直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。

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。

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MATLAB的单相矩阵变换器仿真分析

分析单相矩阵变换器的工作原理和拓扑结构,建立Simulink仿真分析模型.仿真分析结果表明单相矩阵交-交变换器具有输出频率和电压连续可调、输入输出电流较接近正弦波、但输出电压波形存在畸变等特点.单相矩阵变换器具有广阔的应用前景.

基于Simulink单相矩阵变换器畸变的改进措施研究

基于单相矩阵变换器原理图得到产生畸变的输出波形,并进一步分析了输出波形畸变的原因,提出了改进思路以及改进电路图,最终通过Simulink的建模仿真得到了单相矩阵变换器理想的输出波形,并发现这种变换器具有输出频率连续可调、输入输出电流接近正弦波等优点,发展前景大,值得进一步研究.

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。

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.

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。

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。

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。

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。

基于Quasi-Z源矩阵式变换器电压传输比的研究

为了克服传统矩阵式变换器电压传输比过低的问题,本文提出了基于Quasi-Z源网络的单相矩阵式变换器电路拓扑。采用Quasi-Z源电路拓扑的单相矩阵式变换器的优势在于:在升压的模式下,可以使变换器的电压传输比大于1;允许变换器桥臂瞬间短路或开路,从而提高系统可靠性;在不同输出频率下,通过改变占空比可以得到幅值可控的输出电压波形。本文首先对单相Quasi-Z源矩阵式变换器的工作原理和运行模式进行分析;给出了单相Quasi-Z源矩阵式变换器的状态方程数学模型,在此基础上,推导出了其电压传输比公式。最后通过PSIM电力电子仿真软件来搭建仿真模型,验证了理论的正确性和合理性。

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。

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。

配电网中的电力电子变压器技术的综述(下)

电力电子变压器(PET)是一种采用电力电子变换器和高频开关变压器的电能传输装置,随着智能电网的发展,在电力系统配电网中具有潜在的应用价值,因而日益受到广泛的研究。本文对电力电子变压器发展当中的几个关键方面进行了归纳总结,其中包括器件制造、电路拓扑、工作原理以及变换功能等,随后提出了采用单相-单相矩阵变换器、功率因数校正器的一类电力电子变压器,具有结构简单、换流安全、单位输入功率因数、双向功率流动以及便于级联等特征,简单地给出了理论分析和MATLAB/SIMULINK仿真分析,结果表明:这类电力电子变压器具有实用价值。

配电网中的电力电子变压器技术的综述(上)

电力电子变压器(PET)是一种采用电力电子变换器和高频开关变压器的电能传输装置,随着智能电网的发展,在电力系统配电网中具有潜在的应用价值,因而日益受到广泛的研究。本文对电力电子变压器发展当中的几个关键方面进行了归纳总结,其中包括器件制造、电路拓扑、工作原理以及变换功能等,随后提出了采用单相-单相矩阵变换器、功率因数校正器的一类电力电子变压器,具有结构简单、换流安全、单位输入功率因数、双向功率流动以及便于级联等特征,简单地给出了理论分析和MATLAB/SIMULI NK仿真分析,结果表明:这类电力电子变压器具有实用价值。

新型电动汽车无线充电系统研究

为解决交流充电电动汽车无线充电系统副边需要多级电能变换的缺点,提出了一种基于矩阵变换器的无线充电系统,其原边采用单相无线供电拓扑,经原副边耦合及谐振补偿,借助于单相矩阵变换器,可直接实现电动汽车交流充电,且充电电压幅值可调,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

基于虚拟直流环节的3-1MC控制策略

为了研究三相-单相矩阵变换器(3-1MC)功率补偿原理及对应拓扑的控制方案,提出一种用于含功率补偿结构的3-1MC的虚拟直流电流反馈闭环控制策略。该控制策略在研究基于电感补偿的3-1MC输入电流、虚拟直流电流、输出电流、补偿电流之间的耦合关系;对闭环控制系统进行了设计并进行了仿真分析,仿真表明系统输入电流谐波小,并系统具有良好的动静态性能。