电网不平衡工况下三电平直接矩阵变换器反步滑模控制策略

三电平直接矩阵变换器(three-level direct matrix converter, TLDMC)因具有高功率密度、高效率、共模电压较小等特点,在电机驱动、分布式发电、可再生能源等领域受到广泛关注。但在电网电压不平衡工况下,TLDMC输入侧的电流畸变会影响功率因数和输出侧的电能质量,降低系统的可靠性。现有的TLDMC输入闭环控制策略不能兼顾高动态响应和强鲁棒性的要求。为此,提出适用于平衡和不平衡电网电压,且无需正负序分离的TLDMC反步滑模控制策略(back-stepping sliding-mode control, BS-SMC)。采用动态调制系数抑制不平衡工况下的有功功率2倍频波动,再通过消除Lyapunov导函数中的非线性项并引入滑模面作为虚拟误差来控制输入无功。经过理论和实验分析比较,结果表明所提方法相较于传统控制策略,响应速度和电能质量均得到提高。所提方法为矩阵变换器的输入控制策略提供了一种参考。

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。

基于虚拟矢量预测的三电平间接矩阵变换器-永磁同步电机改进调制模型预测控制研究

针对三电平间接矩阵变换器–永磁同步电机(threelevel indirect matrix converter-permanent magnet synchronous motor,TLIMC-PMSM)系统采用传统的调制模型预测控制(modulationmodelpredictivecontrol,M2PC)时,因M2PC扇区选择和占空比计算不准确等原因造成电机运行波动大和系统波形质量低等问题,提出了基于虚拟矢量预测的改进型调制模型预测控制(virtualvectorprediction-modulation modelpredictivecontrol,VVP-M2PC)。首先,建立TLIMC-PMSM的数学模型,介绍传统M2PC原理。其次,针对三电平逆变级进行改进,对原矢量重新划分扇区,并构造出新的虚拟矢量和新的占空比计算方法来减少电流控制误差,提升波形质量,并比较了2种算法的差异。最后,与MPC控制以及传统M2PC控制进行实验对比,实验结果证明所提算法能够改善PMSM的转速和转矩波形脉动和暂稳态性能,提升系统输入输出波形的质量和鲁棒性。

三电平稀疏双级矩阵变换器的中点电压分段控制

针对输出级为稀疏三电平结构的双级矩阵变换器这一新型拓扑的中点电压偏移问题,提出了通过调节冗余小矢量的相对作用时间、分段平衡中点电压的控制方法。该方法结合了对称七段式及九段式空间矢量调制技术的优点使得中点电压在任意时刻均无不平衡区域,从而使中点电压偏移问题得到了明显的改善。仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。

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。

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。

Z源三相三电平矩阵变换器研究

提出了一种应用于电动汽车电机驱动的Z源三相三电平矩阵变换器(ZS-SMC)拓扑,该拓扑克服了已有电动汽车多电平逆变器的诸多缺陷:成本高、损耗高、谐波大、可靠性低等。分析了ZS-SMC的改进同相载波层叠法的调制策略,并通过在调制波中引入零序分量,提高了直流电压的利用率。给出了基于ZS-SMC的内置式永磁同步电机驱动系统的控制策略。建立了系统仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑及其控制策略的正确性和可行性。

三电平间接矩阵变换器的简化SVPWM方法研究

针对传统的三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法运算量较大、实时性差的缺点,提出一种基于参考电压旋转统一处理的简化SVPWM算法,并将其应用到三电平间接矩阵变换器(TLIMC)上。该简化方法通过判断输出参考电压的大扇区并旋转统一到第一扇区,然后判断小三角区,并对矢量的作用时间计算进行归纳优化,使程序运算量减小到原来的1/6,有利于数字信号处理器的程序编程。最终构建了Matlab/Simulink的TLIMC的仿真模型,仿真结果证明了简化策略的可行性。

三电平间接矩阵变换器过调制策略(英文)

针对三电平间接矩阵变换器(TLIMC)存在的低电压传输比问题,提出了一种适用于三电平间接矩阵变换器的过调制策略,该过调制策略在保证优良网侧性能的同时使最大电压传输比从0.866提高到0.955,并具备输出电压基波幅值精确线性控制、谐波畸变率较小和无需预存大量数据,算法简单,易于实现等优势。在MATLAB/Simulink环境下搭建了系统模型对过调制策略进行了仿真验证,并进行了样机实验验证,优良的结果验证了文中过调制策略的可行性和正确性。

隔离式三电平交-交直接变换器

提出一种新型的隔离式三电平交-交直接变换器,该变换器可将不稳定的电网电压变换成稳定可调的优质正弦交流电。隔离式三电平交-交直接变换器拓扑由2个隔离式丘克(Cuk)变换器叠加组合而成,应用具有双向阻断功能的交流开关单元实现交流斩控。从理论上分析了该变换器的工作原理以及输出电感上出现的3种电平,公式推导了变换器输入/输出关系,制定了电压瞬时值反馈高频交流斩波的控制策略,给出了控制电路原理框图。通过对变换器建模仿真,结果证明了理论分析和控制策略的正确性,验证了变换器具有电气隔离、功率密度高、开关电压应力低、输出电压纹波小等特点。

滑模变结构控制在三电平变换器中的应用研究

滑模变结构控制策略具有鲁棒性强、算法简单、动态品质好等优点,为此,本文首次将滑模变结构控制策略引入到三电平变换器中。首先介绍了直接滑模控制策略,然后给出了三电平变换器直接滑模控制策略的设计方法,最后对滑模控制三电平变换器进行仿真分析,并和PWM控制三电平变换器做比较,仿真结果验证了滑模变结构控制策略可以大大提高变换器鲁棒性和动态品质。

输入不平衡时双级矩阵变换器的比例谐振控制

针对三电平双级矩阵变换器的不平衡输入情况,提出一种逆变级比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制策略。采用电压闭环PR实现对输出电压的无静差控制,从而抑制输入电压不平衡对输出性能的影响。该策略无需多次坐标变换,且在逆变级采用60°坐标系空间矢量脉宽调制方式,控制策略运算简单、易于数字化实现。与传统PI控制相比,该策略不仅能够有效抑制输入电压不平衡对输出性能的影响,而且降低了输出电流低次谐波含量,使系统具有良好的稳态性能和抗扰性能。

基于调制系数最优法的TLDMC-PMSM新型直接转矩控制

针对矩阵变换器永磁同步电机系统(MC-PMSM)直接转矩控制方法出现的转矩磁链脉动大、幅值失调、系统鲁棒性弱等问题,提出了一种基于调制系数最优法的三电平直接矩阵变换器永磁同步电机(TLDMCPMSM)新型直接转矩控制方法。首先描述了MC-PMSM直接转矩控制系统的原理;其次用三电平直接矩阵变换器替换两电平矩阵变换器,转速环通过复叠式螺旋滑模控制、转矩磁链环通过超螺旋滑模直接转矩控制替换传统的比例积分控制,并且引入调制系数最优法来抑制电机转矩波动逐渐增大,进而实现对永磁同步电机的精确控制;最后通过MATLAB/Simulink仿真软件和硬件实验验证所提方法的可行性与优越性。

基于动态转矩滞环的TLDMC-PMSM直接转矩控制

针对矩阵变换器永磁同步电机直接转矩控制系统中定子磁链在扇区分界处出现磁链畸变、幅值失调的现象,提出一种基于动态转矩滞环比较器的三电平直接矩阵变换器永磁同步电机直接转矩控制方法。首先阐述传统矩阵变换器直接转矩控制的原理;其次,分析低速下定子磁链幅值失调的问题,提出动态转矩滞环的方法;然后,为进一步降低转矩脉动和共模电压,将所提方法应用于三电平直接矩阵变换器,并推导出新的开关表;最后,通过Matlab/Simulink仿真软件和硬件实验平台验证所提方法的可行性和优越性。与传统矩阵变换器直接转矩控制方法相比,所提的控制方法对转矩和磁链控制性能有较大提升。

基于低频中压交流互联的网格化混合微电网结构及其关键装备

为了解决逐年增加的可再生能源发电与负荷分散集成导致的配电网功率倒灌以及电能质量问题,提出一种基于低频中压交流(low-frequency medium-voltage alternating current,LF-MVac)互联的网格化混合微电网结构,所提结构在能够实现潮流调控的基础上,还具备灵活组网能力及能更好地利用现有基础设施等优势。此外,设计了一种隔离型模块化多电平矩阵变换器(isolated modular multilevel matrix converter,I-M3C),给出了其拓扑与调制策略,建立了I-M3C平均电路模型,设计了基于双dq坐标变换的I-M3C控制策略,实现了中压交流(medium-voltage alternating current,MVac)、LF-MVac以及低压直流(low-voltage direct current,LVdc)3个端口之间的能量转换。最后,搭建了基于LF-MVac互联的网格化混合微电网仿真平台,证明了所提关键装备的有效性及相关理论分析的正确性。

电网不平衡条件下基于滑模控制TLDMC输入功率控制

为了完善三电平直接矩阵变换器(three-level direct matrix converter,TLDMC)的输入控制,对TLDMC的输入功率控制进行了研究,主要对输入无功电流的相关控制方法进行设计。首先,对传统矩阵变换器和TLDMC进行了对比介绍;其次,简要介绍了TLDMC的间接空间矢量调制方法的原理;然后,对TLDMC的输入侧建立了数学模型并推导出了其PID和准PR控制方法,再结合电网不平衡情况下TLDMC输入功率和输出电压补偿方法,提出了一种基于滑模控制(sliding mode control,SMC)的带电压补偿的输入电流控制系统,同时将此方法与传统PID控制、准PR控制相比较;最后,通过实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。实验结果表明,所提控制可以实现期望的控制目标,且在控制性能上明显优于PID和准PR控制。

要媒速览

三电平逆变器SHEPWM多组解特性比较及实验，矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统的新型电流控制方法，最新的激光加工技术，“奥运”特别报道。