基于参考电压修正的双级矩阵变换器Delta-Sigma调制

Delta-Sigma调制(DSM)可在无需随机过程统计特性和复杂谐波理论分析的基础上,依托其过采样特性实现电力电子变换器变频调制。双级矩阵变换器(TSMC)作为一种理想的“全硅”交-交变换器,若能够将DSM引入TSMC,可进一步优化其电磁干扰(EMI)水平和运行效率,但TSMC的直流链电压波动问题导致TSMC-DSM策略难以直接实现。针对TSMC-DSM实现问题,该文提出一种基于参考电压修正的DSM策略。在所提方法中,通过解析TSMC整流级调制过程,将逆变级参考电压按照整流级矢量作用顺序进行修正,并依次获得各扇区参考电压修正系数。最后,在两相坐标系下分别构建两个DSM调制器,并将修正后的逆变级电压参考值引入DSM调制器以实现高性能TSMC-DSM策略。实验结果表明,所提策略能够对输出电压、电流频谱进行合理整形以减少系统对外部的电磁干扰,同时具备优良的电压传输比和动态调制性能。

不平衡电压下基于Y源双级矩阵变换器的微分平滑控制策略

当电网电压产生不平衡工况时,电流电压会出现较大的波动,YSTSMC采用传统PI控制器难以调节电能质量。为了完善不平衡电网电压下Y源双级矩阵变换器(YSTSMC)的输入控制,提出了微分平滑控制(DFC)策略,并利用动态调制系数降低不平衡工况下有功功率所产生的高次谐波波动。仿真实验结果表明,基于DFC控制策略可以使系统的响应速度和输出电能质量得到提高。

分裂源双级矩阵变换器及其调制策略的研究

针对传统双级矩阵变换器电压增益低的问题,将分裂源网络与双级矩阵变换器相结合,提出了分裂源双级矩阵变换器(Split Source Two-Stage Matrix Converter,SSTSMC)。首先,介绍所提SSTSMC的拓扑结构和工作原理,并在调制策略上将SSTSMC的整流级应用无零矢量的调制策略,并将逆变级应用传统SVPWM调制策略,可以很好的提高双级矩阵变换器的电压传输比;其次,为了得到更好的波形质量和减少输出电压、电流的各次谐波,通过分析分裂源网络和双级矩阵变换器的工作特性,将变换器的整流级和逆变级的调制策略进行了改进;最后,通过仿真实验验证了文中所提拓扑以及改进调制策略的有效性。

18开关双级矩阵变换器的空间矢量调制策略及其仿真研究

该文推导了从常规矩阵变换器(CMC)到双级矩阵变换器(TSMC)的演变过程,证明了二者开关函数等效、变换功能相同。由于拓扑结构不同,二者的空间矢量调制方法存在差别,该文分析了TSMC的几种典型拓扑电路,以18开关拓扑结构的TSMC为例,分析推导了其整流级和逆变级的空间矢量调制策略,给出了实现零电流换流的开关矢量顺序,并利用MATLAB对18开关TSMC调制策略进行仿真研究,仿真结果表明了TSMC具有和CMC同样优良的输入输出性能,验证了该文理论分析和调制策略的正确性。为双级矩阵变换器的进一步研究和软硬件设计提供了理论基础。

双级矩阵变换器的过调制策略

针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题,在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下,该文提出了一种可以提高电压传输比的双级矩阵变换器调制策略。该调制策略将双级矩阵变换器分为两级控制:整流级采用常规电流空间矢量合成法;逆变级根据电压传输比的不同要求将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区。根据过调制程度要求的不同,又将过调制区域分为过调制区域Ⅰ和过调制区域Ⅱ,各个区域分别采用不同的调制模式控制逆变级的输出。论文从理论上分析了过调制策略的原理。仿真和实验结果表明,双级矩阵变换器过调制时输出电压基波可以精确控制,谐波畸变率比较小,输入输出电流波形质量好。

无功功率可控的双级矩阵变换器空间矢量调制策略

双级矩阵变换器是一种新型拓扑结构的矩阵变换器,它相对常规矩阵变换器更具发展潜力。文中提出了参考输入电压概念,在双级矩阵变换器空间矢量调制策略中利用参考输入电压来实现无功功率的调节,并给出了详细的调制方法,分析了输入功率因数和双级矩阵变换器电压传输比的关系。仿真结果表明:所提出的方法能获得优良的输入输出性能、能有效调节双级矩阵变换器输入功率因数。

基于双空间矢量调制的双级矩阵变换器共模电压抑制研究

针对双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,TSMC)的共模电压问题及现有共模电压抑制方法存在的不足,通过对TSMC共模电压分布规律的分析,在保证整流级零电流换流的基础上,提出对零矢量重新分布的改进的TSMC双空间矢量调制(double space vector modulation,DSVM)方法,有效降低了TSMC的共模电压幅值。仿真和实验结果验证了系统设计的可行性和改进调制方法的正确性。

双级矩阵变换器的SPWM控制策略及无功功率控制

为消除整流级输出直流脉动电压对三相输出电压的影响,应用正弦脉宽调制技术对双级矩阵变换器的逆变级进行调制,利用开关函数概念推导出调制波的补偿函数。通过研究整流级功率因数的调节作用,提出了动态划分输入电压区间的方法和控制策略。采用该控制策略运用Matlab／Simulink进行仿真,结果表明了该控制策略的正确性和有效性。

双级矩阵变换器驱动异步电动机的特性分析

分析了双级矩阵变换器的拓朴结构特点;推导出双级矩阵变换器整流级的脉宽调制算法和逆变级的空间矢量调制策略,并阐述了零电流换流的原理。在MATLAB/SIMULINK平台上建立了双级矩阵变换器的仿真模型,并针对其驱动异步电动机起动、运行的开环系统进行仿真。仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性和正确性,表明双级矩阵变换器输入电压和电流为正弦脉冲,且基本同相位;输出线电压为正弦脉冲宽度调制且基波分量为绝对主要成分,具有优良的输入和输出特性。

非正常输入情况下双级矩阵变换器调制策略的改进

针对常规空间矢量调制法不能抑制非对称、畸变等非正常输入电压对双级矩阵变换器输出所产生的影响,对双级矩阵变换器空间矢量调制策略进行改进,提出一种新的非正常输入电压表示方法以及抗扰分量的概念,通过在整流调制矢量中引入抗扰分量来提高双级矩阵变换器的输出波形质量。本文分析了改进调制策略的原理,利用Matlab/Simulink分别对在常规调制策略和改进调制策略下的双级矩阵变换器(TSMC)输出性能进行了仿真对比,结论表明所提方法不仅能对非正常输入电压引起的输出谐波进行有效抑制,而且简单易实现,从而验证了所提方法的正确性。

双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统比例谐振控制

双级矩阵变换器(two stage matrix converter,TSMC)存在中间直流环节,但不包含大容量直流环节储能电容。鉴于此,引入TSMC作为双馈风力发电系统的励磁电源,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电控制系统。同时,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,设计了转子侧变换器PR控制策略。研究发现:该方法通过将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,能实现双馈发电机有功、无功功率的独立调节;与采用PI控制器的矢量控制相比,该控制策略无需多次坐标变换,简化了控制算法;控制模型不存在耦合项和前馈补偿项,提高了系统的鲁棒性;采用该控制系统能够改善系统输出电流质量。仿真与实验结果表明TSMC励磁双馈风力发电系统的PR控制具有良好的动、静态性能。

适用于双级矩阵变换器的空间矢量过调制策略

针对双级矩阵变换器电压传输比低的固有缺陷,结合电流型及电压型变换器的过调制策略,提出了分别适用于双级矩阵变换器整流级和逆变级的空间矢量过调制策略,该过调制策略使最大电压传输比从0.866提高到1.053,输出电压基波幅值精确线性控制,谐波畸变率较小,其中逆变级调制策略还可有效抑制输入电压突升突降对输出性能的影响,同时无需预存大量数据,算法简单,易于实现。仿真和实验表明了文中过调制策略的可行性和正确性。

双级矩阵变换器网侧功率因数的控制方法

与传统PWM变频器相比,双级矩阵式变换器具有输入功率因数可控、能量双向流动、无需大容量直流环节储能电容等优点。为了减小双级矩阵变换器对电网的不利影响,在对其进行控制的过程中,通常需要保证网侧功率因数为1。本文以双级矩阵变换器为研究对象,首先对其拓扑结构以及整流级和逆变级的控制策略进行了分析。在此基础上,研究了变换器前端功率因数角的调节范围。而后,考虑到输入滤波器的影响,推导得出了实际的网侧功率因数角和滤波器之后的功率因数角之间的关系。根据上述关系建立了实用的网侧功率因数调节方法,实现了单位功率因数。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于双级矩阵变换器的永磁同步电机矢量控制

分析了永磁同步电机(PMSM)矢量控制的基本原理以及双级矩阵变换器的调制策略,针对常规PI控制器适应范围的局限性,引入了一种非线性PI控制方法。该方法以提高PMSM调速性能为目的,根据误差的大小动态改变PI控制器参数。基于TMS320F28335和EP2C8T144C8N开发了一套双级矩阵变换器驱动PMSM矢量控制系统,通过实验实现了PMSM的高性能调速,改善了功率变换器网侧电能质量。

双级矩阵变换器的非线性分析及其补偿策略

分析双级矩阵变换器输出电压非线性根源与特征。鉴于它和双PWM变频器、传统矩阵变换器在结构和功能方面的相似性,对其非线性特征进行对比分析,发现双级矩阵变换器的非线性有其明显的独特性,如窄脉冲、器件电压降、滤波电容电压纹波等,这些问题与调制策略、工作机理、拓扑结构和运行状态等有关。为保证系统可靠运行,补偿非线性所带来的负面影响,提出一种修正调制算法,并给出基于变载波调制的非线性补偿策略,克服了已有算法在实现上的固有缺陷,提高了系统波形质量。在高调制系数区域内,性能改善尤为明显,运行可靠性也相应提高。实验结果证明了所提方案的正确性及可行性。

不平衡负载情况下基于双序dq坐标系双级矩阵变换器的闭环控制研究

不平衡负载会引起双级矩阵变换器(TSMC)输出电压的不对称,三相不对称电压可按照对称分量法分解为3个平衡分量:正序、负序和零序分量,该文基于对各分量分别在正序、负序同步旋转坐标系(dq坐标系)下表达式的推导,分析了基于单向dq坐标系PI闭环控制存在的问题,提出了基于双序dq坐标系的闭环控制方法:采用正序和反序两组PI控制器分别对输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈控制,所提方法可以控制正序分量跟随正序参考给定且稳态无静差,同时可以对负序分量进行完全控制,能有效快速抑制负载的不平衡扰动,保证了TSMC高性能的输出电压。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。

不对称调制下双级矩阵变换器的谐波分析

将双级矩阵变换器应用于360～800Hz航空变速恒频发电系统中，较高的输入频率是对变换器控制性能的重大挑战。仿真和实验表明，采用传统的不对称双空间矢量调制方法虽然具有控制简单、开关损耗低等优点，但在高频输入时，输出电压和输入电流将出现低频谐波和畸变。通过简化的Buck电路模型，引入脉冲重心的概念，推导了脉冲重心偏移对实际输出电压的影响规律。基于此，分析了双级矩阵变换器的谐波分布规律，发现不对称调制在输出电压中引起频率为3nωin±（3m±1）ω0的低频谐波，而在输入电流中引起3n±1次谐波。仿真和实验验证了结论的正确性，为进一步提高双级矩阵变换器性能提供了理论依据。

基于双级矩阵变换器的永磁风力发电LVRT及稳定性分析

风电系统在电网电压跌落情况下的持续能力直接影响电网对风电的消纳能力和风电场的经济效益,因此研究其低电压穿越能力具有重要的意义。针对永磁风力发电系统中的背靠背电压型脉宽调制变换器存在直流大电容,在电压突降时会引起变换器的直流母线电压升高的情况,提出了采用双级矩阵变换器取代背靠背电压型脉宽调制变换器的永磁风力发电系统。在分析双级矩阵变换器已有控制方式不稳定的基础上,采用了一种加入修正项的新型控制方法,并采用根轨迹法证明其稳定性,最后通过Matlab/Simulink软件仿真验证了上述方法比已有方法具有更强的低电压穿越能力,实际硬件电路实验也验证了所提方法的正确性和可行性。

基于双级矩阵变换器的变速恒频电源系统的稳定性分析及其改善措施

基于双级矩阵变换器(TSMC)的变速恒频电源系统具有效率高、功率密度高、可靠性高和使用寿命长等诸多优点,在航空电源系统中具有广阔的应用前景。但受输入滤波器欠阻尼振荡的影响,基于TSMC的电源系统存在稳定性差的问题。本文讨论了输出侧LC滤波器和输出电压闭环对系统稳定性的影响,在输出电压双闭环的基础上,提出一种基于输入侧电容电压微分前馈的新型有源阻尼算法,改善了系统的稳定性。在定频和变频输入的条件下,实验结果均验证了该算法的有效性和可行性。

双级矩阵变换器的简化调制方法

双级矩阵变换器是一种由整流级和逆变级构成的、具有新型拓扑结构的变换器。为此针对整流级提出一种简化的脉冲宽度调制(PWM)方法,该方法计算占空比简单,而且可以使整流级在每一个开关周期内输出的直流电压的平均值为常数,综合了常规算法的优点。在新调制方法的思想下,给出了调节输入侧功率因数的详细方法,并分析了输入功率因数调节受限的范围。最后应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了所提出的新调制方法的正确性。