基于B-C-SVM的高频链矩阵变换器闭环控制研究

高频链矩阵变换器(High Frequency Link Matrix Converter,HFLMC)作为一种变换级数较少的整流器,具有高传输效率,是一种具有良好发展前景的变换器。本文以HFLMC为研究对象,在双极性电流空间矢量调制策略(Bipolar Current Space Vector pulse width Modulation,B-C-SVM)基础上,分析调制策略的原理,提出一种简单的比例积分闭环控制方法,通过控制调制度来实现对输出电压的控制。实验波形验证了本文所提控制方法的有效性以及正确性。     

电网扰动时矩阵变换器的电流闭环控制及稳定性分析

矩阵变换器作为一种交-交直接变换电路拓扑,由于没有中间储能环节,当电网电压不平衡或非正弦时将直接影响其输出特性.以提高矩阵变换器的输出电流品质为控制目标,基于空间矢量调制技术,同时结合PI调制对输出电流进行闭环控制.通过控制输出电流空间矢量幅值维持恒定,在电网存在扰动时都能使得输出电流波形正弦且平衡.基于开环传递函数.运用对数频率稳定判据对系统进行了稳定性分析.在此基础上采用Matlab软件对该控制策略在3种不同工作条件下进行了仿真分析,结果表明输出电流幅值和频率都能很好地跟随给定,动态响应快,且不受电网低次谐波和负序分量的影响,同时器件的开关频率恒定,验证了控制策略的可行性和有效性.     

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。     

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.     

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。     

矩阵变换器双电压闭环控制策略改进研究

针对采用双电压合成控制的矩阵变换器(MC),研究设计一种新型闭环控制策略。该闭环控制策略依据双电压控制的MC占空比计算特性,计算得到理想输入电压占空比与等效输入电压占空比的偏差,将计算得到的电压占空比偏差作为闭环系统的负反馈变量加到下一个占空比计算周期内,以此达到闭环控制的目的。利用提出的闭环控制策略,解决MC输出侧电压性能受输入侧电压畸变以及MC内部器件性能不理想等因素的影响,保证MC的实际输出电压更好地达到期望电压,改善其受到扰动后输出电压质量降低情况,提高输出性能。实验结果表明:采用此新型闭环控制方法的MC输出电压更加接近期望电压,输出电流波形更加平滑,输出电压质量更加理想。     

双级矩阵变换器的自抗扰闭环控制

自抗扰控制是一种基于过程误差来减小误差的非线性鲁棒控制技术,适用于不确定性系统的控制.针对双级矩阵变换器(TSMC)系统的非线性强耦合特点,将自抗扰控制技术应用于TSMC的闭环控制中,建立了dq坐标系上TSMC的数学模型.根据模型的耦合、不确定性,引入自抗扰控制器,对系统内外扰进行观测和补偿.文中分析了自抗扰控制器ADRC各环节的功能原理、设计方法及参数整定规律.仿真结果表明,基于ADRC的闭环控制可保证TSMC系统在各种扰动下具有良好的动静态性能,验证了该控制策略的优越性.     

矩阵变换器的间接模型预测控制策略

为解决矩阵变换器(MC)的直接模型预测控制(MPC)算法计算量大的问题,基于MC的等效间接调制策略,将MC的预测控制等效为虚拟整流环节和虚拟逆变环节的预测控制。在虚拟整流环节采用预测控制实现电网侧单位功率因数运行;利用预测控制实现虚拟逆变环节对负载电流的控制,并采用无差拍的预测控制方法预选开关状态,从而进一步减少计算量。最后,将虚拟整流环节和虚拟逆变环节控制中得到的最佳开关状态等效合成为MC的开关状态。与传统直接MPC方法相比,间接MPC的算法计算量明显降低,减少了算法执行时间。在此针对基于MC的间接MPC策略,建立完整的理论分析和推导,然后在实验平台上进行验证。实验结果表明,所提基于MC的间接MPC对负载电流和网侧单位功率因数具有良好控制效果。     

电流滞环控制的矩阵变换器的仿真模型

详细介绍了用ＭＡＴＬＡＢ ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件包建立带充滞环ＰＷＭ控制的三相交－交型矩阵变换器的仿真模型,给出了主要的仿真模型。仿真结果表明,采用电流滞环ＰＷＭ控制策略和矩阵变换器是可行的。     

Boost PFC变换器的无模型预测电流控制

升压型功率因数校正(Boost PFC)变换器在中轻载运行时存在电感电流的断续导通模式,采用线性的比例-积分(PI)控制器难以有效地控制平均电感电流,导致输入电流存在较为严重的畸变。为改善输入电流质量,基于变换器统一的超局部模型并结合预测控制思想,建立了无模型预测电流控制器以生成合适的占空比控制信号并提高电流环路的响应速度。该方法在克服控制器对系统参数依赖的同时,有效地提高了变换器在电流连续导通模式和断续导通模式时的电流控制性能,避免了额外的模式识别算法或硬件检测电路。     

基于dSPACE的电流跟踪控制的矩阵变换器控制系统研究

介绍了正弦环宽滞环电流跟踪控制的矩阵变换器的工作原理,并提出了变换器控制系统的实现方案。利用dSPACE硬件实时仿真平台进行了实验,实验结果验证了电流跟踪控制策略的可行性。     

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.     

矩阵变换器的自抗扰控制技术

由于闭环控制器与电力电子电路的调制策略相对独立,把鲁棒性强的控制算法与性能良好的调制策略结合起来,用于电力电子电路的控制,通过PARK变换,建立d—q坐标下的矩阵变换器模型。在空间矢量调制的基础上,设计了矩阵变换器输出电流跟踪的自抗扰控制器。仿真结果表明,该控制器稳态性能理想,动态性能良好,鲁棒性强。     

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.     

BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

为了简化系统控制结构,提高Buck-Boost变换器的控制性能,本文提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型,然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论,推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明,系统输出电压稳定,鲁棒性较强,动态响应良好。     

三电平稀疏双级矩阵变换器的中点电压分段控制

针对输出级为稀疏三电平结构的双级矩阵变换器这一新型拓扑的中点电压偏移问题,提出了通过调节冗余小矢量的相对作用时间、分段平衡中点电压的控制方法.该方法结合了对称七段式及九段式空间矢量调制技术的优点使得中点电压在任意时刻均无不平衡区域,从而使中点电压偏移问题得到了明显的改善.仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性.     

T型三电平并网变换器电流重构模型预测控制策略

T型三电平变换器是连接新能源和电网的关键设备,其电流传感器故障会导致控制策略失效,影响并网系统安全稳定运行。为提高T型三电平并网变换器可靠性,提出一种基于电流重构的模型预测控制策略。该策略分析相电流和电压矢量之间的关系,分别用直流电流、正常相电流和预测电流重构故障电流。重构故障电流所需的电压矢量按照重构方法分成两个电压矢量集合。连续使用预测电流重构故障相电流会导致重构电流积累误差。因此需要检测当前时刻电压矢量集合,确保下一时刻选择不同的电压矢量集合,避免重构电流积累误差。实验结果表明,在电流传感器故障后,所提策略可使T型变换器容错运行且并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,提高了并网系统可靠性。     

海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发

基于可关断电力电子器件和PWM技术,结合海上风电场长距离直流输电的特点,对海上风电柔性直流输电变流器进行了分析和研究.根据变流器主电路拓扑结构建立了系统在三相静止abc坐标系和两相旋转d-q坐标系下的数学模型;变流器控制系统采用双闭环控制,选取前馈解耦控制策略对电流内环的有功、无功电流进行解耦;同时引入电流状态反馈和网侧电压前馈补偿,提高了系统的动态性能和抗干扰能力;系统采用五段式空间矢量PWM调制方法,有效地降低了开关频率,减少开关损耗.仿真结果证明,该变流器适用于海上风电场柔性直流输电系统.     

矩阵变换器的控制策略

简单概述了矩阵变换器各种控制方法的基本原理 ,分析并介绍了各种控制方法的优缺点及其应用场合 ,展望了矩阵变换器控制策略的发展趋势