矩阵式变换技术的发展综述

矩阵式变换器不需要储能元件,可实现能量再生,是一种高效、节能、可靠、有发展前途的新型电力变换器。本文概述矩阵式变换器的开关元件的发展;阐述了矩阵式变换器的关键技术:输出电压增益问题、调制策略以及开关换流技术;并综述了矩阵式变换器的国内外发展动态与研究热点。     

矩阵式变换器的发展综述

在全面回顾国内外矩阵式变换技术发展现状的基础上,综述了近年来矩阵式变换技术的新发展.重点围绕矩阵式变换器新型开关器件、拓扑结构、开关换流技术及调制策略等关键技术的发展进行全面的综述,最后展望了矩阵式变换器的应用前景与发展方向.     

基于空间矢量调制的升压型矩阵式变换器的实现

矩阵式电力变换器具有无中间直流环节等诸多优点,但是其电压传输比被限制在0．866以下,严重影响了在电气传动领域的应用。为此提出了一种新型的升压型矩阵式变换器以及其相应的空间矢量调制策略,通过对其进行空间矢量调制能使电压传输比超过1。仿真实验表明通过空间矢量调制的升压型矩阵式变换器能够突破电压传输比0．866的瓶颈,为工程使用提供了理论依据。     

DSP和CPLD构成的矩阵式变换器控制系统

分析了矩阵式变换器(Matrix Converter,简称MC)的空间矢量调制和双向开关半软换流策略,提出了采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现半软换流策略的矩阵式变换器全数字控制方案,实验结果表明了这一方法的可行性和可靠性。     

矩阵式变换器空间矢量调制谐波的分析及仿真

矩阵式变换器工作时存在大量谐波,为分析产生的谐波,以间接空间矢量调制法为例,简要叙述了矩阵式变换器空间矢量调制策略的基本原理.在此基础上,首次提出“扇区谐波”的概念,给出其基波分量的数学表示式,并对空间矢量调制策略带来的这种特有谐波作了量化分析,给出数值计算的结果和它的性质.并在Matlab/Simulink中进行建模...     

交流调速用三相-三相矩阵式变换器研究

针对异步电动机调速系统，分析讨论了矩阵式变换器的工作原理，采用空间矢量调制技术和四步换流策略作为矩阵式变换器的控制方法，利用数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(PLD)实现了一台2.2kW的三相－三相矩阵式变换器实验样机。在其上进行了驱动异步电动机稳态运行实验，并对系统在非正常情况下的运行性能以及对电网电能质量的影响进行了分析。     

一种改进的矩阵式变换器空间矢量调制策略

针对矩阵变换器调制策略电压传输比低的问题,在深入研究矩阵式变换器空间矢量调制策略的基础上,提出了一种通过改变电压调制系数提高电压传输比的空间矢量过调制策略.根据电压矢量轨迹与空间矢量六边形位置的关系,将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区,通过改变电压调制系数,从而实现过调制.最后建立MATLAB/Simulink仿真,结果表明空间矢量过调制策略可以有效提高电压传输比到0.955.     

不对称规则采样法SPWM矩阵式变换器

通过对三相矩阵式AC-AC拓扑结构变换电路的分析,把AC-AC九开关式矩阵式变换器等效为虚拟“整流”和“逆变”2部分;分析了不对称规则采样法正弦脉冲宽度调制SPWM(Sine Pulse Width Modulation)波生成原理,并把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器。在理论上对这种变换电路推导出了各种条件下的开关组合、各开关组合的通断时序和通断时间计算公式。使用Matlab/Simulink对结论进行了仿真,证明了把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器是可行的,应用推导结论可根据需要在矩阵式变换器上生成相位、幅值、频率均可调的三相SPWM调制波。     

基于矩阵式变换器的异步电机直接转矩控制策略研究

文章研究了一种基于矩阵式变换器的异步电机控制策略,分析了异步电机的直接转矩控制方法和矩阵式变换器的空间矢量调制,研究了直接转矩控制方案中,矩阵式变换器矢量电压的选择。这一控制策略同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电机的直接转矩控制。仿真和实验结果表明:采用这一控制策略的调速系统具有良好的静、动态性能,并且保持了单位功率因素。     

三相高频链矩阵式逆变器的HPWM调制策略原理与实现

安全换流是制约矩阵式变换器实用化的关键问题,高频链与矩阵变换器相结合时,高频变压器环节更为换流增添了复杂因素。本文就三相高频链矩阵式逆变器的换流问题展开研究,针对电路拓扑的结构特点,运用解结耦思路以常规逆变器的角度分析和控制矩阵变换器,提出一种新型无谐振的混合脉宽调制策略,构建了核心的调制组合逻辑,详细分析了变压器高频交流周期内变换器的工作状态。运用该调制策略可以在没有任何辅助检测环节的条件下有效解决双向开关固有的换流问题,且能实现开关零电压或零电流动作。仿真和实验一致验证了所提出的调制方案和所设计的实现逻辑是可行与实用的。     

两种矩阵变换器的调制策略比较仿真研究

矩阵变换器是实现"绿色"电源变频器最具发展前景的技术方案,研究与开发矩阵变换器具有重要的意义。矩阵变换器可分为常规的单级和双级两种拓扑结构,文章通过仿真来综合比较这两种矩阵变换器的调制策略,即将单级矩阵变换器的开关函数调制策略、SVPWM调制策略与双级矩阵变换器的SVPWM的调制策略进行比较研究,并在双级矩阵变换器的逆变级采用了合理插入零矢量的调制方式。通过Matlab/Simulink仿真软件验证它们的调制策略的可行性,并进行综合比较与分析,证明了双级矩阵变换器具有更好的性能,对矩阵变换器及其调制策略的选取具体一定的参考价值。     

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。     

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.     

Three-phase voltage-fed high-power-factor converter using simplified predictive instantaneous-current control and phase-decoupling theory

Since a three-phase circuit has phase interference, control/modulation in three-phase converters becomes very complicated as compared with single-phase converters. The phase interference problem has not been discussed in depth in any published work. As the primary objective, this paper describes an analysis of phase interference in a three-phase voltage-fed converter circuit and the resultant phase-decoupled equivalent circuits expressed with local-averaging value (or averaging value in a control/modulation period). A simplification of a predictive instantaneous-current control for a voltage-fed high-power-factor converter is then introduced as the secondary objective. By combining the proposed techniques, a simple control/modulation scheme for three-phase high-power-factor converters is obtained. A controller/modulator for experimental setup is introduced to demonstrate the simplicity achieved by the proposed theories. The pulse area modulation scheme, employed in the modulator to compensate modulation errors caused by ripples of the output voltage, is also introduced. To show the validity and applicability of the proposed theory, experimental results obtained from a 2-kW setup are shown. Finally, the author draws conclusions from the work. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (4): 70–83, 1997     

车用新型AC-DC矩阵式变换器

针对车用电子系统容量扩大和传统PWM整流器缺点问题,为实现输入单位功率因数和一级降压整流,去除死区时间引起的谐波带来的影响,本文提出一种新型基于42V PowerNet的车用双向AC-DC矩阵变换器。在基于三相-三相矩阵变换器理论基础上,推演出AC-DC矩阵变换器的整流调制策略,并研究了开关序列和换相的方法,采用优化AV法调制策略来控制整流器。运用四步换流策略解决了开关换相存在的短路、断路风险和死区时间问题,仿真和实验结果验证了车用新型AC-DC矩阵式整流器的有效性和正确性。     

A Utility Power Supply Based on a Four-Output Leg Matrix Converter

A four-output leg matrix converter and a variable-speed diesel generator are integrated to create a three-phase plus neutral utility power supply. The matrix converter is designed to meet tight harmonic specification and the fourth leg provides the facility to supply unbalanced and single-phase loads. This enables the generator to provide stable power over a range of engine speeds and load conditions. Two modulation techniques for four-output leg matrix converters have been considered and compared. Test results for a 10-kW offline power supply are provided to demonstrate system performance.      

高频链矩阵变换器解结耦调制策略在风电场中的应用

由于风电场运行的波动性和不确定性,使高频链矩阵变换器输出侧电压电流谐波含量较高。为此,提出一种应用于风电场运行的高频链矩阵变换器解结耦调制策略。基于解结耦调制思想从单向可控开关的角度分析由双向开关组成的矩阵变换器,并引入极性选择信号实现拓扑解耦。进而通过优化空间矢量信号与极性选择信号的逻辑组合,进一步优化双向开关驱动逻辑,降低换流难度,使得矩阵变换器输出电压电流谐波含量明显减少,改善了电能质量。Matlab/Simulink仿真验证了所提调制策略的有效性与可行性。     

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。     

基于定子磁链的双馈风力发电系统矩阵变换器调制策略

将矩阵变换器的输入和输出变量映射到双馈风力发电系统定子磁链定向的dq坐标系,提出双馈风力发电系统定子磁链定向的调制策略,得到零序分量传递方式的结论;明确调节过程的物理意义,简化各开关占空比的计算过程,在保证输入功率因数可调的情况下,实现双馈风力发电系统有功、无功解耦控制,抑制输出电压、电流的谐波分量.并在一台矩阵变换器励磁的4极双馈风力发电系统应用上述调制策略.结果表明:该调制算法具有良好的动态性能,能有效改善风力发电系统输出电能质量,减少对电网的谐波污染,具有工程实用价值.     

基于矩阵变换器的异步电机直接转矩控制

在最近几年,矩阵变换器受到广泛的关注,但主要集中在矩阵变换器本身的研究.提出了一种适用于矩阵变换器供电的异步电动机调速系统的组合控制策略,同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电动机的定子磁场定向直接转矩控制.该控制策略将矩阵式变换器的良好性能和直接转矩控制的优点结合起来,实现了异步电动机的高性能控制,提高交流调速性能并满足节能要求.仿真结果表明:使用该控制策略的调速系统在加减速运行和负载转矩变化等场合均具有良好的动态性能.