基于三相-单相变换器的牵引供电系统及并网控制

为了解决过分相给牵引供电系统带来的问题,研究了三电平三相-单相二极管箝位变换器,把三电平三相-单相变换器用作牵引变电所核心设备,搭建了基于此变换器的贯通式牵引供电系统。分析了三相变换器数学模型,设计了变换器控制系统,研究了单相变换器在贯通式牵引供电系统中的并网控制。利用Matlab/Simulink建立了三变电所贯通式牵引供电系统,仿真验证了该系统架构以及三相-单相变换器的控制性能和并网性能,证明了该系统的可行性。

功率解耦后三相-单相矩阵变换器的闭环控制策略

三相-单相矩阵变换器(3-1 MC)不含母线电容,单相脉动功率直接耦合到输入侧,导致三相输入电流谐波含量高、输入源容量要求大。因此,文章研究了含功率解耦电路的3-1 MC拓扑,该拓扑下单相脉动功率流入功率解耦电路并构成能量流通回路,根本上解决了脉动功率对输入侧的影响。但是,3-1 MC功率解耦拓扑中增加了功率开关,影响变换器的闭环设计。于是,文章利用开关器件平均模型法逐步简化3-1 MC功率解耦拓扑的数学模型,建立变换器dq轴坐标系下的小信号模型,结合小信号模型的特点和传递函数,提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略并研究控制参数设计方法。最后,实验结果表明该种闭环策略能有效控制3-1 MC功率解耦拓扑,具有良好的动静态特性。

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。

基于三相-单相矩阵变换器的串联谐振调制策略

在分析了三相-单相矩阵变换器驱动串联谐振负载基本调制策略的基础上,主要针对如何改善网侧输入电流波形,减少谐波含量,提出了一种全新的改进调制策略,并详细介绍了这两种调制策略的原理。经过仿真试验对比分析,结果表明改进后的调制策略在改善输入电流波形上具有很好的效果,大大降低了谐波含量。

单相-三相矩阵变换器驱动PMSM的弱磁控制

针对单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机出现的响应振荡问题,结合弱磁控制原理与矢量控制原理,提出一种给定电流变化轨迹的控制方法。根据电源电压采样信号与电机运行实时参数确定电机允许工作区域。在允许工作区域内,依据弱磁原理,确定给定电流指令。根据矢量控制原理,将给定电流指令转换为给定电压指令,驱动电机。搭建单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机的弱磁控制模型,将仿真结果与无弱磁控制的双闭环(PI调节器)永磁同步电机矢量控制模型进行比较。结果显示:采用弱磁控制永磁同步电机缩短了转速上升时间、减小了稳态时的转速振荡和电流振荡,电机运行性能得到改善。

基于三相-单相矩阵变换器的三端口变换器及其在V2G中的应用

大规模电动汽车与电网集成情况下,大量双端口充电机的接入带来系统体积过大、结构分散、充电站面积和成本增大等问题。提出一种由三相-单相矩阵变换器(3-1MC)和全桥变换器(FBC)组成的三端口充电机拓扑,实现一机多充,降低了充电机体积和成本,增强了集成系统的紧凑性。在双极性电流空间矢量调制和移相调制基础上,研究了一种新的协调控制策略,实现端口间能量相互流动。依据变换器△等效电路,建立3-1MC输入电流与控制变量(Φ12、Φ13)的数学关系。提出一种固定3-1MC调制系数、变换器输入电流幅值由移相角Φ12和Φ13协调分配控制的闭环控制策略,确保各端口间功率独立控制,实现网侧单位功率因数运行和电池分段式充放电控制。仿真及实验结果验证了所提拓扑和控制策略的正确性和可行性。

基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。

一种低成本单相-三相周波变换器的研究

本文提出一种适用于异步电机传动的单相-三相周波变换器。应用一种基于开环恒压频比控制的离散跳频起动策略,实现了电机的良好起动特性,同时保证了低频阶段降低起动电流而保持足够大的起动力矩的目标。由于仅采用7个晶闸管,该周波变换器-电机传动系统具有造价低,结构简单的特点。仿真及实验结果表明了该控制策略的有效性以及系统方案的可行性。

一种新的单相-三相矩阵变换器调制策略

针对直接型单相-三相矩阵变换器,提出一种基于正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)的调制方法。假定单相输入电压为余弦函数,通过构造含有输出电流频率和一族输入频率奇数倍频率的余弦函数,进行简单的加减运算作为调制波,可以获得对称的三相输出电压,并且输出电压的谐波次数、频率和幅值可控。对于感性负载,输出电流近似为正弦波形,获得了单相-三相矩阵变换器的输入电流计算公式。建立Matlab/Simulink的仿真模型,构造相应的调制函数,进行了阻感负载的仿真实验。使用DSP芯片和双向开关搭建了单相-三相矩阵变换器的实验平台,实验结果表明提出的调制策略扩大了矩阵变换器输出频率的调节范围,减小了输出电流的总谐波失真度(Total Harmonic Distortion,THD),并能保持输入功率因数为1,具有良好的性能。

三相-单相矩阵变换器输入电流相角补偿控制

研究减小三相输入单相输出矩阵变换器输入无功功率的控制问题,由于三相-单相矩阵变换器输入滤波器滤波前后电流基频分量的相位差,导致了输入无功功率的增加。为减小输入无功功率,分析研究了网侧输入电流与主电路侧输入电流相位差的解算方法,并推导了与输入电压和电流幅值的表达式,补偿后使输入电压和电流达到同相位的效果。针对提出的控制方法,研究了输入电流相角补偿的三相-单相矩阵变换器的闭环控制方法,推导了最大电压传输比表达式,并分析相角补偿后对最大电压传输比的影响。仿真结果表明,在不同的负载条件下,改进方法都能有效地减小了矩阵变换器的输入无功功率。

三相-单相变换器并网控制策略研究

基于三相-单相变换器并网控制策略,通过分析三相-单相变换器的瞬时功率,提出了三相abc静止坐标系下的瞬时有功功率控制策略。为了减少滤波电感不平衡的影响,在电压环中采用瞬时abc理论计算有功电流,在电流环中采用了比例谐振控制器。仿真结果证明了所提出控制策略的有效性。

晶闸管控制的单相–三相变换器(英文)

提出一种单相电源供电时适用于异步电机传动的单相–三相变换器。由于仅采用7个晶闸管和1个移相电容,该变换装置具有造价低、结构简单的特点。分析该变换器的工作原理及开关过程,并提出一种基于开环变压变频(variable voltage variable frequency,VVVF)和变压恒频(variable voltage constant frequency,VVCF)控制的单相–三相离散跳频控制策略,用于电机的起动和稳态运行控制,一方面保证了电机在低频阶段足够大的起动力矩,另一方面可使电机稳步起动到额定转速。仿真和实验结果表明了该控制策略的有效性以及系统方案的可行性。

不平衡输入3-1矩阵变换器输入电流谐波抑制研究与实现

针对输入电压不平衡条件下三相-单相矩阵变换器的双空间矢量控制策略进行了研究。为补偿三相-单相矩阵变换器输出的脉动功率,推导了采用单电感进行功率解耦的调制函数,在分析不平衡输入电压下三相-单相矩阵变换器的输入电流谐波的基础上,推导了将输入电压正序分量作为输入电流参考矢量下输入电流解析式,对比分析了与传统控制方式之间电流谐波的优化关系,提出正序电压作为输入电流参考矢量并采用动态调制比进行输出相与解耦相调制的控制策略,构建了实现该控制策略的系统模型并进行了系统仿真验证。在此基础上搭建了实验样机,仿真及样机实验结果表明该控制策略在维持输出电压稳定性的同时显著降低了输入电流谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的可行性。

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。

多级串联高压大功率矩阵变换器的研究

提出和采用载波移相调制原理,仿真分析一种降压变压器次级绕组功率平衡的多级串联高压变频器,即一个次级变压器承担对称的3个三相-单相矩阵变换器输出,输出相位相同的三相-单相矩阵变换器通过升压变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、单相矩阵变换器阵列、载侧高频升压变压器以及滤波电路构成。仿真结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本特征。

不平衡输入三相-单相矩阵变换器电流解耦控制策略

分析了三相-单相矩阵变换器(3-1MC)输入侧低次谐波的产生原因,推导了功率补偿拓扑结构下的输出侧与补偿侧调制函数约束关系式.研究输入电压不平衡下,含电容补偿单元的3-1MC单网侧电流反馈控制策略无法对输入两相旋转坐标轴(dq轴)下的直轴与交轴电流分量实现无静差控制,提出了在功率补偿下对输入三相电流作正序、负序dq轴分解,分别独立对输入双dq轴下正序、负序电流作解耦内环,输出侧与补偿侧电压加权合成为外环的双闭环控制.实验与仿真结果均表明该策略不仅使3-1MC具有功率补偿功能,而且有效抑制了电压不平衡引起的输入电流与输出电压所含低次谐波,提高了3-1MC在单相用电场合的实用性.

抑制输入电流低频谐波的3-1MC闭环控制策略

针对常规三相-单向矩阵变换器(3-1MC)中间环节无大容量储能单元,输出单相脉动功率耦合到输入侧,使输入电流中引入低频谐波的问题,本文基于输出侧脉动功率补偿的拓扑结构,建立了时域数学模型,分析了该拓扑结构对调制函数、电压传输率等系统参数的影响。提出了一种级联式双闭环控制策略,通过建立控制系统传递函数,给出了3-1MC双闭环控制中参数的整定方法。本文对所提策略在功率补偿拓扑下进行了仿真分析,结果表明所提控制策略不仅能实现输入与输出功率的解耦,同时具有良好的静态与动态性能,且该策略的参数整定简单,适合工程实际应用。

一种新型同相牵引供电系统均流性能研究

研究基于三相-单相变换器的同相牵引供电系统的均流性能。该系统可以完全取消牵引网电分相装置,在牵引网和电网间可以直接进行有功传递,极大改善了电能质量,是一种理想的同相牵引供电系统。建立了该系统的两变电所并网模型与牵引网阻抗模型,分析了系统环流特性和下垂特性,得出该系统具有下垂外特性,可以运用下垂控制实现多个变换器并联运行,并实现系统均流控制,在此基础上给出了该系统的并网控制方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。

高频链矩阵整流器的研究综述

高频链矩阵整流器通过三相?单相AC/AC矩阵变换器与高频链结合并经由单相整流电路组合而成,自提出以来已获得长足发展。首先介绍了几种典型的高频链矩阵整流器拓扑结构,并重点分析比较了其高频调制策略,其中双极性电流空间矢量调制策略显示了较佳的综合性能。随后从控制方法和换流策略2个角度,系统回顾了高频链矩阵整流器的研究现状,并指出亟待解决的关键性问题。最后对其应用前景进行了展望,所述内容可为高频链矩阵整流器的研究提供一定的理论基础与技术参考。

一种新型牵引供电系统级联H桥结构研究

随着高速、重载电气化铁路的发展,负序问题变得越来越突出,尤其是过分相会造成列车牵引力和速度的损失。为此,这里研究了一种基于三相-单相变换器的新型牵引供电系统,彻底取消电分相,全面解决电气化铁路存在的电能质量问题。针对系统核心装置的交直交变电所提出一种级联H桥结构,可取消输出升压变压器直接为牵引负载供电。同时,该结构控制简单,不存在电容电压不平衡问题。最后通过实验验证了该系统结构的可行性和有效性。