改善矩阵变换器低电压输出性能的研究

提出了一种改善矩阵变换器低电压输出性能的控制策略.与传统的双电压合成调制策略相比,在一个采样周期内,其参考输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压脉冲形成,大大减少了低电压输出时窄脉冲的数量,从而使因PWM脉宽小于开关换流所需时间引起的电压误差减少,输出电压、输入电流的谐波大为减少,改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真验证了该控制策略的正确性.     

一种改进的矩阵变换器双电压合成控制策略

在低电压输出时,传统双电压合成控制策略将产生大量窄脉冲,从而引起换流失败及输出波形畸变.针对这种情况,在分析传统的矩阵变换器双电压合成控制策略的特点及窄脉冲引起的换流失败机理后,提出了一种改进的双电压合成控制策略.采用在一个采样周期内,期望输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压合成策略,在低电压输出时窄脉冲的数量大约减少80%.改进策略减少了因PWM脉宽小于开关换流所需时间而弓I起的电压误差,使输出电压和输入电流的谐波减少,进而改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真和实验验证了所提出的矩阵变换器改进双电压合成控制的正确性和有效性.     

三相-两相矩阵变换器的双电压合成策略

基于三相-两相矩阵变换器的4端输出拓扑,提出了双电压合成调制策略.该方法利用输入线电压瞬时值进行调制,将输入电压中绝对值最大的相电压作为基准电压,根据输出电压的正负,将输出回路的一端与基准电压相连,另一端相连的3个开关进行PWM调制来获得期望的输出电压和正弦的输入电流.输入功率因数为1时,能获得的最大电压传输比是1.5.进行了Simulink仿真和基于dSPACE平台的实验,结果验证了该策略的正确性和有效性.     

不平衡输入3-1矩阵变换器输入电流谐波抑制研究与实现

针对输入电压不平衡条件下三相-单相矩阵变换器的双空间矢量控制策略进行了研究。为补偿三相-单相矩阵变换器输出的脉动功率,推导了采用单电感进行功率解耦的调制函数,在分析不平衡输入电压下三相-单相矩阵变换器的输入电流谐波的基础上,推导了将输入电压正序分量作为输入电流参考矢量下输入电流解析式,对比分析了与传统控制方式之间电流谐波的优化关系,提出正序电压作为输入电流参考矢量并采用动态调制比进行输出相与解耦相调制的控制策略,构建了实现该控制策略的系统模型并进行了系统仿真验证。在此基础上搭建了实验样机,仿真及样机实验结果表明该控制策略在维持输出电压稳定性的同时显著降低了输入电流谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的可行性。     

多模块矩阵变换器改进型线电压合成闭环控制策略研究

针对常规三相-三相矩阵变换器电压传输率低的缺陷,文章研究了一种多模块矩阵变换器拓扑结构,详细介绍了线电压合成调制策略的实现过程,给出输入侧与输出侧扇区划分方式、占空比表达式,提出以输出调制系数作为控制对象的闭环控制策略。在闭环控制中因输入无阻尼LC滤波器引起输入电流谐振进而影响输入性能的问题,在上述线电压合成闭环控制策略基础上,改进了原有采用高通滤波器提取高频谐波量的谐振抑制方法,提出了通过简单的数学计算将输出负载电流dq轴分量中的高频谐波量反馈到闭环控制中,实现了多模块矩阵变换器输入谐振的有效抑制。最后,建立仿真模型,采用Matlab有效抑制输入谐振,同时具有良好的动态与静态性能。     

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.     

矩阵变换器电流控制策略

分析了传统矩阵变换器空间矢量调制策略,提出一种新型的矩阵变换器电流控制策略.该控制策略在虚拟整流部分,通过适当选取输入电压可实现高输入功率因数控制;在虚拟逆变部分,在一个采样周期内通过对输出电流进行基于规则的滞环跟踪控制及对虚拟逆变器的合适矢量选择,确保输出电流的误差在一个小的滞环宽度内.新型电流控制策略相比传统的基本滞环控制,减少了输入电流的谐波,改善了矩阵变换器的输入、输出性能.通过Matlab软件仿真分析并搭建Dspace硬件实时仿真平台对所提控制策略进行了实验研究,仿真及实验结果验证了新型电流控制策略的正确性.     

矩阵变换器空间矢量仿真研究

以矩阵变换器为研究对象,将矩阵变换器转换成虚拟的交一直一交结构,将成熟的双PWM调制算法运用到矩阵变换器,在虚拟整流侧进行输入相电流矢量调制,虚拟逆变侧进行输出线电压矢量调制,采用零矢量插在开关组合序列中间的脉冲输出模式。仿真结果验证了该脉冲输出的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

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。     

基于输出侧电流加权合成反馈的三相-两相矩阵变换器控制策略

以实现三相-两相矩阵变换器(3-2 MC)输入电流正弦化控制为目标,推导了在该目标下两相输出电压调制波函数表达式。针对三端输出3-2 MC拓扑结构下扇区划分数量较多的问题,提出了对原有扇区划分的简化方法。基于该扇区划分原则改进了原有空间矢量调制策略,推导了占空比表达式,给出了该调制策略下的开关函数矩阵,详细分析了系统最大电压利用率。为获得良好的动态响应性能,通过建立dq坐标轴下3-2 MC的信号模型,提出了基于输出侧电流加权合成反馈的双闭环控制策略。通过实验验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

Line-to-line Voltage Space Vector Modulation for Neutral-point Clamped Multi-level Converter with DC-link Capacitor Voltage Balancing Using Redundant Vectors

This article presents space vector modulation of line-to-line voltage for the three-phase neutral-point clamped n-level converter with DC-link capacitor voltage balancing using redundant vectors. The developed modulation strategy is based on an equivalent matrix structure of the neutral-point clamped n-level converter. The relation between the 3 × (n – 1) switching functions of the matrix converter and gate signals of transistors of the neutral-point clamped n-level converter is given. A line-to-line space vector modulation strategy for a matrix inverter is used to obtain the switching function. For one switching function, there is more than one combination to produce each output voltage. Thus, redundancies of different switch configurations for generation of intermediate voltages are used to limit the deviation of capacitor voltages. The gate signals of the neutral-point clamped n-level converter can be calculated by inversing the modeling parts. Here, line-to-line voltage space vector modulation for a neutral-point clamped n-level converter is designed without using a Parks transform. Moreover, n × (n – 1) redundant vectors are used for DC bus voltage balancing. To highlight the performances of the developed modulation strategy, simulation results are given for five- and seven-level neutral-point clamped converters. Experimental results are given for a neutral-point clamped three-level converter.     

矩阵变换器改进的双电压控制策略

针对矩阵变换器双电压控制策略中开关状态转换过程复杂、软件实现困难的问题,提出了一种改进的控制策略。将输入、输出电压各划分为12个区间,并根据一定原则对三相输入、输出电压进行变量定义。输入、输出电压区间的组合情况被分成4种进行讨论,在每一种情况下,占空比的表达式是统一的。详细推导并分析了这4种情况下各个占空比的大小关系,归纳总结成2种情况,具有固定的大小关系。根据各个占空比的大小,考虑开关状态的转换,绘制出了2种情况的PWM顺序图,简化了双电压控制策略的实现,并且使得开关状态的转换次数最少。研制了实验原理样机,用实验验证了改进控制策略的正确性和可行性。     

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.     

双电压合成策略矩阵变换器开关模式的研究

矩阵变换器作为一种新型变频变压控制方案,其三相输出通过双向功率开关与任一输入相直接相连.通过一定的调制策略来控制这9个双向开关,从而得到期望频率和幅值的输出电压.调制策略的好坏直接影响矩阵变换器的输入输出特性,而开关模式的选取是调制策略的关键.在分析双电压合成策略的基础上,讨论了不同的开关模式对开关损耗、输入、输出特性以及双向开关换流可靠性的影响,并得出两边对称模式是一种优良的开关模式的结论.最后通过仿真和实验验证了结论的正确性.     

矩阵变换器双电压简化控制策略

针对矩阵变换器双电压控制策略的简化进行了深入研究,将占空比系数的合成进行规律化,总结出占空比系数的一般表达式,该表达式适用于所有输入、输出相区组合。在分析原点开关的基础上,提出一个表示输入电压极值相正负极性的中间变量,制定输出新区新的划分原则,使新输出相区数目仅是传统输出相区数目的一半,并给出在新相区下占空比系数表达式变量的选择依据。简化控制策略无需进行复杂的输入、输出相区组合。搭建原理样机,用实验验证了简化控制策略的正确性与可行性。     

适用于风力发电矩阵式变换器的改进双电压控制策略

矩阵式变换器是风力发电系统中的一种新型电力变换器。在研究矩阵式变换器的双电压控制策略的基础上,以方便、可靠地实现控制策略为目标,提出了双电压控制策略的改进方法。改进的双电压控制策略简化了开关组合,并推导出统一的占空比计算公式,从而减少了系统计算量,方便了编程实现,提高了程序的效率和实时性。在MATLAB/Simulink仿真研究的基础上,研制了矩阵式变换器样机进行实验研究,仿真及实验结果验证了改进后控制策略的可行性和优越性。     

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。     

抑制三电平矩阵变换器共模电压调制策略

与传统AC-DC-AC功率变换器相比,矩阵变换器作为一个通用的功率变换装置,能够轻易实现N个相位到M个相位的变换。矩阵变换器可以产生理想的输入输出波形、没有中间储能环节、能量双向流动、快速的动态响应等优点。三电平矩阵变换器能够提高电压传输效率、实现多电平电压波形输出、突破电压传输比0.866的限制。针对三电平矩阵变换器调制过程中存在的共模电压问题,提出了基于电容钳位三电平矩阵变换器的改进空间矢量调制算法,根据不同的调制系数选择不同的调制策略,能够将三电平矩阵变换器的共模电压减小到最小。通过实验和仿真平台验证该简化策略的可行性和正确性。     

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。     

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。