波,并降低对电网电压失真的敏感度。使用并网变流器实验平台进行新控制策略的稳态和瞬态测试,以及电网电压扰动下的测试。实验结果表明,所开发的新型控制方案能在电网电压失真条件下降低电网电流谐波含量,并具有较好的动态性能和鲁棒性。     

A control method for the matrix converter based on virtual AC/DC/AC conversion using carrier comparison method

This paper proposes a novel control method based on the virtual AC/DC/AC conversion for the matrix converter. The virtual AC/DC/AC conversion method is a very simple strategy to control the input current and the output voltage for the matrix converter. There are two new topics proposed in this paper. First, this paper proposes the minimum switching loss modulation on the virtual rectifier. In our proposed modulation, only two arms switching in the virtual rectifier using DC link current control by the virtual inverter can obtain clean sinusoidal input current. Second, a novel lean controlled carrier modulation on the virtual inverter is proposed. The leans of the triangle carrier are controlled by the duty ratio of the rectifier side pulse. The lean controlled carrier reduces harmonic distortion of the input current by avoiding interference between the rectifier control and the inverter control. These new proposals are confirmed by simulation and experimental results. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 152(3): 65–73, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20144     

基于谐波状态空间理论的LCL型并网逆变器谐波交互及稳定性分析

电网的逐渐电力电子化引发了谐波谐振、系统不稳定。为获得系统详细的谐波交互情况和不稳定模式,针对三相LCL型并网逆变器,首先基于谐波状态空间(HSS)理论建立其双电流环控制下的数学模型;其次深入研究公共连接点处电网背景谐波电压对逆变器直流侧电压和交流侧电流的影响,以及直流侧电压扰动对交流侧的影响;同时推导出谐波交互的耦合系数矩阵,并分析耦合特性;然后在HSS数学模型的基础上,利用阻抗分析法揭示了弱电网情况下逆变器谐波振荡产生的机理;最后将实验、仿真模型结果与数学模型结果进行了对比,验证了数学模型的有效性以及理论分析结果的正确性。     

基于双PWM补偿型单相交流稳压电源的设计

应用PWM整流器代替二极管不可控整流,既减少对电网的谐波污染,又可以实现能量双向流动。电压电流双闭环控制保证了直流侧电压的稳定和交流侧电流对电网电压的跟踪。逆变器采用了固定开关频率的直接电流控制方法中预测电流控制,电流内环采用比例调节,提高了电流响应速度。电压外环采用电压有效值反馈的PI调节,保证对逆变器输出电压的稳定可靠控制。逆变器的输出电压是补偿电压,与稳压电源的输入电压串联叠加得到稳压电源的输出电压。利用Simulink仿真工具,对所设计的电源进行仿真,验证了控制策略的可行性。最后做实验验证了设计结果。     

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

A Novel Power Factor Correction System Based on Sliding Mode Fuzzy Control

In this study, a novel Power Factor Correction System based on Sliding Mode Fuzzy Control is presented. This structure is used as an AC/DC/AC drive system for asynchronous machine. Non-sinusoidal source current of the system is improved to a sinusoidal waveform by the novel Power Factor Correction System controlled by Sliding Mode Fuzzy Controller. Sliding mode control technique (variable structure control) is preferred because of its robustness. Additionally, fuzzy control algorithm is adapted to Sliding Mode Control for eliminating or reducing chattering problem. A DC–DC boost converter is used to provide DC-link voltage to the inverter Three-phase voltages for Space Vector Pulse Width Modulation technique are represented by a voltage space vector in α-β space using the Clarke transformation for two-level voltage source inverter. The harmonic performance of the AC/DC/AC drive system, source side and load side current waveforms, and total harmonic distortion (THD) values are given in figures. Experimental results show the significant improvement in source current with eliminated harmonics and increased power factor from 0.63 to 0.998 value.