基于扇区简化的矩阵变换器双电压策略研究

针对矩阵变换器(MC)传统的双电压控制方法扇区组合下占空比的不确定性,在此提出一种新的扇区划分方法,将MC输入、输出扇区由传统模式下的6个减少至3个,使得扇区组合数相较传统方法大大减少。推导了新扇区下开关管占空比的表达式、大小关系和通用输出线电压合成的数学表达式,简化了双电压方法的软硬件控制过程。在此提出的新划分模式在方法原理和输入输出特性上与传统的控制方法基本等效,具备传统双电压控制方法的优点。最后,通过搭建样机平台,用实验验证新扇区划分方法的正确性。     

矩阵变换器双电压调制策略的简化控制

针对矩阵变换器传统双电压调制策略存在的扇区随机组合,导致占空比的不确定问题,提出把输入和输出电压区间由6个分成为3个。推导了新方法下输出线电压的通用数学表达式,在新模式下通过输入不平衡的三相电压,验证新的扇区划分方法仍然具有对电网扰动的抵抗能力。该方法简化了软硬件的控制过程,在原理方法上和传统的调制策略等效,在输入输出特性上差异很小。最后通过实验样机平台,用实验的方法验证了新模式的可行性。     

矩阵式隔离型双向AC-DC变换器控制策略

针对矩阵式隔离型双向AC-DC变换器,提出一种控制策略,即前级矩阵变换电路和后级全桥电路的调制策略以及矩阵变换器双向开关的换流方法。其中,前级矩阵变换电路的调制基于双线电压调制思路,对扇区进行重新划分,调整和优化开关状态选择,以满足简化换流需求,后级全桥电路根据前级矩阵变换电路的调制策略,配合前级调节脉冲宽度进行协调控制,双向开关换流采用基于交流电压相对大小的两步换流方法。仿真和实验结果表明,在整流和逆变模式下,矩阵式隔离型双向AC-DC变换器均能保证网侧电流正弦,功率因数接近于1,输出电压电流可以保持恒定。由此证明,提出的控制策略,可实现变换器能量双向变换,且输入输出性能优良。     

基于输入电流正弦化的三相-两相矩阵变换器控制策略

以实现输入电流正弦控制为目标,推导了系统两相输出电压调制函数表达式的约束关系。针对常规空间矢量调制策略下的扇区划分数量较多,提出了带中线拓扑结构的三相-两相矩阵变换器(3-2MC)新型扇区划分方式以减少到24种扇区。基于该扇区划分提出了新的空间矢量调制策略,分析了矩阵变换器在该控制策略下的工作模态,给出了具体调制算法与占空比的算式,分析并推导了3-2MC输出与输入电压利用率表达式。最后,用MATLAB/Simulink对系统模型进行了动态与静态仿真研究,结果验证了该调制策略的正确性和有效性。     

一种改进的矩阵变换器双电压合成控制策略

在低电压输出时,传统双电压合成控制策略将产生大量窄脉冲,从而引起换流失败及输出波形畸变.针对这种情况,在分析传统的矩阵变换器双电压合成控制策略的特点及窄脉冲引起的换流失败机理后,提出了一种改进的双电压合成控制策略.采用在一个采样周期内,期望输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压合成策略,在低电压输出时窄脉冲的数量大约减少80%.改进策略减少了因PWM脉宽小于开关换流所需时间而弓I起的电压误差,使输出电压和输入电流的谐波减少,进而改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真和实验验证了所提出的矩阵变换器改进双电压合成控制的正确性和有效性.     

改善矩阵变换器低电压输出性能的研究

提出了一种改善矩阵变换器低电压输出性能的控制策略.与传统的双电压合成调制策略相比,在一个采样周期内,其参考输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压脉冲形成,大大减少了低电压输出时窄脉冲的数量,从而使因PWM脉宽小于开关换流所需时间引起的电压误差减少,输出电压、输入电流的谐波大为减少,改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真验证了该控制策略的正确性.     

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。     

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.     

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.     

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.     

矩阵变换器双电压简化控制策略

针对矩阵变换器双电压控制策略的简化进行了深入研究,将占空比系数的合成进行规律化,总结出占空比系数的一般表达式,该表达式适用于所有输入、输出相区组合。在分析原点开关的基础上,提出一个表示输入电压极值相正负极性的中间变量,制定输出新区新的划分原则,使新输出相区数目仅是传统输出相区数目的一半,并给出在新相区下占空比系数表达式变量的选择依据。简化控制策略无需进行复杂的输入、输出相区组合。搭建原理样机,用实验验证了简化控制策略的正确性与可行性。     

三电平半桥电压平衡器

微型直流电网是一种新型供电系统,通常采用两根直流线输送电能,可以采用电压平衡变换器构造一根中线,以满足电网中不同负载变换器对输入电压平衡的要求。为了降低功率器件的电压应力,本文提出了三电平半桥电压平衡器,分析三电平半桥电压平衡器拓扑结构;为了实现功率器件工作在三电平状态,同时提出了一种功率开关管提前开通、滞后关断的控制方案,并结合该控制方案详细地分析三电平半桥电压平衡器工作原理。最后在原理样机进行实验,实验结果表明三电平半桥电压平衡器不但能够降低功率器件的电压应力,而且能够实现输出电压平衡。     

An active islanding detection scheme for inverter-based DG with frequency dependent ZIP–Exponential static load model

In this paper an analytical design method is proposed for constant voltage controlled inverter based DG with frequency dependent ZIP–Exponential static load model to obtain proper inverter output control and successful islanding detection. The proposed technique is aimed to eliminate the dependency of DG operation point on anti-islanding performance which is unavoidable in case of traditional control strategy. The generalized formulae are derived for calculating the upper and lower limits of the voltage gain, and it is recommended to select the voltage gain within the designed range for effective islanding detection. The proposed approach is tested in MATLAB/Simulink environment and result shows that the proposed scheme is found to be highly effective in islanding detection considering complex network configurations with single and multiple DG systems. The proposed control scheme is able to detect islanding within 10 ms (half cycle) from the event inception, showing the fastness of the developed technique. It is also observed that the percentage of voltage and current THD of the proposed scheme is within permissible limits, indicate that the power quality of the inverter is not degraded by the proposed control strategy, and thus overcomes the drawback of existing active anti-islanding techniques.     

非隔离新型高增益DC-DC升压变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板输出电压低,而要求其并网逆变器前端直流母线输入电压高的特点,提出了一种非隔离型高增益DC-DC升压变换器。对其工作原理和性能特点进行了详细的理论分析。并制作了一台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明该变换器具有如下特点:在相同占空比的条件下,变换器具有2倍于传统Boost拓扑结构的电压增益;变换器中两有源开关管的电压应力为传统Boost电路中有源开关管电压应力的一半;变换器中两电感电流一直相等而无需任何均流控制,外加两有源开关管采用同步控制,控制策略简单。     

输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

变母线电压工况下开绕组PMSM单矢量模型预测转矩优化控制

为改善双电源供电型开绕组永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)在采用传统单矢量MPTC控制策略时转矩脉动大、计算复杂度高、权重系数较难整定的问题,该文提出一种基于电压矢量幅值的最优矢量快速选取方法,利用无差拍预测转矩控制思想,直接预测出参考电压矢量,消除评价函数中的权重系数,分析变母线电压工况下的基本电压矢量变化趋势,结合扇区细分的思想,对不同电压比例下的矢量选取方法进行分析推导,充分考虑了双电源供电型开绕组PMSM拓扑的所有基本电压矢量,采用类似开关表的方法建立了不同扇区内的最优矢量选取方法,降低算法的计算复杂度,有效改善了电机的转矩脉动。实验结果表明,该文提出的单矢量模型预测转矩控制策略在宽母线电压比例范围内均能获得较好的电机控制效果。     

三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器及其控制策略

详细分析了三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器的电路结构、工作原理及其控制策略。通过比较三相输入电压值的大小,并结合输出电压误差放大信号与三角载波的比较结果,可确定该斩波器各开关管的工作状态。本文以传统的单相输出电压反馈控制策略为基础,提出了一种新颖的三相输出电压反馈控制策略。分别采用两种控制策略,对三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器进行了仿真比较研究,并研制了一台原理样机。仿真和实验结果表明:在相同工作条件下,该斩波器采用三相输出电压反馈控制比采用单相输出电压反馈控制具有更好的控制效果。     

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck-Boost变换器相比,四开关Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck-Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用,提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元,此两单元分别采用后沿调制和前沿调制,并且在Buck-Boost工作模式时,开关频率由Buck以及Boost模式的200 kHz降到40 kHz,以提高变换器的效率。实验室制作了一台48 V(33~75 V)输入48 V/6.25 A的样机,对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。     

数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器研究

根据航空电源系统中AC-DC静止变流器的应用需要,设计了一套数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器系统。传统的直接电流控制方法由于被控量是交流信号,因而存在着相位静差问题,本文采用基于dq同步旋转坐标变换的空间矢量控制方法,实现了输入电流与输入电压间的相位无静差控制,实现了高功率因数目的;针对三相四线结构输出串联电容均压问题,本文提出了输出串联电容均压环与中线电流环串联的双闭环控制方法,实现了输出串联电容均压控制。最后在理论分析与仿真的基础上搭建了3kW原理样机,仿真和实验结果均验证了该系统控制方法的正确性与可行性。