多电平矩阵变换器的控制策略研究

提出了一种新颖的多电平矩阵变换器,介绍了其拓扑结构、工作原理和空间矢量调制技术.维持变换器内开关单元中点电容电压恒定和选择适当的控制策略,能在变换器两侧合成期望的可控正弦输入/输出电压.最后,对多电平矩阵变换器进行了仿真,验证了变换器的良好性能.     

三电平直接矩阵变换器的SVPWAM策略

三电平直接矩阵变换器(TLDMC)与常规矩阵变换器(MC)相比,能够大幅降低输出波形总谐波畸变率和开关应力;与现有的多电平交-直-交型变换器相比,其在减少开关数量和降低开关损耗方面更具优势。提出了针对TLDMC的空间矢量脉宽幅值调制(SVPWAM)策略,该策略通过消除每个扇区的零矢量,能够降低开关频率,并提高电压利用率。根据TLDMC的拓扑,论证TLDMC的间接调制模型;针对TLDMC的调制,将虚拟整流器由零矢量调制改进为SVPWAM,虚拟逆变器采用虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性。     

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。     

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。     

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。     

使用空间矢量调制的三电平矩阵变换器控制策略

在传统矩阵变换器和三电平逆变器的基础上,从多电平矩阵变换器的拓扑结构和工作原理出发,介绍用空间矢量调制策略实现这种新颖的多电平矩阵变换器三电平变换的方法和具体步骤,给出了以Matlab/Simulink为工具的仿真结果,验证了该方法的可行性以及三电平矩阵变换器的良好性能,对进一步研究多电平矩阵变换器有一定的参考价值。     

并联多电平注入式电流源型变换器的新型拓扑

根据多电平注入交直流变换原理,设计了一种新的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构,注入开关的导通电流为直流输出电流与电平数的比值.新型拓扑中每个注入支路单元由2个等效开关和1个独立电抗器构成;同一注入单元的开关交替通断;不同注入单元的开关采用状态遍历的开关控制方法,使处于通态的各单元开关平均分配直流输出电流.以三电平为例,对系统电压、电流波形及开关控制方法进行了论述,并在PSCAD/EMTDC软件环境下进行了仿真,分析与仿真结果表明了新型拓扑的良好特性.与现有的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构相比,新型电路结构中注入单元开关器件的电流容量和开关通断时的电流变化率降低;各注入单元支路开关通态时间延长.     

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑，该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成，通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行，从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑，所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

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。     

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.     

三电平逆变器双极性调制方式研究

SVPWM控制的三电平逆变器具有减少谐波含量、改善输出电压波形的优点,正在逐步取代传统的两电平逆变器。介绍了三电平逆变器原理和空间矢量算法在其中的应用,提出一种改进算法的三电平空间矢量PWM调制策略和中点电位控制方法。基于TMS320C2812DSP实现了逆变系统的数字控制,利用FPGA和PLC实现脉冲触发和接口控制。仿真和实验结果论证了该算法的正确性。     

矩阵变换器优化空间矢量控制算法研究

根据矩阵变换器空间矢量控制原理的分析,推导出不同电流、电压扇区组合下矩阵变换器的开关元件状态,通过采用优化双向矢量调制顺序规律,最终得到矩阵变换器的优化空间矢量控制策略。经过Matlab仿真,并以异步电动机为负载,验证了该矩阵变换器空间矢量控制策略的正确性,同时,仿真结果也表现出矩阵变换器良好的输出特性。     

一种新的三电平NPC变换器中点电位平衡控制策略

三电平NPC变换器相较传统两电平变换器来说具有较多优点,但其特殊的拓扑结构也带来了中点电位不平衡问题。在简化三电平SVPWM算法和虚拟空间矢量的基础上,提出一种将两者混合的中点电位控制方式。即在低调制度环境下,调用简化三电平空间矢量算法,并参照中点电位与中点电流的实际情况,确定怎样选择重叠扇区的归属或改变七段式开关矢量序列;在高调制度时则可利用虚拟空间矢量能够控制中矢量的优势来抑制中点偏移。最后在Matlab中建模并进行仿真,结果证明了这种控制方式能够在高低调制度区域明显抑制中点电位波动与偏移。     

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。     

基于三电平电压源换流器的高压直流输电系统的控制策略研究

分析了基于电压源换流器 (VSC)的高压直流输电系统的有功及无功控制原理 ,并以此设计出两端三电平VSC的控制器 ,控制器设计中采用了PI调节器和空间矢量PWM技术 ,并通过时域数字仿真验证了所设计控制器的优越性。     

矩阵变换器闭环控制优化及仿真研究

简要介绍矩阵变换器的基本原理和主要优点,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,为达到降低开关损耗和谐波分量的目的,对开关控制脉冲进行合理排序以减少开关次数,并结合闭环控制实现矩阵变换器系统控制。最后通过仿真波形验证了所述控制方法的正确性和有效性。     

矩阵变换器电机系统控制策略

针对矩阵变换器进入工业应用尚且存在的问题,提出了矩阵变换器电机系统概念。结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式,研究了矩阵变换器电机系统控制策略,分析了矩阵变换器电机系统矢量控制和直接转矩控制。研究表明:通过选择适当的控制策略,矩阵变换器电机系统有望成为未来电气传动的主流技术。     

基于空间矢量的三电平间接矩阵变换器简化策略研究

针对传统三电平空间矢量脉宽调制的开关矢量作用次序的选取较为复杂、算法的运算量较大等缺点,提出一种运用到三电平间接矩阵变换器上的简化空间矢量调制策略。该方法在整流级采用无零矢量的调制策略,保证输入电压功率因数达到最大。逆变级采用简化扇区的空间矢量调制,使参考电压旋转归一到第一扇区,然后进行参考电压修正和降电平处理。该调制策略与传统调制策略相比,不仅使算法运算量比原来减少,无需预先存储大量数据,还使谐波畸变率比原来降低。通过仿真对简化的空间矢量调制策略进行验证,并且搭建样机平台,用实验的方法对该策略的可行性和正确性进行验证。