电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

无功功率可控的双级矩阵变换器空间矢量调制策略

双级矩阵变换器是一种新型拓扑结构的矩阵变换器,它相对常规矩阵变换器更具发展潜力。文中提出了参考输入电压概念,在双级矩阵变换器空间矢量调制策略中利用参考输入电压来实现无功功率的调节,并给出了详细的调制方法,分析了输入功率因数和双级矩阵变换器电压传输比的关系。仿真结果表明：所提出的方法能获得优良的输入输出性能、能有效调节双级矩阵变换器输入功率因数。     

双级矩阵变换器的过调制策略

针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题,在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下,该文提出了一种可以提高电压传输比的双级矩阵变换器调制策略。该调制策略将双级矩阵变换器分为两级控制：整流级采用常规电流空间矢量合成法;逆变级根据电压传输比的不同要求将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区。根据过调制程度要求的不同,又将过调制区域分为过调制区域Ⅰ和过调制区域Ⅱ,各个区域分别采用不同的调制模式控制逆变级的输出。论文从理论上分析了过调制策略的原理。仿真和实验结果表明, 双级矩阵变换器过调制时输出电压基波可以精确控制,谐波畸变率比较小,输入输出电流波形质量好。     

输入不平衡时双级矩阵变换器调制策略的改进

针对输入电压不平衡时双级矩阵变换器输出电能质量差且电压传输比低等问题,在空间矢量脉宽调制基础上提出了一种混合型控制策略.整流级采用过调制策略,保证负载侧输出最大功率,逆变级通过时变电压调制系数来实时修正逆变级占空比,确保负载侧三相对称输出,利用Matlab/Simulink对该调制策略下TSMC输出性能进行了仿真研究.仿真结果表明该方法不仅能有效改善非对称输入时输出波形,提高电压利用率,而且算法简单易于实现.     

一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器控制策略

矩阵变换器由于输出电压、电流中存在的谐波成分对所带的负载有很大影响,引入电压、电流双闭环控制策略,提出一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器.该变换器包含交-直(整流)和直-交(逆变)2级电路,其直流侧不需要储能元件,整流级和逆变级采用双向开关,在一定的约束条件下可降低开关的数量.分析了矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调控算法、LCL滤波器设计及其在矩阵变换器逆变级的应用等.通过Matlab/Simulink软件进行了仿真实验,结果表明,带LCL滤波器的新型矩阵变换器能有效地降低输出电压、电流谐波,并能抑制输入侧谐波对输出电压、电流的影响.     

基于零矢量嵌入的双向隔离型AC-DC矩阵变换器分段同步控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,提出一种基于零矢量嵌入的分段同步控制策略.其中,前级3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以提高电压传输比;后级全桥电路采用互补控制,简单易实现;前后级电路之间分段同步,并通过在前级电路中嵌入零矢量以实现能量的双向传输.仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,功率因数接近于1,输出电压和电流平稳,纹波小,且电感电流峰峰值随直流侧电压增加呈先减小后增大的趋势,当nU o=3 U i时,电感电流峰峰值最小,即电流应力最小.由此可见,采用该文提出的控制策略可实现双向隔离型AC-DC变换器能量的双向流动,保证了良好的输入输出性能.通过与传统控制策略的仿真与实验对比,采用所提出控制策略的双向隔离型AC-DC矩阵变换器在较低输出电压范围内具有更小的电感电流应力,有助于降低器件损耗,提高变换器效率,并提升系统可靠性.     

五相双级矩阵变换器

为了提高五相异步电机调速系统的性能,提出一种新型的五相双级矩阵变换器.该变换器实现了三相输入、五相输出的直接功率变换,通过采用改进的双级拓扑结构,解决了传统矩阵变换器向多相拓展换流复杂度增加的问题.介绍了几种五相双级矩阵变换器的拓扑结构,针对五相双级变换器的空间矢量调制控制策略进行了理论推导,对变换器的控制策略的可行性进行了仿真的实验验证.仿真和实验结果表明:所提出的变换器输入电流和输出电压为正弦,谐波小且输入功率因数可控,并可实现零电压换流.     

基于双级矩阵变换器供电的直接转矩控制系统仿真研究

在矩阵变换器虚拟直流环节的思想上,给出了双级矩阵变换器的电路拓扑,仿真研究了双级矩阵变换器的双空间矢量调制策略.根据双空间矢量调制的缺点.提出了逆变环节采用直接转矩控制,整流环节控制输入电流矢量或直流母线电压来实现输入功率因数校正或提高电机系统性能的双级矩阵变换器供电的直接转矩控制系统.对整流环节采用空间矢量调制时的直接转矩控制系统进行了仿真研究,在分析转矩脉动的基础上给出了一种输入功率因数滞环比较的闭环控制方法.对直流母线在高、中、低范围内的直接转矩控制系统进行了仿真研究,分析了直流母线电压在不同范围内的系统性能,并由此给出一种通过控制直流母线电压范围来提高系统性能的控制方法.仿真结果表明这种方法兼顾了直流母线在高电压范围内动态性能好和在低电压范围内因离散化引起的转矩脉动较小的优点,并使用中电压范围减小了因直接转矩控制失效引起的不合理转矩脉动,从而提高了系统的动、静态性能.     

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.     

不对称调制下双级矩阵变换器的谐波分析

将双级矩阵变换器应用于360~800Hz航空变速恒频发电系统中,较高的输入频率是对变换器控制性能的重大挑战。仿真和实验表明,采用传统的不对称双空间矢量调制方法虽然具有控制简单、开关损耗低等优点,但在高频输入时,输出电压和输入电流将出现低频谐波和畸变。通过简化的Buck电路模型,引入脉冲重心的概念,推导了脉冲重心偏移对实际输出电压的影响规律。基于此,分析了双级矩阵变换器的谐波分布规律,发现不对称调制在输出电压中引起频率为3nωin±(3m±1)ωo的低频谐波,而在输入电流中引起3n±1次谐波。仿真和实验验证了结论的正确性,为进一步提高双级矩阵变换器性能提供了理论依据。     

基于双级矩阵变换器的线间潮流控制器

线间潮流控制器是柔性交流输电系统中的新装置,通过控制有功和无功功率来增强电网传输能力.双级矩阵变换器是性能优良的交一交变频器.针对二者结构上的相似性,提出将双级矩阵变换器作为线间潮流控制器,以减小设备体积.首先对线间潮流控制器建模,在park变换基础上,使用比例积分控制设计d-q轴控制方案,采用交叉解耦消除电网间的耦合,利用载波调制的空间矢量控制变换器开关动作,取得了较好的控制效果.仿真验证了方案的可行性和正确性.     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

基于UC3879矩阵式AC／DC变换器研究

基于UC3879及矩阵式变换器,提出了一种新的AC／DC变换器。采用三相／一相矩阵式变换器,直接将三相380V／50Hz输入变换为单相高频（15kHz）电压,由高频变压器隔离,经倍流式整流、滤波输出预期的直流电压。控制电路以UC3879及外围逻辑芯片对驱动信号编码,并完成闭环控制。理论分析了系统的工作原理,并进行了4kW28．5V／140A样机实验,验证了理论分析的正确性及方案的可行性。该方案具有矩阵变换器的所有优点,拓宽了矩阵变换器的应用范围。     

考虑交流电网调节能力的VSC-MTDC改进下垂控制方法

多端柔性直流输电系统的现有下垂控制方法可以将直流网络的不平衡功率在各换流站间进行合理分配,但忽略了各换流站交流侧系统的承受能力,无法根据交流侧系统的暂态响应情况来灵活调节各换流站所分配的不平衡功率量。因此,该文提出一种考虑交流电网调节能力的多端柔性直流网络改进下垂控制方法,该方法根据扰动后交流侧电网的频率偏移情况来自动调节下垂控制的斜率系数,在不改变控制器结构的前提下,可使直流侧的不平衡功率在各交流电网中得到更为灵活合理的分配。在实时数字仿真器（real-time digital simulator, RTDS）平台搭建了仿真模型,通过与固定斜率下垂控制方法和考虑功率裕度的自适应下垂控制方法进行对比,验证了该改进控制方法的有效性和优越性。     

交流系统不平衡对MMC-HVDC运行影响分析及其保护控制

交流系统不平衡会引起模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)输出功率的波动与输出电流的不平衡,同时也会导致基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current transmission,M M C-HVDC)系统内部桥臂电流与子模块电压出现更大的波动,危及变流器的安全运行。文章分析了交流系统不平衡度以及控制参数对MMC桥臂电流与子模块电压的影响,构建了不平衡分量、控制参数与桥臂电流、子模块电压的三维函数。进而通过一次拟合的方式,得到了不同跌落程度下使桥臂电流峰值最小的控制参数值,最大程度地保证了MMC运行的安全稳定。最后搭建了静止坐标系下MMC控制系统,仿真验证了理论分析的正确性。     

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。     

中频下双级矩阵变换器整流级相位前馈校正算法

针对双级矩阵变换器(TSMC)应用于航空领域时,在中频下如果直接应用传统调制策略,整流级相位将出现滞后,从而附加滞后的功率角且减小电压传输比,在变频航空供电体制下甚至出现功率角和输出电压幅值的波动,影响输入输出波形质量这一问题,在分析中频下整流级相位滞后原因的基础上,根据梯形面积原理推出滞后相位大小,提出中频下TSMC...     

整流级无零矢量TSMC输入功率因数的研究

根据整流级无零矢量TSMC输入功率因数控制的要求,推导了占空比的数学表达式.提出应用参考输入电压矢量来实现占空比的控制.依据整流级输出电压为正的条件,推导了输入功率因数角的范围.并用PSIM仿真软件对TSMC的调制策略进行验证,仿真结果表明了理论分析的正确性,为TSMC的实现提供一定的理论依据.