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。     

矩阵变换器空间矢量调制的闭环控制研究

开环控制的矩阵变换器空间矢量调制方法在输入端有随机扰动的情况下,输入电流、输出电压易出现波形畸变和谐波,为此提出输出电压闭环控制方法。对实际输出电压进行实时采样,计算其旋转空间矢量的相位、幅度以及与期望输出电压的空间矢量对应各量的偏差,将两者的相位偏差和幅度偏差作为负反馈量,加到下一个采样周期中以修正开关调制矩阵函数,从而实现系统的闭环控制。给出了算法的具体实现方法,仿真验证了算法的正确性和有效性。     

矩阵变换器空间矢量调制的闭环控制研究

开环控制的矩阵变换器空间矢量调制方法在输入端有随机扰动的情况下,输入电流、输出电压易出现波形畸变和谐波,为此提出输出电压闭环控制方法。对实际输出电压进行实时采样,计算其旋转空间矢量的相位、幅度以及与期望输出电压的空间矢量对应各量的偏差,将两者的相位偏差和幅度偏差作为负反馈量,加到下一个采样周期中以修正开关调制矩阵函数,从而实现系统的闭环控制。给出了算法的具体实现方法,仿真验证了算法的正确性和有效性。     

矩阵变换器在非正常输入电压下的调制方法

由于矩阵变换器没有中间直流储能环节,输入端的任何扰动都会对输出端产生影响.为了保证矩阵变换器系统在非正常输入电压工况下仍能安全稳定运行,基于空间矢量调制策略提出了一种采用输出电压和输入电压空间矢量幅值实时计算电压调制比的方法.该方法通过采集输入端电压的瞬时值对开关状态的占空比进行实时调节,从而保证输入电压在正常和非正常...     

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。     

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。     

矩阵变换器双空间自抗扰闭环控制研究

针对矩阵变换器(MC)非线性强耦合的特点,通过分析MC的双空间调制开环模型,提出自抗扰(ADRC)电压闭环控制方案.将MC输入侧虚拟等效为PWM整流器、输出侧虚拟等效为PWM逆变器,推导了输出侧电压方程,构建矩阵变换器电压闭环自抗扰控制模型,通过Park变换,将三相输出电压分解成d-q坐标系下的直流分量.基于ADRC控制策略,设计输出侧电压闭环控制器,跟踪期望电压d、q轴分量,维持输出电压的空间矢量恒定,以消除内、外扰动和不平衡的影响.仿真结果表明基于ADRC的闭环控制方案受参数变化的影响较小,使MC具有良好的动静态特性和较强的鲁棒性.     

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.     

矩阵变换器双空间矢量调制简化算法的研究

矩阵变换器(MC)常规的双空间矢量调制策略中需要进行正弦函数、反正切函数计算和查表,增加了数字实现的复杂性。通过对MC虚拟整流器和虚拟逆变器通用开关函数的推导,提出了双空间矢量调制策略的一种简化算法,该方法定义了同通用开关函数变化一致的参考电压,并根据参考电压各分量直接计算有效空间矢量在各个扇区内的占空比。该方法避免了正弦、反余切函数的计算和查表问题,算法简单,提高了运算速度和精度,对提高开关频率有重要意义,还给出了一种判别扇区的简化方法,仿真结果验证了该方法的正确性。     

3×4矩阵变换器

针对3×3矩阵变换器(MC)不能带非平衡负载的问题,提出一种新型的MC,其拓扑结构在传统的3×3 MC的基础上,增加了一中线桥臂N连接到负载的中性点,构成3×4 MC.建立了3×4 MC的等效交一直-交拓扑,并分析了原拓扑与等效拓扑开关之间的对应关系.对等效拓扑中的整流级采用二维电流空间矢量调制,为逆变级提供一直流电压.介绍了三维电压空间矢量的调制原理,并通过对逆变级拓扑的分析后,将三维电压空间矢量用于逆变级的调制,便可以在负载上产生所期望的电压.将整流级和逆变级的调制进行整合,就可以得到3×4 MC的控制策略.应用Matlab/Simulink进行了仿真,结果表明:在平衡或非平衡负载情况下,3×4 MC及其控制策略都可以输出理想的三相对中线的对称电压波形.     

基于DSP的三相高功率因数整流器滑模矢量控制

基于三相PWM整流器数学模型,根据滑模变结构控制(Sliding Mode Variable Structure Control,简称SMVSC)理论设计出了双闭环控制系统,并运用空间矢量算法实现算法的控制输出,整个系统实现了三相功率因数校正和输出电压调节双重功能。对该系统进行了理论分析和关键参数设计,并在Matlab上进行了仿真。仿真结果表明,应用SMVSC理论控制三相空间矢量脉宽调制(SVPWM)整流器不仅易于设计和实现,而且具有较好的鲁棒性和动态性能。最后设计了一台10 kW的样机,用TMS320F2812实现了整个控制过程。实验证明输出电压控制稳定,而且得到了满意的功率因数校正结果。     

三相PWM整流器混合非线性控制研究

采用传统单一控制策略的三相PWM整流器性能难以满足工程实际日益提高的性能要求,该文提出了一种新型的混合非线性控制方法,综合利用滑模控制、输入及输出线性化控制、空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制技术的优点。电压外环采用滑模控制,电流内环采用输入及输出线性化方法,并采用SVPWM技术对控制信号进行调制。基于该控制方案的系统具有以下突出优点：控制系统全局稳定,输出直流电压动态响应快,无稳态误差,对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性;电流实现解耦控制,输入电流正弦,畸变率小,单位功率因数;直流电压利用率高,开关频率恒定,易于数字实现。数值仿真和实验验证了所提控制方案的正确性和优越性。     

基于双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统

结合永磁同步电机磁场定向控制的特点,将矩阵变换器用于永磁同步电机的调速系统,实现永磁电机的交交直接控制并且达到近似单位功率因数.首先阐述矩阵变换器双空间矢量调制的原理,输入侧采用电流空间矢量,输出侧采用电压空间矢量构建了矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统;然后为了降低转矩脉动,加入电流补偿环节,文中给出了补偿环节的设计方法.原理样机试验结果表明,采用双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机系统不仅达到了良好的控制效果与较好的网侧性能,而且电流补偿环节也是确实有效的.     

永磁同步电机-矩阵变换器新型电流调制策略研究

为保证矩阵变换器具有良好的输入与输出性能,提出输入电流空间矢量调制与正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)电流控制相结合的控制策略,构建交交驱动的永磁同步电机矢量控制系统。把矩阵变换器等效为虚拟的交直交结构,详细分析了输出电流的合成过程,并推导出一个开关周期内矩阵变换器虚拟直流环节的电压与电流表达式,为实现矩阵变换器的虚拟逆变器及虚拟整流器的对应控制策略提供了理论依据。原理样机试验结果表明,采用空间矢量SPWM电流控制的矩阵变换器-永磁同步电机系统不仅达到了良好的矢量控制,而且也提高了输入侧的性能。     

Implementation of Matrix Converter in Wind Energy Conversion System with Modified Control Techniques

Abstract

In this article, different matrix converter (MC) control strategies are comprehensively explained. Further, an ultra-modified space vector modulation (UMSVM) of the MC is proposed. The total harmonic distortion for both output voltage and current is reduced, when the proposed UMSVM technique is applied. Moreover, a modified indirect space vector modulation with feed forward controller (MISVMFC) of the MC is also proposed in order to obtain a fixed output voltage and frequency for different wind speeds. The advantages of the MC are introduced in this article. These advantages include the wide range of the output frequency of MC, which may be greater than the input frequency and the control of both the output voltage magnitude and input displacement factor (IDF). Extensive theoretical and simulation results about conventional and proposed control techniques for the MC are presented. Experimental test bench is constructed and several experimental results are obtained. The experimental results validate the simulation ones.     

三相电压型PWM整流器混合控制研究

针对三相电压型PWM整流器的非线性特点,提出了一种混合控制方案.电流内环采用滑模控制,根据指数趋近律算法设计两个滑模电流控制器.电压外环采用负载电流前馈补偿和输出直流电压反馈控制的方法.采用空间矢量脉宽调制方法生成整流器的开关信号.仿真结果表明:系统不仅具有良好的动态和稳态性能,而且对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性.     

变频器的电压空间矢量调制控制技术研究

和SPWM控制相比,空间矢量调制(SVM)技术对直流母线电压的利用率高,适合数字实现.本研究项目是为铁道客车空调机组供电的电压SVM控制变频电源,变频器采用开环起动和稳态电压闭环控制,讨论了恒定V/F控制和电压闭环调节的实现原理,在查表法的基础上提出"复用空间矢量法".该方法可以提高开关频率,降低低频输出电压的失真度并节省存储空间.通过系统辨识建立了电压空间矢量调制变频器的模型,设计了数字电压调节器.仿真和40kVA原理样机的实验测试结果证明所提控制方案可行.     

Improvement of the input performance of a three-phase-single-phase matrix converter based on space vector modulation

A 6-switch three-phase to single-phase matrix converter (3-1MC) with independent neutral line is directly coupled to the input side through bidirectional switches, and the output ripple power produces low-frequency harmonics in the input side that are difficult to filter out. In this paper, the expressions of the frequencies and contents of the low-frequency harmonics are derived based on the principle of input-output instantaneous power conservation. Then, a 3-1MC topology with decoupling unit is studied and the working principle and process of improving the input performance are analyzed. Second, based on the relationship between the output side and the decoupling side modulation function, the influence of the introduction of the decoupling unit on the maximum voltage transfer ratio of 3-1MC is studied. The relationship between the voltage transfer ratio and parameters such as decoupling unit and output frequency is derived in detail. It is proved that maximum voltage transfer ratio of the topology is a nonlinear function related to system parameters. Then, the operating principle and modulation method of 3-1MC are discussed. A double-side current closed-loop control strategy based on space vector modulation under power decoupling conditions is proposed. Finally, an experimental platform is built to verify that the 3-1MC with decoupling unit can suppress the low-frequency harmonics in the input current at different output frequencies and effectively improve the performance of the input side. The results show that the 3-1MC with the decoupling unit is beneficial for use in single-phase applications.