矩阵变换器空间矢量调制的闭环控制研究

开环控制的矩阵变换器空间矢量调制方法在输入端有随机扰动的情况下,输入电流、输出电压易出现波形畸变和谐波,为此提出输出电压闭环控制方法。对实际输出电压进行实时采样,计算其旋转空间矢量的相位、幅度以及与期望输出电压的空间矢量对应各量的偏差,将两者的相位偏差和幅度偏差作为负反馈量,加到下一个采样周期中以修正开关调制矩阵函数,从而实现系统的闭环控制。给出了算法的具体实现方法,仿真验证了算法的正确性和有效性。     

空间矢量调制矩阵变换器闭环控制的研究

该文提出了一种基于空间矢量调制矩阵变换器的闭环控制方法。该方法根据矩阵变换器的实际输出电压与期望输出电压的大小，计算其对应的旋转电压空间矢量间的偏差，并将此偏差作为负反馈加到下一采样周期的开关调制矩阵中，从而实现系统的闭环控制。文中通过理论推导，给出算法的具体实现方法。利用该文提出的闭环控制方法，可保证矩阵变换器的输出电压很好地跟随给定的期望电压，并可有效地抑制矩阵变换器输出电压及输入电流波形的畸变。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

矩阵变换器的滑模变结构闭环控制

为抑制矩阵变换器(matrix converter,MC)输出电压及输入电流波形的畸变,提出一种空间矢量调制滑模变结构闭环控制方法。建立并简化了MC的状态空间模型,以开关规律和受控输出电压为变量设计滑模面。选择空间矢量形式,计算修正后电压空间幅值偏差以及矢量扇区角的幅角偏差,根据MC的实际输出电压和期望输出电压的大小,计算其对应的旋转电压空间矢量间的偏差,将此偏差通过滑模控制器处理后,作为负反馈加到下一采样周期的开关调制矩阵中,实现系统的闭环控制。利用MATLAB/Simulink仿真验证了该控制系统的正确性。     

一种基于输入电流矢量相位的新型间接矩阵变换器空间矢量过调制策略

为进一步提高间接矩阵变换器的电压传输比,本文提出一种调节输入电流矢量相位的空间矢量过调制策略。该策略将矩阵变换器电压传输比提高到1.05,且实现了输出电压基波幅值与参考输出电压无误差。本文首先分析了不同空间矢量调制下的整流级和逆变级输入电流和输出电压矢量,在此基础上,对过调制区进一步划分,增加了过调制Ⅲ区,并将调节输入电流矢量相位作为过调制Ⅲ区的过调制策略;同时利用傅里叶积分准确地分析过调制区输出电压基波幅值与参考输出电压的关系及输入输出低频谐波分量。最后通过实验验证了该过调制策略的有效性和输入、输出的低频谐波特性。     

实际应用中的矩阵变换器空间矢量调制算法及优化调制模式

矩阵变换器在实际应用中会出现非理想状况,空间矢量调制策略算法不恰当会引起输出波形畸变。考虑输入非正常工况和换流时间问题,提出空间矢量调制策略的实现算法和优化的调制模式,以获得宽调节范围、低谐波的输出性能。首先提出一种采用矢量幅值之比实时计算电压调制比的方法,实现矩阵变换器在输入电压正常和非正常工况下均能输出三相正弦对称电压的目的;然后分析7种调制模式在考虑换流时间情况下窄脉冲出现的几率,在此基础上提出优化的调制模式,以解决窄脉冲引起的输出波形畸变问题;最后,设计一套基于数字信号处理器和现场可编程门阵列的控制系统,实现所提算法。实验结果验证了该实用算法的正确性。     

双电压合成矩阵变换器闭环控制的研究

该文提出了一种基于双电压合成矩阵变换器的闭环控制方法。该方法根据矩阵变换器的实际输出电压与期望输出电压的偏差，计算电压的实际占空比与理想占空比的偏差，并将此偏差作为负反馈加到下一采样周期的占空比中，从而实现系统的闭环控制。文中详细阐述了闭环控制系统的基本原理及实现策略。利用该文提出的闭环控制方法，可保证矩阵变换器的输出电压很好地跟随给定的期望电压，并可有效地抑制矩阵变换器输出电压及输入电波形的畸变。仿真结果表明：采用闭环控制，对于抑制因输入电压畸变或器件性能不理想等因素而导致的矩阵变换器输出电压及输出电流波形的畸变，具有明显效果。     

基于高频矩阵变换器的新型开关电源

针对开关电源输入级存在谐波污染、功率因数低、效率低等问题,研究了一种基于高频矩阵变换器的新型开关电源。结合高频矩阵变换器和高频变压器,经二极管全桥整流,输出稳定的直流电压,将3级结构简化为2级结构。采用双极性电流空间矢量调制算法,可保证单位功率因数输入。采用输出电压闭环控制,在输入电压波动、负载变化的情况下均可保证输出电压稳定,显示了其良好的稳定性、动态性以及抗扰性。通过Matlab/Simulink仿真验证了调制和控制策略的正确性。     

非正常输入情况下双级矩阵变换器调制策略的改进

针对常规空间矢量调制法不能抑制非对称、畸变等非正常输入电压对双级矩阵变换器输出所产生的影响,对双级矩阵变换器空间矢量调制策略进行改进,提出一种新的非正常输入电压表示方法以及抗扰分量的概念,通过在整流调制矢量中引入抗扰分量来提高双级矩阵变换器的输出波形质量.本文分析了改进调制策略的原理,利用Matlab/Simulink分别对在常规调制策略和改进调制策略下的双级矩阵变换器(TSMC)输出性能进行了仿真对比,结论表明所提方法不仅能对非正常输入电压引起的输出谐波进行有效抑制,而且简单易实现,从而验证了所提方法的正确性.     

非正常工况下矩阵整流器的前馈模糊补偿控制

在分析了三相输入电压正常工况下矩阵整流器的输入电流空间矢量调制算法后,针对输入电压在非正常工况下将会对输出直流电压波形产生影响的问题,提出一种带前馈模糊补偿控制策略的输入电流空间矢量调制算法,通过检测和实时计算电压矢量的模并与正常值进行比较,采用模糊控制动态调整当前控制周期的调制系数,保证输出电压的稳定。详细介绍了该补偿策略的工作原理,建立仿真模型和研制试验样机,仿真和实验结果验证了补偿控制策略的可行性和有效性。     

基于dsPIC30F的三相电压源型逆变器空间量调制方法

分析了空间矢量调制的原理,得出了相关的算法和结论；详细分析了开环控制方式下,采用dsPIC30F单片机实现三相电压源型逆变器空间矢量调制的方法及其优点,并简要分析了闭环控制的实现途径、主要问题以及相应的解决方法；最后,利用dsPIC30F单片机,针对开环控制方式,实现了三相电压源型逆变器空间矢量调制波形的输出,并给出了...     

A control method to realize sinusoidal input and output current waveforms for matrix converters based on PWM

A matrix converter (MC) is a three‐phase AC‐to‐AC direct converter without any energy storage requirement. It is expected to be a next‐generation converter by reason of possibilities of small size and high efficiency. At present, there are some problems preventing it from being used practically. One of the problems is the distortion in the input current. The control methods proposed so far have not realized sufficient reduction of the input current harmonics compared with conventional PWM rectifiers. As a solution to these problems, many approaches have been proposed. In the present paper, an improved PWM method that can achieve both sinusoidal input and output currents simultaneously is considered. In this method, the MC is treated as a controlled voltage source viewed from the load side. On the other hand, it is treated as a controlled current source viewed from the line side. The proposed control method is based on the mathematical expression of the function of the PWM operation of MC. To improve the input current waveform, two line‐to‐line voltages of the three‐phase line are used to control the output current. The output duty ratio of the two line‐to‐line voltages is utilized to improve the input current waveform without affecting the controllability of the output current. In addition, the compensation of the variations in the line voltage and the output current are introduced. In this way, the proposed method can realize the sinusoidal input and output currents. The effectiveness of the proposed control method is confirmed by some experimental results employing a laboratory prototype. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(1): 66–76, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20242     

电压瞬时跌落时矩阵变换器控制策略优化

为了解决矩阵变换器(MC)输出电压波形受电网电压瞬时跌落影响的问题,提出了一种针对MC的新型前馈补偿控制。主要功能是根据电网电压变化实时改变调制系数m补偿输出电压波动、减少谐波含量。论文的创新点是在前馈补偿的基础上添加一种电流控制,提高控制精度。最后在输入电压瞬时跌落的情况下,应用Matlab/Simulink软件对MC优化策略进行仿真研究。结果表明该优化策略有效的抑制输出谐波、改善输出电压质量。     

一种提高矩阵变换器电压增益的空间矢量调制法

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器主要的缺点之一是在输入及输出电流为正弦时,输出输入电压传输比限制在0.866。为克服此缺点,在传统的矩阵变换器空间矢量调制方法的基础上,提出了一种提高电压增益的调制策略,进行了详细说明,概念清楚、控制简单,不需要复杂的数学计算。此调制策略没有使用零矢量,较传统方法换流数量减少,输出输入电压传输比提高到0.95以上,但输出电压及输入电流波形出现了一定程度的畸变。通过仿真证实了理论分析,也显示了此调制策略的优缺点。     

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。     

Implementation of Matrix Converter in Wind Energy Conversion System with Modified Control Techniques

Abstract

In this article, different matrix converter (MC) control strategies are comprehensively explained. Further, an ultra-modified space vector modulation (UMSVM) of the MC is proposed. The total harmonic distortion for both output voltage and current is reduced, when the proposed UMSVM technique is applied. Moreover, a modified indirect space vector modulation with feed forward controller (MISVMFC) of the MC is also proposed in order to obtain a fixed output voltage and frequency for different wind speeds. The advantages of the MC are introduced in this article. These advantages include the wide range of the output frequency of MC, which may be greater than the input frequency and the control of both the output voltage magnitude and input displacement factor (IDF). Extensive theoretical and simulation results about conventional and proposed control techniques for the MC are presented. Experimental test bench is constructed and several experimental results are obtained. The experimental results validate the simulation ones.     

基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器的控制策略

分析了基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器输入均压与输出均压之间的关系,研究了一种实现输入均压与输出均压的双环交错控制策略。在保证变换器实现输入均压和输出均压的同时,可以实现输入均压控制与输出电压控制调节相解耦,有利于分别独立设计各个控制器。交错控制技术的引入,使得输出电压纹波得到了减小。最后,通过仿真研究,验证了该控制策略的有效性。     

模糊自适应PID控制在逆变电源中的应用

为提高正弦逆变电源的波形质量和动态响应,在正弦逆变控制中引入模糊自适应PID控制技术。将逆变电源视作一个参考正弦信号的随动系统,建立了单相正弦逆变电源输出滤波单元数学模型,设计了模糊自适应PID控制器。利用Matlab/simulink仿真软件进行了仿真研究,结果表明,正弦逆变器逆变输出稳定、波形畸变小、对非线性负载有较好的适应性。     

碱金属热电转换器功率调节系统研究

针对碱金属热电转换器(AMTEC)的伏安特性,设计了DC/DC和DC/AC两级变换的功率调节系统.功率调节系统采用高频变压器隔离,避免了工频变压器产生的一系列问题.DC/DC变换器采用移相ZVS(零电压开关)PWM全桥变换和电压闭环控制,把AMTEC在较宽范围变动的输出电压变成稳定的直流电压.逆变器控制采用优化的特定消谐PWM技术,以滤波后总谐波含量(THD)为目标函数,计算预定开关角度.整个系统具有电压输入范围宽、转换效率高、输出波形THD低等优点.     

A robust current control method with disturbance observer for matrix converter under abnormal input voltage

This paper presents a robust current control method with a disturbance observer for a matrix converter (MC) under an abnormal input voltage. The MC can directly convert power from an input alternating current (AC) source to a load without any direct current (DC) link. Since the MC has no reactive elements, the imbalance and distortion of the input voltage immediately influence the load. Therefore, a high‐performance current control of the load is impossible in this condition. In this letter, we propose a robust current control method for the MC under an abnormal input voltage. Adapting the disturbance observer to a load current control, current control is possible without the influence of the imbalance and distortion of the input voltage and of a fluctuation of a load paramerter, a resistance, an inductance and so on. This current control is robust under these conditions. The proposed method is effective for the application of a high‐performance AC motor drive employing vector control because it is necessary for the proposed method to coordinate with a reference frame. The validity of the proposed method is confirmed by simulation results. © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.