矩阵式变换器驱动异步电机调速系统抑制输入电压扰动的研究

详细分析了输入侧电压扰动(包括瞬时电压跌落、三相不平衡等)对矩阵式变换器驱动异步电机调速系统性能的影响,包括电机电压波动和电机转速跌落.提出了一种抑制输入电压扰动的控制策略,采用空间矢量过调制技术,扩大了系统的运行范围.仿真分析和实验结果表明,提出的抑制输入电压扰动的控制策略在输入电压跌落和不平衡两种情况下,均可有效地补偿矩阵式变换器输出电压,维持电机转速的恒定.从而增强了系统的抗扰动能力,提高了系统的稳定性和适应性.     

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.     

一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究

针对航空电源高可靠性和高功率密度的要求,本文提出了一种新颖组合变换器.该组合变换器以双管正激变换器为基本构成单元,具有输入端自然均流、高频变压器一次侧无桥臂直通现象、输入输出电压增益高、高频变压器二次侧输出续流二极管电压应力低、以及控制上保证输入端交错并联而输入和输出滤波器体积小等优点.本文对新颖组合变换器进行分析和仿真,表明该变换器适合应用于输入中高电压、输出高电压和大电流场合;最后成功应用于某型号航空电源,各项技术指标均达到设计要求.     

组合式交流变换器研究

输入串联、输出并联变换器,能降低变压器输入侧开关管的电压应力和输出侧开关管的电流应力,适用于高输入电压、低输出电压电能变换场合.基于模块化思想,提出了一种输入串联、输出并联组合式电流源高频环节交流变换器,研究了其工作原理和控制策略,此控制策略实现了该变换器的均压均流控制.通过样机实验验证了输入串联、输出并联电流源高频环...     

矩阵式单相电源调压技术

提出了一种矩阵式单相电源调压技术，并分析了其工作原理，给出了一种安全的换流策略，仿真结果表明这种变换器输出电压在宽范围内连续可调，而且具有高正弦度的输入电流波形。     

采用矩阵式变换器的双馈变速风力发电系统

根据变速风力发电原理,结合矩阵式变换器和直接转矩控制的优点,建立了基于矩阵式变换器的双馈异步发电机直接转矩控制系统。为实现矩阵式变换器输入侧功率因数为1,并使输入电流和输出电压呈现正弦波,以电磁转矩、转子磁链、矩阵式变换器输入侧电压和电流相位角的正弦值的平均值为控制量,得到矩阵式变换器的开关选择表和直接转矩控制算法。仿真结果表明,系统具有良好的调速性能,在高低速情况下都能跟随风速变化,迅速调节双馈异步发电机转速;转子磁链观测准确,能够跟随给定值;系统方案正确有效,具有较强的鲁棒性。     

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。     

无电解电容AC/DC LED驱动电源中减小输出电流脉动的前馈控制策略

高可靠性、高效率、高功率因数、低成本的LED驱动电源是保证发光二极管(light emitting diode,LED)发光品质和性能的关键。一种无频闪无电解电容AC/DC LED驱动电源已经被提出,它包括一个无电解电容的功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器和一个在其输出端并联的双向变换器,式中双向变换器是用来吸收 PFC 变换器输出电流中的低频交流脉动电流,以达到消除LED照明频闪的目的。为了减小双向变换器输出侧的储能电容,储能电容设计为含有较大电压纹波的形式。该文在此基础上,分析双向变换器输出侧储能电容电压大纹波致使双向变换器的占空比中存在相应的谐波成分,其电流内环无法提供这些成分,只能通过增大双向变换器输入电流的跟踪稳态误差来满足这些谐波的需求,最终引起LED驱动电流畸变,会引发频闪问题。为了提高双向变换器输入电流对两倍输入频率交流电流吸收的准确性,减小LED驱动电流脉动,对双向变换器进行稳态分析,提出一种基于电流基准的前馈控制策略,实验结果验证了此方法的正确性。     

矩阵式变换器驱动异步电机调速系统的非线性自抗扰控制

相对于传统的脉宽调制(PWM)型变频器,矩阵式变换器驱动异步电机调速系统具有一系列优势,如不需要直流储能元件,高输入功率因数和能量双向流通能力.但是,由于矩阵式变换器的直接变换特性,异步电机系统的调速性能易受到矩阵式变换器输入侧电压扰动的影响.本文将一种具有良好鲁棒性的非线性自抗扰控制器(ADRC)应用于矩阵式变换器驱动异步电机调速系统,设计了控制器的结构和参数,用其代替了传统的比例-积分(PI)调节器.在调速系统中,非线性自抗扰控制器对由外部扰动和模型不确定性引起的内部扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,采用上述非线性控制器提高了调速系统在矩阵式变换器输入电压非正常工况下的抗干扰能力,并改善了异步电机的动态调速性能.     

DFIG风电机组网侧变换器的复开关表直接功率控制

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求.在分析网侧变换器数学模型和DPC原理的基础上,提出了一种基于复开关表的DPC新策略.该策略可根据变换器的交流输入电压、瞬时功率等工作状态,提供细化的开关表以供选择,从而在保留传统DPC结构简单特点的同时,获得了高精度的控制效果.仿真和实验结果表明,该控制策略在电网发生对称性过电压、电压跌落和不对称性故障时,均能保持三相输入电流的平衡、稳定,用于DFIG风电机组交流励磁变频电源的控制中能提高电网故障下风电系统的穿越运行能力,并减少脉宽调制变换器产生的电力谐波污染.     

输入不对称条件下矩阵变换器调制策略的实现

交-交矩阵变换器以其单位输入功率因数和良好的正弦输入电流和输出电压等优点,被誉为"绿色"变换器.它可消除目前多样性负载给电网带来的严重谐波污染和低功率因数等负面影响,在电力电子领域蕴藏着良好的应用前景.针对可能出现的输入电压小对称情况,改进了双空间矢量调制策略,有效抑制了因输入电压不对称而引起的输出电压谐波,得到了对称的三相输出电压.为验证改进方法的正确性,利用数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)和复杂可编程逻辑器(Complex Programmable Logic Device,简称CPLD)泽码电路作为控制器,制作了原理样机,并对改进策略进行了实验验证,给出了实验波形.     

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.     

Synchronous control of indirect matrix converter for three-phase power conditioner

This paper describes an average model of indirect matrix converter (IMC) with an output LC filter in stationary and rotating reference frames. The developed model is non-linear and should be linearized in order to design linear controllers. Transient performance of the IMC is compared with that of conventional inverter in classic AC/DC/AC system. In order to make the IMC applicable for power conditioner applications a synchronous controller is designed. A power conditioner acts in one or more ways to deliver a voltage of the proper level and characteristics to enable load equipment to function properly. In order to afford the power conditioner requirements the controller has two segments. One segment controls the IMC with balanced input supply voltage and the other controls the system with unbalanced input supply voltage. The system can provide balanced output voltages with slight distortion of line side currents. Theory analyses, the model validation and simulation results are presented to verify the effectiveness of this control method.     

三相四线UPQC系统的串联变流器控制策略

研究了三相四线统一电能质量调节器（UPQC）系统的串联变流器控制策略,该策略将串联变流器控制为正弦电流源,通过在静止ABC坐标系下对串联变流器三相输入电流分别进行独立控制,实现了电网输入电压非正弦、不平衡条件下的三相输入电流的基本平衡与正弦,且直流母线 2组电容电压稳定平衡。实验结果表明该控制策略是有效的,为三相四线UPQC系统对电网侧电能质量的改善及其并联变流器的正常运行提供了可靠的保障。     

矩阵变换器的输入电流控制策略

根据有功功率平衡原理推导出不平衡输入电压下表征矩阵变换器输入电流特性的通用方程,分析表明矩阵变换器的输入电流特性只能通过对输出功率及输入电流偏置角的控制来调节.根据矩阵变换器输入电流特性方程及输入电流控制目标得到3种典型输入电流控制策略.在输出电压平衡正弦的情况下:使矩阵变换器的输入电流矢量与输入电压矢量保持固定的功率因数角(策略1),可得到不平衡且非正弦的输入电流男;使输入电流矢量跟踪输入电压正序分量与负序分量之差的方向(策略2),可得到不平衡但正弦的输入电流;输出电压矢量幅值变化并使输入电流矢量与输入电压正序分量保持固定的功率因数角(策略3),可得到平衡正弦的输入电流,但输出电压不平衡且非正弦.其中,策略1的输入功率因数及输出电压控制能力最强,但输入电流波形质量最差;策略2的输入电流波形质量较好,但输入功率因数和输出电压控制能力有限;策略3得到的输入电流波形质量最好,但输出电压特性最差.通过仿真及实验验证了理论分析的正确性.     

基于分数阶滑模控制的直接矩阵变换器控制策略研究

直接矩阵变换器是一个无中间直流环节的AC-AC变换器,但是它和传统的间接矩阵变换器一样,在电网电压不平衡时其输出性能会下降。针对这一问题,提出了一种分数阶滑模控制以改善矩阵变换器的输出性能。首先,分析了矩阵变换器的拓扑结构和数学模型,得到了不平衡电网下的输出功率,并且根据输出功率表达式设计对应的输出补偿。其次,结合控制目标和直接矩阵变换器的数学模型设计出应用于不平衡电网的分数阶滑模控制器。所设计的控制器旨在实现恒定的有功功率,同时以单位功率因数输入。接着,结合输出补偿使输出的有功功率无脉动,同时无功功率能够跟踪参考信号。最后,在Matlab/Simulink和RT-LAB实验平台建立对应模型,验证该算法的有效性。实验结果表明,分数阶滑模控制在控制性能上要明显优于传统PI控制。     

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     

矩阵变换器在非对称输入情况下输出电压波形的改善

在非对称输入电压情况下,对基于双空间矢量调制的矩阵变换器的输出电压波形进行了分析。提出了利用时变调制比改善输出电压波形的方法,在牺牲一定增益和增加少量计算时间的前提下,用可获得对称的输出电压。     

Power Quality Improvement in Three-phase Telecommunication Power Supply System

This article proposes power quality improvement in a three-phase AC mains-fed telecommunication power supply by using an improved power quality converter. Conventional telecommunication tower power supplies suffer from power quality problems, such as high input current harmonic distortion, low power factor, and voltage distortions at the utility interface. To mitigate these problems, modern AC-DC converters with power factor correction circuits are used at the utility interface. An integrated boost converter is used as a power factor corrector with an isolated DC-DC converter at the load end to form the proposed telecommunication power supply. The power factor correction converter mitigates the harmonic contents of the AC mains current and improves the power factor, whereas the isolated converter provides regulated load voltage and isolation. Voltage control is used for regulating the DC voltage of the isolated converter, while the power factor correction integrated boost converter employs a current control loop to shape input current to sinusoidal in-phase with voltage. The design, modeling, and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the power supply at various AC mains voltages and loads. A prototype of the front-end converter is developed, and recorded test results are presented here to validate the simulated performance.